放大电路的基本原理课件.ppt

1、第二章放大电路的基本原理 2.1 概论概论2.1.1 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。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：端网络表示，如图：uiuoAu2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标一、电压放大倍数一、电压放大倍数AuiouUUA|Ui 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值。的有效值。二、输入电阻二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为

2、其提供信号，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。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大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，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。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIiUSUiiiiIUr 三、输出电阻三、输出电阻roAuUS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，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。等效电路的内阻就是输出电阻。roU

3、S如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro？步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。加压求流法。UIIUro方法一：方法一：计算。计算。方法二：方法二：测量。测量。Uo1.测量开路电压。测量开路电压。roUs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。LoooR)UU(r1roUsRLUo步骤：步骤：3.计算。计算。四、通频带四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线 2.2 基

4、本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理2.2.1 共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成uiuo输入输入输出输出RB+ECEBRCC1C2TRB+ECEBRCC1C2T耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同耦合电容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。时能使信号顺利输入输出。单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB2.2.2 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理ui=0时

5、时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点一、静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出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。特性曲线上的一个点称为静态工作点。各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB实现放大的条件实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2.正确设置

6、静态工作点，使整个波形处于放大区。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。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。极电压，经电容滤波只输出交流信号。2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真2.3.1 直流通道和交流通道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放大电路

7、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。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。直流所走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通

8、道直流通道RB+ECRC对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路一、直流负载线一、直流负载线ICUCEUCEIC满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的三极管的输出特性。输出特性。2.UCE=ECICRC 。ICUCEECCCREQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通道直流通道RB+ECRC2.3.2 直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线二、交流负载线二、交流负载线icLcecRui1其中：其中：CLLRRR/uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路iC 和

9、和 uCE是全量，与交流量是全量，与交流量ic和和uce有如下关系有如下关系CciiCEceuu所以：所以：LCECRui1即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线交流负载线2.3.3 静态分析静态分析一、估算法一、估算法（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7.0BCRERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流

10、置电流。+EC直流通道直流通道RBRC（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、IBICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道直流通道RBRC二、图解法二、图解法先估算先估算 IB，然后在输出特性曲线上作出直然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：A40mA04.030012BCBREImA5104

11、0537.IIIBBCV645.112CCCCCERIUU请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。2.3.4 动态分析动态分析一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路1.输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。uBE iBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1()(300EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：2.输出回路输出回路iCu

12、CE)(bBcCCiIiIibBiI所以：所以：bcii(1)输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制控制的电流源。的电流源。近似平行近似平行(2)考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出端还要并联一个大电阻端还要并联一个大电阻rce。cceceiurrce的含义的含义 iC uCEubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3.三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe二、放大电路的微变等效电路二、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将交流通道中的三极管用微变等效电

13、路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL三、电压放大倍数的计算三、电压放大倍数的计算bebirIULboRIUbeLurRALCLRRR/特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI四、输入电阻的计算四、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。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：输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。是动态电阻。rbeRBRCRLiUi

14、IbIcIoUbIbeBrR/beriiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越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。小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。五、输出电阻的计算五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，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。内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1)所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。源的电路不适用）。(2)所有

15、独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。流法。CoooRIUr所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI2.3.5 失真分析失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，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（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，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线性失真性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。

16、如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。止区或饱和区，造成非线性失真。iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ibiCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibiCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形2.4 静态工作点的稳定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、为了保证放大电路

17、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稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由作点由UBE、和和ICEO 决定，这三个参数随温度而变决定，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。化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBE ICEOQ一、温度对一、温度对UBE的影响的影响iBuBE25C50CTUBEIBICBBECBRUEI二、温度对二、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T、ICEOICiCuCEQQ 总的效果

18、是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。小结：小结：TIC 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。Q点点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或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，需要改进偏截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动增加时，能够自动减少减少IB，从而抑制从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本点基本稳定。稳定。分压式偏置电路：分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析一、静

19、态分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路BII 22121BBCRREII22BBRIU CBBBERRR212EEBEBBERIUUUUEBEBEBECRURUUIII1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路EBCRUI似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是RB1、RB2太太小，小，将增加损耗，降低输将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取入电阻。因此一般取几十几十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路二、动态分析二、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLoUiUiI

20、bIcIbIRB微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路bebeBirr|RrCoRr beLurRACE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中，CE将将RE短路，短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。对交流不起作用，放大倍数不受影响。I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：)1(/EbeBiRrRrCoRr rbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRBEbbebiRIrIU)1(LboRIUEbeLuRrRA)1(RB1RCRLuiuoRB2RE问题：问题：Au

21、和和 Aus 的关系如何？的关系如何？定义：定义：iouUUAsousUUA放放大大电电路路RLRSoUiUsUsousUUASiSiiUrRrUuiSiusArRrA 2.5 射极输出器射极输出器RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道直流通道一、静态分析一、静态分析IBIEEBBECBRRUEI)1(BEII)1(EECCERIEU折算折算RB+ECRE直流通道直流通道二、动态分析二、动态分析RB+ECC1C2RERLuiuorbeiUbIRERLRBoUcIbIiI微变等效电路微变等效电路LeoRIULELRRR/LbRI）（1LebebiRIrIULbbebRIrI)1

22、(LbbebLbuRIrIRIA)1()1(LbeLRrR)1(1）（1.电压放大倍数电压放大倍数rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟电压跟随器随器。2.输入电阻输入电阻)1(/LbeBiRrRrrbeiUbIRERLRBoUcIbIiI3.输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。robIiIrbeRERBcIbISURSrbeRERBRSbIcIbIiIeIUIebbIIIIEsbesbeRURrURrUBssRRR/:设电源置电源置0IUro)11/(1EsbeRRr1/sb

23、eERrR一般：一般：1sbeERrR所以：所以：1sbeoRrr射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。IUro)11/(1EsbeRRr1/sbeERrR射极输出器的使用射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以将射极输出器放在电路的末级，可以降降 低输出电阻，提高带负载能。低输出电阻，提高带负载能。3.将射极输出器放在电路的两级之间，将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。可以起到电路的匹配作用。2.6 场效应管放大电路场效应管

24、放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。组成原则：组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：2.6.1 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路GSD),(DSGSDuufi DSDSDGSGSDDuuiuuiiDSDSGSmurug1GSDmuig跨导跨导DDSDSiur漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS很

25、大，很大，可忽略。可忽略。场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds2.6.2 场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路一、静态分析一、静态分析求：求：UDS和和 ID。设：设：UGUGS则：则：UG US而：而：IG=0所以：所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5212DDGURRRUmA5.0SGSSDRURUIV10)(DSDDDDSRRIUUuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1

26、M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析sgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路gsmUggsUsgR2R1RGRLdRLRDgsUgsmUgiUoUgsiUU)/(LDgsmoRRUgULmuRgA21/RRRrGiM0375.1ro=RD=10k 2.6.3 源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析US UGmA50.RURUISGSSDUDS=UDD-US=20-5=15VV5211DDGURRRUuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLg

27、smiouRUgURUgUUA11LmLmRgRgiUoUgsUgsmUgdIriro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析riro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路21/RRRrGiM0375.1输入电阻输入电阻 ri输出电阻输出电阻 ro加压求流法加压求流法mgsmgsdogUgUIUr1SooRrr/UIdIgd微变等效电路微变等效电路ro ro R2R1RGsRSgsUgsmUg场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极

28、放大器(漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍数大于1；输出电；输出电阻阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。2.7 多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2.动态动态:传送信号。传送信号。第一级

29、第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数总电压放大倍数=各级

30、放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻总输入电阻 ri 即即为第一级的输入电阻为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。电路的性能。例例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知放大电路由下面两个放大电路组成。已知VCC=15V，R1=100k，R2=33k ，RE1=

31、2.5k，RC=5k，1=60，；，；RB=570k，RE2=5.6k，2=100，RS=20k ，RL=5k+VCCR1RCC11C12R2CERE1uiRiuoT1放大电路一放大电路一RB+VCCC21C22RE2uiuoT2放大电路二放大电路二+VCCR1RCC11C12R2CERE1uiRiuoT1RB+VCCC21C22RE2uiuoT21.求直接采用求直接采用放大电路一放大电路一的放大倍数的放大倍数Au和和Aus。2.若信号经若信号经放大电路一放大电路一放大后，再经放大后，再经射极输出射极输出器器输出，求放大倍数输出，求放大倍数Au、Ri和和Ro。3.若信号经若信号经射极输出器后射

32、极输出器后，再经，再经放大电路一放大电路一输输出，求放大倍数出，求放大倍数Au和和Aus。Ri =R1/R2/rbe =1.52 k 6.62052.152.193SiiuusRRRAA1.求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。+VCCR1RCC1C2R2CERE1RLuiuousRSRiT19311beLurRA(1)由于由于RS大，而大，而Ri小，致使放大倍数降低小，致使放大倍数降低；(2)放大倍数与负载的大小有关。例放大倍数与负载的大小有关。例：RL=5k 时时,Au=-93；RL=1k 时时,Au=-31。2.若信号经放大电路一放大后，再经射极输出

33、器若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数输出，求放大倍数Au、Ri和和Ro。usRSRB+VCCC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiRiT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k Ro1=RC=5 k k173)1(/22221EbeBiLRrRRRLERR/2Ri27310015/57036.2/6.51/1/21222222oBbeESBbeEoRRrRRRrRR18562.1173/5601111beLurRA99.0)1()1(2222LbeLuRrRA18399.0185 2111uuioooiouAAUUUUUUAk52.1/1211beiirRRRR