电工学(少学时)唐介第9章_基本放大电路.

第9章基本放大电路9.2放大电路的工作原理9.3放大电路的静态分析9.5双极型晶体管基本放大电路9.9差分放大电路9.8多级放大电路9.4放大电路的动态分析教学要求：第9章基本放大电路1.理解共射极单管放大电路的基本结构和工作原理。2.掌握静态工作点的估算和动态微变等效电路的分析方法。了解输入电阻、输出电阻的概念。了解放大电路的频率特性。3.要很好理解共射放大电路、共集放大电路的特点。4.了解多级放大的概念。掌握阻容耦合放大电路的静态和动态方法。了解直接耦合放大电路中的零点漂移现象。5.了解差动放大电路的工作原理，了解差模信号和共模信号的概念。重点：单管放大电路的基本结构和工作原理，共射放大电路、共集放大电路静态和动态分析方法。直接耦合放大电路中的零点漂移现象。难点：放大电路的工作原理及静态和动态分析方法。放大的概念:放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求：1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路。uiuoAu电源一基本放大电路的形式三极管放大电路有三种形式共射放大电路共基放大电路共集放大电路以共射放大电路为例讲解工作原理9.1放大电路的工作原理放大元件iC=iB，工作在放大区（保证集电结反偏，发射结正偏）。输入、输出回路的共同端--零电位的参考点。UCC为电路提供能量，并保证集电结反偏。耦合电容具有隔离直流、通交流的作用。ui输入uo输出二放大电路的组成RB+UCCUBBRCC1C2T集电极电阻基极电源与基极偏置电阻使发射结正偏，并提供大小适当的基极电流。RBRCT+UCCRCTRB单电源供电电路双电源供电电路可以省去++--BBUCCU问题：发射结单向导电，且正向特性有死区电压，如果直接输入交流信号，必有半个周期不能导电，使输出信号失真。怎样才能作到不失真呢？（保证三极管始终处于放大状态，发射结正偏、集电结反偏）办法：在ui=0时，先使IB、IC有一个直流分量（也叫静态值）。输入交流信号后,使ib、ic在直流的基础上变化。总量iB、iC是交直流的叠加，只有大小变化，方向不变，以满足发射结单向导电的条件。三、基本放大电路的放大原理符号规定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UBEIBICUCE无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOiB=IBiE=IEiC=ICIE=IB+ICICUCEOIBUBEO结论：(1)无输入信号电压时，放大电路的工作状态为静态，此时各处的值为静态值。三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)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。QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO结论：(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析结论：(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO1.实现放大的条件(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(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.直流通路和交流通路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSus++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE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。9.2放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：(1)使放大电路的放大信号不失真；(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE。静态分析：确定放大电路的静态值。对直流信号（只有+UCC）开路开路RB+UCCRCC1C2T直流通道RB+UCCRC直流通路一、用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：1.用估算法确定IB优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定IC和UCE常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流负载线方程BBECCBRUUICtanR1直流负载线斜率ICQUCEQCCCRUUCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O二、用估算法确定静态值1.直流通路估算IBBBECCBRUUI所以BCCBRUI根据电流放大作用CEOBCIIIBBIIβ2.由直流通路估算UCE、IC当UBEUCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+UBE由KVL:UCC=ICRC+UCE所以UCE=UCC–ICRCRB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。即IC=βIB例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：电路中IB和IC的数量级不同mAmABCCB04030012.RUImAmABC51040537...IIVVCCCCCE645112.RIUU+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。EECCCCCERIRIUUEBBECCB)1(RβRUUIBCIβIEEBEBBCCRIURIUEBBEBB)1(RIβURI由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB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。若Q设置过高，晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1静态工作点的影响如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过低，晶体管进入截止区工作，造成截止失真。适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在直流负载线的中间部分。9.3放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。所用电路：放大电路的交流通路。动态分析:即性能指标分析，计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。（1）电压放大倍数AuiouΔUΔUA一、放大电路的主要性能指标反映放大电路的放大能力的指标iouUU|A|iouUUA若ui为正弦量则分贝值uuA20lgdBA增益（2）放大电路的输入电阻ri输入电阻是衡量放大电路从前级取电流大小及对输入电压衰减程度的指标。~iiiIUrAuir从放大电路输入端看进去的等效电阻为riSRirSSiiiURrrUSiSiRrUISiSiUURr则若希望ri越大越好iIiUSU↓→↑iiIr（3）放大电路的输出电阻ro放大电路对负载而言，相当于信号源，将它用电压源等效代替，等效电源的内阻为输出电阻。~irSRiri0UALR0r0ri0L0L0UARrRUi00L0UAURr则若希望r0越小越好r0是衡量放大电路带负载能力的指标0L0Li0uARrRUUA从放大电路输出端看进去的等效电阻为r0SCOC0IUriIiUSUoU（4）放大电路的频率特性通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线反映放大电路对不同频率的信号适应能力幅频特性相频特性幅频特性相频特性uAmAm0.707ALfHff通频带O270180f900O放大器只有工作在通频带范围内才能避免产生频率失真。例9.3.1某放大电路的空载电压放大倍数输入电阻输出电阻试问：（1）输入端接到的信号源上，（2）输出端再接上的负载电阻时，,1000A,9kri,10krkRmAUSS1,10?OCUkRL9?0U?uA解：LR0rIi~USUiirSRi0UAU0cmVURrrUSSiii9)1(mVUAUiOC90091000mVURrRUOCLL810)2(009098100iuUUA0U二、放大电路的微变等效电路微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。1.晶体管的交流小信号电路模型UBEIB对于小功率三极管：Ω(mA)I26β200ΩrCberbe一般为几百欧到几千欧。CEBBEbeUIUr(1)输入回路QCEbbeUiu输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO