电工学少学时第九章.ppt

第9章基本放大电路 第9章基本放大电路 9 2放大电路的工作原理 9 3放大电路的静态分析 9 1双极性晶体管 9 9差分放大电路 9 4放大电路的动态分析 9 5双极性晶体管基本放大电路 9 8多级放大电路 9 10互补对称放大电路 9 1双极性晶体管 一 基本结构 NPN型 基极 发射极 集电极 NPN型 符号 NPN型三极管 一 基本结构 N型锗 PNP型 符号 PNP型三极管 9 1双极性晶体管 二 晶体管的电流放大作用 以NPN型三极管为例讨论 三极管若实现放大 必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证 不具备放大作用 基区 最薄 掺杂浓度最低 发射区 掺杂浓度最高 发射结 集电结 结构特点 集电区 面积最大 这些结构特点是它具有电流放大作用的内在条件 三 电流分配和放大原理 1 三极管放大的外部条件 发射结正向偏置 集电结反向偏置 2 对PNP型三极管发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 从电位的角度看 1 对NPN型三极管发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 即VC VB VE集电极电位最高 即VE VB VC发射极电位最高 共射极放大电路 2 各电极电流关系及电流放大作用 结论 1 三电极电流关系IE IB IC2 IC IB IC IE3 IC IB 基极电流的微小变化 IB能够引起较大的集电极电流变化 IC 这就是三极管的电流放大作用 3 三极管内部载流子的运动规律 发射结正偏 发射区电子不断向基区扩散 形成发射极电流IE 进入P区的电子少部分与基区的空穴复合 形成电流IBE 多数扩散到集电结 从基区扩散来的电子作为集电结的少子 漂移进入集电区而被集电极收集 形成ICE 集电结反偏 有少子形成的反向电流ICBO 四 特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线 是管子内部载流子运动的外部表现 反映了晶体管的性能 是分析放大电路的依据 为什么要研究特性曲线 1 直观地分析管子的工作状态2 合理地选择偏置电路的参数 设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 发射极是输入回路 输出回路的公共端 共发射极电路 输入回路 输出回路 测量晶体管特性的实验线路 1 输入特性 特点 非线性 死区电压 硅管0 5V 锗管0 1V 正常工作时发射结电压 NPN型硅管UBE 0 6 0 7VPNP型锗管UBE 0 2 0 3V 2 输出特性 IB 0 20 A 输出特性曲线通常分三个工作区 截止区 饱和区 放大区 2 输出特性 IB 0 20 A 放大区 1 放大区 在放大区 发射结处于正向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于放大状态 2 截止区 IB 0以下区域为截止区 有IC 0 在截止区发射结处于反向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于截止状态 截止区 3 饱和区 饱和区 当UCE UBE时 晶体管工作于饱和状态 在饱和区 IB IC 发射结处于正向偏置 集电结也处于正偏 深度饱和时 硅管UCES 0 3V 锗管UCES 0 1V IB IC UCE UCC RCIC ICM UCC RC 例9 1 1 图示电路 晶体管的 100 求开关S合向a b c时的IB IC和UCE 并指出晶体管的工作状态 忽略UBE UCC 15VUBB1 5VUBB2 1 5VRB1 500k RB2 50k RC 5k 解 晶体管饱和时集电极电流近似为 晶体管刚饱和时的基极电流为 晶体管处于放大状态 例9 1 1 图示电路 晶体管的 100 求开关S合向a b c时的IB IC和UCE 并指出晶体管的工作状态 忽略UBE 1 开关S合向a时 0 01mA UCC 15VUBB1 5VUBB2 1 5VRB1 500k RB2 50k RC 5k UCE UCC RCIC 15 5 103 1 10 3 V 10V 2 开关S合向b时 UCE 0V晶体管处于饱和状态 3 开关S合向c时IB 0 IC 0 UCE UCC 15V晶体管处于截止状态 五 主要参数 1 电流放大系数 直流电流放大系数 交流电流放大系数 当晶体管接成共发射极电路时 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数 晶体管的参数也是设计电路 选用晶体管的依据 注意 和 的含义不同 但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下 两者数值接近 常用晶体管的 值在20 200之间 例 在UCE 6V时 在Q1点IB 40 A IC 1 5mA 在Q2点IB 60 A IC 2 3mA 在以后的计算中 一般作近似处理 Q1 Q2 在Q1点 有 由Q1和Q2点 得 2 集 基极反向截止电流ICBO ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流 受温度的影响大 温度 ICBO 3 集 射极反向截止电流 穿透电流 ICEO ICEO受温度的影响大 温度 ICEO 所以IC也相应增加 三极管的温度特性较差 4 集电极最大允许电流ICM 5 集 射极反向击穿电压U BR CEO 集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降 当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM 当集 射极之间的电压UCE超过一定的数值时 三极管就会被击穿 手册上给出的数值是25 C 基极开路时的击穿电压U BR CEO 6 集电极最大允许耗散功率PCM PCM取决于三极管允许的温升 消耗功率过大 温升过高会烧坏三极管 PC PCM ICUCE 硅管允许结温约为150 C 锗管约为70 90 C ICUCE PCM 安全工作区 由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 管子工作在放大状态 利用IB对IC的控制作用 1 用于交流放大电路中 IC ICEO 0 c e之间相当于断路 三极管相当于一个开关处于断开状态 UCES 0 c e之间相当于短路 三极管相当于一个开关处于接通状态 2 用于数字电路中 管子工作在截止或饱和状态 利用其开关特性 截止时 饱和时 开 关 半导体三极管应用 常见三极管的外形结构 实物照片 放大的概念 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号 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 对放大电路的基本要求 1 要有足够的放大倍数 电压 电流 功率 2 尽可能小的波形失真 另外还有输入电阻 输出电阻 通频带等其它技术指标 本章主要讨论电压放大电路 同时介绍功率放大电路 9 2放大电路的工作原理 9 2放大电路的工作原理 共发射极基本交流放大电路 电路组成 晶体管T 基极电源EB与基极电阻RB 集电极电源EC 集电极电阻RC 耦合电容C1 C2 基本放大电路各元件作用 晶体管T 放大元件 iC iB 要保证集电结反偏 发射结正偏 使晶体管工作在放大区 基极电源EB与基极电阻RB 使发射结处于正偏 并提供大小适当的基极电流 共发射极基本电路 基本放大电路各元件作用 集电极电源EC 为电路提供能量 并保证集电结反偏 集电极电阻RC 将变化的电流转变为变化的电压 耦合电容C1 C2 隔离输入 输出与放大电路直流的联系 同时使信号顺利输入 输出 信号源 负载 共发射极基本电路 单电源供电时常用的画法 共发射极基本电路 符号规定 UA 大写字母 大写下标 表示直流量 uA 小写字母 大写下标 表示交直流量 ua 小写字母 小写下标 表示交流分量 uA ua 交直流量 交流分量 t UA直流分量 共射放大电路的电压放大作用 uo 0uBE UBEuCE UCE 1 无输入信号 ui 0 时 结论 1 无输入信号电压时 三极管各电极都是恒定的电压和电流 IB UBE和IC UCE IB UBE 和 IC UCE 分别对应于输入 输出特性曲线上的一个点 称为静态工作点 UBE 无输入信号 ui 0 时 uo 0uBE UBEuCE UCE 有输入信号 ui 0 时 uCE UCC iCRC uo 0uBE UBE uiuCE UCE uo 2 有输入信号 ui 0 时 结论 2 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 都在直流量的基础上叠加了一个交流量 但方向始终不变 集电极电流 直流分量 交流分量 动态分析 静态分析 结论 3 若参数选取得当 输出电压可比输入电压大 即电路具有电压放大作用 4 输出电压与输入电压在相位上相差180 即共发射极电路具有反相作用 实现放大的条件 1 晶体管必须工作在放大区 发射结正偏 集电结反偏 2 正确设置静态工作点 使晶体管工作于放大区 3 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流 4 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压 经电容耦合只输出交流信号 2 直流通路和交流通路 因电容对交 直流的作用不同 在放大电路中如果电容的容量足够大 可以认为它对交流分量不起作用 即对交流短路 而对直流可以看成开路 这样 交直流所走的通路是不同的 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 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 输出电阻等动态参数 例 画出下图放大电路的直流通路 直流通路 直流通路用来计算静态工作点Q IB IC UCE 对直流信号电容C可看作开路 即将电容断开 断开 断开 对交流信号 有输入信号ui时的交流分量 XC 0 C可看作短路 忽略电源的内阻 电源的端电压恒定 直流电源对交流可看作短路 短路 短路 对地短路 交流通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 例 画放大电路的交流通路方法 交流放大电路的分析方法 静态 放大电路无信号输入 ui 0 时的工作状态 静态分析 确定放大电路的静态值 静态工作点Q IB IC UCE 交流放大电路有静态分析和动态分析两种方法 动态 放大电路有信号输入 ui 0 时的工作状态 动态分析 计算电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro等 9 3放大电路的静态分析 静态 放大电路无信号输入 ui 0 时的工作状态 分析方法 估算法 图解法 分析对象 各极电压电流的直流分量 所用电路 放大电路的直流通路 设置Q点的目的 1 使放大电路的放大信号不失真 2 使放大电路工作在较佳的工作状态 静态是动态的基础 静态工作点Q IB IC UCE 静态分析 确定放大电路的静态值 9 3 1用估算法确定静态值 1 直流通路估算IB 根据电流放大作用 2 由直流通路估算UCE IC 由KVL UCC IBRB UBE 由KVL UCC ICRC UCE 所以UCE UCC ICRC 例1 用估算法计算静态工作点 已知 UCC 6V RC 2k RB 180k 50 解 注意 电路中IB和IC的数量级不同 例2 用估算法计算图示电路的静态工作点 由例1 例2可知 当电路不同时 计算静态值的公式也不同 由KVL可得 由KVL可得 9 3 2用图解法确定静态值 用作图的方法确定静态值 步骤 1 用估算法确定IB 优点 能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响 2 由输出特性确定IC和UCC 直流负载线方程 9 3 2用图解法确定静态值 直流负载线斜率 直流负载线 由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点 O 二 静态工作点的影响 9 4放大电路的动态分析 动态 放大电路有信号输入 ui 0 时的工作状态 分析方法 微变等效电路法 图解法 所用电路 放大电路的交流通路 动态分析 计算电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro等 分析对象 各极电压和电流的交流分量 目的 找出Au ri ro与电路参数的关系 为设计打基础 9 4放大电路的动态分析 一 放大电路的主要性能指标1 电压放大倍数Au 其分贝值 Au dB 20lg Au 定义 当输入信号为正弦交流信号时 反映放大电路的放大能力 在放大电路中 2 输入电阻ri 定义 当输入信号为正弦交流信号时 放大电路 信号源 输入电阻 ri大 Ui大 Uo大 ri大 Ii小 可减轻信号源的负担 ri越大越好 ri RS 可见 输入电阻 3 输出电阻ro 当输入信号为正弦交流信号时 定义 放大电路 负载 输出电阻 当输出端接有负载时 放大器的电压放大倍数 若ro小 带载能力强 反之带载能力差 可见 ro越小越好 ro RL 输出电阻是表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 因此一般总是希望得到较小的输出电阻 4 放大电路的频率特性 在前面的分析中 设输入信号是单一频率的正弦波 但实际上 放大器的输入信号通常是非正弦的 由于耦合电容 发射极旁路电容及三极管的结电容等的存在 它们的容抗随频率变化 故当信号频率不同时 放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化 频率特性 幅频特性 电压放大倍数的模 Au 与频率f的关系 相频特性 输出电压相对于输入电压的相位移 与频率f的关系 通频带 f Au fL fH Auo 幅频特性 下限截止频率 上限截止频率 耦合 旁路电容造成 三极管结电容 造成 O 注 放大器只有工作在通频带范围内才能避免产生频率失真 二 微变等效电路法 微变等效电路 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路 即把非线性的晶体管线性化 等效为一个线性元件 线性化的条件 晶体管在小信号 微变量 情况下工作 因此 在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替 微变等效电路法 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro等 晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出 当信号很小时 在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化 1 晶体管的微变等效电路 UBE 对于小功率三极管 rbe一般为几百欧到几千欧 1 输入回路 Q 输入特性 晶体管的输入电阻 晶体管的输入回路 B E之间 可用rbe等效代替 即由rbe来确定ube和ib之间的关系 2 输出回路 输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线 晶体管的电流放大系数 晶体管的输出回路 C E之间 可用一受控电流源ic ib等效代替 即由 来确定ic和ib之间的关系 一般在20 200之间 在手册中常用hfe表示 IB ib 晶体三极管 微变等效电路 1 晶体管的微变等效电路 晶体管的B E之间可用rbe等效代替 晶体管的C E之间可用一受控电流源ic ib等效代替 2 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路 交流通路 微变等效电路 分析时假设输入为正弦交流 所以等效电路中的电压与电流可用相量表示 微变等效电路 2 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路 3 电压放大倍数的计算 当放大电路输出端开路 未接RL 时 因rbe与IC有关 故放大倍数与静态IC有关 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位与输入相反 例1 4 放大电路输入电阻的计算 放大电路对信号源 或对前级放大电路 来说 是一个负载 可用一个电阻来等效代替 这个电阻是信号源的负载电阻 也就是放大电路的输入电阻 5 放大电路输出电阻的计算 放大电路对负载 或对后级放大电路 来说 是一个信号源 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 求ro的步骤 1 断开负载RL 3 外加电压 4 求 外加 2 令或 交流通路 1 交流负载线 9 4 2图解法 直流负载线反映静态时电流IC和UCE的变化关系 由于C2的隔直作用 不考虑负载电阻RL 交流负载线反映动态时电流iC和uCE的变化关系 视C2为短路 RL与RC并联 所以交流负载线比直流负载线要陡些 为了得到尽量大的输出信号 要把Q设置在交流负载线的中间部分 如果Q设置不合适 信号进入截止区或饱和区 会造成非线性失真 交流负载线的作法 IB 过Q点作一条直线 斜率为 交流负载线 当时 交直流负载重合 所以交流负载线比直流负载更陡 2 动态分析图解法 RL 由uo和ui的峰值 或峰峰值 之比可得放大电路的电压放大倍数 由图可见 电压和电流都含有直流分量和交流分量 2 动态分析图解法 电压放大倍数将减小 如果Q设置不合适 晶体管进入截止区或饱和区工作 将造成非线性失真 A 若Q设置过高 晶体管进入饱和区工作 造成饱和失真 适当减小基极电流可消除失真 3 非线性失真 B 若Q设置过低 晶体管进入截止区工作 造成截止失真 适当增加基极电流可消除失真 C 如果Q设置合适 信号幅值过大也可产生失真 减小信号幅值可消除失真 9 5双极型晶体管基本放大电路 一 共射放大电路 1 电路组成 一 共射放大电路 合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件 但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动 前述的固定偏置放大电路 简单 容易调整 但在温度变化 三极管老化 电源电压波动等外部因素的影响下 将引起静态工作点的变动 严重时将使放大电路不能正常工作 其中影响最大的是温度的变化 9 5 1温度变化对静态工作点的影响 在固定偏置放大电路中 当温度升高时 UBE ICBO 上式表明 当UCC和RB一定时 IC与UBE 以及ICEO有关 而这三个参数随温度而变化 温度升高时 IC将增加 使Q点沿负载线上移 iC uCE Q 温度升高时 输出特性曲线上移 固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的 为此需要改进偏置电路 当温度升高使IC增加时 能够自动减少IB 从而抑制Q点的变化 保持Q点基本稳定 结论 当温度升高时 IC将增加 使Q点沿负载线上移 容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真 甚至引起过热烧坏三极管 O 9 5 2分压式偏置电路 1 稳定Q点的原理 基极电位基本恒定 不随温度变化 VB 1 RB2的作用 9 5 2分压式偏置电路 1 稳定Q点的原理 VB 集电极电流基本恒定 不随温度变化 从Q点稳定的角度来看似乎I2 VB越大越好 但I2越大 RB1 RB2必须取得较小 将增加损耗 降低输入电阻 而VB过高必使VE也增高 在UCC一定时 势必使UCE减小 从而减小放大电路输出电压的动态范围 在估算时一般选取 I2 5 10 IB VB 5 10 UBE RB1 RB2的阻值一般为几十千欧 参数的选择 VE VB Q点稳定的过程 VE VB VB固定 RE 温度补偿电阻对直流 RE越大 稳定Q点效果越好 对交流 RE越大 交流损失越大 为避免交流损失加旁路电容CE 2 RE的作用 2 静态工作点的计算 估算法 VB 3 动态分析 对交流 旁路电容CE将RE短路 RE不起作用 Au ri ro与固定偏置电路相同 如果去掉CE Au ri ro 旁路电容 去掉CE后的微变等效电路 如果去掉CE Au ri ro 例1 在图示放大电路中 已知UCC 12V RC 6k RE1 300 RE2 2 7k RB1 60k RB2 20k RL 6k 晶体管 50 UBE 0 6V 试求 1 静态工作点IB IC及UCE 2 画出微变等效电路 3 输入电阻ri ro及Au 解 1 由直流通路求静态工作点 直流通路 2 由微变等效电路求Au ri ro 微变等效电路 二 共集放大电路 因对交流信号而言 集电极是输入与输出回路的公共端 所以是共集电极放大电路 因从发射极输出 所以称射极输出器 求Q点 1 静态分析 直流通路 2 动态分析 1 电压放大倍数 电压放大倍数Au 1且输入输出同相 输出电压跟随输入电压 故称电压跟随器 微变等效电路 rbe RB RL E B C RS RE 2 输入电阻 射极输出器的输入电阻高 对前级有利 ri与负载有关 3 输出电阻 射极输出器的输出电阻很小 带负载能力强 共集电极放大电路 射极输出器 的特点 1 电压放大倍数小于1 约等于1 2 输入电阻高 3 输出电阻低 4 输出与输入同相 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 1 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 减轻信号源负担 2 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 提高带负载能力 3 利用ri大 ro小以及Au 1的特点 也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 这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级 三 共基放大电路 因对交流信号而言 信号由发射极输入 由集电极输出 由于基极旁路电容CB 以基极作为信号输入和输出的公共端 1 静态工作点的计算 估算法 VB 2动态分析 共基极放大电路的交流通路 共基极放大电路的微变等效电路 1 电压放大倍数 2 输入电阻 1 电压放大倍数 2 输入电阻 3 输出电阻 9 8多级放大电路 耦合方式 信号源与放大电路之间 两级放大电路之间 放大器与负载之间的连接方式 常用的耦合方式 直接耦合 阻容耦合和变压器耦合 动态 传送信号 减少压降损失 静态 保证各级有合适的Q点 波形不失真 输出 多级放大电路的框图 对耦合电路的要求 1 阻容耦合 第一级 第二级 负载 信号源 两级之间通过耦合电容C2与下级输入电阻连接 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 阻容耦合电路的频率特性 耦合电容造成 三极管结电容造成 采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信号 扩大通频带 下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式 阻容耦合电路缺点 不能放大直流信号 直接耦合 将前级的输出端直接接后级的输入端 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号 9 9差分放大电路 2 零点漂移 零点漂移 指输入信号电压为零时 输出电压发生缓慢地 无规则地变化的现象 产生的原因 晶体管参数随温度变化 电源电压波动 电路元件参数的变化 直接耦合存在的两个问题 1 前后级静态工作点相互影响 零点漂移的危害 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力 严重时 可能淹没有效信号电压 无法分辨是有效信号电压还是漂移电压 一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标 输入端等效漂移电压 输出端漂移电压 电压放大倍数 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时 放大后的有用信号才能被很好地区分出来 由于不采用电容 所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题 适合于集成化的要求 在集成运放的内部 级间都是直接耦合 9 9 1差分放大电路的工作原理 电路结构对称 在理想的情况下 两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等 差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构 差分放大原理电路 两个输入 两个输出 两管静态工作点相同 1 零点漂移的抑制 uo VC1 VC2 0 uo VC1 VC1 VC2 VC2 0 静态时 ui1 ui2 0 当温度升高时 IC VC 两管变化量相等 对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用 2 有信号输入时的工作情况 两管集电极电位呈等量同向变化 所以输出电压为零 即对共模信号没有放大能力 1 共模信号ui1 ui2大小相等 极性相同 差分电路抑制共模信号能力的大小 反映了它对零点漂移的抑制水平 共模信号需要抑制 2 有信号输入时的工作情况 两管集电极电位一减一增 呈等量异向变化 2 差模信号ui1 ui2大小相等 极性相反 uo VC1 VC1 VC2 VC 2 VC1 即对差模信号有放大能力 差模信号是有用信号 3 比较输入 ui1 ui2大小和极性是任意的 一对比较信号ui1 ui2可以看成是一对共模信号和一对差模信号的叠加 式中 放大器只放大两个输入信号的差值信号 差分放大电路 所以 对比较输入信号的放大作用可分解为对共模信号分量和差模信号分量的处理 3 比较输入 ui1 ui2大小和极性是任意的 例1 ui1 10mV ui2 6mV ui2 8mV 2mV 例2 ui1 20mV ui2 16mV 可分解成 ui1 18mV 2mV ui2 18mV 2mV 可分解成 ui1 8mV 2mV 共模信号 差模信号 放大器只放大两个输入信号的差值信号 差分放大电路 这种输入常作为比较放大来应用 在自动控制系统中是常见的 9 9 2典型差分放大电路 长尾电路 特点 加入射极电阻RE 加入负电源 UEE 采用正负双电源供电 设置调零电位器RP 1 双端输入 双端输出 差模信号 9 9 3差分放大电路对差模信号的放大 分析差分放大电路 对于不同的输入方式 结果是一样的 不同的输出方式 结果是不同的 1 静态分析 IB1 IB2 IB IC1 IC2 IC ic1 ic2 iRE ie1 ie2 0 uRE 0 RE对差模信号不起作用 2 动态分析 差模信号通路 T1单边微变等效电路 单管差模放大倍数 同理 即 双端输入 双端输出电压放大倍数为 可见 与单管放大电路电压放大倍数相同 差分电路是为了抑制零点漂移的 双端输出电压 若在两集电极之间接入负载 RL中点电位为0 所以放大倍数 差模电压放大倍数 式中 两输入端之间的差模输入电阻为 两集电极之间的差模输出电阻为 同相输出 单端输出的电压放大倍数为双端输出的一半 反相输出 2 双端输入 单端输出 从T1集电极或T2集电极单端输出 则差模电压放大倍数 两输入端之间的差模输入电阻为 差模输出电阻为 四种差分放大电路 CommonModeRejectionRatio 全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力 差模放大倍数 共模放大倍数 KCMR越大 说明差放分辨差模信号的能力越强 而抑制共模信号的能力越强 9 9 4共模抑制比 共模抑制比 9 10互补对称功率放大电路 9 10 1对功率放大电路的基本要求 功率放大电路的作用 是放大电路的输出级 去推动负载工作 例如使扬声器发声 继电器动作 仪表指针偏转 电动机旋转等 1 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率 2 由于功率较大 就要求提高效率 9 10互补对称功率放大电路 9 10 1对功率放大电路的基本要求 4 功率管的散热问题 3 尽量减小非线性失真 功率放大电路的输出功率 效率和失真三者之间相互影响 为了获得较大的输出功率 应工作在极限状态 为了提高效率 应工作在甲乙类或乙类状态 为了基本消除失真 应采用互补对称电路 晶体管的工作状态 甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大 波形好 管耗大效率低 乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通 静态IC 0 波形严重失真 管耗小效率高 甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期 静态IC 0 一般功放常采用 1 乙类放大互补对称放大电路 ic1 ic2 静态时 ui 0V iC1 0 iC2 0uo 0V 动态时 ui 0V T2导通 T1截止 ui 0V T1导通 T2截止 特点 双电源供电 输出无电容器 uo 原理电路 当输入信号ui为正弦波时 输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真 交越失真产生的原因由于晶体管特性存在非线性 ui 死区电压晶体管导通不好 采用各种电路以产生有不大的偏流 使静态工作点稍高于截止点 即工作于甲乙类状态 克服交越失真的措施 3 交越失真 三 甲乙类放大互补对称放大电路 1 静态时有一个合适的IB IB 0 IC 0 故为甲乙类放大 当ui 0 T1管截止 T2管放大 2 动态时当ui 0 T1管放大 T2管截止 乙类放大互补对称电路 本章要求 1 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极 共集电极 共基极放大电路的性能特点 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法 3 了解放大电路输入 输出电阻和多级放大的概念 了解互补功率放大电路的工作原理 4 了解差分放大电路的工作原理和性能特点