汽车电工电子技术-汽车电工电子技术54

第四节第四节 根本放大电路根本放大电路放大的概念放大的概念电子技术中放大的目的是将微弱的电子技术中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图。四端网络表示，如图。uiuoAu放大的概念放大的概念放大的概念放大的概念:放大的目的是将微弱的放大的目的是将微弱的放大的目的是将微弱的放大的目的是将微弱的变化信号变化信号变化信号变化信号放大成较大的信放大成较大的信放大成较大的信放大成较大的信号。号。号。号。放大的实质放大的实质放大的实质放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将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。放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的根本要求对放大电路的根本要求对放大电路的根本要求对放大电路的根本要求 ：1.1.1.1.要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数(电压、电流、功率电压、电流、功率电压、电流、功率电压、电流、功率)。2.2.2.2.尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。技术指标。技术指标。技术指标。本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。电路。电路。电路。根本放大电路的组成形式根本放大电路的组成形式三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理一、一、根本放大电路的组成根本放大电路的组成一一 共发射极根本放大电路组成共发射极根本放大电路组成 共发射极根本电路共发射极根本电路共发射极根本电路共发射极根本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE负载负载负载负载信信信信号号号号源源源源RB+ECEBRCC1C2T共射放大电路共射放大电路放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证发射结正要保证发射结正偏，集电结反偏。偏，集电结反偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL+使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点静态工作点IB和和UBE。RB+ECEBRCC1C2TRL基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻共射放大电路共射放大电路+共射放大电路共射放大电路集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2TRL+共射放大电路共射放大电路集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2TRL+共射放大电路组成共射放大电路组成耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔离隔离输入输出与输入输出与电路直流的电路直流的联系联系，同时，同时能使信号顺能使信号顺利输入输出。利输入输出。RB+ECEBRCC1C2TRL+uiuo双电源供电双电源供电可以省去可以省去RB+ECEBRCC1C2TRL+RB单电源供电单电源供电+ECRCC1C2TRL+单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法共发射极根本电路共发射极根本电路共发射极根本电路共发射极根本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE本章符号规定本章符号规定UA大写字母、大写下标，大写字母、大写下标，表示直流量。表示直流量。uA小写字母、大写下标，小写字母、大写下标，表示全量。表示全量。ua小写字母、小写下标，小写字母、小写下标，表示交流分量。表示交流分量。二二 共射放大电路的分析共射放大电路的分析1 1 共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(u ui i =0)=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论：结论：(1)(1)(1)(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流:I I I IB B B B、U U U UBEBEBEBE和和和和 I I I IC C C C、U U U UCECECECE 。(I I I IB B B B、U U U UBEBEBEBE)和和和和(I I I IC C C C、U U U UCECECECE)分别对应于输入、输出特性分别对应于输入、输出特性分别对应于输入、输出特性分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为曲线上的一个点，称为曲线上的一个点，称为曲线上的一个点，称为静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点。QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时时时 uCE=UCC iC RC uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC1 1 共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO结论：结论：(2)(2)(2)(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大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，都在直流量的根底上叠加了小均发生了变化，都在直流量的根底上叠加了小均发生了变化，都在直流量的根底上叠加了小均发生了变化，都在直流量的根底上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析3.3.3.3.直流通路和交流通路直流通路和交流通路直流通路和交流通路直流通路和交流通路 直流通路：无信号时电流直流电流的通路，直流通路：无信号时电流直流电流的通路，直流通路：无信号时电流直流电流的通路，直流通路：无信号时电流直流电流的通路，用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量变化量的通路，交流通路：有信号时交流分量变化量的通路，交流通路：有信号时交流分量变化量的通路，交流通路：有信号时交流分量变化量的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。放大电路的组成原那么实现放大的条件放大电路的组成原那么实现放大的条件 1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入信号能通过输入回路作用于放大管。输入信号能通过输入回路作用于放大管。4.输出回路将变化的电流作用于负载。输出回路将变化的电流作用于负载。1、三极管的静态工作点必须适宜、三极管的静态工作点必须适宜2、交流信号在放大电路中能顺畅传输、交流信号在放大电路中能顺畅传输例：画出以下图放大电路的直流通路例：画出以下图放大电路的直流通路例：画出以下图放大电路的直流通路例：画出以下图放大电路的直流通路直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q Q Q(I IB B 、I IC C 、U UCECE)对直流信号电容对直流信号电容 C C 可看作开路即将电容断开可看作开路即将电容断开断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiERBRCuiuORLRSes+对交流信号对交流信号对交流信号对交流信号(有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号u ui i时的交流分量时的交流分量时的交流分量时的交流分量)X XC C 0 0，C C 可看可看作短路。忽略电源作短路。忽略电源的内阻，电源的端的内阻，电源的端电压恒定，直流电电压恒定，直流电源对交流可看作短源对交流可看作短路。路。短路短路短路短路对地短路对地短路交流通路交流通路交流通路交流通路 用来计算电压用来计算电压用来计算电压用来计算电压放大倍数、输入放大倍数、输入放大倍数、输入放大倍数、输入电阻、输出电阻电阻、输出电阻电阻、输出电阻电阻、输出电阻等动态参数。等动态参数。等动态参数。等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE放大电放大电路分析路分析静态分析静态分析静态基极电流、集静态基极电流、集电极电流、集电极与电极电流、集电极与射极之间的电位差射极之间的电位差动态分析动态分析电压放大倍数、输电压放大倍数、输入电阻、输出电阻入电阻、输出电阻估算法估算法(近似计近似计算法算法)图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法三放大电路的根本分析方法三放大电路的根本分析方法三三 放大电路的静态分析放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入静态：放大电路无信号输入静态：放大电路无信号输入静态：放大电路无信号输入ui=0ui=0ui=0ui=0时的工作状态。时的工作状态。时的工作状态。时的工作状态。分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：估算法、图解法。估算法、图解法。分析对象：分析对象：分析对象：分析对象：各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。设置设置设置设置Q Q Q Q点的目的：点的目的：点的目的：点的目的：(1)(1)(1)(1)使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；(2)(2)(2)(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的根底。动态的根底。动态的根底。动态的根底。静态工作点静态工作点Q Q：I IB B、I IC C、U UCE CE。静态分析：静态分析：确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。一一 用估算法确定静态值用估算法确定静态值1.1.1.1.直流通路估算直流通路估算直流通路估算直流通路估算 I I I IB B B B根据电流放大作用根据电流放大作用2.2.2.2.由直流通路估算由直流通路估算由直流通路估算由直流通路估算U U U UCECECECE、I I I IC C C C当当U UBEBE U UCCCC时，时，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB由由由由KVL:KVL:KVL:KVL:U U U UCC CC CC CC=I I I IB B B B R R R RB B B B+U U U UBEBEBEBE由由由由KVL:KVL:KVL:KVL:U U U UCC CC CC CC=I I I IC C C C R R R RC C C C+U U U UCECECECE所以所以所以所以 U U U UCE CE CE CE=U U U UCC CC CC CC I I I IC C C C R R R RC C C C 硅管硅管 UBEQ=(0.6 0.8)V锗管锗管 UBEQ=(0.1 0.2)VICQ IBQUCEQ=VCC ICQ RC静态工作点的近似计算公式静态工作点的近似计算公式+UCCRBRCT+UBEUCEICIB二二 用图解法确定静态值用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：步骤：步骤：步骤：1.1.1.1.用估算法确定用估算法确定用估算法确定用估算法确定I I I IB B B B 优点：优点：优点：优点：能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路 的影响。的影响。的影响。的影响。2.2.2.2.由输出特性确定由输出特性确定由输出特性确定由输出特性确定I I I IC C C C 和和和和U U U UCCCCCCCCU UCECE =U=UCCCC I IC CR RC C +UCCRBRCT+UBEUCEICIB直流负载线方程直流负载线方程直流负载线方程直流负载线方程U UCCCC=I=IC CR RC C U UCECE 直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率ICQUCEQUCCUCE/VIC/mA直流负载线直流负载线Q由由I IB B确定的那条输出特性确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是与直流负载线的交点就是Q Q点点O二二 用图解法确定静态值用图解法确定静态值方法：方法：根据根据 U UCEQCEQ=V VCCCC I ICQCQ R RC C式确定两个特殊式确定两个特殊点点例例例例1 1：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。：UCC=12VUCC=12V，RC=4kRC=4k，RB=300kRB=300k，=37.5=37.5。解：解：注意：注意：注意：注意：电路中电路中电路中电路中I IB B 和和和和 I IC C 的数量级不同的数量级不同的数量级不同的数量级不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB例例例例2 2：用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。由例由例由例由例1 1 1 1、例、例、例、例2 2 2 2可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算静态静态静态静态值的公式也不同。值的公式也不同。值的公式也不同。值的公式也不同。由由KVL可得：可得：由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB放大电路的动态分析放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入动态：放大电路有信号输入动态：放大电路有信号输入动态：放大电路有信号输入ui ui ui ui 0 0 0 0时的工作状态。时的工作状态。时的工作状态。时的工作状态。分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：微变等效电路法，图解法。微变等效电路法，图解法。微变等效电路法，图解法。微变等效电路法，图解法。所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的交流通路。放大电路的交流通路。放大电路的交流通路。放大电路的交流通路。动态分析动态分析动态分析动态分析:分析对象：分析对象：分析对象：分析对象：各极电压和电流的交流分量。各极电压和电流的交流分量。各极电压和电流的交流分量。各极电压和电流的交流分量。目的：目的：目的：目的：找出找出找出找出AuAuAuAu、ri ri ri ri、ro ro ro ro与电路参数的关系，为设与电路参数的关系，为设与电路参数的关系，为设与电路参数的关系，为设计计计计 打根底。打根底。打根底。打根底。一一 微变等效电路法微变等效电路法 微变等效电路：微变等效电路：微变等效电路：微变等效电路：线性化的条件：线性化的条件：线性化的条件：线性化的条件：微变等效电路法：微变等效电路法：微变等效电路法：微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算放大电路放大电路电压放大倍数电压放大倍数A Au u、输入电阻、输入电阻r ri i、输出电阻、输出电阻r ro o等。等。1.1.晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路 U UBEBE I IB B对于小功率三极管：对于小功率三极管：对于小功率三极管：对于小功率三极管：r r r rbebebebe一般为几百欧到几千欧。一般为几百欧到几千欧。一般为几百欧到几千欧。一般为几百欧到几千欧。(a)(a)输入回路输入回路输入回路输入回路Q Q输入特性输入特性输入特性输入特性晶体管的晶体管的晶体管的晶体管的输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻晶体管的输入回路晶体管的输入回路晶体管的输入回路晶体管的输入回路(B(B(B(B、E E E E之间之间之间之间)可用可用可用可用r r r rbebebebe等效代替，即由等效代替，即由等效代替，即由等效代替，即由r r r rbebebebe来确来确来确来确定定定定u u u ubebebebe和和和和 i i i ib b b b之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系。I IB BU UBEBEO(b)(b)输出回路输出回路输出回路输出回路r r r rcececece愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好因因因因r r r rcececece阻值很高，一般忽阻值很高，一般忽阻值很高，一般忽阻值很高，一般忽略不计。略不计。略不计。略不计。晶体管的晶体管的晶体管的晶体管的输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出特性输出特性输出特性输出特性I IC CU UCECEQ Q晶体管的电晶体管的电晶体管的电晶体管的电流放大系数流放大系数流放大系数流放大系数 晶体管的输出回路晶体管的输出回路晶体管的输出回路晶体管的输出回路(C(C(C(C、E E E E之之之之间间间间)可用一受控电流源可用一受控电流源可用一受控电流源可用一受控电流源 i i i ic c c c=i i i ib b b b等效代替，即由等效代替，即由等效代替，即由等效代替，即由 来确定来确定来确定来确定i i i ic c c c和和和和 i i i ib b b b之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。OibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.1.晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路rbeBEC晶体管的晶体管的B B、E E之间可之间可用用r rbebe等效代替。等效代替。晶体管的晶体管的C C、E E之间可用一受控之间可用一受控电流源电流源i ic c=i ib b等效代替。等效代替。ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路微变等效电路微变等效电路2.2.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路交流通路交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE 分析时假设输入为分析时假设输入为分析时假设输入为分析时假设输入为正弦交流，所以等效电正弦交流，所以等效电正弦交流，所以等效电正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用路中的电压与电流可用路中的电压与电流可用路中的电压与电流可用相量表示。相量表示。相量表示。相量表示。微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路2.2.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶将交流通路中的晶将交流通路中的晶将交流通路中的晶体管用晶体管微变等体管用晶体管微变等体管用晶体管微变等体管用晶体管微变等效电路代替即可得放效电路代替即可得放效电路代替即可得放效电路代替即可得放大电路的微变等效电大电路的微变等效电大电路的微变等效电大电路的微变等效电路。路。路。路。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.3.电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路(未接未接未接未接R R R RL L L L)时，时，时，时，因因因因r rbebe与与与与I I I IE E E E有关，故放大倍数与静有关，故放大倍数与静有关，故放大倍数与静有关，故放大倍数与静态态态态 I I I IE E E E有关。有关。有关。有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。负载电阻愈小，放大倍数愈小。负载电阻愈小，放大倍数愈小。负载电阻愈小，放大倍数愈小。式中的负号表示输出电压的相式中的负号表示输出电压的相式中的负号表示输出电压的相式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。位与输入相反。位与输入相反。位与输入相反。例例例例1 1 1 1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS4.4.4.4.放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源放大电路对信号源放大电路对信号源放大电路对信号源(或对前级放大电路或对前级放大电路或对前级放大电路或对前级放大电路)来说，是来说，是来说，是来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻号源的负载电阻号源的负载电阻号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。也就是放大电路的输入电阻。也就是放大电路的输入电阻。也就是放大电路的输入电阻。定义：定义：定义：定义：输入电阻是对交输入电阻是对交输入电阻是对交输入电阻是对交流信号而言的，是流信号而言的，是流信号而言的，是流信号而言的，是动态电阻。动态电阻。动态电阻。动态电阻。+-信号源信号源信号源信号源A Au u放大电路放大电路放大电路放大电路+-输入电阻是说明放大电路从信号源吸取电流大小输入电阻是说明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。放大放大放大放大电路电路电路电路信号源信号源信号源信号源+-+-rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSri 5.5.放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路放大电路对负载对负载(或对后级放大电路或对后级放大电路)来说来说，是，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_ _R RL Lr ro o+_ _定义：定义：定义：定义：输出电阻是输出电阻是输出电阻是输出电阻是动态电阻，与动态电阻，与动态电阻，与动态电阻，与负载无关。负载无关。负载无关。负载无关。输出电阻是说明放大电路带负载能力的参数。电路输出电阻是说明放大电路带负载能力的参数。电路输出电阻是说明放大电路带负载能力的参数。电路输出电阻是说明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。因此一般总是希望得到较小的输出电阻。因此一般总是希望得到较小的输出电阻。因此一般总是希望得到较小的输出电阻。R RS SR RL L+_ _A Au u放大放大放大放大电路电路电路电路+_ _rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：1.1.1.1.放大倍数高放大倍数高放大倍数高放大倍数高;2.2.2.2.输入电阻低输入电阻低输入电阻低输入电阻低;3.3.3.3.输出电阻高输出电阻高输出电阻高输出电阻高.求求r ro o的步骤：的步骤：1)1)断开负载断开负载R RL L3)3)外加电压外加电压4)4)求求外加外加2)2)令令 或或2.2.动态分析的图解法动态分析的图解法动态分析的图解法动态分析的图解法QuCE/VttiB B/AIBtiC C/mAICiB B/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L=由由由由uouououo和和和和uiuiuiui的峰值或峰峰值之比可得放大电路的峰值或峰峰值之比可得放大电路的峰值或峰峰值之比可得放大电路的峰值或峰峰值之比可得放大电路的电压放大倍数。的电压放大倍数。的电压放大倍数。的电压放大倍数。3.3.非线性失真非线性失真非线性失真非线性失真假设假设假设假设Q Q Q Q设置过高，设置过高，设置过高，设置过高，晶体管进入饱晶体管进入饱晶体管进入饱晶体管进入饱和区工作，造成和区工作，造成和区工作，造成和区工作，造成饱和失真。饱和失真。饱和失真。饱和失真。Q2uo 适当减小基极电适当减小基极电适当减小基极电适当减小基极电流可消除失真。流可消除失真。流可消除失真。流可消除失真。UCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1假设假设假设假设Q Q Q Q设置过低，设置过低，设置过低，设置过低，适当增加基适当增加基适当增加基适当增加基极电流可消除极电流可消除极电流可消除极电流可消除失真。失真。失真。失真。uiuotiB B/AiB B/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE 如果如果如果如果Q Q Q Q设置适宜，信号幅值过大也可产生失真，减设置适宜，信号幅值过大也可产生失真，减设置适宜，信号幅值过大也可产生失真，减设置适宜，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。小信号幅值可消除失真。小信号幅值可消除失真。小信号幅值可消除失真。共发射极根本电路共发射极根本电路共发射极根本电路共发射极根本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE静态工作点的稳定静态工作点的稳定温度变化对静态工作点的影响温度变化对静态工作点的影响温度变化对静态工作点的影响温度变化对静态工作点的影响 在固定偏置放大电路中，在固定偏置放大电路中，当温度升高时，当温度升高时，U UBEBE、I ICBOCBO 。上式说明，当上式说明，当UCCUCC和和 RB RB一定时，一定时，ICIC与与 UBE UBE、以及以及 ICEO ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，温度升高时，I IC C将增加，使将增加，使Q Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。iCuCEQ温度升高时，输温度升高时，输温度升高时，输温度升高时，输出特性曲线上移出特性曲线上移出特性曲线上移出特性曲线上移Q 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点Q Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使使 IC IC 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IBIB，从而抑制，从而抑制Q Q点的变化，点的变化，保持保持Q Q点根本稳定。点根本稳定。结论：结论：结论：结论：当温度升高时，当温度升高时，当温度升高时，当温度升高时，I I I IC C C C将增将增将增将增加，使加，使加，使加，使Q Q Q Q点沿负载线上移，点沿负载线上移，点沿负载线上移，点沿负载线上移，容易使晶体管容易使晶体管容易使晶体管容易使晶体管 T T T T进入饱和进入饱和进入饱和进入饱和区造成饱和失真，甚至引区造成饱和失真，甚至引区造成饱和失真，甚至引区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。起过热烧坏三极管。起过热烧坏三极管。起过热烧坏三极管。O一一 分压式偏置电路分压式偏置电路1.1.1.1.稳定稳定稳定稳定Q Q Q Q点的原理点的原理点的原理点的原理 基极电位根本恒定，基极电位根本恒定，不随温度变化。不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+1.1.1.1.稳定稳定稳定稳定Q Q Q Q点的原理点的原理点的原理点的原理VB 集电极电流根本恒定，集电极电流根本恒定，集电极电流根本恒定，集电极电流根本恒定，不随温度变化。不随温度变化。不随温度变化。不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+一一 分压式偏置电路分压式偏置电路Q Q Q Q点稳定的过程点稳定的过程点稳定的过程点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定 RE RE RE RE：温度补偿电阻：温度补偿电阻：温度补偿电阻：温度补偿电阻 对直流：对直流：对直流：对直流：RERERERE越大越大越大越大,稳定稳定稳定稳定Q Q Q Q点效果越好；点效果越好；点效果越好；点效果越好；对交流：对交流：对交流：对交流：RERERERE越大越大越大越大,交流交流交流交流损失越大损失越大损失越大损失越大,为防止交流损为防止交流损为防止交流损为防止交流损失加旁路电容失加旁路电容失加旁路电容失加旁路电容CECECECE。2.2.静态工作点的计算静态工作点的计算静态工作点的计算静态工作点的计算估算法估算法估算法估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+3.3.动态分析动态分析动态分析动态分析 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 C CE E 将将R RE E E E 短路，短路，R RE E E E不起不起作用，作用，A Au u，r ri i，r ro o与固定偏置电路相同。与固定偏置电路相同。如果去掉如果去掉CE，Au，ri，ro？旁路电容旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+二二 射极输出器射极输出器RB+UCCC1C2RE ERLui+uo+es+RS求求求求Q Q Q Q点：点：点：点：1 1 静态分析静态分析静态分析静态分析直流通路直流通路直流通路直流通路+UCCRBRE E+UCE+UBEIE EIBICRB+UCCC1C2RE ERLui+uo+es+RS15.6.2 15.6.2 动态分析动态分析动态分析动态分析1.1.电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数A A A Au u u u 1 1 1 1且输入输出同相，输出电压且输入输出同相，输出电压且输入输出同相，输出电压且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，跟随输入电压，跟随输入电压，跟随输入电压，故称电压跟随器。故称电压跟随器。故称电压跟随器。故称电压跟随器。微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.2.输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻 射极输出器的射极输出器的射极输出器的射极输出器的输入电阻高，对输入电阻高，对输入电阻高，对输入电阻高，对前级有利。前级有利。前级有利。前级有利。r ri i 与负载有关与负载有关与负载有关与负载有关3.3.输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集电极放大电路共集电极放大电路(射极输出器射极输出器)的特点：的特点：1.1.1.1.电压放大倍数小于电压放大倍数小于电压放大倍数小于电压放大倍数小于1 1 1 1，约等于，约等于，约等于，约等于1;1;1;1;2.2.2.2.输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；3.3.3.3.输出电阻低；输出电阻低；输出电阻低；输出电阻低；4.4.4.4.输出与输入同相。输出与输入同相。输出与输入同相。输出与输入同相。射极输出器的应用射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.1.1.1.因输入电阻高，它常被用在多级放大电路因输入电阻高，它常被用在多级放大电路因输入电阻高，它常被用在多级放大电路因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，的第一级，可以提高输入电阻，的第一级，可以提高输入电阻，的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担减轻信号源负担减轻信号源负担减轻信号源负担。2.2.2.2.因输出电阻低，它常被用在多级放大电因输出电阻低，它常被用在多级放大电因输出电阻低，它常被用在多级放大电因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，路的末级，可以降低输出电阻，路的末级，可以降低输出电阻，路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。提高带负载能力。提高带负载能力。提高带负载能力。3.3.3.3.利用利用利用利用 r ri i i i 大、大、大、大、r ro o o o小以及小以及小以及小以及 A A A Au u u u 1 1 1 1 的特点，也的特点，也的特点，也的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，阻抗匹配作用，阻抗匹配作用，阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或这一级射极输出器称为缓冲级或这一级射极输出器称为缓冲级或这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。中间隔离级。中间隔离级。中间隔离级。例例例例1:1:.在图示放大电路中，在图示放大电路中，UCC=12V,RE=2k,UCC=12V,RE=2k,RB=200k RB=200k，RL=2k RL=2k，晶体管，晶体管=60=60，UBE=0.6V,UBE=0.6V,信号源内阻信号源内阻RS=100RS=100，试求，试求:(1)(1)静态工作点静态工作点 IB IB、IE IE 及及 UCE UCE；(2)(2)画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3)Au(3)Au、ri ri 和和 ro ro。RB+UCCC1C2RE ERLui+uo+es+RS解解解解:(1)(1)由直流通路求静态工作点。由直流通路求静态工作点。由直流通路求静态工作点。由直流通路求静态工作点。直流通路直流通路直流通路直流通路+UCCRBRE E+UCE+UBEIE EIBIC(2)(2)由微变等效电路求由微变等效电路求由微变等效电路求由微变等效电路求A Au u、ri i 、ro o。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路五、五、射极输出器射极输出器射极输出器射极输出器1静态分析2动态分析求电压放大倍数求输入电阻求输出电阻射极输出器的特点：电压放大倍数小于1，但约等于1，即电压跟随。输入电阻较高。输出电阻较低。射极输出器的用途：射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。用作输入级时，其高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。例例：图图示示电电路路，UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100，=50。试试估估算算静静态态工工作作点点，并并求求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：解：1用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点六六 多级放大电路多级放大电路电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到适宜位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。1 1 1 1阻容耦合多级放大电路分析阻容耦合多级放大电路分析1静态分析：各级单独计算。2动态分析电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。2 2 2 2阻容耦合多级放大的频率特性和频率失真阻容耦合多级放大的频率特性和频率失真中频段中频段中频段中频段：电压放大倍数近似为常数。低低低低频频频频段段段段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。高高高高频频频频段段段段：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。除了电压放大倍数会随频率而改变外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。所以在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为幅频特性，相位移与频率的函数关系称为相频特性，二者统称为频率特性或频率响应。放大电路呈现带通特性。图中fH和fL为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为上限频率和下限频率，其差值称为通频带。一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，假设谐波频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为频率失真。直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。零点漂移：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规那么波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。八八 功率放大电路功率放大电路1 1 1 1功率放大电路的特点功率放大电路的特点功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率，这就要求功率放大电路不仅要有较高的输出电压，还要有较大的输出电流。因此功率放大电路中的晶体管通常工作在高电压大电流状态，晶体管的功耗也比较大。对晶体管的各项指标必须认真选择，且尽可能使其得到充分利用。因为功率放大电路中的晶体管处在大信号极限运用状态，非线性失真也要比小信号的电压放大电路严重得多。此外，功率放大电路从电源取用的功率较大，为提高电源的利用率，必须尽可能提高功率放大电路的效率。放大电路的效率是指负载得到的交流信号功率与直流电源供出功率的比值。2 2 2 2功率放大电路的类型功率放大电路的类型甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能到达50。乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高。甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路1 1 1 1OCLOCLOCLOCL功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路静态ui=0时，UB=0、UE=0，偏置电压为零，V1、V2均处于截止状态，负载中没有电流，电路工作在乙类状态。动态ui0时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载；在ui的负半周V2导通而V1截止，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载。可见在输入信号ui的整个周期内，V1、V2两管轮流交替地工作，互相补充，使负载获得完整的信号波形，故称互补对称电路。由于V1、V2都工作在共集电极接法，输出电阻极小，可与低阻负载RL直接匹配。从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如下图。图中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已根本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。2 2 2 2OTLOTLOTLOTL功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路因电路对称，静态时两个晶体管发射极连接点电位为电源电压的一半，负载中没有电流。动态时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容C充电；在ui的负半周V2导通而V1截止，电容C通过V2、RL放电，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容C上的电压根本维持在UCC/2不变，因此C的容量必须足够大。