计算机电路基础第4章基本放大电路课件.ppt

1、第第4章章放大电路的基本原理放大电路的基本原理4.1基本放大电路的组成基本放大电路的组成 4.2放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法4.3工作点的稳定问题工作点的稳定问题4.4 射极输出器射极输出器4.5差分放大电路差分放大电路4.1基本放大电路的组成基本放大电路的组成 图图 4.1.1单管共射放大电路单管共射放大电路的原理电路的原理电路VT：NPN 型三极管，为放大元件；型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；为输出信号提供能量；RC：当当 iC 通过通过 Rc，将，将电流的变化转化为集电极电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路电压的变化，传送到电路的输出端；的输出端

2、；VBB、Rb：为发射结提为发射结提供正向偏置电压，提供静供正向偏置电压，提供静态基极电流态基极电流(静态基流静态基流)。4.2.1静态分析计算静态分析计算bceIBQICQ UCEQ图图 4.2.1bBEQCCBQRUVI 硅管硅管 UBEQ=(0.6 0.8)V锗管锗管 UBEQ=(0.1 0.2)VICQ IBQUCEQ=VCC ICQ RC4.2放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法4.2.2动态分析动态分析晶体管在小信号晶体管在小信号(微变量微变量)情况下工作时，可以在静情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的用直线段近似地代

3、替三极管的特性曲线特性曲线，三极管就可以，三极管就可以等效为一个线性元件等效为一个线性元件。这样就。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个可以将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。线性电路。微变等效条件微变等效条件研究的对象仅仅是研究的对象仅仅是变化量变化量信号的信号的变化范围很小变化范围很小（1）三极管的简化参数等效电路）三极管的简化参数等效电路注意：注意：这里忽略了这里忽略了 uCE 对对 iC与输出特性的影响，在与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。误差很小。图图 4.

4、2.2三极管的简化三极管的简化 等效电路等效电路cbe +uBE +uCE iC iBebcrbe iB+uBE +uCE iC iB(二二)rbe 的近似估算公式的近似估算公式rbb ：基区体电阻。基区体电阻。re b ：基射之间结电阻。基射之间结电阻。欧姆，可忽略。欧姆，可忽略。只有几只有几：发射区体电阻，一般：发射区体电阻，一般 er EQEQbe26IIUrT EQbbBBEbe26)1(ddIriur 低频、小功率管低频、小功率管 rbb 约为约为 300 。UT：温度电压当量。：温度电压当量。c beiBiCiEbb rbe rer e b 图图 2.4.13电流放大倍数与电压放大

5、倍数之间关系电流放大倍数与电压放大倍数之间关系EQbeL26)1(300beIrrRAu 因：因：（2）放大电路的微变等效电路画法对交流分量而言，电容C1和C2可视作短路；同时一般直流电源的电阻很小，可以忽略不计，对交流讲直流电源也可以认为是短路的。据此即可画出交流通路。再把交流通路中的晶体管用微变等效电路代替，即为放大电路的微变等效电路。bbeiIrUbLcLoIRIRULCLRRR/beLiourRUUA4.2.3共发射极交流等效电路oUrbeebcRcRLRbbIcIbI+iUoUrbeebcRcRLRbbIcIbI+iUrbeebcRcRLRbbIcIbI+iU（3）电压放大倍数的计算

6、 以图4.2.3的交流放大电路为例计算电压放大倍数。设输入的是正弦信号，电压和电流都可用相量表示，根据电路图可列出：故放大电路的电压放大倍数：beiiirIUrbeB/rRoooIUr等效电路法的步骤等效电路法的步骤(归纳归纳)1.首先利用近似估算法确定放大电路的静态工首先利用近似估算法确定放大电路的静态工作点作点 Q。2.求出静态工作点处的微变等效电路参数求出静态工作点处的微变等效电路参数 和和 rbe。3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。流通路。4.列

7、出电路方程并求解。列出电路方程并求解。4.3.1静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路一、电路组成一、电路组成分压式偏置电路分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图图 4.3.1分压式工作点稳定电路分压式工作点稳定电路由于由于 UBQ 不随温度变化，不随温度变化，电流负反馈式工作点稳定电路电流负反馈式工作点稳定电路T ICQ IEQ UEQ UBEQ(=UBQ UEQ)IBQ ICQ 4.3工作点的稳定问题工作点的稳定问题说明：说明：1.Re 愈大，同样的愈大，同样的 IEQ 产生的产生的 UEQ 愈大，则愈大，则温度稳定性愈好。但温度稳定性

8、愈好。但 Re 增大，增大，UEQ 增大，要保持输增大，要保持输出量不变，必须增大出量不变，必须增大 VCC。2.接入接入 Re，电压放大倍数将大大降低。在，电压放大倍数将大大降低。在 Re 两端并联大电容两端并联大电容 Ce，交流电压降可以忽略，则，交流电压降可以忽略，则 Au 基基本无影响。本无影响。Ce 称旁路电容称旁路电容3.要保证要保证 UBQ 基本稳定，基本稳定，IR IBQ，则需要，则需要 Rb1、Rb2 小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的输入电阻降低。实际选用输入电阻降低。实际选用 Rb1、Rb2 值，取值，取 IR=(5 10

9、)IBQ，UBQ=(5 10)UBEQ。二、静态与动态分析二、静态与动态分析静态分析静态分析C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于由于 IR IBQ，可得可得(估算估算)CCb2b1b1BQVRRRU eBEQBQeEQEQCQ RUURUII 则则)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 静态基极电流静态基极电流 CQBQII 动态分析动态分析C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe ebcRcRLoUbIcIiUbI+Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+uiuoRb1Re beLrRAu Lc

10、L/RRR cob2b1bei/RRRRrR 4.4 射极输出器射极输出器C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoUiUoUsU+_ _+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI 为射极输出器为射极输出器图图 4.4.1共集电极放大电路共集电极放大电路一、静态工作点一、静态工作点C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+SUOU由基极回路求得静态基极电流由基极回路求得静态基极电流ebBEQCCBQ)1(RRUVI BQCQII 则则eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU (a)电路图电路图图图 4.4.2共集电极放大电路共集电极放大电路二、电流放大倍数二、电流放大倍数biII eoI

11、I )1(beioi IIIIA所以所以三、电压放大倍数三、电压放大倍数ebeeo)1(RIRIU ebbebeebebi)1(RIrIRIrIU ebeeio)1()1(RrRUUAu Lee/RRR 结论：电压放大倍数恒小于结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近，而接近 1，且输出电，且输出电压与输入电压同相，又称压与输入电压同相，又称射极跟随器。射极跟随器。iUOUSU+_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI(b)等效电路等效电路四、输入电阻四、输入电阻eebebiRIrIU ebeiii)1(RrIUR iUOUSU+_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI 输

12、入电阻较大。输入电阻较大。Ri五、输出电阻五、输出电阻OU+_rbeSR bIeIoIbeccIbI bsssbebo/)(RRRRrIU 式中式中 1)1(sbeooobeoRrIURIII所以所以而而 输出电阻低，故带载能力比较强。输出电阻低，故带载能力比较强。Ro图图 4.4.4求射极输出器求射极输出器 Ro 的等效电路的等效电路 4.5.1差分放大电路原理差分放大电路原理1.电路组成电路组成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2假设电路完全对称假设电路完全对称当当 uId=0，时，时UCQ1=UCQ2UO=0图图 4.5.1差分放大电路

13、的基本形式差分放大电路的基本形式4.5差分放大电路差分放大电路4.5.2典型差分放大电路典型差分放大电路可减小每个管子输出端的温漂。可减小每个管子输出端的温漂。1.电路组成电路组成+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21uId21u+uoRR VEERe Re 称为称为“长尾电阻长尾电阻”。且引入且引入共模负反馈共模负反馈。Re 愈大，共愈大，共模负反馈愈强。模负反馈愈强。Ac 愈小。每个管愈小。每个管子的零漂愈小。子的零漂愈小。对差模信号对差模信号无负反馈。无负反馈。图图 4.2.8长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路2.静态分析静态分析+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21u

14、Id21u+uoRR VEERe当当 uId=0 时，由于电路结构对称，故：时，由于电路结构对称，故：IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，1=2=IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE则则eBEQEEBQ)1(2RRUVI ICQ IBQ)(BQBQ对地对地RIU cCQCCCQRIVU (对地对地)图图 4.2.8长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路3.动态分析动态分析RcVT1VT2Rc+uoRR uI1 uI22LR2LRbe1I1BrRui 1B1Cii 1IbeLCLc1C1C2/2/urRRRRRi

15、u 则则2IbeLCLc2C2C2/2/urRRRRRiu 同理同理图图 4.2.8长尾式差分长尾式差分放大电路的交流通路放大电路的交流通路图图4.2.10接有调零电位器的长尾差分电路接有调零电位器的长尾差分电路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2LRRWVEE+VCCRe输出电压为输出电压为)(2/2I1IbeLCC21COuurRRRuuu 差模电压放大倍数为差模电压放大倍数为beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模输入电阻为差模输入电阻为差模输出电阻为差模输出电阻为)(2beidrRR co2RR 结论结论(1)双端输出时，双端输出时，Ad 与单管与单管 Au 基本相同；

16、单端输出基本相同；单端输出时，时，Ad 约为双端输出时的一半。约为双端输出时的一半。双端输出时，双端输出时，Ro=2Rc；单端输出时，；单端输出时，Ro=Rc。(2)双端输出时，理想情况下，双端输出时，理想情况下，KCMR ；单端；单端输出时，共模抑制比不如双端输出高。输出时，共模抑制比不如双端输出高。(3)单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，而使输出电压与输入电压反相或同相。而使输出电压与输入电压反相或同相。(4)单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两个管子仍基本工作在差分状态。个管子仍基本工作在差分状态。(5)单端输出时，单端输出时，Rid 2(R+rbe)。差分放大电路四种接法的性能比较差分放大电路四种接法的性能比较 接法接法性能性能差分输入差分输入双端输出双端输出差分输入差分输入单端输出单端输出单端输入单端输入双端输出双端输出单端输入单端输入单端输出单端输出AdbeLC)2/(rRRR beLcrRRR )2/(beLcrRRR )/(21 beLcrRRR )/(21 KCMR很高很高很高很高较高较高较高较高Rid)(2berR )(2berR )(2berR )(2berR Roc2Rc2RcRcR