文档介绍：第9章基本放大电路
放大是模拟电路最重要的一种功能。本章所要介绍的基本放大电路几乎是所有模拟集成电路的基本单元。工程上的各类放大电路都是由若干基本放大电路组合而成的,其中第一级称为输入级,最后一级称为输出级,其余各级为中间级。
放大电路的工作原理
放大电路或称为放大器,其作用是把微弱的电信号、电压、电流、功率放大到所需要的量级,而且输出信号的功率要比输入信号的功率大,输出信号的波形要与输入信号的波形相同。
现以晶体管共射极接法的电路为例来说明放大电路的工作原理。
ui
ωt
iB
ωt
IB
uBE
ωt
UBE
iB
iE
iC
iC
ωt
IC
uCE
ωt
UCE
UCE
u0
ωt
图9-1 信号的放大过程
输入信号按波形不同可分为直流信号与交流信号两种。由于正弦信号是一种基本信号,在对电路进行性能分析与测试时,常以它作为输入信号。因此,也以正弦信号作为输入信号来说明放大电路的工作原理。在输入端与输出端分别接有电容C1、C2,它们起着传递信号,隔离直流的作用,电容C1、C2称为输入和输出耦合电容或隔直电容。由于耦合作用要求电容的容抗值很小,一般为几微法至几百微法,因而需要采用有极性的电解电容器。
输入端未加输入信号时,放大电路的工作状态称为静态。提供了直流偏置电流。由于电容的隔直作用,输入端和输出端不会有电压与电流。可见,静态时,除了输入端与输出端外,晶体管各极电压与电流都是直流,其波形如图9-1各波形中的虚线所示。
输入端加上输入信号时,放大电路的工作状态称为动态。交流输入信号ui通过C1耦合到晶体管的发射结两端,使发射结电压uBE以静态值UBE为基准上下波动,但方向不变,即uBE始终大于零,发射结保持正向偏置,晶体管始终处于放大状态。这时的发射结电压uBE=UBE+ube。忽略C1上的交流电压降,则ube=ui。发射结电压的变化会引起各极电流的相应变化,而且它们都会有一个静态直流分量和一个交流信号分量,其波形如图9-1所示。
iC的变化引起RCiC的相应变化。由于uCE=UCC-RCiC,uCE将以UCE为基准上下波动,iC增加时,uCE下降,iC减少时,uCE增加,它的直流分量UCE被C2隔离,而交流分量通过C2输出,使得输出端产生了交流输出电压u0。忽略C2上的交流电压降,则u0=uce-RCiC。只要RC足够大,就可以使u0比ui大。集电极电阻RC又称集电极负载电阻,它的作用就是将集电极电流的变化转换成电压的变化,以实现电压放大,其值约为几至几十千欧。而且只要晶体管在输入信号的整个周期内都处于放大状态,u0与ui是反相的。由于输入回路的电流为iB,输出回路的电流为iC,所以在这种电路中,输出的电流大于输入电流,输出信号的功率也大于输入信号的功率。请注意,根据能量守恒原理,能量只能转移,不能凭空产生,当然也不可能放大,提供的。
放大电路的静态分析
(一)静态工作点的确定
静态时,在晶体管的输入特性和输出特性上所对应的工作点称为静态工作点,用Q表示。静态分析的目的就是要确定放大电路的静态工作点,静态工作点既与所选用的晶体管的特性曲线有关,也与放大电路的结构有关。
在输入特性上,只要由电路结构求得偏置电流IB,便可由图9-2(a)所示确定静态