2 1 第3章放大電路基礎(chǔ) 3 1概論 3 2放大電路的組成和工作原理 3 3放大電路的分析方法 3 4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 3 5射極輸出器 3 6場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 3 7阻容耦合多級(jí)放大電路 3 8差動(dòng)放大電路 3 9單管放大電路的頻率響應(yīng) 2 2 重點(diǎn) 一點(diǎn) 直流工作點(diǎn)的估算 二法 圖解法微變等效電路法 小信號(hào)模型分析法 三特性 輸入 輸出特性放大特性頻率特性 四電路 共射電路2個(gè)共集電路1個(gè)差動(dòng)放大電路1個(gè) 2 3 3 1概論 3 1 1放大的概念 電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào) 這里所講的主要是電壓放大電路 電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示 如圖 Au 2 4 3 1 2放大電路的性能指標(biāo) 4個(gè)指標(biāo) 1 電壓放大倍數(shù)Au Ui和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值 2 輸入電阻ri 放大電路一定要有前級(jí) 信號(hào)源 為其提供信號(hào) 那么就要從信號(hào)源取電流 輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù) 輸入電阻越大 從其前級(jí)取得的電流越小 對(duì)前級(jí)的影響越小 2 5 輸入電阻 2 6 3 輸出電阻ro 放大電路對(duì)其負(fù)載而言 相當(dāng)于信號(hào)源 我們可以將它看成一個(gè)等效電路 這個(gè)等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻 2 7 如何確定電路的輸出電阻 在電路的計(jì)算中求ro方法 1 所有的獨(dú)立電源置零 保留受控源 2 加壓求流法 將獨(dú)立源置零 保留受控源 2 8 4 通頻帶 通頻帶 fbw fH fL 放大倍數(shù)隨頻率變化曲線 2 9 3 1 3符號(hào)規(guī)定 UA 大寫(xiě)字母 大寫(xiě)下標(biāo) 表示直流量 uA 小寫(xiě)字母 大寫(xiě)下標(biāo) 表示全量 ua 小寫(xiě)字母 小寫(xiě)下標(biāo) 表示交流分量 2 10 uA ua 全量 交流分量 t UA直流分量 2 11 3 2基本放大電路的組成和工作原理 三極管放大電路有三種形式 共射放大器 共基放大器 共集放大器 以共射放大器為例講解工作原理 2 12 共射放大電路 放大元件iC iB 工作在放大區(qū) 要保證集電結(jié)反偏 發(fā)射結(jié)正偏 輸入 輸出 參考點(diǎn) 2 13 共射放大電路 集電極電源 為電路提供能量 并保證集電結(jié)反偏 2 14 共射放大電路 集電極電阻 將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?2 15 共射放大電路組成 使發(fā)射結(jié)正偏 并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn) 基極電源與基極電阻 2 16 共射放大電路組成 耦合電容 隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系 同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出 2 17 單電源供電 可以省去 2 18 單電源供電 下面我們對(duì)此通道的直流和交流通路進(jìn)行分析 2 19 3 2 1直流通道和交流通道 放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào) 但是 電容對(duì)交 直流的作用不同 如果電容容量足夠大 可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用 即對(duì)交流短路 而對(duì)直流可以看成開(kāi)路 這樣 交直流所走的通道是不同的 這樣就有了交流通道 只考慮交流信號(hào)的分電路 和直流通道 只考慮直流信號(hào)的分電路 不同的信號(hào)可以分別在不同的通道分析 2 20 例 對(duì)直流信號(hào) 只有 EC 2 21 直流通道 2 22 對(duì)交流信號(hào) 輸入信號(hào)ui 2 23 交流通道 下面我們利用不同方法對(duì)共射電路進(jìn)行靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的分析 2 24 3 3放大電路的分析方法 放大電路分析 靜態(tài)分析 直流狀態(tài)分析 動(dòng)態(tài)分析 交流狀態(tài)分析 估算法 圖解法 微變等效電路法 圖解法 計(jì)算機(jī)仿真 2 25 3 3 1靜態(tài)分析 分析靜態(tài)工作點(diǎn)Q 1 估算法 1 根據(jù)直流通道估算IB RB稱為偏置電阻 IB稱為偏置電流 2 26 2 根據(jù)直流通道估算UCE IC IC UCE 2 27 例 用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) 已知 EC 12V RC 4K RB 300K 37 5 解 請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí) 2 28 IBQ UBEQ 和 ICQ UCEQ 分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn) 2 29 圖解法之前 先看看直流負(fù)載線的概念 UCE IC滿足什么關(guān)系 1 輸出特性 IB為一固定數(shù)值時(shí) EC可變時(shí)候 IC和UCE的關(guān)系 即一條輸出特性曲線的特點(diǎn) 輸出特性曲線已經(jīng)在前面講解 三極管的非線性特性 2 當(dāng)IB為一變化數(shù)值時(shí) EC不變時(shí)候 IC和UCE滿足直流負(fù)載線的關(guān)系 UCE EC ICRC 即不同輸出特性曲線的特點(diǎn) 三極管的線性特性 2圖解法 2 30 UCE EC ICRC 直流負(fù)載線 直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn) IB 兩條曲線的交點(diǎn)同時(shí)滿足以上兩種關(guān)系的 即為靜態(tài)工作點(diǎn) 2 31 圖解法具體做法 先估算IB 然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線 與IB對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn) 2 32 uCE怎么變化 3 3 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析法1 圖解法動(dòng)態(tài)情況分析即分析交流信號(hào)的放大原理 假設(shè)uBE有一微小的變化 2 33 uCE的變化沿一條交流負(fù)載線變化 uCE相位如何 uCE與ui反相 2 34 各點(diǎn)波形 2 35 實(shí)現(xiàn)放大的條件 1 晶體管必須偏置在放大區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 2 正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 使整個(gè)波形處于放大區(qū) 3 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流 4 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓 經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào) 2 36 3 3 3失真分析 為了得到盡量大的輸出信號(hào) 要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分 如果Q設(shè)置不合適 信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū) 造成非線性失真 2 37 2 38 uo Q點(diǎn)過(guò)低 信號(hào)進(jìn)入截止區(qū) 稱為截止失真 信號(hào)波形 2 39 uo Q點(diǎn)過(guò)高 信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū) 稱為飽和失真 信號(hào)波形 2 40 動(dòng)態(tài)分析方法2 小信號(hào)模型法 微變等效電路法 1 三極管的微變等效電路 首先考察輸入回路 當(dāng)信號(hào)很小時(shí) 將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性 uBE 對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言 三極管發(fā)射節(jié)相當(dāng)于電阻rbe 2 41 對(duì)于小功率三極管 其中200歐姆表示基區(qū)的體電阻 而公式后半部分表示發(fā)射結(jié)的電阻 發(fā)射區(qū)的體電阻忽略 rbe的量級(jí)從幾百歐到幾千歐 2 42 考察輸出回路 所以 輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源 2 43 rce的含義 輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce 原因是輸出曲線只是近似平行 2 44 rce很大 一般忽略 2 45 弄清楚等效的概念 1 對(duì)誰(shuí)等效 2 怎么等效 e b c b e c 2 46 2 放大電路的微變等效電路 將交流通道中的三極管用微變等效電路代替 2 47 3 電壓放大倍數(shù)的計(jì)算 負(fù)載電阻越小 放大倍數(shù)越小 2 48 4 輸入電阻的計(jì)算 對(duì)于為它提供信號(hào)的信號(hào)源來(lái)說(shuō) 放大電路是負(fù)載 這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來(lái)表示 輸入電阻的定義 輸入電阻是動(dòng)態(tài)電阻 2 49 電路的輸入電阻越大 從信號(hào)源取得的電流越小 因此一般總是希望得到較大的輸入電阻 2 50 5 輸出電阻的計(jì)算 對(duì)于負(fù)載而言 放大電路相當(dāng)于信號(hào)源 可以將它轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)等效電路 該等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻 計(jì)算輸出電阻的方法 1 所有獨(dú)立電源置零 保留受控源 加壓求流法 2 51 所以 用加壓求流法求輸出電阻 2 52 3 4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 為了保證放大電路的穩(wěn)定工作 必須有合適的 穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn) 但是 溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn) 對(duì)于前面的電路 固定偏置電路 而言 靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE IB 和IC決定 這些參數(shù)隨溫度而變化 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面 2 53 溫度UBE影響 UBE的溫度系數(shù)為 2 2mv OC 既隨著溫度上升而下降 隨著溫度增加 加快了載流子的擴(kuò)散速度 使基區(qū)電子與空穴的數(shù)目減少 更多的電子進(jìn)入集電區(qū) 使IC增加 增加 總的效果使的靜態(tài)工作電向上移 2 54 總的效果是 2 55 總之 固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的 為此 需要改進(jìn)偏置電路 當(dāng)溫度升高 IC增加時(shí) 能夠自動(dòng)減少IB 從而抑制Q點(diǎn)的變化 保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定 常采用分壓式偏置電路 射極偏置電路 來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn) 電路見(jiàn)下頁(yè) 2 56 分析直流特性 2 57 可以認(rèn)為與溫度無(wú)關(guān) 其原因見(jiàn)下頁(yè) 2 58 本電路穩(wěn)壓的過(guò)程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過(guò)程 而UB被RB1和RB2固定 2 59 射極偏置電路的微變等效電路 交流小信號(hào)模型 2 60 將RE折算到基極 去掉負(fù)載后的等輸出電阻 2 61 3 5共集電極電路 射極輸出器 假設(shè)EC 0 即EC和地端短接 對(duì)于交流信號(hào)而言 輸入端連接B和地端 C端 輸出端為E端和地端 C端 即共用C端 所以為共集電極電路 2 62 靜態(tài)分析 2 63 動(dòng)態(tài)分析 參數(shù)1 電壓放大倍數(shù) rbe RE RL 2 64 1 所以 但是 輸出電流Ie增加了 2 輸入輸出同相 輸出電壓跟隨輸入電壓 故共集電極電路也稱為電壓跟隨器 討論 2 65 參數(shù)2 輸入電阻 輸入電阻高 對(duì)前級(jí)有利 2 66 參數(shù)3 輸出電阻 用加壓求流法求輸出電阻 置0 其中US輸入交流電源 信號(hào)源 RS為交流電源內(nèi)阻 2 67 2 68 2 69 一般 所以 射極輸出器的輸出電阻很小 帶負(fù)載能力強(qiáng) 2 70 討論 1 將射極輸出器放在電路的首級(jí) 可以提高輸入電阻 2 將射極輸出器放在電路的末級(jí) 可以降低輸出電阻 提高帶負(fù)載能力