模拟电路基础简明教程(3)

1、第二章第二章放大电路的基本原理放大电路的基本原理2.1放大的概念放大的概念2.2单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.3放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法2.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态2.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.8多级放大电路多级放大电路2.1放大的概念放大的概念本质：本质：实现能量的控制。实现能量的控制。在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动信号控制这个能源，使之输

2、出较大的能量，然后推动负载。负载。小能量对大能量的控制作用称为小能量对大能量的控制作用称为放大作用放大作用。放大的对象是放大的对象是变化量。变化量。元件：元件：双极型三极管和场效应管。双极型三极管和场效应管。2.2单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.2.1单管共发射极放大电路的组成单管共发射极放大电路的组成图图 2.2.1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

3、的变化，传送到电路的输出端；的输出端；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) )。2.2.2单管共发射极放大电路的单管共发射极放大电路的工作原理工作原理一、放大作用：一、放大作用：图图 2.2.1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 )( )(CCCEOBCBBERiuuiiiuu 实实现现了了放放大大作作用用。 Ouu 二、组成放大电路的原则：二、组成放大电路的原则：1. 外加直流电源的外加直流电源的极性必须使发射结正偏，极性必须使发射结正偏，集电结反偏。则有：集电结反偏。则有：BCii 2

4、. 输入回路的接法应使输入电压输入回路的接法应使输入电压 u 能够传送到三能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。3. 输出回路的接法应使变化量输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化能够转化为变化量量 uCE，并传送到放大电路的输出端。，并传送到放大电路的输出端。三、原理电路的缺点：三、原理电路的缺点：1. 双电源供电；双电源供电； 2. uI、uO 不共地。不共地。四、单管共射放大电路四、单管共射放大电路图图 2.2.2单管共射放大电路单管共射放大电路C1 、C2 ：为隔直电容或耦合电容；为隔直电容或耦合电容； RL：为

5、负载电阻。为负载电阻。该电路也称该电路也称阻容耦合阻容耦合单管共射放大电路。单管共射放大电路。2.3放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标图图 2.3.1放大电路技术指标测试示意图放大电路技术指标测试示意图一、放大倍数一、放大倍数) )( (uA 电压放大倍数ioUUAu ) )( (iA 电流放大倍数ioIIAi 二、最大输出幅度二、最大输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压给负载的最大输出电压( (或最大输出电流或最大输出电流) )可用峰可用峰-峰值表峰值表示，或有效值表示示，或有效值表示( (Uom 、I

6、om) )。三、非线性失真系数三、非线性失真系数 D四、输入电阻四、输入电阻 Ri所有谐波总量与基波成分之比，即所有谐波总量与基波成分之比，即12322UUUD 从放大电路输入端看进去的等从放大电路输入端看进去的等效电阻。效电阻。iiiIUR 五、输出电阻五、输出电阻 Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出端看进去的等效电阻。测量测量 Ro： LS0oooRUIUR输入端正弦电压输入端正弦电压 ，分别测量空载和输出端接负载，分别测量空载和输出端接负载 RL 的输出电压的输出电压 、 。oU iUoULooo)1(RUUR 输出电阻愈小，带载能力愈强。输出电阻愈小，带载能力愈强。L

7、oLooRRRUU Aum六、通频带六、通频带BWm21uA七、最大输出功率与效率七、最大输出功率与效率 输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。表示。VomPP ：效率：效率PV：直流电源消耗的功率：直流电源消耗的功率fL fHfL：下限频率：下限频率fH：上限频率：上限频率图图 2.3.2图图 2.4.1( (b) )2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法基本分析方法两种基本分析方法两种图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法2.4.1直流通路与交流通路直流通路与交流通路图图 2.2.2( (b) )图图 2.4.1( (a

8、) )2.4.2静态工作点的近似计算静态工作点的近似计算bceIBQICQ UCEQ图图 2.4.1( (a) )bBEQCCBQRUVI 硅管硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V锗管锗管 UBEQ = (0.1 0.2) VICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC【例例】图示单管共射放大电路中，图示单管共射放大电路中，VCC = 12 V，Rc = 3 k ，Rb = 280 k ，NPN 硅管的硅管的 = 50，试估算静，试估算静态工作点。态工作点。图图 2.4.3( (a) )解：解：设设 UBEQ = 0.7 VA 40mA )2807.012(bBEQCCBQ RUVI

9、ICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V2.4.3图解法图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程一、图解法的过程( (一一) )图解分析静态图解分析静态1. 先用估算的方法计算输入回路先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。2. 用图解法确定输出回路静态值用图解法确定输出回路静态值方法：方法：根据根据 uCE = VCC iCRc 式确定两个特殊点式确定两个特殊点cCCCCECC

10、CEC 0 0 RViuVui 时，时，当当时，时，当当输出回路输出回路输出特性输出特性CCCCCECCCEC0 0 RViuVui ，直流负载线直流负载线Q图图 2.4.2由静态工作点由静态工作点 Q 确 定 的确 定 的 IC Q、UCEQ 为静态值。为静态值。图图 2.4.3( (a) )【例例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集电极直流电源，集电极直流电源 VCC = 12 V，试用图解法确定静态工作点。试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807 . 012(

11、bBEQCCBQ RUVI做直流负载线，确定做直流负载线，确定 Q 点点根据根据 UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 点确定静态值为：点确定静态值为：iC /mA图图 2.4.3( (b) )( (二二) ) 图解分析动态图解分析动态1. 交流通路的输出回路交流通路的输出回路图图 2.4.4 输出通路的外电路是输出通路的外电路是 Rc 和和 RL 的并联。

12、的并联。2. 交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：交流负载线斜率为：LCLL/ 1RRRR ，其中，其中OIBiC / mAuCE /VQ图图 2.4.5( (b) )3. 动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析图图 2.4.5( (a) )输入回路工作情况输入回路工作情况0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC图图 2.4.

13、5( (b) )输出回路工作输出回路工作情况分析情况分析4. 电压放大倍数电压放大倍数BECEIOuuuuAu 图图 2.4.3( (a) )【例例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，出特性曲线如右图，RL = 3 k 。 uCE = (4.5 7.5) V = 3 V uBE = (0.72 0.68) V = 0.04 V解：解：求求 确定交流负载线确定交流负载线LR k 5 . 1/LCLRRR取取 iB = (60 20) A = 40 A则输入、输出特性曲线上有则输入、输出特性曲线上有7504. 03BECE uuAu单

14、管共射放大电路单管共射放大电路当输入正弦波当输入正弦波 uI 时，时，放大电路中相应的放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。图图 2.4.6单管共射放大电路的单管共射放大电路的电压电流波形电压电流波形 二、图解法的应用二、图解法的应用( (一一) )用图解法分析非线性失真用图解法分析非线性失真1. 静态工作点静态工作点过低，引起过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真的波形失真ibui结论：结论：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真截止失真iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真

15、时管截止失真时的输出的输出 uo 波形。波形。uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQOIB = 0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQ2. Q 点过高，引起点过高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真饱和失真饱和失真( (二二) )用图解法估算最大输出幅度用图解法估算最大输出幅度OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流负载线交流负载线 输出波形没有输出波形没有明显失真时能够输明显失真时能够输出最大电压。即输出最大电压。即输出特性的出特性的

16、 A、B 所所限定的范围。限定的范围。22omDECDU Q 尽量设在线段尽量设在线段 AB 的中点。则的中点。则 AQ = QB，CD = DE( (三三) )用图解法分析电路参数对静态工作点的影响用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1. 改变改变 Rb，保持，保持VCC ，Rc ， 不变；不变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 减小，减小，Q 点下移；点下移；Q 点上移；点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32. 改变改变 VCC，保持，保持 Rb，Rc ， 不变；不变； 升高升高 VCC，直流负载线平，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，行右移，动态工作范围增大，但管子的

17、动态功耗也增大。但管子的动态功耗也增大。Q2图图 2.4.9( (a) )图图 2.4.9( (b) )3. 改变改变 Rc，保持，保持 Rb，VCC ， 不变；不变；4. 改变改变 ，保持保持 Rb，Rc ，VCC 不变；不变；增大增大 Rc ，直流负载，直流负载线斜率改变，则线斜率改变，则 Q 点向点向饱和区移近。饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大增大 ，IC Q 增大，增大，UCEQ 减小，则减小，则 Q 点移近饱点移近饱和区。和区。图图 2.4.9 ( (c) )图图 2.4.9 ( (d) )图解法小结图解法小结1. 能够形象地显示静态工作点的位置与

18、非线性能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；失真的关系；2. 方便估算最大输出幅值的数值；方便估算最大输出幅值的数值；3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响；可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4. 有利于对静态工作点有利于对静态工作点 Q 的检测等。的检测等。2.4.4微变等效电路法微变等效电路法 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

19、。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一、简化的一、简化的 h 参数微变等效电路参数微变等效电路( (一一) ) 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 iB uBE 晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线 常数常数 CEBBEbeUiurrbe ：晶体管的输入电阻。：晶体管的输入电阻。 在小信号的条件下，在小信号的条件下，rbe是一常是一常数。晶体管的输入电路可用数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效

20、等效代替。代替。1. 输入电路输入电路Q 点附近的工作段点附近的工作段近似地看成直线近似地看成直线 可认为可认为 uBE 与与 iB 成正比成正比QOiB uBE 图图 2.4.10( (a) )2. 输出电路输出电路假设在假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的点附近特性曲线基本上是水平的( ( iC 与与 uCE无关无关) )，数量关系上，数量关系上， iC 比比 iB 大大 倍；倍； iB iB从三极管输出端看，从三极管输出端看，可以用可以用 iB 恒流源代恒流源代替三极管；替三极管；该恒流源为受控源；该恒流源为受控源；为为 iB 对对 iC 的控制。的控制。uCE QiC O图图 2.

21、4.10( (b) )3. 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 2.4.11三极管的简化三极管的简化 h 参数等效电路参数等效电路cbe + uBE + uCE iC iBebcrbe iB+ uBE + uCE iC iB4. 电压放大倍数电压放大倍数 Au；输入电阻输入电阻 Ri、输出电阻、输出电阻 ROC1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOUbebirIU 而

22、而bLco IRIU io UUAu beLio rRUUAu 所以所以)/(LcLRRR Ri = rbe / Rb ，Ro = RcoUrbe ebcRcRLRbbIcIbI + + iU图图 2.4.12单管共射放大电路的等效电路单管共射放大电路的等效电路( (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

23、 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倍数之间关系电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论讨论1. 当当 IEQ 一定时，一定时， 愈大则愈大则 rbe 也愈大，选用也愈大，选用 值值较大的三极管其较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；并不能按比例地提高；EQbeL26)1(300beIrrRAu 因：因：2. 当当 值一定时，值一定时，IEQ 愈大则愈大则 rbe 愈小，可以得到较愈小，可以得到较大的大的 Au ，这种方法比较有效。，这种方法比较有效。 ( (三三) ) 等效电路法的步骤等

24、效电路法的步骤( (归纳归纳) )1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点的静态工作点 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. 列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。二、二、 微变等效电路法的应用微变等效电路法的应用uA . 1 计计算算电电压压放放大大倍倍数数例：接有发射极电阻的单管放大电路

25、，计算电压放例：接有发射极电阻的单管放大电路，计算电压放大倍数和输入、输出电阻。大倍数和输入、输出电阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOURerbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU图图 2.4.14接有发射极电阻的放大电路接有发射极电阻的放大电路rbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU根据微变等效电路列方程根据微变等效电路列方程eebebiRIrIU be)1( II 其中其中LbLCO RIRIU 而而ebeLiO)1(RrRUUAu eLRRAu 引入发射极电阻引入发射极电阻后，后， 降低了。降低了。uA若满足若满足(1 + )

26、 Re rbe 与三极管的参数与三极管的参数 、rbe 无关无关。uA2. 放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻 bebeiii/)1(RRrIUR 引 入引 入 Re 后，输入电阻后，输入电阻增大了。增大了。3. 放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻coRR rbe ebcRcRLRboUbIcIbI + + ReeIcIrbe bcRcRbbIbI ReeIe将放大电路的输入将放大电路的输入端短路，负载电阻端短路，负载电阻 RL 开开路路 ，忽略，忽略 c 、e 之间的之间的内电阻内电阻 rce 。RLiU图图 2.4.14( (b) )讨论讨论引入引入 Re 后对输出电阻的影响。后对输出

27、电阻的影响。cIrbe ebcRcRbbIbI ReeIrce oU+_OIbceeOCCCOO IrUUIIRUI 其中其中beebi0 rUIU ，因为因为ebececeeCbececeOebececeObeceeceOC)1()1()1(RrrrURIrrrUUrrrUrUrUrUIOe beee/ rRR 式中式中图图 2.4.15求图求图 2.4.14( (a) )电路电路输出电阻的等效电路输出电阻的等效电路将将 代入代入 式，放大电路输出电阻为式，放大电路输出电阻为C I ccooIRUI ebecececooo)1(/RrrrRIUR 上式中，通常上式中，通常 ，故可简化为，故可

28、简化为1becerr )(/ebecececoRrrrRR 如果如果 Re = 0 ，但考虑，但考虑 rce 的作用，则的作用，则ceco/rRR 显然，接入显然，接入 Re 后，三极管集电极至公共端之间的后，三极管集电极至公共端之间的等效电阻大大提高了。等效电阻大大提高了。2.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.5.1温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：子参数的影响主要表现有： 1. UBE 改变。改变。UBE 的温度系数约为的温度系数约为 2 mV/ C，即温度，

29、即温度每升高每升高 1 C，UBE 约下降约下降 2 mV 。 2. 改变。改变。温度每升高温度每升高 1 C， 值约增加值约增加 0.5% 1 %， 温度系数分散性较大。温度系数分散性较大。 3. ICBO 改变。改变。温度每升高温度每升高 10 C ，ICBQ 大致将增加一大致将增加一倍，说明倍，说明 ICBQ 将随温度按指数规律上升。将随温度按指数规律上升。温度升高将导致温度升高将导致 IC 增大，增大，Q 上移。波形容易失真。上移。波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T = 20 C T = 50 C图图 2.5.1温度对温度对 Q 点和输出点和输出波形的影响波形的影响

30、2.5.2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 2.5.2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 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。但温度稳定性愈好。但 Re 增大，增大，UEQ 增大，要保持输增大，

31、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)IBQ，UBQ = (5 10)UBEQ

32、。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 LcL/ RR

33、R cob2b1bei/RRRRrR 2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态三种基本接法三种基本接法共射组态共射组态共集组态共集组态共基组态共基组态2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoUiUoUsU +_ _+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI ( (b) )等效电路等效电路为射极输出器为射极输出器图图 2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路( (a) )电路图电路图一、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(

34、RRUVI BQCQII 则则eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU ( (a) )电路图电路图图图 2.6.1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 eoII )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 i

35、IbIeIoIbeccIbI ( (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 2.6.2求射极输出器求射极输出器 Ro 的等效电路的等效电路2.6.2共基极放大电路共基极放大电路图图 2.

36、6.3共基极放大电路共基极放大电路( (a) )原理电路原理电路VEE 保证发射结正偏；保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管保证集电结反偏；三极管工作在放大区。工作在放大区。( (b) )实际电路实际电路实际电路采用一个电实际电路采用一个电源源 VCC ，用，用 Rb1、Rb2 分分压提供基极正偏电压。压提供基极正偏电压。C1C2+_+_OUiUReVEEVCCRcRLVTC1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiURc一、静态工作点一、静态工作点( (IBQ , ICQ , UCEQ) )图图 2.6.3( (b) )实际电路实际电路C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCb

37、RLiURcCQBEQCCb2b1b1eeBEQBQEQ)(1IUVRRRRRUUI 1EQBQII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 二、电流放大倍数二、电流放大倍数微变等效电路微变等效电路由图可得：由图可得：coei,IIII 所以所以 ecioIIIIAi由于由于 小于小于 1 而近似等于而近似等于 1 ，所以共基极放电电路，所以共基极放电电路没有电流放大作用。没有电流放大作用。+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec图图 2.6.4共基极放大电路的等效电路共基极放大电路的等效电路三、电压放大倍数三、电压放大倍数+_+_OUiURerbeL

38、R iIeICIOIbIbI bec图图 2.6.4由微变等效电路可得由微变等效电路可得beLioLbobebi rRUUARIUrIUu 所以所以共基极放大电路没有电流放大作用，但是共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放具有电压放大作用大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路明该电路输入、输出信号同相位。输入、输出信号同相位。四、输入电阻四、输入电阻暂不考虑电阻暂不考虑电阻 Re 的作用的作用 1)1(bebbebiiirIrIIUR五、输出电阻五、输出电阻暂不考虑电阻暂不考虑电阻 Re 的作用的作用 Ro rcb . 已

39、知共射输出电阻已知共射输出电阻 rce ，而，而 rcb 比比 rce大大 得多，可认为得多，可认为rcb (1 + )rce如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输出电阻为出电阻为Ro = Rc / rcb Rc2.6.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较大大( (数值同共射数值同共射电路，但同相电路，但同相) )小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十几十几 一几百一几百) ) 小小 大大( (几十几十 一百以上一百以上) ) 大大( (几十几十 一百以上一百以上) )电电路路组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集

40、组组 态态共共 基基 组组 态态C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA )1( beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 2.6.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较 频率频率响应响应大大( (几百千欧几百千欧 几兆欧几兆欧) )大大( (几欧几欧 几十欧几十欧) )中中( (几十千欧几十千欧几百千欧几百千欧) )rce小小( (几欧几欧 几十欧几十欧) )小小( (几十千欧以上几十千欧以上) )中中(几百欧几百欧几千欧几千欧) rbe组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集

41、组组 态态共共 基基 组组 态态iRoR 1sbeRrce)1(r 1berebe)1(Rr 差差较好较好好好2.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.7.1场效应管的特点场效应管的特点1. 场效应管是电压控制元件；场效应管是电压控制元件； 2. 栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高； 3. 一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；辐射影响小； 4. 制造工艺简单，有利于大规模集成；制造工艺简单，有利于大规模集成； 5. 存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接

42、地良好，防止漏电击穿管子；地良好，防止漏电击穿管子； 6. 跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。2.7.2共源极放大电路共源极放大电路图图 2.7.3共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系与双极型三极管对应关系b G , e S , c D 为了使场效应管为了使场效应管工作在恒流区实现放工作在恒流区实现放大作用，应满足：大作用，应满足：TGSDSTGS UuuUu 图示电路为图示电路为 N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管组成的放组成的放大电路。大电路。( (UT

43、：开启电压：开启电压) )一、静态分析一、静态分析VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD图图 2.7.3共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路两种方法两种方法近似估算法近似估算法图解法图解法 ( (一一) ) 近似估算法近似估算法MOS 管栅极电流管栅极电流为零，当为零，当 uI = 0 时时UGSQ = VGG而而 iD 与与 uGS 之间近似满足之间近似满足2TGSDOD)1( UuIi( (当当 uGS UT) )式中式中 IDO 为为 uGS = 2UT 时的值。时的值。2TGSQDODQ)1( UUIIDDQDDDSQRIVU 则静态漏极电流为则静态漏极电流为 (

44、(二二) ) 图解法图解法图图 2.7.4用图解法分析共源极用图解法分析共源极放大电路的放大电路的 Q 点点VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS = VDD iDRD 画出直流负载线。画出直流负载线。图中图中 IDQ、UDSQ 即为静态值。即为静态值。二、动态分析二、动态分析),(DSGSDuufi iD 的全微分为的全微分为DSDSDGSGSDDdddGSDSuuiuuiiUU 上式中定义：上式中定义：DSGSDmUuig GSDSDSD1Uuir 场效应管的跨导场效应管的跨导( (毫毫西门子西门子 mS) )。 场效应管漏源之间等效电阻。场效应管漏源之间等效电阻。1. 微变

45、等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：成为：dSDSgsmd1UrUgI 根据上式做等效电路如图所示。根据上式做等效电路如图所示。图图 2.7.5场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路+gsUgsmUgdsUdIDSrGDS由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。是一个受控源。是一个受控源。 gsmUg微变参数微变参数 gm 和和 rDS ( (1) ) 根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。( (2) ) 用求

46、导的方法计算用求导的方法计算 gmDDOTTGSTDOGSDm2)1(2ddiIUUuUIuig 在在 Q 点附近，可用点附近，可用 IDQ 表示上式中表示上式中 iD，则则DQDOTm2IIUg 一般一般 gm 约为约为 0.1 至至 20 mS。 rDS 为几百千欧的数量级。为几百千欧的数量级。当当 RD 比比 rDS 小得多时，可认为等效电路的小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路开路。2. 共源极放大电路的动态性能共源极放大电路的动态性能VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD图图 2.7.6共源极放大电路的微变等效电路共源极放大电路的微变等效电路将将 rDS 开路开路gs

47、iUU 而而DgsmDdoRUgRIU 所以所以DmioRgUUAu 输出电阻输出电阻Ro = RDMOS 管输入电阻高达管输入电阻高达 109 。 D+ gsUgsmUgoUdIDRGSRG+ iU2.7.3分压分压自偏压式共源放大电路自偏压式共源放大电路一、静态分析一、静态分析( (一一) )近似估算法近似估算法根据输入回路列方程根据输入回路列方程图图 2.7.7分压分压 - 自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU 2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解联立方程求出解联立方程求出 UGSQ

48、和和 IDQ。+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU图图 2.7.7分压分压 - 自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路列输出回路方程求列输出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD IDQ(RD + RS)( (二二) )图解法图解法由式由式可做出一条直线，另外，可做出一条直线，另外，iD 与与 uGS 之间满足转移特性曲之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定 UGSQ， IDQ 。SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu SDDDRRV 根据漏极回路方程根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载

49、线，在漏极特性曲线上做直流负载线， 与与 uGS = UGSQ 的的交点确定交点确定 Q，由，由 Q 确定确定 UDSQ 和和 IDQ值。值。UDSQuDS = VDD iD(RD + RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQSGQRUUGQ图图 2.7.8用图解法分析图用图解法分析图 2.7.7 电路的电路的 Q 点点二、动态分析二、动态分析微变等效电路入右微变等效电路入右图所示。图所示。图图 2.7.9图图 2.7.7 电路的电路的微变等效电路微变等效电路D+gsUgSmUg

50、oUDRGSdIiULR+GR1R2R由图可知由图可知DgsmDdoRUgRIU LDD/ RRR 电压放大倍数电压放大倍数DmioRgUUAu 输入、输出电阻分别为输入、输出电阻分别为Do21Gi )/(RRRRRR 2.7.4共漏极放大电路共漏极放大电路源极输出器或源极跟随器源极输出器或源极跟随器图图 2.7.10源极输出器源极输出器典型电路如右图所典型电路如右图所示。示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2+iUOU RG静态分析如下：静态分析如下：分析方法与分析方法与“分压分压-自偏压式共源电路自偏压式共源电路”类类似，可采用估算法和图似，可采用估算法和图解法。解法。动态分析

51、动态分析1. 电压放大倍数电压放大倍数图图 2.7.11微变等效电路微变等效电路D+ gSUgsmUgoUSRGSiULR+GR1R2RLsssgsmoRRRRUgU/ gssmogsiURgUUU)1( 而而所以所以SmSmio1RgRgUUAu . 11 1Sm uuARgA时时，当当可可见见，2. 输入电阻输入电阻Ri = RG + ( R1 / R2 )3. 输出电阻输出电阻图图 2.7.11微变等效电路微变等效电路oUD+ gSUgsmUgSRGS0i UGR1R2ROI在电路中，外加在电路中，外加 ，令，令 ，并使，并使 RL 开路开路OU0i UgsmSooUgRUI 因输入端短

52、路，故因输入端短路，故ogsUU 则则omSomSoo)1(UgRUgRUI 所以所以SmSmooo/111RgRgIUR 实际工作中经常实际工作中经常使用的是共源、使用的是共源、共漏组态。共漏组态。2.8多级放大电路多级放大电路2.8.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式三种耦合方式三种耦合方式阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合一、阻容耦合一、阻容耦合图图 2.8.1阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL+VT1+ iUoU+Rc2Rb2C3VT2+第第 一一 级级第第 二二 级级优点：优点：(1) (1) 前、后级直流电路互不相通，静态

53、工作点相前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；互独立；(2) (2) 选择足够大电容，可以做到前一级输出信号选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。用。不足：不足： (1) (1) 不适合传送缓慢变化的信号；不适合传送缓慢变化的信号；(2) (2) 无法实现线性集成电路。无法实现线性集成电路。二、直接耦合二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Rb2VT2图图 2.8.2两个单管放大电路简单的直接耦合两个单管放大电路简单的直接耦合特点：特点：( (1) ) 可以放大交流和可以

54、放大交流和缓慢变化及直流信号；缓慢变化及直流信号；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。( (3) )各级静态工作点互相影各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；级数增加而上升；( (4) )零点漂移。零点漂移。1. 解决合适静态工作点的几种办法解决合适静态工作点的几种办法改进电路改进电路( (a) )电路中接入电路中接入 Re2，保证第一级集电极有保证第一级集电极有较高的静态电位，但较高的静态电位，但第二级放大倍数严重第二级放大倍数严重下降。下降。 改进电路改进电路( (b) )稳压管动态电阻稳压管动态电阻很小，可以使第二级很小，可以使第二级

55、的放大倍数损失小。的放大倍数损失小。但集电极电压变化范但集电极电压变化范围减小。围减小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2RVT2( (b) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Re2VT2( (a) )改进电路改进电路( (c) )+VCCRc1Rb1+VT1+ iUOURc2Rb2VT2VDz改进电路改进电路( (d) ) 可降低第二级的可降低第二级的集电极电位，又不损集电极电位，又不损失放大倍数。但稳压失放大倍数。但稳压管噪声较大。管噪声较大。可获得合适的工可获得合适的工作点。为经常采用的作点。为经常采用的方式。方式。( (c) )Rc1Rb1+VCC+VT

56、1+ iUOURe2Rc2VT2 ( (d) )图图 2.8.3直接耦合方式实例直接耦合方式实例【例例】图示两级直接耦合放大电路中，已知：图示两级直接耦合放大电路中，已知：Rb1 = 240 k ，Rc1 = 3.9 k ，Rc2 = 500 ，稳压管，稳压管 VDz 的工作的工作电压电压 UZ = 4 V，三极管，三极管 VT1 的的 1 = 45，VT2 的的 2 = 40，VCC = 24 V，试计算各级静态工作点。试计算各级静态工作点。图图 2.8.4例题的电路例题的电路Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2解：设解：设 UBEQ1

57、= UBEQ2 = 0.7 V，则则UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 VmA 4.95mA )9 . 37 . 424(c1CQ1CCc1 RUVIRmA1 . 0mA)2407 . 024(b1BEQ1CCBQ1 RUVI如如 ICQ1 由于温度的由于温度的升高而增加升高而增加 1%，计算静态输出电压，计算静态输出电压 的变化。的变化。ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mAIBQ2 = IRc1 ICQ1 = (4.95 4.5 ) mA = 0.45 mAICQ2 = 2 IBQ2 = (40 0.45 ) mA = 18 mAUO= UCQ2 = VCC ICQ2RC2= (24 18 0.5 ) V = 15 V UCEQ2 = UCQ2 UEQ2 = ( 15 4 ) V = 11 V当当 ICQ1 增加增加 1% 时，即时，即ICQ1 = (4.5 1.01) mA = 4.545 mAIBQ2 = (4.95 4.545) mA = 0.405 mAICQ2 = (40 0.405) mA = 16.2 mAUO = UCQ2 = (24 16.2 0.5)V = 15.9 V比原来升高了比原来升高了 0.9 V ， 约升高约升高 6%