第五章放大器基本结构
同相放大器结构原理
同相放大器结构原理运放电路被当作运算放大器应用时，必须工作于闭环状态——将OUT 端输出电压引回IN-端构成负反馈通路，如果OUT端与IN-端直接短接，即将输出电压信号全部地引回至反相输入端，则放大器将失掉电压放大能力，处于电压跟随器的工作状态。
1、电路跟随器图1 电压跟随器的电路形式之一以图1中的a电路为例，以输入、输入的原始状态对地电压为0V为静态工作点，分析电压跟随器电路的工作原理。
当放大器同相输入端由原始状态跃升为1V输入信号电压时，因输入端IN+> IN-，Q1开始导通，使输出端向+15V靠近；因输出端反馈信号全部馈回IN-反相输入端的缘故，由放大器脾性可知，至IN-端电压也为1V，两输入端电压相等时，电路进入平衡状态；当IN+端输入负电压信号时，此时因IN－> IN+，Q2导通，使输出电压向-15V靠近，直至两输入端电压相等时，电路进行平衡状态。
由此推知，当IN+端输入电源范围以内的电压信号，其输出端也必然输出相应的相等的输出电压。
由电压跟随器电路，可以找到该电路的两个基本特点：（1）、闭环状态下，当电路达到平衡状态后（实际上，电路的控制速度非常之快，当我们下笔测量时，调整过程已经结束），两输入端电压相等，即其电压差为0V；（2）、针对电压跟随器这个“特型电路”，其三端——两个输入端和输出端电压——是完全相等的。
若有不等，即电路是坏掉的。
上述（1）即教科书中说到的“虚短”概念，适用于一切由运放构成的放大器电路。
那么既然输入、输出电压是完全相等的（即无电压放大作用），添加该级放大器岂不是无用的？答案是否定的。
电压跟随器是一个阻抗变换器，变输入高阻为低阻输出，提高带载能力，置身于前、后级电路之间，起到隔离和缓冲作用。
如MCU信号输出端口输出2V电压信号时，因拉电流能力约1mA左右，无法直接驱动发光二极管，接入电压跟随器后，同样的电压幅度，则具备了驱动发光二极管的能力。
基本放大电路ppt课件
两线的交点即是Q点，得到IBQ 。在输出特性曲线上，作出直流负载线
VCE=VCC－ICRC，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ 。
图12-8 静态工作情况图解
②动态工作情况分析 Ⅰ 交流通路及交流负载线 过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/(RL∥Rc)直线，该直线即为交流 负载线。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。R'L= RL∥Rc，是交流负载电阻。 Ⅱ 输入交流信号时的图解分析 通过图解分析，可得如下结论：
（1）vi vBE iB iC vCE | vo | （2）vo与vi相位相反； （3）可以测量出放大电路的电压放大倍数； （4）可以确定最大不失真输出幅度。
图12-9 动态工作情况图解
3．放大电路三种 基本组态的比较
共发射极放大电路
共集电极放大电路
共基极放大电路
电 路 组 态
电
压 增
(RC // RL )
图12-3 放大电路的幅频特性曲线
▪ 2．共射极放大电路
根据放大器输入输出回路公共端的不同，放大器有共发射极、共集电极和共基 极三种基本组态，下面介绍共发射极放大电路。 （1）电路组成 共射极基本放大电路如图12-4所示。
图12-4 共发射极基本放大电路
▪ 具体分析如下： ▪ ①Vcc:集电极回路的直流电源 ▪ ②VBB:基极回路的直流电源 ▪ ③三极管T：放大电路的核心器件，具有电流放大
便于计算和调试。
（2）因为耦合电容的容量较
（2）电路比较简单，体积 大，故不易集成化。
较小。
（1）元件少，体积小，易 集成化。
（2）既可放大交流信号， 也可放大直流和缓变信号。
晶体管放大器结构原理图解
晶体管放大器构造原理图解功率放大器的作用是未来自前置放大器的信号放大到足够能推进相应扬声器系统所需的功率。
就其功率来说远比前置放大器简单，就其耗费的电功率来说远比前置放大器为大，因为功率放大器的实质就是将沟通电能“转变”为音频信号，自然此中不行防止地会有能量损失，此中尤以甲类放大和电子管放大器为甚。
一、功率放大器的构造功率放大器的方框图如图1-1 所示。
1、差分对管输入级输入级主要起缓冲作用。
输入输入阻抗较高时，往常引入必定量的负反应，增添整个功放电路的稳固性和降低噪声。
前置激励级的作用是控制后来的激励级和功绩输出级两推挽管的直流均衡，并供应足够的电压增益。
激励级则给功率输出级供应足够大的激励电流及稳固的静态偏压。
激励级和功率输出级则向扬声器供应足够的激励电流，以保证扬声器正确放音。
其他，功率输出级还向保护电路、指示电路供应控制信号和向输入级供应负反应信号（有必需时）。
一、放大器的输入级功率放大器的输入级几乎一律都采纳差分对管放大电路。
因为它办理的信号很弱，由电压差分输入给出的是与输入端口处电压基本上没关的电流输出，加之他的直流失调量很小，固定电流不再一定经过反应网络，所以其线性问题简单办理。
事实上，它的线性远比单管输入级为好。
图1-2 示出了 3种最常用的差分对管输入级电路图。
图 1-2 种差分对管输入级电路1、加有电流反射镜的输入级在输入级电路中，输入对管的直流均衡是极其重要的。
为了获得精准的均衡，在输入级中加上一个电流反射镜构造，如图1-3 所示。
它能够迫使对管两集电极电流近于相等，进而能够对二次谐波正确地加以抵消。
其他，流经输入电阻与反应电阻的两基极电流因不相等所造成的直流失调也变得更小了，三次谐波失真也降为不加电流反射镜时的四分之一。
在均衡优秀的输入级中，加上一个电流反射镜，起码可把总的开环增益提升6Db。
而对于预先未能获得足够好均衡的输入级，加上电流反射镜后，则提升量最大可达 15dB 。
《单级放大器》课件
共栅放大器
适用于宽带、低噪声、高速应 用，具有较高的增益和带宽。
差分放大器
适用于抑制共模干扰和消除零 点漂移，具有较高的线性度和
较低的失真。
06
CATALOGUE
单级放大器的调试与维护
单级放大器的调试方法
静态工作点的调试
通过调节偏置电阻，观察放大器的输 入和输出波形，确保工作点设置在合 适的区域。
03
CATALOGUE
单级放大器的电路分析
电压放大倍数
电压放大倍数是指输出电压与输入电压的比值，用于衡量放大器对信号的放大能力 。
电压放大倍数的大小取决于电路元件的参数和连接方式，可以通过计算和测量来确 定。
电压放大倍数的计算公式为：A = (Rc / Re) * (1 + β)，其中Rc是集电极电阻，Re是 发射极电阻，β是晶体管的电流放大倍数。
失真
表示放大器输出信号与输入信 号相比产生的畸变程度。
02
CATALOGUE
单级放大器的基本结构和工作 原理
单级放大器的基本结构
输入级
偏置电路
接收微弱信号并将其放大，是放大器 的第一级。
为放大器提供合适的工作点，使放大 器正常工作。
输出级
输出放大的信号，是放大器的最后一 级。
单级放大器的工作原理
设计反馈网络
为了稳定放大器的性能，需要设 计合适的反馈网络。
确定放大倍数
根据需求确定放大器的放大倍数 。
考虑散热和封装
对于大功率放大器，需要考虑散 热和封装问题。
单级放大器的设计实例
01
02
03
04
共射放大器
适用于低频、大功率应用，具 有较高的输入阻抗和较低的输
低噪声放大器..
5） C
C 0 VBC 1 0
n
反偏集电结电容
6） 7）
Ccs 集电结与衬底间的势垒电容
rbb ' 、ree 、 rcc 为各极的体电阻
大倍数下降为 1 时的频率
8） 特征频率 fT 定义为共射输出短路电流放
gm gm fT 2 (C C ) 2 C
3） 有源偏置电路
有源偏置电路具有相 当出色的温度稳定性，但 同时也带来了元件数目增 多，电路结构复杂等缺点。 在放大器的温度稳定性要 求比较高的时候，可以考 虑采用这种偏置电路。
有源偏置电路
3）传输线偏置电路
传输线偏置电路
传输线偏置法可以抑制偶次谐波，并且还可以 改善放大器的稳定性。
固定基流偏置电路
IIP3
Input VSWR
－11.1dBm
1.5
－3dBm
1.2
Output VSWR
隔 离
3.1
21dB
1.4
21dB
从表中可以看出，低噪声放大器的主要指标为： 噪声系数 增益 线性范围
输入输出阻抗的匹配
功耗
输入输出的隔离
以上各项指标并不独立，是相互关联的，在 设计中如何折中，兼须各项在指标，是设计的 重点也是难点。
C gd ---漏极与源极电容
rG 、 rS 、 rD 分别为各极的欧姆电阻，rds 是漏源电
阻， R 是串联栅极电阻 i
对于GaAs FET ，这些参数的典型值为
Ri 7
C gs 0.3 pF
rds 400 Cds 0.12 pF
gm 40mS
C gd 0.01 pF
基极分压射极偏置电路
光纤放大器结构及原理
光纤放大器结构及原理
光纤放大器的基本结构主要包括信号源、泵浦源、掺杂光纤、耦合器、隔离器等部分。
其中，掺杂光纤是核心部件，实现信号光的放大。
耦合器将信号光和泵浦光有效耦合进掺杂光纤。
隔离器用来防止反向传输光对光器件的损伤，确保放大器稳定工作。
光纤放大器的原理基于激光的受激辐射，通过将泵浦光的能量转变为信号光的能量实现放大作用。
在光纤中掺杂稀土离子（如铒、镨、铥等）作为激光活性物质，当适当的光信号通过时，亚稳态电子会发生受激辐射效应，放射出大量同波长光子，从而实现信号光的放大。
光纤放大器的种类有很多，其中掺铒光纤放大器（EDFA）是最常用的一种。
EDFA的组成基本上包括了掺铒光纤、泵浦激光器、光合路器几个部分。
基于不同的用途，掺铒光纤放大器已经发展出多种不同的结构。
以上内容仅供参考，如需更全面准确的信息，可以查阅光纤通信相关的书籍或文献，也可以咨询该领域的专家。
功率放大电路
授课教师：徐升鹏
项目：功率电路制作
2020/5/16
2
第五章 功率放大电路
§ 5.1 功率放大电路的一般问题 § 5.3 乙类双电源互补对称功放电路 § 5.4 甲乙类互补对称功放电路 § 5.5 集成功率放大器
引言
多级放大电路:
几级放大电路的串联构成的电路
多极放大电路中，输出的信号往往需要送到 负载，去驱动一定的装置，或驱动执行装置， 通常采用的就是功率放大电路。
引言
本章的主要内容就是由晶体管BJT组成的 功率放大电路。
前面所讨论的放大电路主要用于增强电压 幅度或电流幅度，因而相应地称为电压放大 电路或电流放大电路。强调的是不同的输出量。
2020/5/16
5
§ 5.1 功率放大电路的一般问题
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级， 以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动 作、 仪表指针偏转等。
T2 RL
-VCC
甲乙类双电源互补对称功放电路OCL
1.克服交越失真的措施：
+VCC
电路中增加 R1、D1、D2、R2
R1
T1
支路
D1
静态时: T1、T2两管发射 结电位分别为二极管
D1、 D2的正向导通压 降，致使两管均处于
微弱导通状态.
vi D2 R2
VL iL T2 RL
在负载上静态时电流为零，电压为零。 -VCC
集成功放LM384： 生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：单电源 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V
集成功放 LM384管脚说明:
14 -- 电源端（ Vcc）
3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 -- 接地端（GND）
晶体管放大器结构原理图解
晶体管放大器结构原理图解功率放大器的作用是将来自前置放大器的信号放大到足够能推动相应扬声器系统所需的功率。
就其功率来说远比前置放大器简单，就其消耗的电功率来说远比前置放大器为大，因为功率放大器的本质就是将交流电能“转化”为音频信号，当然其中不可避免地会有能量损失，其中尤以甲类放大和电子管放大器为甚。
一、功率放大器的结构功率放大器的方框图如图1-1所示。
1、差分对管输入级输入级主要起缓冲作用。
输入输入阻抗较高时，通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。
前置激励级的作用是控制其后的激励级和功劳输出级两推挽管的直流平衡，并提供足够的电压增益。
激励级则给功率输出级提供足够大的激励电流及稳定的静态偏压。
激励级和功率输出级则向扬声器提供足够的激励电流，以保证扬声器正确放音。
此外，功率输出级还向保护电路、指示电路提供控制信号和向输入级提供负反馈信号（有必要时）。
一、放大器的输入级功率放大器的输入级几乎一律都采用差分对管放大电路。
由于它处理的信号很弱，由电压差分输入给出的是与输入端口处电压基本上无关的电流输出，加之他的直流失调量很小，固定电流不再必须通过反馈网络，所以其线性问题容易处理。
事实上，它的线性远比单管输入级为好。
图1-2示出了3种最常用的差分对管输入级电路图。
图1-2种差分对管输入级电路1、加有电流反射镜的输入级在输入级电路中，输入对管的直流平衡是极其重要的。
为了取得精确的平衡，在输入级中加上一个电流反射镜结构，如图1-3所示。
它能够迫使对管两集电极电流近于相等，从而可以对二次谐波准确地加以抵消。
此外，流经输入电阻与反馈电阻的两基极电流因不相等所造成的直流失调也变得更小了，三次谐波失真也降为不加电流反射镜时的四分之一。
在平衡良好的输入级中，加上一个电流反射镜，至少可把总的开环增益提高6Db。
而对于事先未能取得足够好平衡的输入级，加上电流反射镜后，则提高量最大可达15dB。
另一个结果是，起转换速度在加电流反射镜后，大致提高了一倍。
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uBE UT re |Q iE ICQ
iC iC iB 1 ICQ gm |Q |Q uBE iB uBE rbe ( 1 )re re UT
uCE UA rce iC I CQ
rbc
uCE rce iB
第五章 工作点相同 基本放大器电路
UO IC ( RC || RL ) I b R'L R'L Au Ui Ib rbe Ib rbe rbe
UO Ib R'L R'L Au Ui Ib rbe ( 1 )I B RE rbe ( 1 )RE
输入电阻
Ri (RG1 / / RG2 ) RG3
输出电阻
RO RD
2 共漏放大器
第五章
基本放大器电路
UDD RG1 150k £ « RG3 1M 50k RG2 gm£ ½2mA/V £ « C2 RS 2k RL 10k £ « . Uo £ -
Au
Uo Ui
I d ( RS RL ) Ui
iD
1 £ R Q2 0 uGS
¡ å Q2 ¡ ä Q1 ¡ ä Q2 0 (b) ¡ ä Q3 Q3 RG2 u UDD GS RG1£ « RG2
S
Q1
二.解析法
UGS 2 U GS 2 iiD I DSS ( ) (1 1 ) D I DSS UGSoff
(a)
联立解求出漏极电流
光耦合 (不共地)
直接耦合
[例5.6.1]
5.6.2
级联放大器的分析计算 第五章 基本放大器电路 (举例) 共源--共射级联,输出与输入同相
1.直流工作点分析 2.放大倍数
U 0 U 01 U 0 Au Au1 Au 2 U i U i U 01
3.输入电阻,决定笫一级 4.输出电阻,决定最后一级
输入电阻很大 输出电阻很小
可做为输入级,输出级,中间级
第五章 5.4.2 共基放大器
基本放大器电路
Au
( RC || RL )
rbe
输出与输入同相
rbe Ri 1
输入电阻最小,且与共集 电路的输出电阻相同
RO RC
与共射电路相同 输
例 5.4.1 1. 要求源电压增益最大 2. 要求输出电压 UO U S 3. 要求输出电压 UO U S
基本放大器电路
共射放大器输出电压信号 与输入电压信号反相
第五章
基本放大器电路
工作点太高,集电极电流太大, 易产生饱和失真 工作点太低,集电极电流太小, 易产生截止失真
第五章 输出不失真线性动态范围
基本放大器电路
受截止失真限制 二者取其小 受饱和失真限制
UOm ICQ R'L
UOm UCEQ UCES
第五章
D
基本放大器电路
S
rds
+
RD
RL
+ UO
RG2
RS
-
Ui
-
U gs Ui
UO ' Au gm RL Ui
UO gmU gs R
' L
1 Ri RS // gm
RO RD
5.6
放大器级联
第五章 5.6.1 级间耦合方式 基本放大器电路
阻容耦合
变压器耦合 (不共地)
输出与输入反相 Ui Ri RB1 || RB 2 || rbe Ii Ri [ rbe ( 1 )RE ] || RB1 || RB 2
RO UO |U S 0.RL RC IO
RO RC
5.4
共集电极放大器和共基放大器 第五章 基本放大器电路
5.4.1 共集电极放大器--射极输出器--射极跟随器
所以,输出线性动态范围
UOPP 2UOm
5.3
放大器的交流等效电路分圻法 第五章 -基本放大器电路 前提是工作在放大区
5.3.1
晶体管交流小信号模型
uBE UBEQ ube
iB I BQ ib
iC ICQ ic
uCE UCEQ uce
第五章
基本放大器电路
ube uBE iE uBE rbe |Q ( 1 )re ib iB iB iE
第五章
基本放大器电路 5. 要求同时获得一对 等值反相的输出信号
4. 要求接入负载电阻 RL 1K 时,UO |U S | ,并求输出电阻 RO
100
第五章
基本放大器电路
5.5 场效应管放大器 5.5.1 场效应管偏置电路 FET、J耗尽型MOSFET:UGS=0，iD≠0，可采用自偏压方式; 增强型MOSFET，则一定要采用分压式偏置或混合偏置方式.。
( 1 )I b ( RE || RL ) Au 1 I b rbe ( 1 )I b ( RE || RL )
输入输出同相 放大倍数近似为1
Ri rbe ( 1 )( RE || RL )
UO RS rbe RO |U S 0 ,RL IO (1 )
(2) 输出电阻
RO RD
(3) 输入电阻
Ri RG
[例5.5.1]
第五章
基本放大器电路
放大倍数
Au
UO Ui
Ui Ugs US Ugs gmU gs RS U gs (1 gm RS )
UO gm ( RD / / RS ) UO gmU gs (RD / / RL ) Au Ui 1 g m RS
[例5.6.2]
第五章
基本放大器电路
1.直流工作点分析 2.放大倍数 3.输入电阻,决定笫一级
共集--共射--共集级联
4.输出电阻,决定最后一级
[例5.6.3]
第五章
基本放大器电路
共射--共基级联
[例5.6.4]
第五章
基本放大器电路
第五章
基本放大器电路
第五章
基本放大器电路
第五章
基本放大器电路
UDD RD V ui RG RS ( 自偏压
电阻) ( 分压式 偏置)
UDD RG1 RD
ui
RG2
RS ( 自偏压
电阻)
uGS iD RS
uGS
RG 2 U DD iD RS RG1 RG 2
一,图解法
第五章
基本放大器电路
uGS iD RS
iD 1 £ R
S
uGS
RG 2 U DD iD RS RG1 RG 2
1.电压放大倍数
UO IC ( RC || RL ) I b R'L R'L Au Ui I b rbe I b rbe rbe
输出与输入反相 2. 输入电阻 3. 输出电阻
Ui Ri RB1 || RB 2 || rbe Ii
UO RO |U S 0.RL RC IO
内部方程--特性曲线
ic f ( uCE )|uBE c
外部方程—直流负载线方 程
uCE UCC iC RC
5.2.2
交流图解分析 第五章
基本放大器电路
2.交流负载线钭率 1.交流负载线一定 通过直流工作点Q
iC 1 1 K ' uCE RC || RL RL
第五章
第五章
基本放大器电路
图中忽略bcrbc 的影响
r
压控型电路模型 考虑基区体电阻 rbb' 的影响
流控型电路模型
UT rbe rbb' rb' e rbb' ( 1 )re rbb' ( 1 ) ICQ
gmUb' e Ib
5.3.7
第五章 基本放大器电路 共射放大器的交流小信号模型分析法
' 0
. Id S
£ « RS RL . Uo £ -
gm (U0 ) gmU0
Uo Uo 1 1 Ro RS // 400 1 1 Io gm Uo gm U o 1 RS RS gm
3. 共栅放大器
UCC RG1 RD + RS + Ui RL UO
C1 £ « . Ui £ -
I d g m U gs
g m [U i I d ( RS RL )]
] g m [U i I d RL
gm g R 2 10 1 . 6 10 m L Id U i Au 0.76 3 3 1 g m RL 1 2 10 1.6 10 1 gm RL
uGS GS iD D RS S
第五章
基本放大器电路
•
•
5.5.3
场效应管放大器分析 ( CS、CD、CG )
RD 10k £ «C RG3 1M 50k RS 2k £ « C3
2
1、共源放大器
RG1 150k C1 . Ui
UDD£ ½£ « 20V . Uo RL 1M
直 (1) 直流工作点分析 直
第五章
基本放大器电路
第五章
基本放大器电路
第五章
基本放大器电路
第五章
基本放大器电路
3 3
Ri RG3 RG1 RG2 1.0375 M
2. 输出电阻Ro
第五章
基本放大器电路
RL开路， U i 短路，输出端加 U o 求出