第2章小信号放大电路mm

1、第2章 基本放大电路,2.1 基本放大电路的概念及工作原理,2.2 基本放大电路的静态分析,2.5 功率放大器和差动放大电路简介,2.3 基本放大电路的动态分析,2.4 共集电极放大电路,2.6 放大电路中的负反馈,掌握放大电路的基本构成及特点，理解基本放大电路静态工作点的设置目的及其求解方法；熟悉非线性失真的概念；初步掌握运用微变等效电路法求解电路的电压放大倍数、电路的输入电阻和输出电阻；了解多级放大电路的常用耦合方式。技术能力上要求掌握示波器、信号发生器、电子毫伏表等常用电子仪器的使用方法；具有对共射放大电路进行静态工作点调试的能力；掌握基本放大电路安装、 调试的工艺技能。,2.1 基本放大电路的概念及工作原理,放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。,所谓“放大”，是指将一个微弱的电信号，通过某种装置， 得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输 出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实质是电 路对电流、电压或能量的控制作用。,扬声器负载,输入信号源,扩音器中放大电路的组成,为放大器提供能量的直流电源,话筒送来的微弱音频信号,ui,放 大 电 路,微弱输

2、入小信号ui,uO,幅度大大增强的输出信号uO,放大电路的放大作用，实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输入信号的作用则是控制这种转移，使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。,放大电路的核心元件是晶体管，因此，放大电路若要实现对输入小信号的放大作用，必须首先保证晶体管工作在放大区。,晶体管工作在放大区的外部偏置条件是：其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源，并配以合适的偏置电路来实现的。,电子技术中以晶体管为核心元件，利用晶体管的以小控 大作用，可组成各种形式的放大电路，基本放大电路的形式分以下三种组态：,共射组态放大电路,共集电组态放大电路,共基组态放大电路,无论放大电路的组态如何，其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。,基本放大电路的核心元件是晶体管，放大电路的作用是实 现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶体管的电流放大作用显 然无法完成。必须在放大电路中设置直流电源，并保证晶体 管工作在线性放大区。,（1） 核心元件晶体管必须发射结正偏，集电结反偏；,（2） 输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电 路，以保

3、证晶体管的以小控大作用；,（3） 输出回路的设置应保证晶体管放大后的电流信号能 够转换成负载需要的电压形式；,（4） 不允许被传输小信号放大后出现失真。,1. 放大电路的组成原则,2. 共射放大电路的组成及各部分的作用,共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：,放大电路的核心元件三极管,输入回路 耦合电容,基极电阻,基极电源,集电极电阻,为放大电路提供能量的直流电源,输出回路耦合电容,上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。,实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，各部分的作用分别如下：,晶体管的作用是把放大电路输入的小电流进行放大，并控制能量转移,向放大电路提供能量，保证晶体管的放大作用。,基极偏置电阻的作用是为放大电路提供合适的静态工作点，保证晶体管工作在放大区。,输入耦合电容的作用是通交隔直。一方面防止放大电路内直流部分对输入的影响，另一方面让输入交流信号顺利通过。,输出耦合电容的作用是隔离放大电路内部的直流和让放大的交流信号顺利输出。,集电极电阻的作用是将放大后的集电极电流转换成电路所需的电压输出。,基极固定偏置电流,放大后的集电

4、极电流,iC通过RC将放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。,uCE经C2滤掉了直流成分后的输出电压,信号电流和基极固定偏流的叠加,显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。,输入交流信号电流,反相！,输入信号电压,3. 共射放大电路的工作原理,需放大的信号电压 ui通过C1转换为放大电路的输入电流，与基极偏流叠加后加到晶体管的基极，基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用控制集电极电流 iC变化；iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即： uCE=UCC- iCRC,放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分 量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用 小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采 用大写英文字母。例如：基极电流的直流分量用IB表示；交 流分量用ib表示；总量用iB表示。,由上式可看出：当 iC增大时，uCE就减小，所以 uCE的变化正好与 iC相反，这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分，耦合到输出端的交流成分即为输出电压 uo。若电路参数选取适当，uo的幅度将比 ui 幅度大很多，亦即输入的微弱小信号 ui 被放大

5、了，这就是放大电路的工作原理。,输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。直流分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。,UBE,放大电路的直流通道,UCE,IC=IB,UCE=UCCICRC,直流下耦合电容C1、C2相当于开路，,由直流通道求工作点上的IB：,由图可得,由晶体管放大原理可求得IC：,由图又可求得工作点上UCE：,式中ICRC前面的负号表示输出电压与集电极电流IC反相。,1. 放大电路静态分析的估算法,2.2 基本放大电路的静态分析,分析,t1,t1,t2,t3,t4,t3,t2,t4,此时ui小于死区的部分将无法得到传输，只有大于死区的部分才能转换成电流ib通过晶体管。,由于输入信号大部分无法通过晶体管，ib电流波形与ui波形完全不一样了，造成输入信号输入时严重的“截止失真”。,输入信号 电压波形,假如不设置静态工作点,不设置静态工作点行吗？,结论：为保证传输信号不失真地输入到放大器中得到放大，必须在放大电路中设置静态工作点。,利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法 称为图解法。其分析步骤一般为：,2. 用图解法确定静态工作点,a

6、.按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上 描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：,b.画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。,由放大电路的直流通道可得：,UCE=UCCICRC,令,UCE=0， 可得：IC=UCC/RC,令,IC=0 可得：UCE=UCC,UCC,连接两点作出直流负载线,c.确定静态工作点,只有IBQ对应的交点才是Q点,IBQ,直流负载线上交点有多个,已知放大电路直流通道中UCC=10V，RB=250k，RC= 3k，=50，试求该放大电路的静态工作点Q。,解,IB=37.2A,所以静态工作点Q：,IC=1.86mA,UCE=4.42V,例,注意：计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！,固定偏置的放大电路存在很,温度TQ点ICUCEVC,若 温度上升，将造成输出特性曲线上移。,静态工作点Q 随之上移,如果VCVB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。,分析,上述固定偏置共射放大电路有哪些不足？,大的不足。例如当晶体管所处环境温,度升高时，晶体管内部载流子运动加剧，因此将,造成放大电路中的各参量将随之发生变

7、化。,为不失真地传输信号，实用中需对,上述电路进行改造。分压式偏置的共,发射极放大电路可通过反馈环节有效,地抑制温度对静态工作点的影响。,2.3 基本放大电路的动态分析,放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态分析时，放大电路的输入是微弱的小信号；放大电路内部各电压、电流均按交流量分析；输出的则是被放大的输入信号。动态分析就是要求解有信号输入时放大电路的输入电阻ri、输出电阻ro及电压放大倍数Au等指标。,1.共射放大电路的主要动态指标,输入电阻ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为减轻信号电压源负担，总希望ri大些。另外较大的输入电阻ri，也可降低信号源内阻RS的影响，使放大电路获得较强的输入电压。在共射放大电路中，由于RB比rbe大得多，ri近似等于rbe，一般只有几百欧至几千欧，即共射放大器的输入电阻的阻值比较低。,对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大电路输出电阻ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，则放大电路的带负载能力就越强。而共射放大电路的输出电阻ro在通常只有几千欧至几十千欧，因此输出电阻较大。,共射放大电路的电压放大倍

8、数与晶体管的电流放大倍数、动态输入电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由前分析可知，共射放大电路的Au很大，因此被广泛应用于多级放大电路的中间级。,分压式偏置共发射极放大电路,输入信号源,放大电路 负载,电源为0时可视为“地”,电容相当于“交流短路”,RB1相当于接于基极与“地”之间,RC相当于接于集电极与“地”之间,分压式偏置共发射极放大电路的交流通道,由于发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共发射极组态的放大电路。,2.共射放大电路的交流通路,3. 微变等效电路法,微变等效电路法就是在满足小信号条件下，将晶体管线性 化，把放大电路等效为一个近似的线性电路，然后应用线性 电路的求解方法求出ri、ro、Au的方法。,一般情况下，由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。,晶体管的微变等效电路。其中rbe是晶体管输入端的等效电阻，受控电流源相当晶体管的集电极电流。显然微变等效电路反映了晶体管电流的以小控大作用。,图中：晶体管交流输入等效电阻,共射电压放大器的微变等效电路法,晶体管的微变等效电路,基极电流,集电极电流,

9、放大电路的输入电压和电流,放大电路的输出电压和电流,电路交流等效输入电阻：,ri=rbe/RB1/RB2,由于小信号电路有RB1和RB2 rbe ，所以 ri rbe,显然交流等效输出电阻：ro=RC,电路中电压放大倍数：,若电路接入负载，则电路的电压放大倍数：,微变等效电路的画法说明,共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为：,式中负号反映了输出电压与输入电压的反相关系,显然，放大电路带上负载后，其电压放大倍数将降低 。负载越大，RL等效电阻越小，放大倍数下降越多。,共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压 放大，因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标 之一。,共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多，说 明这种放大电路的带负载能力不强。,图示电路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试分析求解交流参数ri、ro、Au。,前面例题已经解出其静态工作点,例,解,画出其微变等效电路，,动态分析如下：,微 变 等 效 电 路,动态分析：,显然电路中加了交流反馈电阻Re后，电路中的电压放大倍数进一步降低了。,共射放大电路中含有交流反馈电阻的动态分析,思考与问题,1、下图中设UCC和RC为定值，当基极电流增加时，IC能否成正比地增加？最后接近何值？此时UCE=？当基极电流减小时，IC又如何变化？最后达到何值？这时的UCE约等于多少？,说一说下图所示各电路能否放大交流信号？为什么？,不能！,不能！,不能！,不能！,VB=UCC，饱和失真,VB=UBE，截止失真,NPN管的电路，电容极性接反。,PNP管的电路，电源、电容极性均接反。,试述放大电路输出电阻的概念。为什么总希望放大电路的输出电阻r0尽量小一些呢？,你会做吗？,电压放大倍数的概念是什么?电压放大倍数是如何定义的？共发射极放大电路的电压放大倍数与哪些参数有关？,思考与问题,何谓放大电路的动态分析？动态分析分析步骤？你能否说出微变等效电路法的思想？,对固定偏置的放大电路进行改造。,RB,RB1,分压电阻,射极反馈电阻,射极旁路滤波电容,为稳定工作点Q而添加的负反馈环节

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