电工学第七版第15章基本放大电路课件.ppt

1、ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE15.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEUBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui = 0)时时 uo = 0uBE = UBEuCE = UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1

2、C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEICUCEOIBUBEO结论：结论：QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoICui+UCCRBRCC1C2T+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO+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uitOuotO+UCCRSesRBRCC1C2T+RL

3、ui+uo+uBEuCEiCiBiE直流通路直流通路( IB 、 IC 、 UCE )对直流信号电容对直流信号电容 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+UBEUCEICIBIERBRCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作短可看作短路。忽略电源的内阻，路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看直流电源对交流可看作短路。作短路。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE短路短路短路短路对地短路对地短路放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。）

4、时的工作状态。估算法、图解法。估算法、图解法。各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。 (1)静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE 。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。BBECCB RUUI 所所以以BCCBRUI 根据电流放大作用根据电流放大作用CEOBC III BB II 当当UBE UCC时，时，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB已知：已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：mAmABCCB04030012. RUImAmABC51040537. II VV C

5、CCCCE645112 .RIUU+UCCRBRCT+UBEUCEICIB)(ECCCCEECCCCCERRIURIRIUU EBBECCB) 1(RRUUI BC II EEBEBBCCRIURIU EBBEBB) 1 (RIURI 由由KVL可得出可得出由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB常常数数 B)(CECIUfIUCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIBUCE /VIC/mAOBBECCBRUUI CtanR1 ICQUCEQCCCRUUCC常常数数 B)(CECIUfI直流负载线直流负载线Q由由IB确定的那确定的那条输出特性

6、与条输出特性与直流负载线的直流负载线的交点就是交点就是Q点点 放大电路的动态分析放大电路的动态分析 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一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。一个线性元件。 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，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。似代替。 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

7、Au、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro等。等。)mA()mV(26)1()(200EbeIr CEBBEbeUIUr CEbbeUiu OCEBCUII CEbcUii BCCEceIIUr BcceIiu 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+ +- -rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic= ib等效代替。等效代替。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -

8、uo+ +- -+ +- -RSiiRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEiiibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSbebirIU LcoRIU beLrRAu LCL/ RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS LcoRIU LCL/RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbeRBRC

9、RLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREEebebiRIrIU Ebbeb) 1 (RIrI EbeL) 1(RrRAu iii IUr 输入电阻输入电阻SESRiIiUirSESRiIiUiiIUri beB/rR 时时，当当beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1 (RIrI Ebeib)1 (RrUI EbeBi)1 (/RrRr beirr rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -

10、+ +- -RSririBRIBRIoUoEoooIUr 输出电阻：输出电阻：oUSEiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRIUr 例例3：求求ro的步骤：的步骤：(1) 断开负载断开负载RLoU (3) 外加电压外加电压oI (4) 求求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUI 0 0 cb II所所以以 (2) 令令 或或0i U0S ErbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIERbbo IIII EoSBbeoSBbeoRUR/RrUR/RrU ESbe

11、o1/11RRRrr 外加外加oIor1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求2) 令令 或或0i U0S EERIDC交流负载线交流负载线 直流负载线直流负载线L1tanR 流流负负载载线线更更陡陡。交交流流负负载载线线比比直直所所以以因因为为,RRCL IC/mA4321O4812162080m mAA60m mA40m mA20m mAUCE/VQQuCE/VttiB/m mAIBtiC/mAICiB/m mAuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQiCQ1Q2ibuiuoQ2uOUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/

12、VOOOQ1uiuOtiB/m mAiB/m mAuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 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，UBE 、 、 ICBO 。 上式表明，当上式表明，当UCC和和 RB一定时，一定时， IC与与 UBE、 以及以及 ICEO 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。CBOBBECCCEOBC)1( IRUUIII 温度升高时，温度升高时， IC将增加，使将增加，使Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。iCuCEQQ 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的

13、，为此需要改进偏置电路。当温度升点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使高使 IC 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变点的变化，保持化，保持Q点基本稳定。点基本稳定。OB2II 若若满满足足： 基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温度变化。不随温度变化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+VBEBEBECRUVII BEBUV 若若满满足足：EBEBEBEC RVRUVII RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+

14、UCCuiuo+ICRSeS+从从Q点点稳定的角度来稳定的角度来看似乎看似乎I2、VB越大越好。越大越好。但但 I2 越大，越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。损耗，降低输入电阻。而而VB过高必使过高必使VE也增也增高，在高，在UCC一定时，势一定时，势必使必使UCE减小，从而减减小，从而减小放大电路输出电压的小放大电路输出电压的动态范围。动态范围。I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS

15、+VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定CC2B1B2BBURRRV EBEBECRUVII CBII VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+)(ECCCCEECCCCCERRIURIRIUU 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R 短路短路， R 不起不起作用作用， Au，ri，ro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+RB1RC

16、C1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+2B1BB/ RRR iUiIbIcIoUbISEeIBRIEbeL) 1(RrRAu beLrRAu EbeB2B1i)1 (R/R/Rrr CoRr beBir/Rr CoRr RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+？即：即： Sos EUAu考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS 时时iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAu SiioEUUU SiEUAu iSiSirRrEU ir 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k，

17、 RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点 IB、IC 及及 UCE；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) (3) 输入电阻输入电阻ri、ro及及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8 . 0 mA36 . 032E1EBEBEC RRUVII A16 A500.8CB IIV8 . 4V38 . 068 . 012)(2E1EECCCCCE RRIRIUURB1RCRB2RE

18、1+UCCRE2+UCEIEIBICVBk6Co Rrk86. 18 . 02651200I26) 1(200Ebe rk 15/2B1BB RRR其其中中 1EbeBi) 1 (/RrRr k03.8 1EbeL) 1 (RrRAu 69. 8 SEiUiIbIcIoUbIeIBRI 阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频极旁路电容及三极管的结电容等，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。压相对于输

19、入电压的幅值和相位都将发生变化。f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅频特性幅频特性f 270 180 90相频特性相频特性 iUbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSbeU+ +- -oUbeUiUiUbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSbeU+ +- -C1C2oUiUbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoRB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RSEBBECCB)1(RRUUI BE)1(II EECCCERIUU +U

20、CCRBR+UCE+UBEIIBICRB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RSLEL/ RRR LeoRIU Lb1RI ）（ LebebiRIrIU Lbbeb)1 (RIrI LbbebLb)1()1(RIrIRIAu LbeL)1(1RrR ）（rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIRErbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiBi/rRr LbeBi)1 (/RrRr LbebLEebebbii)1 (/RrIRRIrIIUr LEL/RRR irir 1sbeoRrrSBS/R

21、RR RrRr 1/sbeEosbeE) 1 ( RRr 通通常常：rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREorLbeL) 1 () 1 (RrRAu LbeBi) 1(/RrRr Rrr 1sbeo. 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶体管，晶体管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻信号源内阻RS= 100，试求试求: :(1) 静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE； 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) Au、ri 和和 ro 。RB+U

22、CCC1C2RRLui+uo+es+RSmA035. 0mA260)(12006 . 012) (1EBBECCB RRUUImA14. 2 0.035mA60)(1 )(1BE II V727V142212EECCCE.RIUU +UCCRBR+UCE+UBEIIBIC3 .176010094. 0Sbeo Rrrk94. 024. 1266120026) (1200Ebe Ir LbeBi) 1 (/RrRr k7 .41 LbeL) 1()(1RrRAu 98.0 rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIRE将前级的输出端直接接后级的输入端

23、。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。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2指输入信号电压为零时，输出电压发生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。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO晶体管参数随温度变化、电源电压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。波动、电路元件参数的变化。(1) 前后级静态工作点相互影响前后级静态工作点相互影响 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。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

24、，无法分辨是有效严重时，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。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。压作为衡量零点漂移的指标。uAuuodid 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放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。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。良好的低频特性。f|Au |0.707| Auo |OfH| Auo | 抑制

25、零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路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。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。都是直接耦合。 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对电路结构对称，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。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。差分放大原理电路差分放大原理电路 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入、两个输入、两个输出两个输出两管两管

26、静态工静态工作点相同作点相同15. 7. 1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0静态时，静态时，ui1 = ui2 = 0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+共模信号共模信号 需要抑制需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2差模信号差模信号 是有用信号是有用信号例例1: ui1 = 10 m

27、V, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV 这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制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。系统中是常见的。 +Uuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+TEE+稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。上的压降，以获得合适的工作

28、点。电位器电位器 RP : 起调零作用。起调零作用。(Common Mode Rejection Ratio)CdCMRAAK ) (lg20(dB)CdCMR分贝AAK KCMR越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac = 0 输出电压输出电压 若电路不完全对称，则若电路不完全对称，则 Ac 0，实际输出电压实际输出电压 即共模信号对输出有影响即共模信号对输出有影响 。电电源源供供给给的的直直流流功功率率率率负负载载得得到

29、到的的交交流流信信号号功功 ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的整个周期都导通,静态静态IC较大，波形好较大，波形好, 管耗大效率低。管耗大效率低。晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号的半个周期内导通，的半个周期内导通， 静态静态IC=0，波形严重，波形严重失真失真, 管耗小效率高。管耗小效率高。晶体管导通的时间大于晶体管导通的时间大于半个周期，静态半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。一般功放常采用。 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电

30、容与负载耦合时，由形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器于省去了变压器而被称为无输出变压器()电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容输出电容(电路，简称电路，简称OCL电电路。路。 OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源电路采用双电源供电。供电。T1、T2的特性一致；的特性一致；一个一个NPN型、一个型、一个PNP型型两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器；输出端有大电容；输出端有大电容；单电源供电。单电源

31、供电。ui= 02 CCCUu 2CCAUV , IC1 0， IC2 0OTL原理电路原理电路RLuiT1T2+UCCCAuO+ +- -+ +- -RLuiT1T2Auo+ +- -+ +- - 设输入端在设输入端在UCC/2 直流直流基础上加入正弦信号。基础上加入正弦信号。 若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路交流通路uo (4) 交越失真交越失真 当输入信号当输入信号ui为正弦波时，为正弦波时，输出信号在过零前后出现的输出信号在过零前后出现的失真称为交

32、越失真。失真称为交越失真。 交越失真产生的原因交越失真产生的原因 由于晶体管特性存在非线性，由于晶体管特性存在非线性， ui 死区电压晶体管导通不好。死区电压晶体管导通不好。交越失真交越失真采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作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。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克服交越失真的措施ui tuo t(5) 克服交越失真的克服交越失真的OTL互补对称放大电路互补对称放大电路 两个晶体管两个晶体管T1 ( (NPN型型) )和和T2( (PNP型型) )的特性基本相同。的特性基本相同。静态时静态时,

33、调节调节 R3 ,使使 A 点的电位点的电位为为 ；CC21U 输出电容输出电容CL上上的电压也等于的电压也等于 ；CC21U R1 和和 D1、D2 上的压降使两管获上的压降使两管获得合适的偏压，工得合适的偏压，工作在甲乙类状态。作在甲乙类状态。OTL互补对称放大电路互补对称放大电路 OtuiOtuoiC2iC1 R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+uo+ +CL+ 相位补偿相位补偿, 消除消除自激振荡自激振荡, 改善改善高频负载特性。高频负载特性。去耦，滤掉去耦，滤掉高频交流高频交流消振，防止消振，防止高频自激高频自激集成功放集成功放LM386接线图接线图特点特点: : 工作可靠、工作可靠、使用方便。使用方便。只需在器件只需在器件外部适当连外部适当连线，即可向线，即可向负载提供一负载提供一定的功率。定的功率。+.3 32 2ui。+_+4 47 75 58 8+UCCLM386+uo+_