功率放大电路(基本放大电路)

(2-1)电子技术第二章基本放大电路模拟电路部分(2-2)第二章基本放大电路§2.1概论§2.2放大电路的组成和工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4静态工作点的稳定§2.5射极输出器§2.6场效应管放大电路§2.7多级阻容耦合多级放大电路(2-3)§2.1概论2.1.1放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuoAu(2-4)图2.1.1扩音机示意图放大电路的本质是能量的控制和转换。是在输入信号的作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量。电子电路放大的基本特征是功率放大。放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。放大电路的核心元件是能够控制能量的元件，即有源元件，如三极管和场效应管。(2-5)2.1.2放大电路的性能指标一、电压放大倍数AuiouUUA||Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。uiuoAuiouUUAAu是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。(2-6)二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。Au~USiiiIUr定义：即：ri越大，Ii就越小，ui就越接近uSiIiU(2-7)三、输出电阻roAu~US放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。~roUS'(2-8)图2.1.2放大电路示意图IURooo(2-9)图2.1.3两个放大电路相连的示意图(2-10)如何确定电路的输出电阻ro？步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。IUro方法一：计算。UI(2-11)方法二：测量。Uo1.测量开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。LoooR)UU(r1~roUs'RLUo'步骤：3.计算。(2-12)四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线(2-13)2.1.3符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量(2-14)§2.2基本放大电路的组成和工作原理三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理(2-15)2.2.1共射放大电路的基本组成放大元件iC=biB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T(2-16)作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T(2-17)集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T(2-18)集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T(2-19)耦合电容：电解电容，有极性。大小为10mF~50mF作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T(2-20)可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T(2-21)单电源供电电路+ECRCC1C2TRB(2-22)2.2.2基本放大电路的工作原理ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点RB+ECRCC1C2T(2-23)IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(2-24)(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-25)IBUBEQICUCEuCE怎么变化假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit(2-26)uCE的变化沿一条直线uce相位如何uce与ui反相！ICUCEictucet(2-27)各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB(2-28)图2.2.3基本共射放大电路的波形分析(2-29)实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。(2-30)图2.2.2没有设置合适的静态工作点(2-31)如何判断一个电路是否能实现放大？3.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。4.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设置正确。1.信号能否输入到放大电路中。2.信号能否输出。与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：(2-32)图2.2.4直接耦合共射放大电路常见的两种共射放大电路(2-33)图2.2.5阻容耦合共射放大电路输入回路等效电路(2-34)§2.3放大电路的分析方法放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真(2-35)2.3.1直流通道和交流通道放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考虑交流信号的分电路。直流通道：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。(2-36)例：对直流信号（只有+EC）开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC(2-37)对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路(2-38)图2.3.1图2.2.1所示基本共射放大电路的直流通路和交流通路返回(2-39)图2.3.2直接耦合共射放大电路及其直流通路和交流通路返回(2-40)图2.3.3图2.2.5(a)所示阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路返回(2-41)一、直流负载线ICUCEUCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECCCREQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道RB+ECRC2.3.2直流负载线和交流负载线(2-42)二、交流负载线icLcecRui1其中：CLLRRR//uceRBRCRLuiuo交流通路(2-43)iC和uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系CciiCEceuu所以：LCECRui1即：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。(2-44)交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过Q点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线(2-45)2.3.3静态分析一、估算法（1）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7.0BCRERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+EC直流通道RBRC(2-46)（2）根据直流通道估算UCE、IBICUCECEOBCIIIbCCCCERIEUBIb直流通道RBRC(2-47)二、图解法先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC(2-48)例：用估算法计算静态工作点。已知：EC=12V，RC=4kW，RB=300kW，b=37.5。解：A40mA04.030012mBCBREImA51040537...IIIBBCbbV645.112CCCCCERIUU请注意电路中IB和IC的数量级。(2-49)图2.3.4基本共射放大电路返回(2-50)图2.3.5利用图解法求解静态工作点和电压放大倍数返回(2-51)2.3.4动态分析一、三极管的微变等效电路1.输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1()(300EbeIrbWrbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：(2-52)2.输出回路iCuCE)(bBcCCiIiIibbBiIbb所以：bciib(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。rce的含义iCuCEcceCCEceiuiur(2-53)ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三极管的微变等效电路rbebibibrcerbebibibbcecbe(2-54)二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbebibibiiicuoRBRCRL(2-55)三、电压放大倍数的计算bebirIULboR'IUbbeLurR'AbLCLRRR'//特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIb(2-56)四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbbeBrR//beriiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。(2-57)五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：(1)所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。(2)所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。(2-58)CoooRIUr所以：用加压求流法求输出电阻：oUrbeRBRCiIbIcIbIb00oI(2-59)2.3.5失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载(RL=)。(2-60)iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib(2-61)iCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib(2-62)iCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形(2-63)图2.3.9直流负载线和交流负载线返回(2-64)图2.3.10例2.3.1图返回(2-65)§2.4静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、b和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBEbICEOQ(2-66)一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBICBBECBRUEI(2-67)二、温度对b值及ICEO的影响Tb、ICEOICiCuCEQQ′总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。(2-68)小结：TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，