第2章小信号放大电路

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,微弱输入小信

2、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，以保证晶体

3、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,放大后的集电极电流

4、,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 被放大了，这

5、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.按已

6、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化。,

7、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。,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,分压电阻,分压式偏置的共发射极放大电路由于设置了反馈环节，因此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。,3. 分压式共射放大电路静态工作点的估算,分压式共射放大电路稳定Q点作用说明,此电路就是能够抑制温度影响而引起静态工作点变化的分压式偏置的共发射极电压放大电路。,这种分压式偏置的共发射极基本放大电路需要满足I1I2的小信号条件。,在满足I1I2IB的小信号条件下，当温度发生变化时，虽 然也要引起IC的变化，但对基极电位没有多大影响。实际模 拟电子线路中，设计流过RB1和RB2支路的电流远大于基极电 流IB，因此可近似把RB1和RB2视为串联，串联可以分压，根 据分压公式可确定基极电位：,分压偏置共射放大电路静态工作点估算,直流分析时，此电路需满足I1I2IB的小信号条件。,V

8、B,显然VB的大小与温度无关。,分压式偏置共射放大电路的直流通道,偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合：I1I2IB 的条件。在小信号条件下，IB可近似视为0值。,忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：,上述分析步骤，就是分压式偏置的共发射极电压放大 电路求解静态工作点的估算法。显然，基极电位VB的高 低对静态工作点影响非常大。,UBE,UCE,分压偏置共射放大电路静态工作点估算,已知图示电路UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点。,（1）用估算法计算静态工作点,例,解,基极电位VB的高低对静态工作点Q的影响,设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位VB选择偏高或偏低时，Q点随之上移或下行。设VB较高时：,Q,uo,Q点的上移造成放大过程中信号的一部分进入饱和区，发生饱和失真，集电极电流上削波。,放大电路输出电压同样产生饱和失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈下削波。,结论：,输入信号波形,iC,VB值大Q点高，饱和失真！,基极电位VB设置较低时对Q点的影响,VB设置的

9、高低，取决于两个基极偏置电阻的数值选择，当RB1太大时， VB值就会较低，引起静态工作点Q下行：,Q,输入信号波形,Q点下行造成放大过程中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，集电极电流呈下削波。,iC,uo,放大电路输出电压同样产生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈现上削波。,结论：,VB值小Q点低，截止失真！,工作点Q的分析动画演示,通过分析可知，交流放大电路中如果不设置静态工作点，输入的交流信号就无法全部通过放大电路，造成传输过程中信号的严重失真；若静态工作点设置不合适，同样会发生传输过程中的饱和失真和截止失真。,设置合适的静态工作点显然是放大电路保证传输质量的必要条件，其设置的原则是：保证正常的输入信号不失真的输出且保证静态工作点的相对稳定。,分压式偏置的共射放大电路显然可以实现上述原则。通过选择合适的分压电阻RB1和RB2，可获得一个恰当的基极电位VB值，以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏。这样，在信号传输的过程中晶体管就会始终工作在放大区，使放大电路正常工作。电路中的反馈电阻RE则起到了稳定工作点的作用，从而抑制了由于温度变化对放大电路产生的影响。,学习与归纳,放大电路中各电压、电流的符号有何规定?,放大电路的基本概念是什么？放大电路中能量的控制与变换关系如何？,思考与问题,基本放大电路的组成原则是什么？以共射组态基本放大电路为例加以说明,放大电路中为什么要设置静态工作点？静态工作点不稳定对放大电路有何影响？,你会做吗？,放大电路的失真包括哪些？如何消除失真？两种失真下集电极电流的波形和输出电压的波形有何不同？,思考与问题,能否说出RE和CE在放大电路中所起的作用。,电容CE在电路中起何作用？,电容CE的作用：交流通路中，射极电容将反馈电阻短路，则Au不受影响。,如果把射极电容去掉，对电路会产生何影响？,如果把射极电容CE去掉，交流通道反馈电阻RE仍起作用，则IE减小，rbe增大，负载不变情况下，电压放大倍数Au降低。,动态分析的方法通常采用微变等效电路法。,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

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