基本放大电路.pptx

本 章 要 求1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。2.掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法。3.了解静态工作点稳定的工作原理。4.了解差动放大电路的工作原理和性能特点。5.掌握互补对称功率放大电路的工作原理和性能特点。第1页/共53页放大的概念放大的概念:放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。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第2页/共53页 放大的实质放大的实质: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。成交流能量输出。对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求 ：1.1.要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数(电压、电流、功率电压、电流、功率)。2.2.尽可能小的波形失真。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。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，同时介绍功率放大电路。本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。第3页/共53页三种 BJT放大电路共射极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路以共射极放大电路为例讲解工作原理放大电路的组态：第4页/共53页共发射极电路 共基极电路 共集电极电路 静态(直流)静态估算法电路分析：图解法 动态(交流)微变等效电路法 图解法 第5页/共53页C2RBRLTC1RCECEBRSes-+uBE+-+1.共射极放大电路各元件的作用-ui+iBiCiE-uo+放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。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信号源及内阻15.1 共发射极放大电路的组成集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。第6页/共53页-uo+C2RBRLTC1RCECEBRSes-+uBE+-+-ui+iBiCiE耦合电容C1、C2：电解电容，有极性。大小为10F50F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。参考点第7页/共53页单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法共发射极基本电路共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE电路改进：采用单电源供电第8页/共53页几点说明：1.放大电路中电压、电流符号意义说明：直流信号：如 IB，UBE等。XY大写大写交直流总量：如 iB，uBE等。xY小写大写交流信号：如 ib，ube等。xy小写小写相量：如 等。Xy大写有点小写2.放大电路中电压、电流参考方向：电压的正方向一般以公共端（参考电位点）为负端，其他端为正端；电流：iC、iB以流入电极为正，iE以流出电极为正。3.放大电路中电解电容的接法。电容正极接高电位点。有效值：如 Ib，Ube等。Xy大写小写+-+-uiuoVCCRCRBC1C2iBiC+-uCEiC第9页/共53页UBEIBICUCEuBEtOiBtOiCtOuCEtOiC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iBiE2.共共射射放放大大电电路路的的电电 压压 放放 大大 原原 理理 uo=0uBE=UBEuCE=UCE无输入信号(ui=0)时:第10页/共53页ICUCEOIBUBEO结论：结论：(1)(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流:I IB B、U UBEBE和和 I IC C、U UCECE 。(I IB B、U UBEBE)和和(I IC C、U UCECE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态静态工作点工作点。QIBUBEQUCEIC第11页/共53页UBEIB无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时 uCE=UCC iC RC uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iBiE第12页/共53页(2)(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大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。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静态分析第13页/共53页(3)(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，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。即电路具有电压放大作用。(4)(4)输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180，即共发射极电路具有反相作用。即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO第14页/共53页实现放大的条件实现放大的条件 (1)(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电 结反偏。结反偏。(2)(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(3)(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)(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。第15页/共53页符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量，如：IB、UBE等。uA小写字母、大写下标，表示交直流量，如：iB、uBE等。ua小写字母、小写下标，表示交流分量，如：ib、ube等。Ua大写字母、小写下标，表示有效值。如：Ib、Ube等。15.2 放大电路的静态分析第16页/共53页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静态 时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。第17页/共53页直流通路和交流通路: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。交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：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路分析。第18页/共53页+UCCRCC1C2RSes-+RLuo+-ui+-uBE+-uCE+T+RB对直流信号（只有+UCC）开路开路直流通道RB+UCCRC直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IB、IC、UCE)第19页/共53页对交流信号(输入信号ui)RB+UCCRCC1C2Tui+-RL+uo-+短路短路直流电源和耦合电容对交流相当于短路RBRCRL+ui-交流通路+uo-用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。第20页/共53页15.2.1 估算法确定静态值（1）根据直流通路估算IBIB+UBE -RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。直流通道RB+UCCRC第21页/共53页（2）根据直流通道估算IC、UCE直流通道RB+UCCRCIC+UCE-第22页/共53页例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：请注意电路中IB 和IC 的数量级。直流通道RB+UCCRC第23页/共53页例例2 2：用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。由例由例1 1、例、例2 2可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第24页/共53页用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：步骤：1.1.用估算法确定用估算法确定I IB B 优点：优点：能直观地分析和了解静态值能直观地分析和了解静态值 的变化对放大电路的影响。的变化对放大电路的影响。2.2.由输出特性确定由输出特性确定I IC C 和和U UCECEUCE=UCC ICRC 直流负载线方程直流负载线方程15.2.2 图解法确定静态值直流通道RB+UCCRCIB+UBE -IC+UCE-第25页/共53页直流负载线斜率直流负载线斜率ICQUCEQUCCU UCECE =U=UCCCCIIC CR RC CUCE/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O15.2.2 图解法第26页/共53页如何判断一个电路是否能实现放大？3.晶体管必须工作在放大区。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。第27页/共53页动态：动态：放大电路有信号输入（放大电路有信号输入（u ui i 0 0）时的工作状态。）时的工作状态。分析方法：分析方法：微变等效电路法，图解法。微变等效电路法，图解法。所用电路：所用电路：放大电路的交流通路。放大电路的交流通路。动态分析动态分析:计算电压放大倍数计算电压放大倍数A Au u、输入电阻、输入电阻r ri i、输出电阻、输出电阻r ro o等。等。分析对象：分析对象：各极电压和电流的交流分量。各极电压和电流的交流分量。目的：目的：找出找出A Au u、r ri i、r ro o与电路参数的关系，为设计打基础。与电路参数的关系，为设计打基础。15.3 放大电路的动态分析第28页/共53页ic-ube+-uce+ibECBbucei+-+icube-双口有源器件15.3.1 微变等效电路法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号第29页/共53页iBuBE从输入回路看当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiBrbe从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：1.晶体管的微变等效电路首先考察输入回路对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。第30页/共53页对输入的交流小信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。BECubeib+-rbeibBEube+-第31页/共53页iCuCE(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iCuCE从输出回路看：一般在一般在2020200200之间，之间，在手册中常用在手册中常用h hfefe表示。表示。r rcece愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好因因r rcece阻值很高，一般忽略不计。阻值很高，一般忽略不计。第32页/共53页等效三极管的微变等效电路微变等效电路rce很大，一般忽略。BECubeib+-+-+-ubeuceicrbeibibrce BEC+-+-ubeuceicrbeibibBEC第33页/共53页 将交流通路中的晶体管用晶体管将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii2、放大电路的微变等效电路第34页/共53页 分析时假设输入为正弦交流，分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。用相量表示。微变等效电路微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第35页/共53页当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路(未接未接R RL L)时，时，rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.电压放大倍数的计算其中负号表示 与 相位相反。特点：负载电阻越小，放大倍数越小。定义第36页/共53页4.4.放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源放大电路对信号源(或对前级放大电路或对前级放大电路)来说，是一个负载，来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也也就是放大电路的输入电阻。就是放大电路的输入电阻。定义：定义：输入电阻是对交流信号而输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。言的，是动态电阻。+-信号源信号源A Au u放大电路放大电路+-+-放大电放大电路路信号源信号源+-+-+-+-第37页/共53页4.输入电阻的计算输入电阻的定义：对交流信号是动态电阻。电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此为了减轻信号源的负担，总是希望输入电阻越大越好。ri 较大的输入电阻ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。rbe+oU&cI&bI&CBE+iU&bI&RCRLRBRs +第38页/共53页 5.5.放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路放大电路对负载对负载(或对后级放大电路或对后级放大电路)来说来说，是一个信，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。大电路的输出电阻。+_ _R RL Lr ro o+_ _定义：定义：输出电阻是动态电输出电阻是动态电阻，与负载无关。阻，与负载无关。R RS SR RL L+_ _A Au u放大放大电路电路+_ _第39页/共53页,则输出电阻ro为：rbe+cI&bI&CBERCRBRSI&的计算方法是：ro输出电阻的计算方法一：加压求流法0信号源短路，断开负载RL在输出端加电压,求出由 产生的电流第40页/共53页输出电阻的计算方法二：对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。+-+ro+-RL+-+ro+-所以：对于负载而言，放大器的输出电阻ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望ro越小越好。上式中ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。第41页/共53页Rsus+-+uiRL+uo+UCCRCC1C2TRB+-第42页/共53页画出微变等效电路RC+UCCTRB+UCEQ-+UBEQ -ICQIBrbe+oU&cI&bI&CBE+iU&bI&RCRLRBRs +第43页/共53页第44页/共53页1.交流负载线其中：输出端接入负载RL：不影响Q，影响动态！uce=-ic（RC/RL）=-ic RL15.3.2 图解法icRBRCRL+ui-+uo-交流通路+uce-第45页/共53页交流量ic和uce有如下关系：即：交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC/RL）=-ic RL或 ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）经过Q点。第46页/共53页交流负载线的作法：iCiCEVCCQIB交流负载线直流负载线斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）经过Q点。注意：（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。第47页/共53页QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L=由由u uo o和和u ui i的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。2.交流放大原理第48页/共53页3.非线性失真在放大电路中，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=)。第49页/共53页 如果如果Q Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真非线性失真。若若Q Q设置过高，设置过高，晶体管进入饱和区工晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。作，造成饱和失真。Q2uo 适当减小基极电流适当减小基极电流可消除失真。可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1对于NPN管，输出电压表现为底部失真；第50页/共53页若若Q Q设置过低，设置过低，晶体管进入截止晶体管进入截止区工作，造成截止区工作，造成截止失真。失真。适当增加基极电流适当增加基极电流可消除失真。可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 如果如果Q Q设置合适，设置合适，信号幅值过大信号幅值过大也可产生失真，也可产生失真，减小信号减小信号幅值幅值可消除失真。可消除失真。第51页/共53页放大电路最大输出不失真幅度：uCE/Vic/mA0 2 4 6 8 10 124321Q交流负载线UCEUCES Uom+Uom-最大输出不失真幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。第52页/共53页感谢您的欣赏第53页/共53页