1、 放大电路的组成、主要性能指标、及其工作原理 放大电路的基本分析方法：图解法和等效电路法 静态工作点对电路性能的影响及其稳定方法 射极输出器的分析及其应用 多级放大电路 场效应管放大电路,第8章 基本放大电路,教学目标与要求,放大的概念,以扩音机为例,放大的对象：,放大的本质：,直流电源的能量,输出信号的能量,放大电路的基本特征：,放大电路的测试信号：,放大的基本要求：,功率放大,信号不失真,正弦波,变化量,能量的控制和转换,8.1 放大电路的组成及其作用,8.1.1 放大电路的组成,一、组成,晶体管T、基极电源VBB、集电极电源VCC、基极电阻Rb、集电极电阻RC。,二、各元件的作用,1.
2、晶体管T：电流放大；,2. 基极电源VBB：使发射结正偏（UBEUon）；,3. 基极电阻Rb：确定合适的IB；,4. 集电极电阻Rc：将集电极电流的变化转换成电压的变化。,说明,共射放大电路；地。,5. 集电极电源VCC： 使集电结反偏；给放大电路提供能源。,*放大电路的组成原则,一、组成原则,（2）静态工作点合适：保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。,（3）动态信号能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生uBE或iB ，对于场效应管能产生uGS 。 （4）负载上能够获得放大了的动态信号。 （5）对实用放大电路：共地、无断路或短路.,（1） 必须有为放大管提供Q点的直流电源。,
3、8.1.2 放大电路的性能指标,放大电路示意图,一、放大倍数,放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量,与输入量,1. 电压放大倍数,2. 电流放大倍数,之比。,3. 电压对电流的放大倍数（又称互阻放大倍数）,4.电流对电压的放大倍数（又称互导放大倍数）,说明,本章重点研究电压放大倍数,用uI、 iI、 uO、 iO表示缓慢（或直流）变化量,二、输入电阻,二、输出电阻,放大电路带负载能力越强。,输入电流,输入电压,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,从输入端看进去的等效电阻,从输出端看进去的等效电阻,四、通频带 fbw,衡量放大电路对不同频率信号的放大能力,幅频特
4、性曲线：,下限截止频率,上限截止频率,当放大倍数下降到 时所对应的频率范围。,fbw,通频带越宽:放大电路对不同频率信号的适应能力越强； 通频带越窄:放大电路选择性越好，如收音机选台。,8.2 放大电路的工作原理,8.2.1、静态工作与静态工作点,2. 什么是静态工作点静态时IB、IC、UCE （ UBE ）的值,用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示,+,-,IBQ,ICQ,UCEQ,+,-,UBEQ,1. 什么是静态当ui0时电路所处的状态。,注意：放大电路必须设置一个合适的静态工作点,3、为什么要设置静态工作点,设VBB=0，则静态（A与B短路）时,T截止,对放大电路的基本要求： 不失
5、真，能放大,输出电压必然失真！,8.2.2 动态工作与放大原理,则动态时,动态信号驮载在静态之上,注意：,1.共射放大电路,阻容耦合共射放大电路,直接耦合共射放大电路,共射放大电路：输入与输出的公共端为发射极。不仅具有电流放大作用，同时也有电压放大作用。,8.3 放大电路的三种基本接法,2.共集放大电路,共集放大电路：输入与输出的公共端为集电极。只有电流放大作用，没有电压放大作用。,3.共基放大电路,共基放大电路：输入与输出的公共端为基极。只有电压放大作用，没有电流放大作用。,8.4 放大电路的基本分析方法,8.4.1 直流通路与交流通路,一、直流通路（静态电路）,仅在直流电源作用下直流电流流
6、经的通路称为直流通路。,画直流通路的原则：,电容视为开路；,电感视为短路；,信号源视为短路，但保留其内阻。,二、交流通路,用于确定静态工作点,用于确定动态参数,在输入信号作用下，交流电流流经的通路称为交流通路。,画交流通路的原则：,电容（较大）视为短路；,直流电源视为短路；,原则,问题,ui0时的状态,例1：,直流通路和交流通路举例,交流通路：,直流通路：,交流通路：,例2：,直流通路：,8.4.2. 放大电路的静态分析：Q点： UBE IB IC UCE,1. 估算法求静态工作点,静态电路图(电容断开，输入、输出信号均为零),例：如图，已知：UCC=12V ,RC=4K ，RB=300K求：
7、放大电路的静态值,解：,连接MN即为直流负载线。,注意：直流负载线的斜率：,2. 图解法确定静态工作点,什么是图解法？,1.5,M点(12v,0) N点(0,3mA),4.确定静态工作点直流负载线与输出特性曲线的交点即为静态工作点。 图解法的意义：IC与UCE的关系即要符合KVL又要符合输出特性曲线，故两者交点即是IC与UCE的值。,3.电路参数对静态工作点的影响,（1） 改变 Rb，保持 VCC ，Rc ， 不变；,Rb 增大，,Rb 减小，,Q 点下移；,Q 点上移；,（2）改变 VCC，保持 Rb， Rc ， 不变；,升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也
8、增大。,Q2,（3）改变 Rc，保持 Rb，VCC ， 不变；,（4）改变 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；,增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。,（动画3-1）,8.4.3 放大电路的动态分析,1. 动态图解法,电压放大倍数,注意：输出电压与输入电压反相位,*直流负载线与交流负载线,注意：当输出端不 带负载时，工作点 沿直流负载线变化。 当输出端带负载时， 工作点沿交流负载 线变化。,B点：,注意：带负载后，AU减小。,ib,ui,（1）当Q点过低时，放大电路产生截止失真。,2.静态工作点Q对输出波
9、形的影响,NPN 管截止失真时的输出 uo 波形。 uo 波形顶部失真,uo = uce,消除方法：增大VCC 或减小Rb,Q点过低，放大电路产生截止失真。,O,IB = 0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC / mA,uo = uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,uo 波形底部失真,（2）当Q点过高时，放大电路产生饱和失真。,消除方法：增大Rb，减小Rc， 减小，增大VCC。,当ui较大时， 会产生截止、 饱和失真,8.4.4 微变等效电路法什么是微变等效电路法当输入信号很小 时，将三极管等效为一个线性元件，从而用线性电路的分析方法，进行分析计算。,( 以基本放大
10、电路为例进行分析),一.电压放大倍数的计算,图中：,(由输入、输出特性曲线解释为什么可这样等效),1.晶体管的微变等效电路,2、共射放大电路动态参数的分析 (1) 画交流微变等效电路先画出三极管的h参数等效电路，再将所有电容(容量较大）及直流电源短路，将其他元件按照原结构接入三极管即可。 (2) 由交流微变等效电路求解电路参数,解：,例：对图示电路进行动态分析,(1),(2).电压放大倍数：,【推导： 】,(3)输入电阻Ri,(4)输出电阻Ro 或,(1),例2.3.3 在图示电路中，已知VCC12V，Rb=510k，Rc3k；晶体管的rbb150，80，导通时的UBEQ0.7V；RL3k。
11、(1)求出电路的 、Ri和Ro； (2)若所加信号源内阻Rs为2k，求出:,解：(1)首先求出Q点和rbe，再求出 、Ri和Ro。,UCEQ大于UBEQ，说明Q点在晶体管的放大区。,画交流等效电路,代入数据,3k,思考： 不带负载,注意：放大电路的输入电阻与信号源内阻无关，输出电阻与负载无关。,(2)根据 的定义,代入数据后，得：,的数值总是小于 的数值，输入电阻愈大，愈接近 ， 也就愈接近 。,例：2.3.2 解,8.5 静态工作点的稳定,稳定静态工作点的必要性,静态Q点对放大电路的影响,失真,rbe,导致静态Q点不稳定的因素,电源电压的波动,元件的老化,环境温度的变化,8.5.1 温度变化
12、对静态工作点的影响,饱和区,8.5.2 典型稳定Q点的电路,T = 20 C,T = 50 C,1.电路组成,2.稳定静态Q点的原理,对于节电B，由KCL得,若I1IBQ，则I2I1,，于是，有,基本不变，与温度无关,Q点稳定过程,UB不变,3、静态工作点的估算（IBQ、ICQ和UCEQ）,1. 估算法,若I1IBQ，则,4、动态参数的估算,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,若无旁路电容,Ri=Rb1Rb2 rbe+（1+）Re,Ro=Rc,说明,若（1）Rerbe,则,稳定性,（与温度无关）,，则交流等效电路如图所示。,8.6 射极输出器的分析及其应用,8.6.1 静态分析 静态电路如
13、图所示：,8.6.2 动态分析 一.电压放大倍数：,由上式知：(1) 电压放大倍数接近于1但小于1。(无电压放大作用)(2) 输出电压与输入电压同相位。(具有跟随作用),四.射极输出器的主要特点电压放大倍数接近于1。输入电阻高，输出电阻低。输出电压与输入电压同相位。 五.射极输出器的应用,1.把射极输出器作为输入级,当信号源内阻较高时，因射 极输出器的输入电阻高，分 得的电压大；从信号源取用 的电流也小。,2.把射极输出器作为输出级因射极输出器输出电阻低， 故带负载能力强。,3.把射极输出器作为中间隔离级因射极输出器输入电阻高，从前级取用电流小；而对后级而言，由于其输出电阻低，使交流信号得到有
14、效的传输。,8.7 多级放大电路及其级间耦合,许多放大器都是由多级放大电路组成的，各级放大电路对微弱信号进行接续放大，从而获得必要的电压幅度或足够的功率。,多级放大器的组成模式可用下列框图示意：,第一级,第(n-1)级,第二级,第n级,输入,输出,前置级,末前级,末级(输出级),功率放大,电压放大,8.7.1 多级放大电路的级间耦合方式,多级放大电路中，前后两级之间的联接方式称为耦合。常用的级间耦合有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合及光电耦合等。,阻容耦合：结构简单，易于调整，低频特性差。适合于交流放大电路； 直接耦合：低频特性好，易于集成化，调试较繁。适合于放大变化缓慢的信号； 变压器耦合：可
15、实现阻抗变换，但结构较复杂，笨重、不便于电路的小型化和集成化，适用于功率放大电路中。 光电耦合：抗干扰能力强。,8.7.2 多级放大电路的分析方法,分析多级放大电路的方法：先静态、后动态。,下面以阻容耦合放大电路为例进行分析。,(1) 静态分析,由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。,两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。,(2) 动态分析,微变等效电路,第一级,第二级,例1:,如图所示的两级电压放大电路， 已知1= 2 =50, T1和T2均为3DG8D。 (1) 计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V); (
16、2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻； (3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。,解:,(1) 两级放大电路的静态值可分别计算。,第一级是射极输出器:,第二级是分压式偏置电路,解:,第二级是分压式偏置电路,解:,(2) 计算Ri和 R0,由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻Ri 等于第一级的输入电阻Ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻Ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻Ri2。,微变等效电路,(2) 计算 Ri和R0,(2) 计算Ri和R0,(3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第一级放大电路为射极输出器,(3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第二
17、级放大电路为共发射极放大电路,总电压放大倍数,8.8 差分放大电路,特点：电压放大倍数接 近于1。输出电压与输 入电压同相位。输入电 阻高，输出电阻低。,8.8.1 零点漂移(零漂) (1) 什么是零点漂移当ui=0时，uo0,采用差分放大电路,8.8.2 差分放大电路的组成及工作原理,输出电压：,简单差分放大电路,特点,(3) 比较输入： ui1ui2 大小不等，极性任意,1.零点漂移的抑制 当温度T时IC1 IC2VC1 VC2uo不变,2.信号输入(1) 共模输入： 大小相等，极性相同。 干扰信号，共模放大能力越小越好。,(2) 差模输入： 大小相等，极性相反。 有用信号，差模放大倍数越
18、大越好。,3.简单差分放大电路存在的问题 每个三极管存在零漂，即 时 电路不对称时，也存在零漂，即 时,8.8.3 典型 差分 放大 电路,一、电路说明： 1.RE的作用,2. EE的作用提高静态工作点，避免失真。 3. RP的作用调零电位器。,返回9,当TIC1 IC2 IEUREUBE1 UBE2( UBE =EEIBRB 2IE RE)IB1 IB2IC1 IC2,(1) 静态分析,静态工作点的估算,*推导见下页,二、 差分放大电路的工作情况分析,设：,由KVL知：,由此知发射极电位：,(2)动态分析,共模电压放大倍数：AC=0,(1)动态电路图如图所示：,(3) 差模电压放大倍数,*推
19、导略,(4) 差模输入电阻：,(5) 差模输出电阻：,*例：P68 15.7.1,共模抑制比：,共模电压放大倍数：,注意：共模抑制比越大越好,差模放大倍数,共模放大倍数,三、共模抑制比,说明：当从放大电路的单端输出时：,电压放大倍数：,电路图见下页,差分放大电路有四种：,见P233 表81,反相输出端,同相输出端,共模信号：,8.8.4 改进型差分放大电路,1. 问题的提出,若电路参数理想对称，则对于双端输出电路,对于单端输出电路,Ac=0，KCMR=,若Re=，则,Ac=0，KCMR=,2. 恒流源差分放大电路,Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性
20、能越好。但Re 太大，则不合理。,说明：VT3工作在放大区，则,注意：,KCMR=,N沟道结型场效应管,（1）特性曲线,（2）电流方程,（工作于恒流区）,复习：,1.场效应管有哪些类型？ 2.N沟道结型管、N沟道增强型管、N沟道耗尽型管的放大条件？,上次作业,（1）特性曲线,（2）电流方程,2. N沟道增强型MOS管,（工作于恒流区）,3. N沟道耗尽型MOS管（有原始导电沟道）,（1）特性曲线,（2）电流方程,（工作于恒流区）,注意,P沟道管VGG和VDD的极性应与N沟道管的相反。,8.9 场效应管放大电路（以N沟道管为例）,场效应管：压控元件（iD=gmuGS）,主要用于高输入阻抗放大器的
21、输入级,场效应管放大电路的三种接法,共源接法,共漏接法,共栅接法（极少用）,1.自给偏压电路,静态Q点的确定,2. 耗尽型MOS管放大电路,静态时,IDQ、UGSQ,8.9.1 共源放大电路,三、分压式偏置电路,1. 电路组成,分压式偏置电路,2. 静态Q点的确定（估算法）,静态时,说明,Rg3的作用是为使Ri增大,IDQ、UGSQ,静态工作点,根据输出回路方程,在输出特性曲线上做直流负载线， 与 uGS = UGSQ 的交点确定 Q，由 Q 确定 UDSQ 和 IDQ值。,UDSQ,uDS = VDD ID(RD + RS),VDD,Q,IDQ,Q,IDQ,UGSQ,UGQ,输入回路负载线方
22、程：,图解法,3.动态分析,（1）场效应管的低频小信号等效电路（模型）,耗尽型MOS管和结型场效应管：,（以N沟道增强型MOS管为例）,将场效应管视为二端口网络,栅源之间只有电压uGS，而无电流,iD=f(uGS,uDS),求全微分得,令,于是,Q,理想时,rds=（开路）,Q,（2）放大电路的动态分析,先画出场效应管的等效模型，将电容和直流电源短路，再照原结构画上其他元件即可。,共源放大电路是一反相放大电路。,分析方法：交流等效电路法,（较小）,思考：不带负载的放大倍数？,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,【例:1】如图所示电路，VGG=6V，VDD=12V，Rd=3k；UGS(th)
23、=4V，IDO=10mA。试估算Q点， 和Ro 。,【解】（1）估算Q点,UGSQ=VGG6V,UDSQ=VDD-IDQRd（122.53）V4.5V,（2）估算 和Ro,，Ro=Rd=3k,结论,共源电路的放大能力远不如共射电路！,8.9.2 共漏放大电路,放大电路的动态分析,电压放大倍数:,结论,共漏放大电路是一同相放大电路。,输入电阻：,输出电阻：,场效应管放大电路的特点,优点：输入电阻高、温度稳定性好.,缺点：放大能力差（gm较小），易损坏,应用：多级电压放大电路的输入级,【例8-10】 如图8.54所示，已知：RG16M， RG23M，RG2M，RDRL=5k，RS2k， VDD=1
24、5V，gm=1.5mA/V。试求电路的输入电阻Ri、 输出电阻Ro和电压放大倍数,【解】,实例1：家电防盗报警器电路,合上电源开关S。平时，AN受到家用电器的压迫，使其常闭触点断开，SCR无触发信号而阻断，报警器不工作。当家用电器被搬起时，AN触点自动闭合，SCR的触发端经R1从电源正极获得触发信号，SCR导通，音响集成电路IC通电工作，其输出端输出的警笛声电信号经VT1、VT2功率放大，推动扬声器发出宏亮的报警声。直到按下开关S，报警声才解除。,8.10 放大电路应用实例,实例2：水位自动控制电路,当水箱水位低于B点，水位传感电极A-B、B-C之间开路，VT1、VT2处于截止状态。线圈K中无
25、电流，继电器F与D接触，接通水泵电源，开始供水。当水位上升至A点时，A-B之间被水淹没，VT1、VT2导通，继电器触点断开，小离心泵停止供水。此时，继电器衔铁F与常开触点E接触，水泵电源VB2通过继电器已接通的F-E与C-B之间能微弱导电的水，继续产生维持VT1、VT2导通所需的电流，使继电器F-E吸合。直到水位降至B点以下时，C-B之间开路，VT1、VT2截止，线圈K中无电流，继电器F与D接触，小离心水泵开始供水。,图8.58 光控照明电路,实例3：光控照明电路,白天，由于光线较亮，光敏二极管LED呈现低阻状态，使三极管VT截止。其发射极无电流输出，晶闸管因无触发电流不能导通。此时通过灯泡的电流较小不能发光。夜晚，亮度较弱时，光敏二极管LED呈现高阻状态，使三极管VT进入导通放大状态，使晶闸管触发导通。此时通过灯泡的电流较大使其发光。,
