放大电路基础.docx

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1、第三章放大电路基础放大电路的大体知识教学要求：1. 放大电路放大倍数的意义及其求法；2. 放大电路输入电阻的意义及其求法；3. 握放大电路输出电阻的意义及其求法.一、放大电路的组成1. 电路组成方框图放大电路组成框图s 放.大电路机构示意图（b）信号源等效电路 e 多师.大电路图中信号源提供需放大的电信号，可由换能器提供，也可是前一级电路的输出信号；负载同意输出信号，可由输出换能器组成，也可为下一级电路的输入电阻；直流电源给放大电路提供能 量；放大电路进行信号放大，一样由大体放大单元组成的多级放大电路，如上图（c） 所示。2. 放大电路的四端网络表示us信号源电压；u0输出电压R5 信号源内阻

2、；h输入电摘Rl负载内阻m i。 输出电流*输入电压妙电路四端网络表示二、放大电路的要紧性能指标电压放大倍数叫电流放大倍教&= E功率煎大倍数a=pm2. 输入电阻电压增益出（皿）=2娓I电流增益 H0B） = 2O炫HI 功率增益4（倒=1庭即从放大电路的输入端it向放大电路看进去的等效电阻次】反映了放大 电路对信号源的影响程度，黯越小，3与相差越远。1. 放大倍数：量放大电路的放大能力。3. 输出电阻：大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。其中，u 为负载开路时的输出电压；u带负载时的输出电压，R越小，u和u越接 otoooto近。 a）等效信号源C b）输出电

3、阻 c）输出电阻的求法4. 通频带与频率失真：大电路中含有的电抗元件（外接或有源器件内部寄生）使放大电 路对不同频率的输入信号有不同的放大能力，这确实是放大电路的频率特性，可分为幅频 特性和相频特性。幅频特性和相频特性:A（f）为幅频特性；j（f）为相频特性 u频带宽度（带宽）BW：当放大倍数下降到最大放大倍数的倍时低端频率和高端频率称为 放大电路的下限频率和上限频率，别离用f和f表示。（Band Width）= f - fH LH L放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确信，为了不失真地放大信号，要求放大电 路的通频带应大于信号的频带。若是放大电路的通频带小于信号的频带，由于信号低频段或

4、高频段的放大倍数下降过量，放大后的信号不能重现原先的形状，也确实是输出信号产生了 失真。这种失真称为放大电路的频率失真，由于它是线性的电抗元件引发的，在输出信号中 并非产生新的频率成份，仅是原有各频率分量的相对大小和相位发生了转变，故这种失真是 一种线性失真。5.最大输出功率和效率协玄刁最大输出功率乙廿效率*直流提供功率4三种大体组态放大电路教学要求：1. 三进行分析极管三种组态放大电路的工作原理；2. 放大电路的要紧性能指标；3. 场效应管放大电路的工作原理。一、共发射极放大电路（一）电路的组成：流电源vcc通过rb1、RB2、Rc、Re使三极管取得适合的偏置，为 三极管的放大作用提供必要的

5、条件，Rb1、RB2称为基极偏置电阻，Re称为发射极电阻，RC 称为集电极负载电阻，利用RC的降压作用，将三极管集电极电流的转变转换成集电极电压 的转变，从而实现信号的电压放大。与re并联的电容CE，称为发射极旁路电容，用以短路 交流，使R对放大电路的电压放大倍数不产生阻碍，故要求它对信号频率的容抗越小越好， E因此，在低频放大电路中CE通常也采纳电解电容器。共发射极放大电路vcc（直流电源）率CC2（耦合电容）使发射结正偏，集电结反偏；向负载和各元件提供功隔直流、通交流；rbi、rb2（基极偏置电阻）:提供适合的基极电流Rc（集电极负载电阻）：将D/C DUC，使电流放大电压放大R （发射极

6、电阻）：稳固静态工作点“Q ”ECE（发射极旁路电容）：短路交流，排除re对电压放大倍数的阻碍（二）直流分析：开放大电路中的所有电容，即取得直流通路，如以下图所示，此电路 又称为分压偏置式工作点稳固直电流通路。电路工作要求：1（5 - 10）7bq， （5 -10)UBEQ十咆瞬（b）共发射极放大电路的直流通路求静态工作点Q：方式1.估算工作点Q不稳固的要紧缘故：Vcc波动，管子老化，温度转变稳固Q点的原理:方式2.利用戴维宁定理求IbqBl + B2Bl + B2_ CC -。BEQ雯五日 + (1+ /3)Re（三）性能指标分析将放大电路中的C 一、C二、CE短路，电源VCC短路，取得交流

7、通路，然后将三极 管用H参数小信号电路模型代入，便取得放大电路小信号电路模型如以下图所示。典型共射放大电路的交流巾信号等效电路(a)交流通路(t)小信号等效电路(c)求输出电阻1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻Co没有旁路电容CE时:发极旁路电容开路的交布小信号等效电路C a J变流通路 b)小信号等效电路1. 电压放大倍数=w =- E瓦坎让 +（1+用&.源电压放大倍数14 二七二l 二尺L 地绮 尺尺2. 输入电阻凡=氏/（1 +，*3. 输出电阻R = Ro C二、共集电极放大电路（射极输出器、射极跟从器）（一）电路组成与静态工作点共集电极放大电路如以下图（a）所示，图（b）、（

8、c）别离是它的直流通路和交流通路。由交 流通路看，三极管的集电极是交流地电位，输入信号和输出信号uo以它为公共端，故称 它为共集电极放大电路，同时由于输出信号uo取自发射极，又叫做射极输出器。Ibq = （VCCI = bl CQ BQ，-Ubeq) / RB +(1+ b ) ReUCEQ = yCC -1 RE（二）性能指标分析共集电极成大电路H爹数小信号等效电路求其集电根放大电路输出电阻的等效电路1. 电压放大倍数I =（1 邛）腻e 虬（1+M）& 5 、%J+（1+/?）e 依 L （1+M _2. 输入电阻氏十匕=盹山卷+(1 +少电Rb 电+ Q+ZORRy re出电阻|比=*

9、= R. =幻共集电极电路用途共集电极电路特点1. Uo与U. 同相 ,具有电压跟从作用1.高阻抗输入级2.无电压放大作用Au12.低阻抗输出级3.输入电阻高；输出电阻低3.中距离离级一、共基极放大电路共基极放大电路如以下图所示。由图可见，交流信号通过晶体三极管基极旁路电容C2 接地，因此输入信号由发射极引入、输出信号uo由集电极引出，它们都以基极为公共端， 故称共基极放大电路。从直流通路看，也组成份压式电流负反馈偏置。（一）求“Q略（二）性能指标分析Ro=Rc（三）特点：共基极放大电路具有输出电压与输入电压同相，电压放大倍数高、输入电 阻小、输出电阻大等特点。由于共基极电路有较好的高频特性，

10、故普遍用于高频或宽带 放大电路中。差分放大电路教学要求：1. 把握差分放大电路的工作原理；2. 明白得具有恒流源差分放大电路的工作原理；3. 熟悉差分放大电路的输入、输出方式及特点。一、差分放大电路工作原理（Differential Amplifier）（一）差分放大电路的组成及静态分析电路组成：T1 T2电路对称；公用发射极电阻Re；采纳双电源 使Ubq=0,直流不经 交流信号源，以避免信号源内阻不同时，阻碍Q点。电路特点：元件参数对称;两头输入，两头输出；双电源供电；u = ui2时i1u = 0；能有效地克服零点漂移。静态分析：VEE= UBEQ+ Mee/(VEE - UBEQ) /

11、Re%Q1 cQ2 (VEE2REE，UCQ1 = VCC（一）动态分析1.差模输入与差模特性：Q1RCcQ2 匕C cQ2*CUo= UCQ1 一 UCQ广 0差模输入：差分放大电路的两个输入信号大小相等，极性相反。差模电压放大倍数：差模输出电压uod与差模输入电压uid的比值。差模输入电阻：从放大电路两个输入端看进去所呈现的等效电阻。差模输出电阻：差分放大电路两管集电极之间对差模信号所呈现的电阻。差模输入电压:差模输入：七1 = - ui2，大小相同，极性相反。u = u - u = 2u 使得 i = - i ， u = -uid i1 i2 i1cl c2 o1 o2差模输出电压:u

12、= u - UC2 = u 1 - (- u )= 2uo2o1差模电压放大倍数差模输入电阻：广2飞差模输出电阻：R d=2R2.共模输入与共模拟制比共棋信号交流通禁共模输入：差分放大电路的两个输入信号大小相等，极性相同。共模拟制比（kcmr）:差分放大电路放大差模信号，拟制共模信号的能力。在实际电路 中，两管电路不可能完全相同，因此，uoc不等于零，但要求uoc越小越好。双端共模输出电 压uoc与共模输入电压uic之比，概念为差分放大电路的共模电压放大倍数Auc，即Auc=uoc/uic 显然，完全对称的差分放大电路，Auc=0。共模输入：(广七2，大小相同，极性相同共模输入电压：u = u

13、 = u 伸得i = i u = 2i R ic i1 i2，el e2 ， e el EE共模输出电压：u = “a 气2 =0，二 h 5 X:共模拟制比：J = y 用对数表示(dB)=201e二、具有电流源的差分放大电路(一)电流源电路：提高电路共模拟制比的设计思想：增大电阻ree，比较合理的方式 是用恒流源来代替ree。1.三极管电流源：特点：直流电阻为有限值，动态电阻无穷大。三授管电流源电携源代潜电阻Ref简化画秩2.比例型电流源：为了提高电流源输出电流的温度稳固性，常利用二极管来补偿三 极管的UBE随温度转变对输出电流的阻碍，如以下图a)所示。当二极管与三极管发射 结具有相同的温

14、度系数时，可达到较好的补偿成效。在集成电路中，经常使用三极管接 成二极管来实现温度补偿作用，如以下图(b)所示。其中/ref称为基准电流，由于I0与 /REF成比例，故称为比例型电流源。由图可知IREF(VCC-BE1)/ (R+R1)。由此可见， 比例型电流源中，基准电流IREF的大小要紧由电阻R决定，改变两管发射极电阻的比值， 能够调剂输出电流与基准电流之间的比例。用一个基准电流来取得多个不同的电流输 出，称为多路输出比例电流源。二极管温度补偿3. 镜像和微电流源若是把上图(b)中发射极电阻均短路，就能够够取得以下图所示镜像电流源。由于V1、 v2特性相同，基极电位也相同，因此它们的集电极

15、电流相等，只要。1，那么i0=iref，即 I0与/REF之间成镜像关系。假设将比例型电流源中*管发射极电阻R短路，如以下图(b) 所示，即组成微电流源。镜像和微电流源3）箱像电流源镜像电流源:管电流源当V、V特性相同，基极电位也相同时，i* ；当匕、v,特性不相同时，i hI12O REF 120 ref（二）具有电流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路t a）电路日】简化电路图中匕、匕组成比例镜流源电路，R1、V4、R2组成基准电流电路。当R1、R2、R3、 vee 一按时，/C3就为一恒定的电流。由于电流源有专门大的动态电阻，故采纳电流源的差分 放大电路其共模抑制比可提高12个数量级

16、，因此在集成电路中取得普遍应用。（三）差分放大电路的差模传输特性差分放大电路的差模传输特性3）电路（b）京么与U关系.曲线匚必么）与12天系曲且特点:I0。p U.o+ i = I ；当 u = 0, i = i =2.当 UT u. Ut，ici - %3.当-4Ut u. 0 时，V 正偏导诵 V 反偏截止i = i =， u = i Ri1偏导诵，2反偏截山，o E1 C1 O C1 L u 0时，V反偏截止,V正偏导通匕= F2 = %， u =七3i12， O E2 CO CL问题：两管交替导电时刻，输入电压小于死区电压时，三极管截止，在输入信号的一 个周期内，V、v2连番导通时，基

17、极电流波形在过零点周围一个区域内显现失真，称为交 越失真。且输入信号幅度越小失真越明显。产生交越失真的缘故：静态时，UBEQ=0 ,七尚小时，电流增加缓慢。（二）功率和效率1. 输出功率：输出电流和输出电压有效值的乘积，确实是功率放大电路的输出功率。最大输出功率0111 =. 1 fy 蛔 2 %2. 电源功率：两个管子连番工作半个周期，每一个电源只提供半周期的电流。最大输出功率时PDC = 2V 2睥/ p%3.效率：效率是负载取得的信号功率Po与直流电源供给功率PDC之比。有效中，放大 电路很难达到最大效率，由于饱和压降及元件损耗等因素，乙类推挽放大电路的效率仅能达 到60%左右。4. 管

18、耗直流电源提供的功率除负载取得的功率外便为V、V2管消耗的功率，即管耗。V、V2 两管消耗的功率，每尽管子最大管耗为 。每管的最大管耗约为最大输出功率的1/5。因 此，在选择功率管时最大管耗不该超过晶体管的最大许诺管耗，即Pc1m=0 2PomPClm= W。由于乙类互补对称功率放大电路中一只晶体管导通时，另一只晶体管截止，当输出电压 uo达到最大不失真输出幅度时，截止管所经受的反向电压为最大，且近似等于2箕3。为了 保证功率管不致被反向电压所击穿，因此要求三极管的U（br）ceO2Vcc=2x24 V=48 V。放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值Icmm，为使放大电路失真

19、不致太大，那么要求功率管最大许诺集电极电流ICM知足ICMIcmm=VCCRL=3A。四、甲乙类互补对称功率放大电路（一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路克服交越失真的思想：管子工作在甲乙类，处于微导通状态。两管合成后，彼此补偿,排除失真。电路如以下图（a）所示，利用二极管进行偏置，直流电源给V1、V2提供静态电压甲乙类互补对林功率放大电路工作原理：时，VI、V2微导通。（从小到大转变时），V1当 ui = 0微导通充分导通微导通；V2微导通截当 ui 0止微导通实际电路如上图（b）和（c）所示。（二）复合管互补对称功率放大电路1. 复合管（达林顿管）目的：实现异型管子参数的配对。复合管：由两

20、只或两只以上的三极管依照必然的连接方式，组成一只等效的三极管。复合管的特点：类型与组成复合管的第一只三极管相同；其它特性由最后的输出三极管 决定。（1+岗）（1+4）Si+ A） w（A+A+AA）如Q i复合管的四种组合方式:QMPN+NPN NPNPKP + PKPNPN + PNF KPN PNP + NPIV PNP复合管的组成规那么：1）Bi 为 B, Ci 或 Ei 接 B2，C2、E2 为 C 或 E；2）应保证发射结正偏，集电结反偏；3）复合管类型与第一尽管子相同。2. 复合管互补对称放大电路举例更合首互补对称旅大电路R的一引入窠反值*提高趋定性.% NPH略 W4PMP财一穿

21、透龟流泄敲电阻I尺小鸵2一稳定W、过濡保护取值 tk 1 * o. 6 nVrV7. Rp -党服交越失真处-使、&输入电阻平衡v3 -构成前置龟压放大（三）甲乙类单电源互补对称放大电路（OTL电路：Output Transformerless ）1. 电路组成2. 工作原理当u 0时：V2导通，C放电，V2的等效电源电压-。当u 0时：V导通，C充电，V的等效电源电压+。i11注意：应用OCL电路有关公式时，要用VCC/ 2取代Vcc。电路和OTL电路的比较OCLOTL电源双电源单电源信号交、直流交流频率 响应好fL取决于输出耦合电容C电路结构较简单较复杂Pomax1 1 r2CC2 Z 也

22、是Nd2曲 &风多级放大电路教学要求：1. 熟悉零点漂移产生的要紧缘故及抑制零漂的方式；2. 把握多级放大电路的几种要紧耦合方式；3. 把握理想运算放大器的理想条件。一、多级放大电路的组成及性能指标的估算（一）多级放大电路的组成以上讨论的为大体单元放大电路，其性能通常很难知足电路或系统的要求，因此，有效 上需将两级或两级以上的大体单元电路连接起来组成多级放大电路，如以下图所示。通常把 与信号源相连接的第一级放大电路称为输入级，与负载相连接的末级放大电路称为输出级， 输出级与输入级之间的放大电路称为中间级。输入级与中间级的位置处于多级放大电路的前 几级，故又称为前置级。前置级一样都属于小信号工作

23、状态，要紧进行电压放大；输出级是 大信号放大，以提供负载足够大的信号，常采纳功率放大电路。偶合：级与级之间的连接 方式。1. 偶合方式：共四种。ZtzR 00 EZMZ KB 屯直接耦合 u 时，u = U u u 时，u =-U+-o omax， +-o omax2）i i 0（虚断）放大电路的调整与测试教学要求：1. 熟悉放大电路静态工作点及动态参数的测量方式;2. 熟悉经常使用电子仪器的利用方式；3. 学习电子电路布线、安装等大体技术。实验：单管共发射极电路的测试（EWB仿真）1.输入电阻的测量方式测量输入电阻的方式很多，以下图所示为经常使用的电流电压法测量输入电阻的电路， 图中，R为外接测试辅助电阻，Rl为放大器输出端所接实际负载电阻。给定一个适合的V 频率在频带内中频区域），即可测得q（现在放大器的输出电压uo应为不失真的正弦波）。 由测得的U i和q，即可求出电路的输入电阻如下：空 输入电阻测童电路2, 输出电阻的测量方式测量电路如以下图所示。设断开Rl时测得输出电压为萌，接入Rl后测得输出电压为 V，于是可求出输出电阻如下：测量时应注意：两次测量时输入电压V应维持相等；V 的大小应适当，以保证RL接入和断开时，输出电压为不失真的正弦波；输入信号的频率 应在频带内中频区域；一样选取Rl与Uo为同数量级的电阻。