基本放大电路

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1、第三章 基本放大电路3.1 放大电路的基本知识3.2 三种基本组态的放大电路3.3 差分放大电路3.4 互补对称功率放大电路3.5 多级放大电路3.1 放大电路的基本知识一、教学内容及目标： 了解放大电路的基本组成。 掌握放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻的定义、公式，意义二、教学重点及难点：放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的定义、公式，意义三、教学时数：2四、作业 思考题3.1.2 3.1.3 习题 3.11.放大电路的性能指标（我们简要的介绍几种）电压放大倍数Au它是用来衡量放大电路的电压放大能力。它可定义为输出电压的幅值与输入电压的幅值之比Au=Uo/Ui电压源放大倍数Au

2、s是表示输出电压与信号源电压值比，它就是考虑了信号源内阻 Rs 影响时的 AuA =Uo/Usus电流放大倍数Ai它是用来衡量放大电路的电流放大能力，值越大表明放大能力越好。它可定义为输出电流Io和输入电流Ii之比Ai=Io/Ii输入电阻ri它是用来衡量放大电路对输入信号源的影响。它可表示为输入电压与输入电流之比r =Ui/Iii输出电阻ro它是用来衡量放大电路所能驱动负载的能力。从输出端看进去的等效电阻就是输出电阻2放大电路的非线性失真在使用放大电路时，我们一般是要求输出信号尽可能的大，但是它要受到三 极管非线性的限制。有时输入信号过大或者工作点选择不恰当，输出电压波形 就会产生失真。这种失

3、真是由于三极管的非线性引起的，所以它被称为非线性 失真。1. 输入信号过大引起的非线性失真. 它主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性的间距不匀，当输入又比较 大时，就会使lb、Uce和Ic的正负半周不对称，即产生非线性失真。如图（1）所示2.工作点不合适引起的失真当工作点设置过高，在输入信号的正半周，工作状态进入饱和区，此时Ib继 续增大而Ic不再随之增大，因此引起Ic和Uce的波形失真，称为饱和失真。由于放大电路有失真问题，因此它存在最大不失真输出电压幅值Uom。最大不 失真输出电压是指：当工作状态一定的前提下，逐渐增大输入信号，三极管还 没有进入截止或饱和时，输出所能获得的最大电压输

4、出。当电压受饱和区限制时Uom=Uce-uce，当电压受截止区限制时Uom=Ic*R3.2三种基本组态的放大电路一、教学内容及目标：掌握共e极放大电路放大电路的结构和等效电路、直流分析以及性能参数的 计算。掌握共c极放大电路放大电路的结构和等效电路、直流分析以及性能参数的计算。掌握共b极放大电路放大电路的结构和等效电路、直流分析以及性能参数的计算。二、教学重点及难点：三种基本组态放大电路的直流和交流分析三、教学时数：4四、作业：3.2 3.4 3.6 3.7一.共 e 极放大电路如图所示的电路，试分析它的Au、Ai、r、Or分析为：其交流等效电路图为：如图（2）所（1 ）电压放大倍数因为 Uo

5、=-BI Rb L（ 由输入回路得到的）Ui=Ir所以：Au= -BR/r 其中 R =R /R 负号表示共e极时,集电极电压与基极电压的相位相反blbIcUoRle（2）电流放大倍数因为 Io=Ic=BIIi=Ib所以： Ai=Io/Ii=B（3 ）输入电阻因为 r =R /ri b i又因为 r =Ui/Ib Ui=I*r ib be所以 ri=r =为约等于 be(4)输出电阻r=Rc o注意： r 常用来带负载 R 的能力,我们在求 oL它时不应含 R ,应将其断开。L二.共 c 极放大电路如图所示电路，试用微变等效电路法分析它的Au、Ai、r。、ri分析为：其等效电路图为：如图(4)

6、所示1)电压放大倍数 Au因为：Uo=(l+B)IRe bRe=Re/RL所以U=Ir +(1+B)R Ii b bee b(2)电流放大倍数 Ai因为 Io=Ie=(1+)IbIi=Ib所以：Ai=Ie/Ib=(1+P)(3)输入电阻 ri因为 :ri=Rb/riri=U/I =Lr+ (l+6)Re所以：ri=Rb/rbe+(1+B)Re(4) 输出电阻 ro按输出电阻的计算方法,进行计算ro二Re/(Rs+r )/(l+B)be 由此我们可以看出 ro 的值很小, 这是共 C 极电路的一个特点.(4)输出电阻 ro当 Us=0 时,Ib=0,BIb=0因此: ro=Rc三.共 b 极放大

7、电路如图（5）所示电路,试用微变等效电路法分析它的 Au、Ai、r 、rOi分析为：其等效电路为：如图（6）所示（1）电压放大倍数 Au因为：Uo二-BI RR二Rc/Rb L L LU=-I ri b be所以: Au=BR /rL be(2) 电流放大倍数 Ai因为： Io=Ic Ii=Ie所以： Ai=Ic/Ie=a(3) 输入电阻 ri因为： r=R/r r=r /(1+B)i e i i be所以: r =Re/r /(1+B)i be总结通过上面的学习，我们可以发现，放大电路共发射极时，Ai和Au都比较大, 但是输出电压和输入电压的相位相反；共基极时，Ai比较大，但是Au较小，输

8、出电压与输入电压同相，并且具有跟随关系，它可作为输入级，输出级或起隔 离作用的中间级；共集电极时， Ai 较小， Au 较大，输出电压与输入电压同相，多用于宽频带放大等。3.3 差分放大电路一、教学内容及目标： 了解差分放大电路的基本组成。 掌握差分放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻的定义、公式，意义。 掌握恒流源电路的原理、具有恒流源的差分放大电路的计算 了解差分放大电路的输入、输出方式。二、教学重点及难点： 差分放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻的计算 具有恒流源的差分放大电路的计算三、教学时数：4四、作业 3.12 3.15 3.17一：零点漂移零点漂移可描述为：输入电压为零，输

9、出电压偏离零值的变化。它又被简称为：零漂问题：零点漂移是怎样形成的？答： 运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路 的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使 输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微 弱变化 象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措 施是：采用差动电路。二：差动放大电路1、差动放大电路的基本形式 如图（ 1） 所示路的参数完全对称两个管子的温度特基本形式对电路的要求是：两个电性也完全对称。它的工作原理是：当输入信号 Ui=

10、0 时，则两管的电流相等，两管的集点极 电位也相等，所以输出电压 Uo=U -U =0。温度上升时，两管电流均增加，则 C1 C2 集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化 量均相等，其输出电压仍然为零。 它的放大作用（输入信号有两种类型）（1）共模信号及共模电压的放大倍数Auc共模信号-在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。如图（2）所示共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。因此:于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强（2）差模信号及差模电压放大倍数Aud

11、差模信号-在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。如图（3）所示差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此：此时的两管基极的信号为：兀=u辺- = 2%1所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。输入端信号之差为 0时，输出为 0；输入端信号之差不为 0时，就有输出。 这就被称为差动放大电路基本差动电路存在如下问题：电路难于绝对对称，因此输出仍然存在零漂；管子没有采取消除零漂的措施，有时会使电路失去放大能力；它要对地输出，此时的零漂与单管放大电路一样为此我们要学习另

12、一种差动放大电路长尾式差动放大电路2：长尾式差动放大电路 它又被称为射极耦合差动放大电路， 如右图所示：图中的两个管子通过射极电 阻 Re 和 Uee 耦合。下面我们来学习它的一些指标 (1)静态工作点静态时，输入短路，由于流过电阻Re的电流为I和I之和，且电路对称,E1 E2I =I ，E1 E2因此：(2) 对共模信号的抑制作用在这里我们只学习共模信号对长尾电路中的 Re 的作用。由于是同向变化的因此流过 Re 的共模信号电流是 I +I =2I ，对每一管来说，可视为在射极接入 e1 e2 e电阻为 2Re。仏= 聲它的共模放大倍数为：(用第二章学的方法求得)由此式我们可以看出 Re 的

13、接入，使每管的共模放大倍数下降了很多(对零漂具有很强的抑制作用)(3) 对差模信号的放大作用差模信号引起两管电流的反向变化(一管电流上升，一管电流下降)，流过射极电阻 Re 的差模电流为 I -I ，由于电路对称，所以流过 Re 的差模电流为零， e1 e2Re 上的差模信号电压也为零，因此射极视为地电位，此处“地”称为“虚地”。因此差模信号时，Re不产生影响。由于 Re 对差模信号不产生影响，故双端输出的差模放大倍数仍为单管放大倍数：堆+%(4) 共模抑制比(KCMR)我们一般用共模抑制比来衡量差动放大电路性能的优劣。 CMRR 定义如下：CMRR =fel它的值越大，表明电路对共模信号的抑

14、制能力越好。有时还用对数的形式表示共模抑制比，即：为：分贝 ( dB )其中201KI为差模增益。CMR的单位(5) 一般输入信号情况如果差动电路的输入信号，即不是共模也不是差模信号时：我们要把输入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们共同作用在差动电路的输入端。例 1：如右图所示电路，已知差模增益为48dB，共模抑制比为67dB, U =5V,i1U =5.01V，i2试求输出电压 Uo解：.20览|Aj=48dB,.Aud-251,又CMR=67dBCMRR2239Auc二Aud/CMRR0.11则输出电压为：Uo =+A =-251x(5-5.01)+ 0.1 lx (1)= 2.5

15、1 + 0.55 = 3.067这一页我们来学习另一种差动放大电路和差动放大电路的四种接法一：恒流源差动放大电路 A-tfeE我们知道长尾式差动电路，由于接入Re,提 高了共模信号的抑制能力，且 Re 越大，抑制能 力越强，但Re增大，使得Re上的直流压降增 大，要使管子能正常工作，必须提高 U 的值，EE这样做是很不划算的。因此我们用恒流源代替Re，它的电路图如右图所示：恒流源差动放大电路的指标运算，与长尾式完全一样，只需用r代替Re即可 o3二：差动放大电路的四种接法差动放大电路有两个输入端和两个输出端，因此信号的输入、输出方式有四 种情况。（1）双端输入、双端输出它的电路的接法如图（1）

16、所示： l-o-UEe差模电压的放大倍数为：= e 0 共模电压的放大倍数为：%共模抑制比为：KCMR-（2）双端输入、单端输出(3)单端输入、双端输出它的电路接法如图(3)所示：这种放大电路忽略共模信号的放大作用时，它就等效为双端输入的情况。双端输入的结论均适用单端输入、双 Lo-Uee端输出。(4)单端输入、双端输出它的电路的接法如图(4)所示：它等效于双端输入、单端输出。这种接法的特点是：它比单管基本放 大电路的抑制零漂的能力强，还可根 据不同的输出端，得到同相或反相关 系。 L-o-Uee三：总结由以上我们可以看出：差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是 双端输出，它的差模电

17、压放大倍数与单管基本的放大电路相同；如为单端输出它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半，输入电阻都相同。3.4 互补对称功率放大器一、教学内容及目标：掌握功率放大电路的结构、分类掌握乙类互补对称功率放大电路的结构、功率和效率的计算 掌握甲乙类互补对称功率放大电路的结构、功率和效率的计算 了解复合管的结构、类型。二、教学重点及难点：功率放大电路的结构、分类 乙类互补对称功率放大电路的结构、功率和效率的计算三、教学时数：4 四、作业：3.273.4.1 特点与要求1、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。功率放大电路是一种

18、以输出较大功率为目的的放大电路。因此， 要求同时输出较大的电压和电流。例： 扩音系统2、分析功放电路应注意的问题 (1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。uceP= o max(2) 电流、电压信号比较大，必须注 意防止波形失真。(3) 电源提供的能量尽可能转换 给负载，减少 晶体管及线路上的 损失。即注意提高电路的效率G )。Ex100%Pomax :负载上得到的交流信号功率。omaxPE： 电源提供的直流功率。3、要解决的问题提高效率减小失真管子的保护4. 提高效率的途径降低静态功耗，即减小静态电流412 分类1

19、. 按工作点位置分甲类：一个周期内均导通乙类：导通角等于180甲乙类：导通角大于180丙类：导通角小于 1802. 按耦合方式分1）变压器耦合2）阻容耦合（OTL） 3）直接耦合分析的问题 最大输出功率p ，效率n以及对功放管的要求。om电路形式r+EcRlRb变压器的作用起“隔直通交，阻抗变换”的作用采用B的优点： 提高了电源电压的利用率，使输出动态范围变大。B的初级 绕组等效电路JLJ rJLJiRL=n2RL1_1 -J电路分析1、直流负载线与静态工作点Uce=EcTeR广 EcTcReR用于稳定Q点，通常很小，故UceEC eCE CRU =b2EB R + R Cbb2U - UUI

20、 u I = BBE u BC E RReeRE=b2_C 一(R + R )Rb1 b2 e这样就可以决定静态工作点2、交流负载线由uce的波形可见，T的uCE在某些时候大于电源电压Ec，这是因为变压器的初 级绕组中感应电动势的正半周与直流电源的极性一致的缘故。L+ECo3、输出功率和效率 在忽略饱和压降和穿透电流的情况下CP无信号 有信号直流电源供给的功率：Pe=ECIcq即不论是否有信号，电源供给的功率总是EcIcq 则H=PCM件实际效率约为25%30%4、集电极的耗散功率PC=PEPO在卩口不变时：PO fPC IEOC当P0=0时，即无信号输入时，PC=PE这时集电极的耗散功率为最

21、大： PC=PE=2POC E O4.1.2 功放电路提高效率与减小失真的矛盾办法：降低Q点 但又会引起截止失真若能控制ICQ随输入信号变化而变化，则可解决效率问题。 既降低Q点又不会弓I起截止失真的办法： 采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器 例:对单管甲类功率放大器，电容认为短路，N1 : N2=100O : 160,5.1kBRL8Q且为理想变压器，求：(1) 负载上所得到的最大不失真功率POm； R(2) 电路的效率noT的极限参数：Pcm、Uced IcmdR2解：(1)电路静态时，如果忽略T的基极电流，U =U U =1.690.7=0.99vE B BEI =U /R =0.9

22、9/0.051=19.4mACQ E eUCEQ=ECUE=60.99=5v动态时：R =n2R =(1000/160)2 X8=0.3125kUCE(v) a =-tg-1(1/R )72。由此算出交流负载线与横轴的交点为5+ICQ/tg72o=11.3v与纵轴的交点为：11.3Xtg72o=34.8mA2）电路的效率：耳=Pm = 33%E IC CQ（3）极限参数：POM22POM=2X38.5=77mwUCEO2Ucem=2X5=10VIcm2ICM=2X15-4=30.8mA互补对称功放的类型无输出变压器形式无输出电容形式（OCL电路）（OTL电路）OTL: Output Trans

23、formerLessOCL: Output CapacitorLess3.42互补对称功率放大电路（OTL）7C2互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特 性一致。组成互补对称式射极输出器、工作原理（设斗为正弦波）静态时：u = 0V T町、眄均不工作i12T u = 0Vo动态时：u 0Vt T1#通，T2截止i12 i =i ;L c1ui V 0V T1截止,通i12iL=ic2注意：T、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。二、 输入输出波形图（1）克服交越失真的措施：电路中增加R、D、D2、R2支路静态时:T、T2两管发射结电位分别为二极管D、D2的正向导通压

24、降，致使两管均处于微弱导通状态；动态时：设ui加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一i21步提高，进入良好的导通状态；负半周-截止，T2基极电位 进一步提高，进入良好的导通状态。电路中增加复合管1）优点可获得更大的输出功率； 可提高放大倍数0 =0 10(3)复合管的电流放大系数0 可以使两管比较对称；2，降低驱动电流i =i +i = 0 i +0 i =0 i +0 iC C1 C2 1 b1 2 b2 1 b1 2 e1=0 i +0 (1+0 )i =(0 +0 +0 0 )i1 b1 2 1 b1 1 2 1 2 b1哪0 i1 2 b1=0 ib0 =i /i =0 0C

25、b 1 2(4)缺点及解决办法 缺点：复合管的穿透电流增大I ceo=Iceo2+ 0 2ICEO1解决办法：ICEO1经R分流一部分，r为负反馈电阻，提高工作CEO1的稳定性3.4 多级放大电路一、教学内容及目标： 掌握多级放大电路的结构和等效电路、直流分析以及性能参数的计算。 了解通用型集成运放的成及基本特性二、教学重点及难点： 多级放大电路的性能参数的计算。三、教学时数：2四、作业：3.28单级放大电路的放大倍数有时不能满足我们的需要，为此我们需要把若干个基本的放大电路连接起来，组成多级放大电路。多级放大电路之间的连接称为耦合，它的方式由多种。一：多级放大电路的耦合方式实际中我们常用的耦

26、合方式有三种，即阻容耦合、直接耦合和变压器耦合1.阻容耦合它的连接方法是:通过电容和电阻把前级输出接至下一级输入。它的特点是：各级静态工作点相对独立,便于调整.它的缺点是：不能放大变化缓慢（直流）的信号；不便于集成。如图（1）所示为阻容耦合接法。2. 直接耦合为了避免电容对缓慢变化信号的 影响，我们直接把两级放大电路 接在一起，这就是直接耦合法。 它的特点是：即能放大交流信号 也能放大直流信号，便于集成， 存在零漂现象 （关于它的问题我们将在以后的 章节中讨论）3. 变压器耦合变压器耦合主要用于功率放大电路，它的优点是可变化电压和实现阻抗变换，工作点相对独立。缺点是体积大，不能实现集成化，频率特性差。二：多级放大电路的指标计算1.电压放大倍数 Au多级放大电路的倍数等于各级放大电路倍数的乘积.即:Au=A .A .A Au1 u2 u3 un2.输入电阻和输出电阻对于多级放大电路来说：输入级的输入电阻就是输入电阻；输出级的输出电阻就是输出电阻。我们在设计放大电路的输入级和输出级时主要是考虑输入电阻和输出电阻的要求