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 9.4 放大电路的动态分析 9.5 双极型晶体管基本放大电路
9.8 多级放大电路 9.9 差分放大电路
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。
例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。
+UCC RB IB RC + + TUCE UBE – – IC
由KVL可得：
U CC I B RB U BE I E RE I B RB UBE (1 β ) I B RE
U CC U BE IB RB (1 β ) RE
+ + TUCE UBE – – IE
–
直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE )
对交流信号(有输入信号ui时的交流分量) XC 0，C 可看作 C2 对地短路 RB 短路。忽略电源的内 + iC + 阻，电源的端电压恒 C1 iB + 定，直流电源对交流 T uCE 短路 + + + 可看作短路。 RS 短路 uBE – RL uo – ui + – iE 交流通路 u
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。
符号规定
UA uA ua
全量
大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、大写下标，表示全量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。 ua
2. 由直流通路估算UCE、IC 即IC=βIB 所以 UCE = UCC – IC RC
RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。
根据电流放大作用
I C I B I CEO β I B I B
由KVL: UCC = IC RC+ UCE
例1：用估算法计算静态工作点。
已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。
O
IB tO
IC
tO
UCE
t
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 。 IC IB IB
Q
IC UBE
O
Q
O
UCE
UBE
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。
RC
s
+UCC
–
–
用来计算电压 放大倍数、输入 电阻、输出电阻 等动态参数。
RS +
+ ui RB RC RL
us – –
+ uO –
放大电路的分析方法
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。 估算法 静态分析 图解法 微变等效电路法
放大电 路分析
动态分析
图解法
计算机仿真
9.2 放大电路的静态分析
即电路具有电压放大作用。
ui
O
uo t
O
t
(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。
1. 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。
静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。 静态分析：确定放大电路的静态值。 ——静态工作点Q：IB、IC、UCE 。 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。
直流通路
直流通道
+UCC
RB C1
RC T 开路
+UCC
C2 开路 RB RC
对直流信号（只有+UCC）
一、用图解法确定静态值
用作图的方法确定静态值 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。 步骤： 1. 用估算法确定IB 2. 由输出特性确定IC 和UCE UCE = UCC– ICRC
+UCC RB C1 + C2 + + iB iC + + T uCE uBE – uo – iE – iC RC
+ ui –
u = uo o0 0 uBE = UBE uBE = UBE+ ui u= = UCE uCE CEUCE+ uo
uCE
O
无输入信号(uii = C uCE = UCC－ i R 0)时: 有输入信号(uC≠ 0)时
ui
O
uo t
uBE t
O
iB
UBE tO
IB
tO
IC
tO
？
UCE
t
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。 直流分量 iC 交流分量 iC + ic
O
集电极电流
iC
t
IC
O
t
O
t 动态分析
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，
IE
IC β IB 由KVL可得： CE U CC I C RC I E RE U
由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态 值的公式也不同。
静态工作点的影响
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。 iC/mA 如果Q设置不合 iC/mA Q1 适，晶体管进入截止 Q 区或饱和区工作，将 Q2 造成非线性失真。 若Q设置过高， IC 晶体管进入饱和区工 O 作，造成饱和失真。 u /V t O 适当减小基极电流 可消除失真。
U CC RC
ICQ
O

UCEQ
UCC
UCE /V
直流负载线斜率
1 tan RC
二、用估算法确定静态值
1. 直流通路估算 IB
+UCC RB IB
由KVL: UCC = IB RB+ UBE
RC
+ + TUCE UBE – –
IC
U CC U BE 所以 I B RB
U CC 当UBE<< UCC时， I B RB
一、放大电路的主要性能指标
（1）电压放大倍数Au 反映放大电路的放大能力的指标
ΔU o Au ΔU i
若ui为正弦量则
Uo Au Ui
Uo | Au | Ui
分贝值
Au dB 20lg Au
增益
（2）放大电路的输入电阻ri

RS
Ii

Au
US ~

Ui
ri ri
从放大电路输 入端看进去的 等效电阻为ri
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。 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。 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。 目的： 找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。
O
CE
uCE/V
UCE
t
uo
iC/mA
若Q设置过低，
iB/A
iB/A
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。
Q
O O
Q
O
uCE/V uCE/V UCE uo
t
O O
ui
uBE/V uBE/V
t
t UBE 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。
r 是衡量放大电路带负载能力的指标
0
ui
Au
uo
电源 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。
放大的概念:
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。
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 对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）