模拟电子线路

1、模拟电子线路21放大的概念放大的概念一、什么叫放大电路（放大器）一、什么叫放大电路（放大器） 1、放大： 将信号的幅度由小增大或扩大幅度，不改变频率（波形形状）完成上述工作的器件（电路）叫放大器（电路）。第第二二章章 放大电路的基本原理放大电路的基本原理2、放大的本质： 实现能量的控制。 这种小能量对大能量的控制作用，就是放大作用。 我们讨论的放大作用：其放大的对象是变化量。 放大电路的核心元件： 三极管、场效管。 输入传声器音响放大器（含直流电源）输出扬声器输入信号源放大器（含直流电源）输出负载二、放大电路的分类二、放大电路的分类1 1、按任务：、按任务： 以增大（扩大）以增大（扩大）U（I

2、）为目的）为目的 小信号放大器小信号放大器（电压流）放大器）（电压流）放大器） 以增大以增大UI（P）为目的大信号放大器（功率放大器）为目的大信号放大器（功率放大器） 2 2、按输入信号来分：、按输入信号来分： 音（低）频率放大器：音（低）频率放大器：20H20HZ Z200KH200KHZ Z（语言信号）（语言信号） 直流放大器：直流、缓慢变化信号直流放大器：直流、缓慢变化信号 宽频放大器：几十赫兹（宽频放大器：几十赫兹（ H HZ Z ）几百几百MHMHZ Z 高频（谐振）放大器：高频载波信号、已调波信号高频（谐振）放大器：高频载波信号、已调波信号二、放大电路的特点二、放大电路的特点 1

3、1、研究小信号连续变化的模拟信号。、研究小信号连续变化的模拟信号。 对放大电路最基本要求是将输入的模拟信对放大电路最基本要求是将输入的模拟信号按比例地进行线性放大，使放大后的输出信号按比例地进行线性放大，使放大后的输出信号尽可能和原来输入信号的波形保持一致不产号尽可能和原来输入信号的波形保持一致不产生失真。生失真。 数字电路：数字信号输入与输出数字电路：数字信号输入与输出 为逻辑关系。为逻辑关系。2 2、三极管、三极管放大状态，输出信号必须忠实放大状态，输出信号必须忠实输入信号，对器件电源等有较高要求。输入信号，对器件电源等有较高要求。 数字电路中三极管工作在截止和饱和状态。数字电路中三极管工

4、作在截止和饱和状态。3 3、分析方法、分析方法 模拟：图解法，微变等效电路法。模拟：图解法，微变等效电路法。 数字：逻辑代数、真值表、卡诺图、数字：逻辑代数、真值表、卡诺图、 状态转换图状态转换图等。等。2.2 共射基本放大电路共射基本放大电路 （basic common emitter amplifier） 由单个三极管构成的放大电路称为基本放大电路。由单个三极管构成的放大电路称为基本放大电路。2.2.1 共射基本放大电路的原理电路共射基本放大电路的原理电路 1原理电路原理电路 bR -+uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCE= uO图2.2.1 共射基本放

5、大电路原理电路 该放大电路成立的条件是：该放大电路成立的条件是： （1）有正确的直流偏置，）有正确的直流偏置， 即发射结正偏、集电结即发射结正偏、集电结 反偏（接反偏（接VBB和和VCC ）；）；（2）输入信号）输入信号ui为小信号；为小信号；（3）输入回路的交流与直）输入回路的交流与直 流应相互叠加（流应相互叠加（ui 与与VBB 串联连接）；串联连接）；（4）输出回路应有交流电）输出回路应有交流电 压输出（接压输出（接Rc ）。）。 bR -+uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCE= uO图2.2.1 共射基本放大电路原理电路二、二、 工作原理工作原理1、

6、 静态分析静态分析静态：把静态：把uI=0时放大电路的状态。时放大电路的状态。此时分析的电路各量均为直流量有此时分析的电路各量均为直流量有IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ=VCC-ICQRC 称静态工作点。称静态工作点。2、 动态分析动态分析动态：把动态：把uI不为不为0时放大电路的状态。时放大电路的状态。 此时分析的电路各量是在直流量的基础上再加上此时分析的电路各量是在直流量的基础上再加上交流量。交流量。 输入端加入一个微小的变化量信号，在输出端输入端加入一个微小的变化量信号，在输出端 得到一个较大的变化量信号，实现放大。得到一个较大的变化量信号，实现放大。由图由图2.2.1可以看出，输入

7、回路的外加电压可以看出，输入回路的外加电压uBE= VBB+ui=VBB +UBE ，这就引起发射结两端电压的变，这就引起发射结两端电压的变化，使发射极电流化，使发射极电流iE = IE +IE ，即在原来，即在原来IE基础上变化了基础上变化了IE 。相应地，集电极电流相应地，集电极电流iC = IC +IC ，基极电流，基极电流iB = IB +IB ，分，分别在原来基础上变化了别在原来基础上变化了IC和和IB 。 bR -+uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCE= uO在共射电路中，输入电流为基极电流iB ，输出电流为集电极电流iC ，输出电流变化量IC与

8、输入电流变化量IB的比值称为共发射极交流电流放大系数，用表示，即 （2.2.1） 显然，和是两个不同的概念。但若在iC变化时基本不变（ICEO一般也认为不变）的条件下，由式（2.1.3）得 则 BCIIBCII由于发射结正偏，发射结电阻较小，因此输入电压的微小变化UBE就能引起基极电流的较大变化IB ；又IC =IB ，故相应的集电极电流的变化IC就很大。电路的输出电压UO=IC Rc ，只要Rc阻值不很小，就能使输出电压UO的幅度比输入电压UBE大得多，且二者波形相同，因此，这个电路就具有电压放大作用。综上所述，共射电路既有电流放大作用，也有电压放大作用，因此它具有功率放大作用。“放大”的本

9、质实际是指功率的放大或能量的放大。 bR -+uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCE= uO实用放大电路实用放大电路双电源供电电路双电源供电电路如图所示的原理电路在实际应用时存在以下几个问题：如图所示的原理电路在实际应用时存在以下几个问题：（1）交流信号源与直流电源共用一个回路，相互影响。）交流信号源与直流电源共用一个回路，相互影响。（2）信号源经）信号源经Rb才加到发射极两端，使发射极两端的信号才加到发射极两端，使发射极两端的信号大大减小，导致放大电路的放大性能的下降。大大减小，导致放大电路的放大性能的下降。 bR -+uicR-+VCC T+iBiC-+V

10、BBuBE + -uO-+-uCE= uO（3）输入交流信号源与直流电源不能共地。）输入交流信号源与直流电源不能共地。 （4）输出电压）输出电压 uO中含有直流成分。中含有直流成分。 bR -+uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCE= uO为解决上述问题，可将阻容耦合交直流叠加（或分离）电为解决上述问题，可将阻容耦合交直流叠加（或分离）电路引入到放大电路中来，如图路引入到放大电路中来，如图2.2.2所示。所示。 bR uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCEC1+ + -C2+图2.2.2 双电源供电电路 bR -+uicR-+

11、VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCE= uO图2.2.1原理电路 由于该放大电路使用了两组电源，所以称为由于该放大电路使用了两组电源，所以称为双电源供双电源供电电路电电路。C1 、C2称为隔直电容或称为隔直电容或 耦合电容耦合电容。该电路又称为该电路又称为阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 bR uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCEC1+ + -C2+图2.2.2 双电源供电电路（a）双电源供电电路 （b）单电源供电电路 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C

12、2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE bR uicR-+VCC T+iBiC-+VBBuBE + -uO-+-uCEC1+ + -C2+实用放大电路实用放大电路单电源供电电路单电源供电电路（a）单电源供电电路 （b）习惯画法 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE电压和电流符号的意义（以电流为例）：电压和电流符号的意义（以电流为例）：iB = 40 + 20sint （A）= IB +Ibmsint = IB + ibIB 基极的直流电流；基

13、极的直流电流；IBAV 基极电流的平均值；基极电流的平均值；IBM 基极电流的最大值；基极电流的最大值；ib 基极电流交流分量的瞬时值；基极电流交流分量的瞬时值；Ib 基极电流和有效值（均方根值）；基极电流和有效值（均方根值）；iB 基极电流总的瞬时值；基极电流总的瞬时值；Ibm 基极电流交流基极电流交流 IB 基极直流电流的变化量；基极直流电流的变化量；iB 基极电流总的变化量；基极电流总的变化量； 放大电路中各点电压、电流及其波形放大电路中各点电压、电流及其波形 实验实验2-2-1 放大电路静态工作点的测量放大电路静态工作点的测量实验线路：图实验线路：图2.3.3（b）所示单电源供电电路，

14、图中）所示单电源供电电路，图中Rb为为51k电阻与电阻与470k电位器相串联组成，电位器相串联组成，Rc为为1k，RL为为1k，T为为S9013 。图2.3.3 共射基本放大电路 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE1静态情况静态情况 实验实验2-2-1 放大电路静态工作点的测量放大电路静态工作点的测量（1）不接）不接ui ，接入，接入VCC = +20V，用万用表测量三极管的静态工作点；，用万用表测量三极管的静态工作点；（2）测量）测量UBE ，并记录：，并

15、记录： UBE = V； bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE 实验实验2-2-1 放大电路静态工作点的测量放大电路静态工作点的测量（3）调节）调节Rb（RW），观察），观察UBE有无明显变化，并记录：有无明显变化，并记录： UBE （有（有/无）明显变化无）明显变化。推论：由推论：由 可知，此时可知，此时IB应应 （有（有/无）明显无）明显变化。变化。（4）调节）调节Rb（RW），使），使UCE=10V； bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+

16、+ -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCEbBECCBRUVI 实验实验2-2-1 放大电路静态工作点的测量放大电路静态工作点的测量（5）调节）调节Rb（RW），观察），观察UCE有无明显变化，并记录：有无明显变化，并记录： UCE （有（有/无）明显变化。无）明显变化。推论：由推论：由 可知，此时可知，此时IC 应应 （有（有/无）明显无）明显变化。变化。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- i

17、C+-uCEbCECCCRUVI 实验实验2-2-1 放大电路静态工作点的测量放大电路静态工作点的测量思考题：在放大区，思考题：在放大区，IC实际上主要受实际上主要受IB控制还是受控制还是受UCE控制？控制？此时，三极管的发射结此时，三极管的发射结 偏，集电结偏，集电结 偏，工作在偏，工作在 区。区。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE 实验实验2-2-1 放大电路静态工作点的测量放大电路静态工作点的测量从实验中可以看出，在放大区，调节从实验中可以看出，在放

18、大区，调节Rb（RW）时，）时，UBE_（有（有/无）明显变化，无）明显变化，IB （有（有/无）明显变化，而无）明显变化，而IC =IB必然必然_（有（有/无）明显变化，因此，无）明显变化，因此，UCE = VCC IC Rc也会有也会有 （有（有/无）明显变化，即调节无）明显变化，即调节Rb（RW） （不可以（不可以/可以）明显改变可以）明显改变放大器的工作点和工作状态。放大器的工作点和工作状态。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE理论上，静态时理论上，

19、静态时ui=0，三极管各极的电压和电流均为直流。，三极管各极的电压和电流均为直流。VCC通过通过Rb使三极管的发射极导通，使三极管的发射极导通，B、E两端的导通压降两端的导通压降UBE基基本不变（硅管约为本不变（硅管约为0.7V，锗管约为，锗管约为0.2V），因此有），因此有 IC =IB UCE = VCC IC Rc若若Rb、VCC不变，则不变，则IB不变，因此，该电路称为不变，因此，该电路称为恒流式偏置恒流式偏置电路或电路或固定偏流式固定偏流式电路。电路。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+

20、usLR iB+uBE- iC+-uCEbBECCBRUVI实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大电路动态工作过程的测量与观察实验线路：图实验线路：图2.3.3（b）所示单电源供电电路，图中）所示单电源供电电路，图中Rb为为51k电阻与电阻与470k电位器相串联组成，电位器相串联组成，Rc为为1k，RL为为1k，T为为S9013 。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE2动态情况动态情况实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大

21、电路动态工作过程的测量与观察（1）不接）不接ui ，接入，接入VCC = +20V，用万用表测量三极管的静态工作点；，用万用表测量三极管的静态工作点；（2）调节）调节Rb（Rw），使），使UCE = 10V。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大电路动态工作过程的测量与观察（3）保持步骤（）保持步骤（2），输入端接入），输入端接入ui（fi =1kHZ ，Ui =10mV），用示波），用示波器（器（AC输

22、入）同时观察输入）同时观察ui 、uBE波形，并记录波形，并记录ui 、uBE波形；波形；从实验中可以看出，从实验中可以看出，ui与与uBE波形幅度大小波形幅度大小 （基本相同（基本相同/完全不完全不同）。另外，接入同）。另外，接入ui后，由于后，由于uBE中中 （含有（含有/不含有）直流分量，即不含有）直流分量，即uBE为为_（纯交流量（纯交流量/交直流叠加量）。交直流叠加量）。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的

23、测量与观察放大电路动态工作过程的测量与观察因此，因此，uBE = （UBE+ui 或或 ui）iB = （IB+ib 或或 ib）iC = iB = ； (IB+ib) = IB+ ib=IC+ic 或或 ib=ic bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大电路动态工作过程的测量与观察（4）保持步骤（）保持步骤（3），用示波器），用示波器Y2轴输入（轴输入（DC输入输入/“交替交替”显示）观显示）观察察uCE

24、波形和幅度大小，并记录波形和幅度大小，并记录uCE波形和幅度大小；波形和幅度大小；从实验中可以看出，输出电压的波形与输入电压波形从实验中可以看出，输出电压的波形与输入电压波形 （基本相同（基本相同/完全不同），输出电压的幅度完全不同），输出电压的幅度 （远大于（远大于/远小于远小于/基本等于）输入电压的基本等于）输入电压的幅度，即幅度，即 （实现了（实现了/没有实现）信号的不失真放大。没有实现）信号的不失真放大。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE实验实验2

25、-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大电路动态工作过程的测量与观察从实验中还可以看出，从实验中还可以看出，uCE中（含有中（含有/不含有）直流分量，即不含有）直流分量，即uCE为为_（纯交流量（纯交流量/交直流叠加量），因此，交直流叠加量），因此，uCE=_（UCE+uce 或或 uce） bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大电路动态工作过程的测量与观察（5）保持步骤（）保持步骤（4），改用示波器

26、），改用示波器Y2轴输入观察轴输入观察uo的波形和幅度大小，的波形和幅度大小，并记录并记录uo的波形和幅度大小；的波形和幅度大小；从实验中可以看出，由于电容从实验中可以看出，由于电容C2的隔直流作用，实际的输出电压的隔直流作用，实际的输出电压uo中中 （含有（含有/不含有）直流成分，即不含有）直流成分，即uo = （UCE+uce 或或 uce） bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE实验实验2-2-2 放大电路动态工作过程的测量与观察放大电路动态工作过程的测量

27、与观察（6）保持步骤（）保持步骤（5），观察和比较），观察和比较ui与与uo的相位关系，并记录：的相位关系，并记录：ui与与uo的相位关系为（同相的相位关系为（同相/反相）反相） 。结论：结论：ui与与uo （同相（同相/反相），即共射基本放大电路为反相），即共射基本放大电路为 （同相（同相/反反相）放大电路。实际上，相）放大电路。实际上，uCE = VCCiC Rc = VCC (IC + ic )Rc=( VCC ICRc ) ic Rc= UCE + uo即即uo =icRc，由此即可看出该放大电路，由此即可看出该放大电路 （具有（具有/不具有）不具有）倒相作用。倒相作用。 bR uic

28、R-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE各点波形图tui（mV）OUimIbmtiB（A）IBIcmtiC（mA）ICtuCE（V）UCEUcemtuo（V）OUom bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE理论上，有理论上，有uBE =UBE + uiiB =IB + ibiC =iB =(IB + ib) =IB +ib = IC + ic

29、uCE=VCCiCRc =VCC(IC+ic)Rc=(VCCICRc)icRc=UCE+uceuo = uce，即，即uo =icRc bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE 实验实验2-2-3(仿真仿真) 放大电路不正常现象的观察放大电路不正常现象的观察结论：结论：（1）Rc =0时，时， （有（有/无）交流电压输出（输出交流被无）交流电压输出（输出交流被短路）。短路）。 （2）UBE = 0（IB=0）时，）时， （有（有/无）交流电压输出，无）交流电压输出

30、，此时三极管工作在此时三极管工作在 （放大状态（放大状态/非放大状态）。非放大状态）。通过上述讨论，可以得出如下结论：通过上述讨论，可以得出如下结论：（1）共射基本放大电路的放大过程可描述为：）共射基本放大电路的放大过程可描述为：ic （Rc的作用和C2的隔直作用） ui ib uo （三极管工作在放大区） bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE通过上述讨论，可以得出如下结论：通过上述讨论，可以得出如下结论：（2）放大电路的组成原则：）放大电路的组成原则：正确的

31、直流偏置；正确的交流通路；交直流相互兼容，互不影响；正确的直流偏置；正确的交流通路；交直流相互兼容，互不影响；合适的元器件参数选择。合适的元器件参数选择。 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE 放大倍数；最大输出幅度； 通频带；非线性失真系数； 输入电阻；输出电阻； 最大输出功率和效率等。 放大器的性能指标可以通过测试得到。 一般采用正弦信号正弦信号（纯交流信号）作为标准测试用输入信号。2.3放大电路的主要性标放大电路的主要性标 Ri信号源负载放大电路RoUs

32、+-RsRiUo+.RoRLIiIoUoUi+-+-图2.3.1 放大电路技术指标测试示图12一放大倍数（增益）一放大倍数（增益）输出信号与输入信号的变化量之比。输出信号与输入信号的变化量之比。如果信号的频率既不很高又不很低，则放大电路的附加相移可以忽略，于是上述两种放大倍数可用实数来表示，并写成交流瞬时值或幅值之比：电压放大倍数电压放大倍数 （2.3.1）电流放大倍数电流放大倍数 （2.3.2） imomioiouUUUUuuAimomioioiIIIIiiA实验实验2-3-1 放大电路性能指标放大电路性能指标放大倍数的测量放大倍数的测量实验线路：图2.3.1（a）所示放大电路。图2.3.1

33、（a）中Rb为51k电阻与470k电位器相串联组成，Rc为1k，RL为1k，T为S9013。Ri信号源负载Ro bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR共射基本放大电路（1）不接ui ，接入VCC = +20V，调节Rb（RW），使UCE = 10V。（2）保持步骤（1），输入端接入ui（fi =1kHZ），Ui =10mV）；（3）保持步骤（2），用低频毫伏表分别测量输入电压Ui和输出电压Uo的大小，并记录：Ui = mV，Uo = mV， = 。某些情况下还要用到“源电压放大倍数” Aus 。Aus定义为输出电压与信号源电压之比： (2.3.3) iouU

34、UA smomsosousUUUUuuA（4）保持步骤（3），不将ui接入到放大电路输入端 ，用低频毫伏表测量信号源的开路输出电压大小，求出Aus，并记录Aus = 。显然，Aus （大于/小于）Au。一般信号源总是存在一定的内阻，所以放大器的实际输入电压Ui必然小于Us ，Aus亦小于Au 。此外，有时要用到功率放大倍数(或功率增益) Ap ，对于纯阻负载，它等于输出功率Po 与输入功率Pi之比： (2.3.4)iuoiooiopAAIUIUPPA上述的各比值（即各种放大倍数）仅在输出波形没有明显失真时才有意义，其它指标也是如此。工程上常用分贝( dB)来表示放大倍数的大小，常用的有 Au（

35、dB）= 20lgAu Ai（dB）= 20lgAi (2.3.5) Ap（dB）= 10lgAp采用分贝表示放大倍数，可使表达简单，例如，Au =1000000，用分贝表示则为Au =120 dB。其次，由于人耳对声音的感受与声音功率的对数成正比，因此采用分贝表示可使它与人耳听感受相一致。最后，它可使运算方便，即化乘除为加减，这在多级放大电路计算放大倍数时将得到充分的体现。iiiiiIUiuR二二输入电阻输入电阻RiRi信号源负载放大电路RoUs+-RsRiUo+.RoRLIiIoUoUi+-+-12 输入电阻Ri就是向放大电路输入端看进去的等效电阻。即输入电阻Ri ： （2.3.6）输入电

36、阻Ri可以通过测量而得到，如图2.3.2所示为测量输入电阻的电路。调节Rw1 ，当Ui =0.5 Us时，即可得Ri = Rs + Rw1 。 bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR RiRw1图2.3.2 测量输入电阻的电路实验实验2-3-2 放大电路性能指标放大电路性能指标输入电阻的测量输入电阻的测量实验线路：图2.3.2所示放大电路。图2.3.2中Rb为51k电阻与470k电位器相串联组成，Rc为1k，RL为1k，T为S9013。（1）不接ui ，接入VCC = +20V，调节Rb（RW），使UCE = 10V。（2）保持步骤（1），不接ui ，用低频

37、毫伏表测量信号源的开路输出电压Us大小，并使Us =20mV；（3）保持步骤（2），在输入端串接电位器Rw1，并接入ui ，调节Rw1 ，使Ui =0.5 Us ；（4）保持步骤（3），断开Rw1，用万用表测出Rw1阻值，求出Ri，并记录Ri = 。由图2.3.2可以看出，Ri相当于信号源的负载，而ii则是放大电路向信号源索取的电流。由该图可知，ii = us /(Rs + Ri)，ii与Ri大小有关，因此Ri大小反映了放大电路对信号的影响程度。显然（2.3.7a）siSiiuRRRuRi信号源负载Ro bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR共射基本放大电路

38、在Rs一定的条件下，Ri越大，ii就越小（指幅值或有效值，下同），ui就越接近于us ，即信号源的电压更多地传输到放大电路的输入端，则放大电路对信号源的影响越小。反之，Ri越小，放大电路对电压源的影响越大。由于大部分信号源都是电压源，因此许多电子设备的输入电阻都很高。在后文中，若不特别指明，则信号源均指电压源而言。由式（2.3.7 a）不难得到源电压放大倍数 （2.3.7b) uiSiusARRRA粗略地讲，输出电阻Ro就是向放大电路的输出端看进去的等效电阻。根据戴维南定理可知，输出电阻Ro的定义式为： (2.3.8)LiLiRUooRUoooIUiuR, 0, 0三三输出电阻输出电阻RoRi

39、信号源负载放大电路RoUs+-RsRiUo+.RoRLIiIoUoUi+-+-12显然，从输出端看放大电路，它相当于一个带内阻的电压源，这个内阻就是放大电路的输出电阻Ro ，放大电路的开路输出电压uo就是电压源的源电压。Ro越小，接上负载RL后输出电压下降越小，说明放大电路带负载能力强。因此，输出电阻反映了放大电路带负载能力的强弱。Ri信号源负载Ro bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR共射基本放大电路输出电阻Ro可以通过测量而得到，如图2.3.3所示为测量输出电阻的电路。调节Rw2 ，当Uo =0.5 Uo 时，由图可得Ro = Rw2 。 bR uic

40、RVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+uswR Ro图2.3.3 测量输出电阻的电路实验实验2-3-3 放大电路性能指标放大电路性能指标输出电阻的测量输出电阻的测量实验线路：图2.3.3所示放大电路。图2.3.3中Rb为51k电阻与470k电位器相串联组成，Rc为1k，RL为1k，T为S9013。（1）不接ui ，接入VCC = +20V，调节Rb（RW），使UCE = 10V。（2）保持步骤（1），接入ui（Ui =10mV），不接Rw1和RL ，用低频毫伏表测量放大电路的开路输出电压Uo大小，并记录Uo =_；（3）保持步骤（2），在输出端接入电位器Rw2 。调节Rw2 ，

41、使Uo =0.5 Uo ；（4）保持步骤（3），断开Rw2，用万用表测出Rw2阻值，求出Ro ，并记录Ro = 。实验结果表明，Ro值与Rc值 （基本接近/相差很大）。由于放大电路中不可避免地存在电抗元件（如耦合电容或结电容等），因此，当改变输入信号的频率时，放大电路的放大倍数会发生变化，输出波形的相位也会发生变化。 四通频带四通频带fbwRi信号源负载放大电路RoUs+-RsRiUo+.RoRLIiIoUoUi+-+-12实验实验2-3-4 放大电路性能指标放大电路性能指标通频带的测量通频带的测量实验线路：图2.3.2所示放大电路。图2.3.2中Rb为51k电阻与470k电位器相串联组成，R

42、c为1k，RL为1k，T为S9013。Ri信号源负载Ro bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR共射基本放大电路（1）不接ui ，接入VCC = +20V，调节Rb（RW），使UCE = 10V。（2）保持步骤（1），不接Rw2 和RL；（3）保持步骤（2），接入ui ，使Ui =10mV（用低频毫伏表测量）、fi =1kHZ ，用低频毫伏表测量此时输出电压Uo的大小，并记录Uo = mV；将此时的输出电压记为U0 ，电压放大倍数记为Au0 ，则U0 = ，Au0= ；（4）保持步骤（3），改变输入信号频率fi ，并保持Ui =10mV（用低频毫伏表监测），

43、按表中的数据要求进行测量，并将结果填入表中；（5）根据表的结果，求该放大电路的通频带fbw ，并记录fbw = fHfL = 。 一般情况下，放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号，当信号频率太高或太低时，放大倍数都大幅度下降，如图2.3.4所示。 图2.3.4 放大电路的频率特性0.7Au0Au0 f0 fH fLAu上限截止频率 fH下限截止频率 fL通频带或带宽fbwfbw = fHfL （2.3.9）图2.3.4 放大电路的频率特性0.7Au0Au0 f0 fH fLAu实验实验2-3-5 放大电路性能指标放大电路性能指标最大输出电压幅值测量最大输出电压幅值测量实验线路：图2.3.

44、2所示放大电路。图中Rb为51k电阻与470k电位器相串联组成，Rc为1k，RL为1k，T为S9013。Ri信号源负载Ro bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR共射基本放大电路五最大输出幅值五最大输出幅值（1）不接ui ，接入VCC = +20V，调节Rb（RW），使UCE = 10V。（2）保持步骤（1），接入ui ，使Ui =10mV、fi =1kHZ ，用示波器同时观察此时输入、输出电压的波形，并记录输出电压波形有无明显失真 ；（3）保持步骤（2），改变输入信号幅度，直到输出电压波形出现明显失真；（4）保持步骤（3），改变输入信号幅度，使输出电压波形

45、刚好不出现失真，此时的输出电压振幅值即为最大输出电压幅值Uomax 。从示波器中直接读出Uomax的大小，并记录Uomax = ；从该实验中可以看出，要使放大电路的输出信号从失真到不失真，必须 （增大/减小）输入信号，也就是说，若放大电路的输出产生了失真，则可能是输入信号 （过大/过小）而造成的。严格说来，最大输出幅值是指不失真时放大电路的最大正弦输出信号的幅值。但是，由于放大器件具有非线性的特性，输出波形的非线性失真是不可避免的，因此最大输出幅值是指基本不真或无明显失真时放大电路的最大正弦输出信号的幅值，它包括最大输出电压幅值Uomax和最大输出电流幅值Iomax ，常用的是最大输出电压幅值

46、Uomax 。最大输出幅值是输出其本上不失真时的单项（电压或电最大输出幅值是输出其本上不失真时的单项（电压或电流）指标，而最大输出功率则是综合性的指标，它表示输出流）指标，而最大输出功率则是综合性的指标，它表示输出信号其本不失真的情况下放大电路能输出的最大功率信号其本不失真的情况下放大电路能输出的最大功率, 用用Pom表示。表示。放大电路把较小功率的输入信号放大为较大功率的输出放大电路把较小功率的输入信号放大为较大功率的输出信号，而输出信号的能量是由直流电源提供的，放大电路只信号，而输出信号的能量是由直流电源提供的，放大电路只不过是实现了有控制的能量转换。既然是能量的转换，就存不过是实现了有控

47、制的能量转换。既然是能量的转换，就存在转换效率的问题。效率在转换效率的问题。效率 定义为定义为 （2.3.10）式中式中PV为直流电源消耗的功率。为直流电源消耗的功率。VomPP六最大输出功率六最大输出功率Pom和效率和效率 由放大器件特性的非线性引起的失真，就是非线性失真。为了衡量波形的失真程度，引入非线性失真系数DD定义为在某一频率的正弦输入信号作用下，放大电路的输出信号中的谐波总功率（失真分量）与基波功率P1（不失真分量）之比的平方根： （2.3.11）式中I1、I2、I3和U1、U2、U3分别表示输出电流和电压的基波及和各次谐波的有效值。七七非线性失真系数非线性失真系数THD2 . 4

48、 放 大 电 路 的 基 本 分 析 方 法放 大 电 路 的 基 本 分 析 方 法 放大电路的分析主要有两个方面：1. .分析放大电路的直流工作状态（静态分析）分析放大电路的直流工作状态（静态分析）计算三极管的偏置电压和电流（UBE、IB、IC和UCE）值；并判断三极管是否工作在放大状态；2 . .分析放大电路的交流性能指标（动态分析）分析放大电路的交流性能指标（动态分析）计算Uomax、Au、Ri、Ro等指标。分析的对象不同，所采用的分析方法和三极管的等效电路分析的对象不同，所采用的分析方法和三极管的等效电路模型也不同模型也不同。下面仍以图2.4.1所示共射基本放大电路为例进行分析。该电

49、路中，电阻和电容均为线性元件，这部分电路的电压、电流关系的分析和计算仍可采用经典的线性电路的分析和计算方法。图2.4.1 共射基本放大电路 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE但放大电路中的三极管是非线性器件，要完整地分析整个放大电路，就必须首先了解三极管的iB与uBE、iC与iB以及iC与uCE的关系。图2.4.1 共射基本放大电路 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +s

50、R-+usLR iB+uBE- iC+-uCE其中iC与iB的关系在放大状态下可表示为iC=iB，因此下面关于三极管特性的分析主要是围绕iB与uBE和iC与uCE的关系进行的。图2.4.1 共射基本放大电路 bR uicR-+VCC TIB + -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCE由于放大电路的一个重要特点是交、直流并存，而静态分析的对象是直流量，动态分析的对象是交流量。把电路在us=0（若信号源内阻为零，则为ui=0）时所形成的电流通路称为直流通路；把电路在只考虑交流信号时所形成的电流通路称为交

51、流通路。显然，静态分析要采用直流通路，而动态分析则要采用交流通路。2.4.1 直流通路和交流通路直流通路和交流通路由于放大电路中存在电抗性元件（例如电容、电感），它们对直流量和交流量呈现不同的阻抗，因此直流通路和交流通路是不同的。对于直流，相当于频率f=0，则电容的容抗为无穷大，电感的感抗为零。因此在直流通路中，电容可看成开路，电感可看成短路。在交流通路中，大容量的电容因容抗很小可看成短路，电感量大的电感因感抗很大可看成开路，而直流电源因其两端电压恒定不变可看成短路（其电压变化量为零），恒定的电流源可看成开路。iCTiB-TiC +iB-+C1 Rb Rc RLRbRc+VCCC2 uiuBE

52、+VCC+-uCE+uoUBE-+UCE（a） （b） + 图2.4.2 放大电路的直流通路（a）共射基本放大电路 （b）直流通路TiC +iB-+C1 Rb Rc RL+VCCC2 uiuBE+-uCE+uo RLTecbib-+RbicRcRLui+-uo 图2.4.3 放大电路的交流通路（a）基本放大电路 （b）交流通路 2.4.2 静态工作点静态工作点近似计算近似计算法法 三极管的发射结导通时，B、E两端的导通压降UBE基本不变（硅管约为0.7V，锗管约为0.2V），因此有 IC =IB UCE = VCC IC Rc图2.4.1 共射基本放大电路 bR uicR-+VCC TIB +

53、 -uOC1+ + -C2+ bR uicRVCCT + -uOC1+ + -C2+ +sR-+usLR iB+uBE- iC+-uCEbBECCBRUVI在三极管的特性曲线上直接用作图的方法来分析放大电路的工作情况，这种分析方法称为特性曲线图解法，简称图解法。图解法既可作静态分析静态分析，也可作动态分析动态分析。下面以图2.4.2（a）所示电路为例介绍图解法。设图2.4.2（a）中各元件参数值分别为：VCC =12V，Rb = 300k，Rc = 4k，RL = 4k。图2.4.2 放大电路的直流通路（a）共射基本放大电路 （b）直流通路iCTiB-TiC +iB-+C1 Rb Rc RLR

54、bRc+VCCC2 uiuBE+VCC+-uCE+uoUBE-+UCE（a） （b） + 2.4.3 图解分析法图解分析法1静态分析静态分析图2.4.4（a）为静态时共射基本放大电路的直流通路，它以虚线AB为界分成两个部分：AB左边为非线性部分，右边为线性部分。 bR cR-+VCC T+12ViBiC-+VBB4k300k A B+12V+-uCE非线性部分线性部分图2.4.3（a） 放大电路的直流通路的分割由于三极管在输入回路中的作用相当于一个二极管，导通电压UBE近似不变，因此其基极偏流IB可由简单计算求得：A40mA1040300123bCCbEBCCBRVRUVI bR cR-+VC

55、C T+12ViBiC-+VBB4k300k A B+12V+-uCE非线性部分线性部分由于IB=40A，因此非线性部分的伏安特性就是对应于iB=IB=40A的那一条输出特性曲线，如图示2.4.3（b）所示。VCCVCC /RC =3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o42124681012MQNIC=1.3UCE=6.5 bR cR-+VCC T+12ViBiC-+VBB4k300k A B+12V+-uCE非线性部分线性部分（a） （b） 图2.4.4放大电路的静态工作图解（a）直流通路的分割 （b）图解分析而线性部分的伏安特性由下列方程

56、所确定： （2.5.1b）上式表示iC uCE为平面内的一条直线（MN）。cCCCCERiVuVCCVCC /RC =3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o42124681012MQNIC=1.3UCE=6.5 bR cR-+VCC T+12ViBiC-+VBB4k300k A B+12V+-uCE非线性部分线性部分（a） （b） 图2.4.4 放大电路的静态工作图解（a）直流通路的分割 （b）图解分析直线MN的斜率为（1/Rc）， Rc 直流负载电阻。直线MN称为直流负载线。Q 直流工作点由图2.4.4（b）可得 IC 1.3mA ，UCE

57、 =6.5V。另外，已求得静态值IB =40A ，可近似认为UBE =0.7V ，或由输入特性曲线来确定。2动态分析动态分析对于交流分量，就要采用流通路进行分析。RL= RcRL。 RL=2k放大电路的交流负载电阻。根据图2.4.3（b）中ic与uce = uo的标定方向与极性，有uce =ic RL而uce=uCEUCE，ic=iCIC，代入上式可得uCE UCE = (iCIC)RL （2.5.2）TiC +iB-+C1 Rb Rc RL+VCCC2 uiuBE+-uCE+uo RLTecbib-+RbicRcRLui+-uo uCE UCE = (iCIC)RL （2.5.2）动态时iC

58、 与uCE的关系仍为一直线（AB）直线的斜率为（1/ RL ），由交流负载电阻RL决定。直线通过工作点Q（UCE ，IC）AB称为交流负载线BAVCCVCC /Rc =3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o42124681012MQNIC=1.3UCE=6.55交流负载线图2.4.5 交流负载线由式uCE UCE = (iCIC)RL可得到交流负载线与两坐标轴的交点：A（UCE+ICRL，0)、B（0，IC +UCE/RL）。按图2.4.3a所给的参数，RL =2k，而由于IC =1.3mA，UCE =6.5V，则UCE +IC RL =9.

59、1V，即A点坐标：（9.1V，0mA）BAVCCVCC /Rc =3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o42124681012MQNIC=1.3UCE=6.55交流负载线图2.4.5 交流负载线 在输入信号的作用下，iC和uCE都随着iB变化而变化，此时工作点Q将沿着交流负载线（而不是直流负载线）移动，成为动态工作点，所以交流负载线是动态工作点移动的轨迹，它反映了交、直流共存的情况。 此外，若负载开路，则RL =Rc ，说明交、直流负载线重合。 若接上负载，因RLRc ，说明交流负载线比直流负载线要陡。（a）由输入特性求iB （b）由输出特性

60、求iC 、uCE图2.4.6 动态工作图解8QQB421N5ttA20AIB=40A60A80A100A120AiC(mA)uCE(V)o24610 12MQiB(A)uBE(V)204060iB(A) 2040600.61.32uCE(V)ttuBE(V)UCEUBEIB 电压和电流的波形电压和电流的波形 图2.4.7 工作点选择不当引起的失真（a）截止失真交流负载线UCEQtiCuCEoQQuCEtooibiCuceicIBQQ交流负载线UCEQtiCuCEouCEtooibiCuceicIB（b）饱和失真3、 图解法的应用图解法的应用(1)(1)静态工作点对波形的影响静态工作点对波形的影