放大电路大综合——史上最全的放大电路介绍.pdf

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1、百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文三极管 三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。利用其放大作用，三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，

2、即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压 UB 升高时，IB 变大，IC 也变大，IC 在集电极电阻 RC 的压降也越大，所以三极管集电极电压 UC 会降低，且 UB 越高，UC 就越低，UC=UB。万两黄金容易得，知心一个也难求。曹雪芹非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮 三极管的工作原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。分成 NPN 和 PNP 两种。我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。一、电流放大 下面的分

3、析仅对于 NPN 型硅三极管。如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放大倍数（一般远大于 1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极

4、之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化，Ib 的变化被放大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语人不知而不愠，不亦君子乎？论语 二、偏置电路 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管 BE 结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压 大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取）。当基极与发射极之间的电压小于时，基极电流就可以认为是

5、 0。但实际中要放大的信号往往远比 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于时，基极电流都是 0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小

6、时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。三、开关作用 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻 Rc 的限制（Rc 是固定值，那么最大电流为 U/Rc，其中 U 为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为 一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0 时，三极管集电极电流为 0（这叫做三极管截止），

7、相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武云路鹏程九万里，雪窗萤火二十年。王实甫 四、工作状态 如果我们在上面这个图中，将电阻 Rc 换成一个灯泡，那么当基极电流为 0 时，集电极电流为 0，灯泡灭。如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管 的放大倍数），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的 分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通 断。如果基极电流从 0 慢慢增加，那么

8、灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。对于 PNP 型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟 NPN的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来变成朝里的了。放大电路的基本概念和放大电路的主要性能指标 放大的概念 基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大电路的结构示意图见图。谋事在人，成事在天！增广贤文天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经 放大概

9、念示意图 放大电路的性能指标 (1)放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。放大倍数的定义 电压放大倍数定义为)01.03(/=.i.o.VVAv 电流放大倍数定义为 )02.03(/=.i.o.IIAi 功率放大倍数定义为 )03.03(/=i.i.o.oioIVIVPPAp (2)输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。Ri的定义见图和式)04.03(/=.i.ii

10、IVR 古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文 输入电阻的定义 (3)输出电阻 Ro 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义见图和式。)05.03(/=.o.ooIVR 图(a)是从输出端加假想电源求 Ro，图(b)是通过放大电路负载特性曲线求 Ro。(a)从输出端求 Vo (b)从负载特性曲线求 输出电阻的定义 根据图(b)，在带 RL时，测得oo,IV，开路时输出为oV。根据式（）有 )06.03(1)/(/)(/)(/LoooLooooooooRVVVRVVIVVIVR 注意：放

11、大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。(4)通频带 放大电路的增益 A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当 A(f)下降到中频电压放大倍数 A0的21时，即 A(fL)=A(fH)=O07.02AA 穷则独善其身，达则兼善天下。孟子丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武相应的频率 fL称为下限频率，fH称为上限频率，如图所示。图 通频带的定义 基本共射放大电路的工作原理 基本共射放大电路的组成及各元件的作用（1）共射组态基本放大电路 图 共射组态交流基本放大电路 基本组成如下：三

12、 极 管 T起放大作用。负载电阻 RC，RL将变化的集电极电流转换为电压输出。偏置电路 VCC，Rb使三极管工作在线性区。耦合电容 C1，C2输入电容 C1 保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电容 C2 保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。(2)静态和动态 静态0iv时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态0iv时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。谋事在人，成事在天！增广贤文大丈夫处世，不能立功建业，几与草木同腐乎？罗贯中 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。设置表态工作点的必要性 基本放大电

13、路的工作原理及波形分析 放大原理 输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结，于是有下列过程：o2Ccc)b(cbbe1ivcvRiiiivcv 放大电路的组成原则 放大电路的分析方法 直流通路和交流通路 放大电路的直流通路和交流通路如图中（a），（b）所示。直流通路，即能通过直流的通路。从 C、B、E 向外看，有直流负载电阻、Rc、Rb。交流通路，即能通过交流的电路通路。如从 C、B、E 向外看，有等效的交流负载电阻、RcbBECCB=RVVI三极管放大作用 变化的Ci通过cR转变为变化的电压输出 丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云

14、卷云舒。洪应明由直流负载列出方程式 VCE=VCCICRc 2.在输出特性曲线 X 轴及 Y 轴上确定两个特殊点VCC 和 VCC/Rc,即可画出直流负载线。3.在输入回路列方程式 VBE=VCCIBRb 4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到 Q 点的参数 IBQ、ICQ和 VCEQ。例：测量三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。三极管工作状态判断 例：用数字电压表测得VB=V、VE=V、VC=8 V，试判断三极管的工作状态。电路如图所示 电路图（3）放大电路的动态图解分析 交流负载线 好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。中庸先天下之忧而忧，后天下

15、之乐而乐。范仲淹 交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的 Q 点做一条直线，其斜率为 1/RL。2.RL=RLRc，是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点 Q 的运动轨迹。4.交流负载线与直流负载线相交，通过 Q 点。放大电路的动态工作状态的图解分析 (4)交流工作状态的图解分析 通过图所示动态图解分析，可得出如下结论：1.vi vBE iB iC vCE|-vo|；2.vo与 vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。(5)最大不失真输出幅度 波形的失真 饱和失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。截止

16、失真由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。（动画 3-2）百学须先立志。朱熹人之为学，不日进则日退，独学无友，则孤陋而难成；久处一方，则习染而不自觉。顾炎武 示波器图形 (a)截止失真 (b)饱和失真 放大器的截止失真和饱和失真（动画 3-3）放大电路的最大不失真输出幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点 Q 要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。共射组态基本放大电路微变等效电路分析法 (1)共射组态基本放大电路 共发射极交流基本放大电路如图所示。Rb1和 Rb2系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号 vi耦合到三极管的基极。

17、Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是 Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻 RL上。Rb1、Rb2、Rc和 Re处于直流通路中，如图（b）。RC、RL相并联，处于输出回路的交流通路之中。(a)共射基本放大电路（动画 3-5）(b)h 参数微变等效电路（动画 3-6）共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路 (2)直流计算 大丈夫处世，不能立功建业，几与草木同腐乎？罗贯中宠辱不惊，看庭前花开花落；去留无意，望天上云卷云舒。洪应明图电路的直流通路如图(a)所示，用戴维宁定理进行变换后如图(b)所示。因此静态计算如下：IB=(VCCVBE)/Rb+(1+)Re VC

18、C=VCC Rb2/(Rb1+Rb2)Rb=Rb1Rb2 IC=IB VC=VCCICRc VCE=VCC ICRcIERe=VCCIC(Rc+Re)(a)直流通路 (b)用戴维定理进行变换 基本放大电路的直流通路 (3)交流计算 根据图(b)的微变等效电路，有 E bbbebe.ib.mV/26)1(/IrrrVI b.cII =Lb.Lc.oRIRIV RL=Rc RL 电压放大倍数 Av Av=io/VV=RL/rbe 输入电阻 Ri Ri=iiIV/海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮 =rbe UBE 改变。UBE 的温度系数约为 2

19、mV/C，即温度每升高 1C，UBE 约下降 2mV。2.改变。温度每升高 1C，值约增加%1%，温度系数分散性较大。改变。温度每升高 10C，ICBQ大致将增加一倍，说明 ICBQ将随温度按指数规律上升。结论：温度升高将导致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。典型的静态工作点稳定电路 稳定 Q 点常引入直流负反馈或温度补偿的方法使 IBQ在温度变化时与 ICQ产生相反的变化。稳定静态工作点的措施 复习：1.如何用图解法求静态工作点用解析式求基极电流，作直线 UCEQ=VCC ICQRc与 BJT 输出特性曲线的交点。管共射放大电路 Q 点设置太低，输出电压将会如何如何调节 3.直流通路、交

20、流通路如何绘制 的 h 参数等效模型如何基射极等效电阻如何计算 5.共射放大电路静态、动态分析包括哪些参数 6.为什么要稳定静态工作点如何稳定 晶体管单管放大电路的三种基本接法 基本共集放大电路 共集组态基本放大电路如图所示，其直流工作状态和动态分析如下。其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行 (a)共集组态放大电路 (b)CC 放大电路直流通路 共集组态放大电路及其直流通路 (1)直流分析 将共集组态基本放大电路的直流通路画于图(b)之中，于是有 IB=(VCCVBE)/Rb+(1+)Re IC=IB VCE=VCCIERe=V

21、CCICRe 基本共基放大电路 共基组态放大电路如图所示，其直流通路如图所示。共基组态放大电路 共基放大电路的直流通路 (1)直流分析 与共射组态相同。(2)交流分析 共基极组态基本放大电路的微变等效电路如图所示。CB 组态微变等效电路 电压放大倍数 志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语Av=ioVV/=RL/rbe 输入电阻 Ri=iiIV/=rbe/(1+)Re rbe/(1+)输出电阻 Ro Rc 例题演示 晶体管基本放大电路的派生电路 复合管放大电路 共射-共基放大电路 共集-共基放大电路 场效应三极管放大电路的分析方法 1 共源组态基本放大电

22、路 2 共漏组态基本放大电路 志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫百学须先立志。朱熹 IDQ=IDSS1(VGSQ/VGS(off)2 VDSQ=VDDIDQ(Rd+R)于是可以解出 VGSQ、IDQ和 VDSQ。(2)交流分析 画出电路的微变等效电路，如图 与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当开路。VCCS 的电流源还并联了一个输出电阻 rds，在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况一样。图03.30 微变等效电路先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲

23、淹丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫 电压放大倍数 LddsLLmgsLddsgsmLddsgsmo/)/()/(RRrRRgVRRrVgARRrVgVv 输入电阻 RVIRRiiig1g2/.输出电阻 为计算放大电路的输出电阻，可按双口网络计算原则将放大电路画成下图的形式 将负载电阻 RL开路，并想象在输出端加一个电源 ,将输入电压信号源短路，但保留内阻。然后计算 ，于是 ddsooo/=RrIVR常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文 交流参数归纳如下 电压放大倍数 LmioRgVVAv 输入电阻 Ri=Rg1ddsdooo/RrRIVRLmLm

24、io1RgRgVVAvmmdsooo1/)/1/(/gRgrRIVR类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A 的电位 UA=1/2UCC，可以 通过调节 RW1来实现，又由于 RW1的一端接在 A 点，因此在电路中引入脚.直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。)/(g2g1giRRRRmmmdsdsmdsooogsomdsogsmdsoo1/1)/(1/)/1/(/,)/1/(/)/(gRRgRgrRrRgrRIVRVVgrRVVgrRVILmLmLmLm+=CG 1=CD=CSRgARgRgARgAvvv：cs/bbeec CB1+/CCCERR

25、RrRR：非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮忍一句，息一怒，饶一着，退一步。增广贤文 当输入正弦交流信号 Ui时,经 T1放大.倒相后同时作用于的基极,Ui的负半周使 T2管导通(T3管截止),有电流通过负载 RL,同时向电容 C0充电,在 Ui的正半周,T3导通(T2截止),则已充好的电容器 C0起着电源的作用,通过负载 RL放电,这样在 RL上就得到完整的正弦波.C2和 R 构成自举电路,用于提高输出电压正半周的幅度,以得到大的动态范围.OTL 电路的主要性能指标 1.最大不失真输出功率 Pom 理想情况下,Pom=UCC2/8RL,在实验中可通过测量 RL 两端的电压有效值,来求得实际的 POM=UO2/RL。2.效率=POM/PE 100%PE直流电源供给的平均功率 理想情况下,功率 Max=%.在实验中,可测量电源供给的 平均电流 Idc,从而求得PE=UCC Idc,负载上的交流功率已用上述方法求出,因而也就可以计算实际效率了。3.频率响应 4.输入灵敏度 输入灵敏度是指输出最大不失真功率时,输入信号 Ui之值。