模拟电子电路2章(1)

1、1放大电路的基本概念放大电路的基本概念及性能指标及性能指标共发射极放大电路共发射极放大电路放大电路的图解分析方法放大电路的图解分析方法放大电路的小信号模型分析方法放大电路的小信号模型分析方法共源极放大电路共源极放大电路共共集电极和共漏极放大电路集电极和共漏极放大电路共基极和共栅极共基极和共栅极放大电路放大电路多级放大电路多级放大电路放大电路的频率响应放大电路的频率响应22.1 2.1 放大电路的基本概念放大电路的基本概念及性能指标及性能指标p 放大电路的基本概念放大电路的基本概念p 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标3 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电放大电路主要用于放大微

2、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流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强 放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的。放大电路也是构成其他模拟电路如滤大电路实现的。放大电路也是构成其他模拟电路如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元。波、振荡、稳压等功能电路的基本单元。 放大电路一般表示为放大电路一般表示为：A放大电路放大电路RLRS+信号源信号源负载负载uiuoiiious4p放大倍数放大倍数Ap输入电阻输入电阻rip输出电阻输出电阻rop通频带通频带BW5 放大倍数又称放大倍数又称增益增益，是衡量放

3、大电路放大能力，是衡量放大电路放大能力的指标。通常采用正弦量为输入信号的指标。通常采用正弦量为输入信号us。A放大电路放大电路RLRSSUiUoUoIiI+信号源信号源负载负载电压放大倍数电压放大倍数：iouUUA源电压放大倍数：源电压放大倍数：sousUUA电流放大倍数：电流放大倍数：ioiIIA互导放大倍数：互导放大倍数：互阻放大倍数：互阻放大倍数：iorIUAiogUIA6注意：注意： 1. 上述四种放大电路没有本质区别，只上述四种放大电路没有本质区别，只是考虑的侧重点不同，而且它们之间可以相互是考虑的侧重点不同，而且它们之间可以相互转换。转换。 2. 增益也可以用以增益也可以用以10为

4、底的对数表示为底的对数表示 电压增益电压增益=20lg|Au| （dB)(分贝）分贝） 功率功率增益增益=10lg|Ap| （dB)(分贝）分贝） 3. A是一个复数，既有大小，又有正负，是一个复数，既有大小，又有正负，正表示输入与输出信号同相位，负表示输入与正表示输入与输出信号同相位，负表示输入与输出信号反相位。输出信号反相位。7iiiIUr A放大电路放大电路RLRSSUiUiI+ri ri的大小将影响放大电路从信号源中获得输的大小将影响放大电路从信号源中获得输入电压的大小，故入电压的大小，故ri是衡量放大电路对信号衰减程是衡量放大电路对信号衰减程度的指标。度的指标。sisiiUrRrU

5、RLRssUiUoUoIiI+rirooU +放大电路放大电路uisiArRrUUAsous8 Ls0oooRUIUr ro 越小，负载电阻越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影的变化对输出电压的影响越小。故响越小。故ro是表明放大电路带负载能力的指标。是表明放大电路带负载能力的指标。A放大电路放大电路RSSUoUoI+roRLRssUiUoUoIiI+rirooU +放大电路放大电路ooLoUrRRUL由等效电路可见由等效电路可见9umumHuLu707.02)()(AAfAfA 放大电路只适合放大某一频段的信号。由于放大电路只适合放大某一频段的信号。由于电路中电抗元件和管子结电容的影响当信

6、号频率电路中电抗元件和管子结电容的影响当信号频率太高或太低时，放大倍数都要下降。太高或太低时，放大倍数都要下降。AuAum0.707AumfLfHf0BW0.7下限频率下限频率上限频率上限频率通频带通频带BW10 问题问题2：放大电路的输出电阻小，对放大电：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出电压的稳定性是否有利？路输出电压的稳定性是否有利？ 问题问题3：有一个放大电路的输入信号的频率成：有一个放大电路的输入信号的频率成分为分为100 Hz10 kHz，那么放大电路的通频带应如，那么放大电路的通频带应如何选择？如果放大电路的通频带比输入信号的频何选择？如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那

7、么输出信号将发生什么变化？带窄，那么输出信号将发生什么变化？ 问题问题1：某放大电路，输入：某放大电路，输入10mV时，输入电流时，输入电流为为10mA，则，则ri=?，若，若RL=1k,Uo=0.5V,则增益则增益为多少？若负载电阻断开，为多少？若负载电阻断开， Uo=0.55V，则则ro=?112.2 2.2 共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理121、 共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成起放大作用起放大作用保证保证us加到发射加到发射结，不影响发射结，不影响发射结偏置结偏置保证信号输保证

8、信号输送到负载，送到负载，不影响集电不影响集电结偏置结偏置提供能量，并使提供能量，并使BJT工作在放大区工作在放大区将将iC转换为转换为uo提供提供BJT所需的所需的偏置电压偏置电压132、 共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理若电路参数选择得当，若电路参数选择得当，uo的幅度将比的幅度将比ui大得多，从而大得多，从而达到放大的目的。达到放大的目的。oCECCBCBBEi21uuRiiiiuCCu）（ ui=0时，电路中只有直流，时，电路中只有直流， BBEBBBRUVIBCII14加入加入ui后，后，iB、iC、uCE都在静态直流量的都在静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即

9、基础上叠加了一个交流量，即 iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic uCE=UCEQ+uce uCE中的交流成分中的交流成分uce远大于远大于ui，且波形相，且波形相同，体现了放大作用；同，体现了放大作用；uo（uce）与）与ui相位相反，又称反相放大。相位相反，又称反相放大。符号规定：符号规定：直流量：字母大写，下标大写。直流量：字母大写，下标大写。IB，IC，UCE。交流量：字母小写，下标小写。交流量：字母小写，下标小写。ib，ic，uce。瞬时量：字母小写，下标大写。瞬时量：字母小写，下标大写。iB，iC，uCE。15162.3 放大电路的图解分析方法放大电路的图解分析方法 是指以三极管

10、的特性曲线为基础，用作是指以三极管的特性曲线为基础，用作图的方法确定放大电路的工作状态。图的方法确定放大电路的工作状态。：当输入信号当输入信号us=0时，电路中各电压、电时，电路中各电压、电流均为直流，故称静态。管子在静态时的电压、电流均为直流，故称静态。管子在静态时的电压、电流（流（IBQ、ICQ、UCEQ、）称静态工作点、）称静态工作点Q。：当放大电路输入信号后，电路中各电压、当放大电路输入信号后，电路中各电压、电流便在其静态值附近随信号变化，称动态。电流便在其静态值附近随信号变化，称动态。 常用的放大电路分析法有常用的放大电路分析法有图解法图解法和和微变等效电路微变等效电路法法。分析的步

11、骤都是先静态分析后动态分析。静态。分析的步骤都是先静态分析后动态分析。静态分析确定静态工作点分析确定静态工作点Q，动态分析计算放大电路的性，动态分析计算放大电路的性能指标如能指标如A、ri、ro等。等。171、静态分析、静态分析静态分析可分如下步骤：静态分析可分如下步骤：1）画出直流通路）画出直流通路(直流电直流电流通过的路径）流通过的路径） 将电容开路。将电容开路。2）由输入回路计算基极电流）由输入回路计算基极电流bCCbBEQCCBQRVRUVI 工程上，为方便起见，工程上，为方便起见，IBQ一般都采用分析法求得。一般都采用分析法求得。IBQ183）在三极管输出特性上作直流负载线）在三极管

12、输出特性上作直流负载线VCCVCCRC1RC-2个特殊点：个特殊点：），（0MCCV），（CCC0NRVMN称放大电路的直流负载线，斜率为称放大电路的直流负载线，斜率为1/RC。NM输出回路线性部分的电压、电流关系：输出回路线性部分的电压、电流关系： UCE=VCCICRC或或CCECCCRUVI19VCCVCCRC1RC-MN4）求静态工作点）求静态工作点QICQUCEQQ静态工作点静态工作点直线直线MN和和IB=IBQ的输出特性曲线的交点即为静态的输出特性曲线的交点即为静态工作点工作点Q。Q点对应的电压、电流值就是静态工点对应的电压、电流值就是静态工作下三极管的作下三极管的UCEQ和和IC

13、Q。202、动态分析、动态分析（设（设RL=）21C1、 C2在一定频率信号作在一定频率信号作用下，其容抗可忽略；直用下，其容抗可忽略；直流电源流电源VCC交流电位为交流电位为0，可视为短路，即在交流通可视为短路，即在交流通道中，可道中，可将直流电源和耦将直流电源和耦合电容短路合电容短路。 放大电路工作时，输放大电路工作时，输出端总是要接负载。负载出端总是要接负载。负载对放大电路的影响如何？对放大电路的影响如何？交流通路交流通路LCLCLCL/RRRRRRR 显然，放大电路的交流负显然，放大电路的交流负载电阻为：载电阻为：22交流负载线交流负载线输出端口有：输出端口有： uce= ic RL由

14、于交流信号是叠加在静态工作点上的，故交流由于交流信号是叠加在静态工作点上的，故交流负载线是通过负载线是通过Q点的一条直线，其斜率为点的一条直线，其斜率为-1/RL。P点：点：（UCEQ+ICQ RL ，0）连接连接Q、P点得交流负载点得交流负载线。线。234）放大电路的动态范围和非线性失真）放大电路的动态范围和非线性失真 放大电路除了应有一定的放大倍数外，还要放大电路除了应有一定的放大倍数外，还要求输出信号无明显失真。求输出信号无明显失真。动态范围动态范围：不失真最大输出电压的峰：不失真最大输出电压的峰-峰值峰值Uo（P-P）a.工作点工作点Q要要设置在输出特设置在输出特性曲线放性曲线放 大区

15、大区的中间部位；的中间部位； b.要有合适的要有合适的交流负载线交流负载线。iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号24iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区称为截止失真称为截止失真对于对于NPN管，输出电管，输出电压表现为顶部失真。压表现为顶部失真。不产生截止失真的条件：不产生截止失真的条件：Uom ICQ RL 25iCuCEuoQ点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真对于对于NPN管，输出电管，输出电压表现为底部失真。压表现为底部失真。不产生饱和失真的条件：不产生饱和失真的条件：Uom UCEQUCES 2627分析图

16、示各电路有无正常电压放大的能力。分析图示各电路有无正常电压放大的能力。无电压放大能力。无电压放大能力。因为没接入因为没接入RC，交流输出，交流输出短路。短路。无电压放大能力。无电压放大能力。因为因为VBB对交流输入信号对交流输入信号短路，短路，ui无法控制无法控制ib。 解：注意三点解：注意三点（1）偏置是否合适；（）偏置是否合适；（2）输入信号能否加入；（输入信号能否加入；（3）输出信号能否输出。）输出信号能否输出。28无电压放大能力。无电压放大能力。因为因为UBEQ=0，管子静态时，管子静态时工作于截止区。工作于截止区。无电压放大能力。无电压放大能力。因管子集电极与负载间无耦因管子集电极与

17、负载间无耦合电容，且负载电阻值很小，合电容，且负载电阻值很小，会使管子静态时的会使管子静态时的UCEQ值非值非常小，以致于工作到饱和区。常小，以致于工作到饱和区。292.4 2.4 放大电路的小信号模型分析方法放大电路的小信号模型分析方法pBJTBJT的小信号模型的小信号模型p小信号模型分析法小信号模型分析法p温度对工作点的影响与分压式偏置电路温度对工作点的影响与分压式偏置电路302.4.1 BJT2.4.1 BJT的小信号模型的小信号模型1、共射、共射BJT的的H参数模型参数模型 H参数的导出参数的导出接成共发射极组态的接成共发射极组态的BJT可看成可看成一双口网络，端口特性表示为一双口网络

18、，端口特性表示为+iBiCuBEuCEuBE= f1（iB，uCE）iC= f2（iB，uCE）在小信号下，管子工作在在小信号下，管子工作在Q点附近，故可在点附近，故可在Q点处对点处对上式全微分上式全微分 CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ31 CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ用交流量取代微分项用交流量取代微分项 ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu式中：式中：be0bbeBBEieceriuiuhuQ 输出交流短路时的输入输出交流短路时的输入电阻，单位电阻，单位

19、r0cebeCEBErebuuuuuhiQ 0bcBCfeceuQiiiihce0cecCECce1bruiuihiQ 输入交流开路时的输出输入交流开路时的输出电导，单位电导，单位S输出交流短路时的电流输出交流短路时的电流放大系数，无量纲放大系数，无量纲输入交流开路时的电压输入交流开路时的电压反馈系数，无量纲反馈系数，无量纲32 H参数的物理意义参数的物理意义33+iBiCuBEuCE ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu34简化简化H参数模型参数模型hre为为BJT的内部电压反馈，一般在的内部电压反馈，一般在10-310-4数量级数量级内，即当输出电压内，即当输出电压uce

20、=10mV时，将在输入回路引时，将在输入回路引入约入约1V的内部反馈电压，故取的内部反馈电压，故取hre=0。hoe为为BJT的共发射极输出电导的共发射极输出电导,rce=1/hoe为输出电阻，为输出电阻，一般在一般在10200k，当，当RL rce，hoe可忽略。可忽略。hre 、 hoe忽略后，可得简化忽略后，可得简化H参数模型。参数模型。35 rbe的确定的确定rbe可用下列公式估算可用下列公式估算ebbebbbbe1rrrrr）（ ）（）（mAmV26EQEQTeIIVrrbb为基区体电阻，对于低频小功率管，为基区体电阻，对于低频小功率管， rbb约约200；re为为 发射结结电阻，可

21、由发射结结电阻，可由PN结方程导出：结方程导出： ）（）（）（mAmV261200EQbeIr 即即36 注意问题：注意问题： BJT的小信号模型只能用于放大电路的动态性的小信号模型只能用于放大电路的动态性能分析，不能用于计算静态工作点，但其参数与能分析，不能用于计算静态工作点，但其参数与Q点有密切相关。点有密切相关。 受控源受控源ib代表代表BJT的电流控制作用，其方向的电流控制作用，其方向由由ib （也即（也即ube）来决定，不能任意假定。）来决定，不能任意假定。372.4.2 2.4.2 小信号模型分析法小信号模型分析法BQCQII 1、静态工作点的估算、静态工作点的估算由直流通路，得由直流通路，得bCCbBEQCCBQRVRUVI CQCCCCEQIRVU 将已知参数代入，将已知参数代