电子线路第二放大电路

1、2.1 放大电路的基本概念放大电路的基本概念 放大电路（亦称放大器）是一种应用极为广泛的电子电路。 在电视、广播、通信、测量仪表以及其它各种电子设备中，是必不可少的重要组成部分。 它的主要功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）进行放大，以满足人们的实际需要。例如扩音机就是应用放大电路的一个典型例子。其原理框图如图2 -1所示。 图 2-1 扩音机原理框图 放大电路输出信号输入信号话筒扬声器第2章 放大电路基础 当人们对着话筒讲话时，声音信号经过话筒（传感器）被转变成微弱的电信号，经放大电路放大成足够强的电信号后，才能驱动扬声器，使其发出比原来大得多的声音。放大电路放大的实质是能量的控制和转换

2、能量的控制和转换。在输入信号作用下，放大电路将直流电源所提供的能量转换成负载（例如扬声器）所获得的能量，这个能量大于信号源所提供的能量。 因此放大电路的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号， 也可能兼而有之。那么，由谁来控制能量转换呢？答案是有源器件，即三极管和场效应管等等。 2.1.1 基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理 1. 基本放大电路的组成基本放大电路的组成 所谓基本放大电路基本放大电路是指由一个放大器件（例如三极管）所构成的简单放大电路。由前面的分析可知，三极管有三个电极， 因此有三种不同的电路组态。下面以应用最广泛的共射电路为例

3、， 说明其组成原则和工作原理。 图2-2所示电路中，AO为放大电路的输入端，外接需要放大的信号ui；BO为放大电路的输出端，外接负载，发射极是放大电路输入和输出的公共端， 所以该电路是共射基本放大电路。 图 2-2 单管共射基本放大电路 RbUBBC1uBEbuiiBVceiEiCuCERcUCCC2uoOIBiBOICiCttOUCEuCEtOuotBOOuitOA 在放大电路中，常把输入电压、输出电压以及直流电压的公共端称为“地”， 用符号“”表示，实际上该端并不是真正接到地，而是在分析放大电路时， 以“地”点作为零电位点（即参考电位点），这样，电路中任一点的电位就是该点与“地”之间的电压

4、。 2. 工作原理工作原理 假设电路中的参数和三极管的特性能保证三极管工作在放大区。 当输入信号为零时，放大电路中只有直流信号，放大电路的输入端AO等效为短路。这时，C1与发射结并联，C1两端的直流电压UC1=UBE，极性为左负右正。同理，C2两端的电压UC2=UCE， 极性为左正右负。 当输入信号加入放大电路时，输入的交流电压ui通过电容C1加在三极管的发射结。设交流电压为ui=Uimsint那么，此时发射结上的瞬时电压uBE为uBE=UC1+ui=UBE+Uimsint上式表明三极管发射结上的电压是直流电压和交流电压的叠加， 也就是说在直流信号基础之上叠加了一个交流信号。 在uBE的作用下

5、，基极电流iB为iB=IB+ib=IB+Ibmsint由于三极管集电极电流iC受基极电流iB的控制，根据iC=iB，则有iC=IB+Ibmsint=IC+ICmsint 上式中ICmsint是被放大了的集电极交流电流ic，从图2-2可以看到集电极和发射极之间的电压uCE为uCE=UCC-iCRc 当输入信号ui增大时，交流电流ic增大，Rc上的电压增大， 于是uCE减小；当ui减小时，ic减小，Rc上的电压随之减小，故uCE增大。可见uCE的变化正好与ic的变化方向相反，因此uCE是在直流电压UCE基础上叠加一个与ui变化相反的交流电压uce，即uCE=UCE+uce=UCE-Ucemsint

6、 瞬时电压uCE中的交流分量经电容C2耦合到放大电路的输出端，于是在输出端得到一个被放大了的交流电压uo，该电压为uo=uce=-Ucemsint 通过上述分析可知，三极管的放大是对输入信号的变化量进行放大，即在输入端加一微小的变化量，通过基极电流对集电极电流的控制作用，在输出端得到一个被放大了的变化量，放大部分的能量由直流电源提供。上述三极管各电极的电压、电流波形，如图2 - 2所示。 图 2-2 单管共射基本放大电路 RbUBBC1uBEbuiiBVceiEiCuCERcUCCC2uoOIBiBOICiCttOUCEuCEtOuotBOOuitOA2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性

7、能指标 任何一个放大电路都可以看成一个二端网络。图2-3为放大电路示意图，左边为输入端口，外接正弦信号源 ，Rs为信号源的内阻，在外加信号的作用下，放大电路得到输入电压 ，同时产生输入电流 ；右边为输出端口，外接负载RL，在输出端可得到输出电压 ，输出电流 。 sUiUiIoIoU图 2-3 放大电路示意图 RssUiUiIRi放大电路RooUoIRLoU 1 放大倍数放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的重要指标。电压放大倍数是输出电压的变化量和输入电压的变化量之比。当放大电路的输入为正弦信号时，变化量也可用电压的正弦量来表示，即 iouuuUUAA(2-1) 电流放大倍数是输出电流的变

8、化量和输入电流的变化量之比， 用正弦量表示为 ioiiiIIAA(2-2) 2. 输入电阻输入电阻 放大电路的输入端外接信号源，对信号源来说放大电路就是它的负载。 这个负载的大小就是从放大电路输入端看进去的等效电阻，即放大电路的输入电阻Ri。通常定义输入电阻Ri为输入电压与输入电流的比值，即 iiiIUR(2-5) Ri越大，则放大电路输入端从信号源分得的电压越大，输入电压 越接近于信号源电压 ，信号源电压损失小；Ri越小， 则放大电路输入端从信号源分得的电压越小，信号源内阻消耗的能量大，信号源电压损失大，所以希望输入电阻越大越好。 iUsU 3 输出电阻输出电阻 放大电路的输出端电压在带负载

9、时和空载时是不同的，带负载时的输出电压 比空载时的输出电压 有所降低，这是因为从输出端看放大电路， 放大电路可等效为一个带有内阻的电压源， 在输出端接有负载时，内阻上的分压使输出电压降低，这个内阻称为输出电阻Ro，它是从放大电路输出端看进去的等效电阻。通常定义输出电阻Ro是在信号源短路（即 =0, Rs保留），负载开路的条件下，放大电路的输出端外加电压 与相应产生的电流 的比值，即 oUoUsUUILsRUoIUR0(2-6) 在实际工作中，也可根据放大电路空载时测得的输出电压 和带负载时测得的输出电压 来得到，即 oUoULooooLoLoRUURURRRU1(2-7) 输出电阻是衡量放大电

10、路带负载能力的一项指标， 输出电阻越小，表明带负载能力越强。 4 通频带通频带图 2-4 放大电路的频率指标 | A|m AfLfHf通频带|707. 0m AO 当放大倍数从 下降到 （即0.707 ）时，在高频段和低频段所对应的频率分别称为上限截止频率fH和下限截止频率fL。fH和fL之间形成的频带宽度称为通频带，记为fBW。 mA2/mAmALHBWfff(2-8) 通频带越宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。 但是通频带宽度也不是越宽越好，超出信号所需要的宽度，一是增加成本，二是把信号以外的干扰和噪声信号一起放大， 显然是无益的。所以应根据信号的频带宽度来要求放大电路应有的通频

11、带。 5 非线性失真系数非线性失真系数 由于放大器件具有非线性特性，因此它们的线性放大范围有一定的限度，超过这个限度， 将会产生非线性失真。当输入单一频率的正弦信号时，输出波形中除基波成分外，还含有一定数量的谐波，所有的谐波成分总量与基波成分之比，称为非线性失真系数D。设基波幅值为A1、二次谐波幅值为A2、三次谐波幅值为A3、，则 213212AAAAD(2-9) 6 最大不失真输出电压最大不失真输出电压 最大不失真输出电压是指在输出波形不失真的情况下，放大电路可提供给负载的最大输出电压。一般用有效值Uom表示。 7 最大输出功率和效率最大输出功率和效率 最大输出功率是指在输出信号不失真的情况

12、下，负载上能获得的最大功率，记为Pom。在放大电路中，输入信号的功率通常较小，经放大电路放大器件的控制作用将直流电源的功率转换为交流功率，使负载上得到较大的输出功率。通常将最大输出功率Pom与直流电源消耗的功率PV之比称为效率，即 VomPP(2-10) 它反映了直流电源的利用率。 2.1.3 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 由放大电路的工作原理可知，放大电路工作在放大状态时， 电路中交直流信号是并存的。为了便于分析，常将交流信号和直流信号分开研究。 这样就需要根据电路的具体情况，正确地画出直流通路和交流通路。所谓直流通路直流通路是指在直流电源作用下，直流电流所流经的路径。画直流通路的原

13、则是电容视为开路、电感视为短路。所谓交流通路交流通路是指在输入信号作用下，交流电流所流经的路径。画交流通路的原则是容量大的电容视为短路（如耦合电容），直流电压源（忽略其内阻）视为短路。 现以单管共射放大电路为例，画出直流通路和交流通路。在图2-2中，由于UBB和UCC的负端连在一起，为了方便起见，只用一个电源即可。方法是省去基极直流电源UBB，适当调整基极电阻Rb数值，将其接到集电极直流电源UCC的正端，同样可保证发射结正偏。直流电源UCC的电池符号可以不画，只标出它对“地”的电压大小和极性，其正端接集电极电阻Rc，以保证集电结反偏。 如此按习惯画法画出外接信号源和负载的单管共射放大电路如图2

14、-5（a）所示。 根据上述画直流通路和交流通路的原则可得到图2-5（a）的直流通路和交流通路如图2-5（b）和（c）所示。 图 2-5 单管共射放大电路的直流通路和交流通路(a) 单管共射放大电路； (b) 直流通路； (c) 交流通路 uiC1RbRcC2VRLuo UCCRsus(a)RcRbV UCC(b)uiRbVRsus(c)RcRLuo2.1.4 静态工作点的设置静态工作点的设置 当外加输入信号为零时，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称静态。此时，在直流电源UCC的作用下，三极管的各电极都存在直流电流和直流电压，这些直流电流和直流电压在三极管的输入和输出特性曲线上各自对应一点

15、Q，该点称为静态工作点。静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用IBQ、UBEQ表示，集电极电流、集电极与发射极之间的电压分别用ICQ、UCEQ表示。 由图2-5（b）的直流通路可求得静态基极电流为 bBEQCCBQRUUI(2-11) 在近似估算中常认为UBEQ为已知量，可近似认为硅管的UBEQ=0.7 V，锗管的UBEQ=0.2 V。 ,BCIIBQCQII由图2-5（b）的集电极回路可得 cCQCCCEQRIUU(2-13) 已知三极管的集电极电流与基极电流之间的关系为 ， 则集电极电流为 假设图2-5（a）是不设静态工作点的放大电路，即将基极电阻Rb去掉，当在输入端加入正弦

16、交流电压信号时，由于三极管的发射结的单向导电作用， 在输入信号的负半周发射结反向偏置，三极管截止，基极电流和集电极电流均为零， 输出端没有输出。 在输入信号的正半周，由于输入特性存在导通电压且在起始处弯曲，使基极电流不能马上按比例地随输入电压的大小而变化， 导致输出信号失真。 因此放大电路中必须设置静态工作点，即在没有输入信号时，就预先给三极管一个基极直流电流， 使三极管发射结有一个正向偏置电压，当加入交流信号后，交流电压叠加在直流电压上， 共同作用于发射结，如果基极电流选择适当，可保证加在发射结上的电压始终为正， 三极管一直工作在线性放大状态，不会使输出波形失真。 此外，静态工作点的设置不仅

17、会影响放大电路是否会产生失真， 还会影响放大电路的性能指标，如放大倍数、最大输出电压等，这些将在后面加以说明。 2.2 放大电路的放大电路的图解分析法图解分析法2.2.1 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCICRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 bBBBBERIVV V

18、 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与，与IBQ曲线的交点即为曲线的交点即为Q点，点，从而得到从而得到VCEQ 和和ICQ。 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是，两线的交点即是Q点，得到点，得到IBQ。bBBBBERIVV 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的的波形波形2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析tVsinsms vbBsBBBERiV vv 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画

19、出iC和和vCE 的波形的波形cCCCCERiV v 共射极放大电路中的电压、电流波形共射极放大电路中的电压、电流波形2.2.2 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形截止失真的波形 饱和失真的波形饱和失真的波形图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况幅度较大而工作频率不太高的情况优点：优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点

20、的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。电路的静态、动态工作情况。缺点：缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。电阻、输出电阻等动态性能指标。共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。

21、此时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当）当Rb=100k 时，时，3.2mAA4080BQCQ II5.6V3.2mA2kV12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1c

22、CESCCCM RVVICMBQ II 由由于于，所以，所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），2.3.1 BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。

23、处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。2.3 放大电路的等效电路放大电路的等效电路分析法分析法 H参数的引出参数的引出),(CEB1BEvvif 在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBQCEQvvvvv IVii用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hf

24、eib+ hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBQCEQvv IViiiiiBJT双口网络双口网络CEQBBEie Vih v输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的

25、输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。参数）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEQBCfe Viih BQCEBEre Ihvv BQCECoe Iihv 根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceBJT双口网络双口网络 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H

26、H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 受控电流源受控电流源h hfefei ib b ，反映了，反映了BJTBJT的基极电流对集电极电流的控的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由制作用。电流源的流向由ib的流的流向决定。向决定。 hrevce是一个受控电压源。是一个受控电压源。反映了反映了BJT输出回路电压对输入输出回路电压对输入回路的影响。回路的影响。 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽略它们都很小，常忽略它们的影响。的影响。 BJT在共射极连接时，其在共射极连接时，其H参数的参数的数量级一般为数量级一般为

27、S101010101052433oefereieehhhhh 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，可用图示仪测出。点有关，可用图示仪测出。rbe= rbb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 re ） 晶体管输入电阻晶体管输入电阻的的计算计算2.3.2 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通

28、路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路bBEBBBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知已知。BCII LCcCECCCE)(RIRVVV （2）画小信号等效电路）画小信号等效电路H参数小信号等效电路参数小信号等效电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标根据根据)(bebbirRi vbcii )/(LccoRRi v则电压增益为则电压增益为bebLcbebbLcbbebbLccio)/()()/()()/(rRRRrRiRRirRiRRiA vvv（可作为公式）（可作为公式）1、电压增益电压增益H参数小信号等效电路参数小信号等

29、效电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标2、输入电阻输入电阻3 3、输出电阻输出电阻令令0i v0b i0b iRo = Rc 所以所以bebbbebbbiiiirRirRiiiR )( vv LsR,0ttovviR小信号等效电路小信号等效电路2.3.3 带带RE的的共射极放大电路分析共射极放大电路分析1.1.电压增益电压增益输出回路：输出回路：)|(LcboRRi v输入回路：输入回路：ebbebeebebi)1(RiriRiri v电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbio)1()|()1()|(RrRRRriRRiA vvv确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r

30、rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 求增益求增益放大电路指标分析放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）oR2 2、输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻)1(ebebiRri vb2ib1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 3 3、输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻oco| RRR求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试

31、电压0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiriiv其中其中b2b1ss|RRRR 则则)1(esbeecectoRRrRriR v当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）3. 小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围 放大电路的输入信号幅度较小，放大电路的输入信号幅度较小，BJTBJT工作在其工作在其V-T特性曲线的线性范特性曲线的线性范围（即放大区）内。围（即放大区）内。H H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。路的动态性

32、能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点优点： 分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(Av 、Ri和和Ro等等)非常方便，且适用于非常方便，且适用于频率较高时的分析。频率较高时的分析。缺点缺点： 在在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的的H参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。而言的，不能用来分析计算静态工作点。2.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 1.3.5节讨论过，温度上升时，节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流的反向电流

33、ICBO、ICEO及电流放大系数及电流放大系数 或或 都会增大，而发射结正向压降都会增大，而发射结正向压降VBE会减会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流态电流ICQ随温度升高而增加随温度升高而增加（ICQ= IBQ+ ICEO） ，从而使，从而使Q点随温度变化。点随温度变化。 要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流自动地适当减小基极电流IBQ 。2.4 放大电路工作点的稳定放大电路工作点的稳定（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目

34、标：温度变化时，目标：温度变化时，使使IC维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b点点电位能基本不变电位能基本不变，则可实现，则可实现静态工作点的稳定。静态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理： IC IE VE 、VB不变不变 VBE IB IC （反馈控制）（反馈控制）2.4.2 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a) 原理电路原理电路 (b) 直流通路直流通路（2 2）静态工作点静态工作点的设置的设置CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ b点电位基本不变的条件点

35、电位基本不变的条件：I1 IBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 2.5 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图所示共集电极电路结构如图所示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 小信号等效电路小信号等效电路2

36、.2.动态分析动态分析交流通路交流通路 电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RiriRiiri v电压增益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，同同相相与与iovv射级射级/ /电压跟随器电压跟随器1 vA即即。输入电阻输入电阻当当1 ，beLrR 时，时，Lbi| RRR 输入电阻大输入电阻大)1(| )1(LbLibiiiiiRrRRrRiR be

37、bevvvv输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteRiR v其中其中bss| RRR 则则输出电阻输出电阻rRRiR 1|besettov当当 1beserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小rRRR 1|beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1(|LbebiRrRR 1 vA2.6 共基极放大电路共基极放大电路1.1.静态

38、工作点静态工作点直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：LcL| RRR 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 小信号等效电路小信号等效电路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv )1(/beieiiiiir

39、RiRvvvv rR 1|bee放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2.2.三种组态的比较三种组态的比较3.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电

40、阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输只有电

41、压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 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 1 阻容耦合阻容耦合 将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端，称为阻容耦合。C1V1Rb1Rc1Rb2V2Rc2C3RL UCCuoC2ui第一级第二级阻容耦合方式 2. 直接耦合直接耦合 将前一级的输出端直接连接到后一级的输

42、入端，称为直接直接耦合耦合，如图（a）所示。直接耦合方式的优点是既能放大交流信号，也能放大变化缓慢的信号。更为重要的是，直接耦合方式电路中没有大容量的电容，因此易于集成，在实际使用的集成放大电路中一般都采用直接耦合方式。 由于直接耦合的放大电路前后级之间是直接连接，因此前后级之间存在着直流通路，这就造成了各级静态点相互影响， 若处理不当，会使放大电路无法正常工作。对于直接耦合的放大电路， 需要解决以下两个问题。 直接耦合放大电路直接耦合放大电路V1Rb1Rc1Rb2V2Rc2 UCCuoui第一级第二级(a)Rb1Rc1V2Rc2 UCCuoui第一级第二级(b)Re2V1Rb1Rc1V2Rc

43、2 UCCuoui第一级第二级(c)VDZRV1Rb1Rc1V2Rc2 UCCuoui第一级第二级(d)Re2V1 1） 级间的匹配问题 在（a）中，V1管的集电极电位被V2管的基极限制在0.7 V左右，使V1管的Q点接近于饱和区，因而不能正常放大。 为此，可以在V2管的发射极加发射极电阻Re2，如图（b）所示。由于Re2的接入，提高了第二级基极电位UB2，从而保证了V1管的集电极得到较高的静态电位，使V1管不致工作在饱和区。 然而，Re2接入后，使后一级的电压放大倍数大大下降，从而影响整个电路的放大能力。 为了解决上述问题，在（c）所示电路中用一只稳压管VDZ取代电阻Re2，对于直流量，稳压

44、管相当于一个稳压电源，限流电阻R的作用是保证稳压管工作在稳压状态；对于交流量， 稳压管等效成一个动态电阻。由于稳压管的动态电阻很小，一般为十几至几十欧姆，因此几乎不会影响到第二级的放大倍数。 为了使各级三极管都工作在放大区，必然要求V2的集电极电位高于基极电位，也就是高于V1管的集电极电位，这样，当放大电路的级数增加时，势必使基极和集电极电位逐级上升，最终接近电源电压，这样会使后级的静态工作点不合适。改进的方法是将NPN管和PNP管组合，构成直接耦合放大电路，如图（d）所示。由于后级采用了PNP管，其集电极电位比基极电位低， 即使耦合级数较多，也可以使各级获得合适的静态工作点。 2） 零点漂移

45、问题 人们在实验中发现，在直接耦合放大电路中，若将输入端短路，用灵敏的直流表测量输出端，有一个相当可观的、随时间缓慢变化的不规则信号输出， 即输出电压在静态值上下随机偏离， 如图所示。这种输入电压为零，输出电压不为零且缓慢变化的现象称为零点漂移零点漂移，简称零漂。 uotO零点漂移现象 在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、器件参数随温度的变化等，都会产生零点漂移。在阻容耦合的放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压被耦合电容阻隔， 不会传送到下一级放大电路进一步放大。但是，在直接耦合放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压会被毫无阻隔地传输到下一级， 并且被逐级放大，以致于有时在输

46、出端很难分辨出哪个是有用信号，哪个是漂移电压。换句话说，有用信号被漂移电压“淹没”了，放大电路不能正常工作。 对于电源电压的波动、元件的老化所引起的零漂可采用高质量的稳压电源或经过老化实验的元件来减小，因此温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，故也将零点漂移称为温度漂移，简称温漂。温漂。抑制零点漂移的方法：1、温度补偿，用与放大管温度系数相同的器件去抵消温度变化对放大管的影响。2、在放大电路中引入直流负反馈。3、采用差分放大电路。 3. 变压器耦合变压器耦合 变压器能传递交流信号，因此将放大电路的前后级利用变压器连接起来，称为变压器耦合，如图所示。图中第一级的输出信号经

47、变压器Tr1传送到第二级，第二级的输出信号经变压器Tr2传送给负载并进行阻抗变换，Cb是偏置电阻Rb21、Rb22的旁路电容，主要防止信号被偏置电阻所衰减。 Rb12C1Rb11uiRe1Tr1Rb22CbRe2V1V2RLuo UCCTr2Ce2Rb21第一级第二级变压器耦合放大电路 变压器耦合方式的优点是不但可以传递信号，而且还能实现阻抗变换，利用这一特点，根据所需要的放大倍数，选择适当的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压，并且当匹配得当时，负载还可获得足够大的功率。由于变化缓慢的信号和直流信号也不能通过变压器，因此变压器耦合方式的放大电路， 各级静态工作点相互独立。该方式的缺点是体积大

48、、造价高、 不易于集成，目前即使是功率放大电路也较少采用变压器耦合方式。 2.8.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析 在多级放大电路中，各级之间是相互串行连接的，前一级的输出信号就是后一级的输入信号，后一级的输入电阻就是前一级的负载，因此多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即 unuuinoioiouAAAUUUUUUA212211多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻， 即 Ri=Ri1 多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻， 即 Ro=Ron 需要注意，当共集电极电路作为多级放大电路的输入级时， 多级放大电路的输入电阻与其负载，即后一级的输入电阻

49、有关； 当共集电极电路作为输出级时，多级放大电路的输出电阻与其信号源内阻， 即其前一级的输出电阻有关。 【 例 】 两 级 放 大 电 路 如 图 所 示 ， 已 知 1= 2= 5 0 ，UBE1=UBE2=0.7 V，rbb=300 ，电容器对交流可视为短路。 （1） 试估算该电路V 1管和V 2管的静态工作点; （2） 估算该电路的电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻。 Rc110 kV1Re1280 e1R3 kCeRe25 kV2C2RL5 k UCC(20 V)33 kRb12Rb118.2 kC1uiuo解解 （1） 因为 VURRRUCCbbbBQ98. 320332 . 82

50、. 81211111所以 mARRUUIIeeBEQBQEQCQ1328. 07 . 098. 3111111AIICQBQ2050111Rc 110 kV1Re 1280 e1R 3 kCeRe25 kV2C2RL5 kUCC( 20 V)33 kRb 12Rb 118.2 kC1uiuo 又因为V1管和V2管之间是直接耦合方式，V1管的集电极电位等于V2管的基极电位，V2管的基极电流相对于V1管的集电极电流较小，因此忽略IB2，可得 VRRRIUUeecCQCCCEQ72. 6) 328. 010(120)(11111列出第二级放大电路输入回路方程 2221eEQBEQCQRIUU由于 U

51、CQ1UCC-ICQ1Rc1=20-110=10 V 所以 VRIUUAIImARUUIIeCQCCCEQCQBQeBEQCQEQCQ7 .10586. 1202 .375086. 186. 157 . 0102222222122Rc 110 kV1Re 1280 e1R 3 kCeRe25 kV2C2RL5 kUCC( 20 V)33 kRb 12Rb 118.2 kC1uiuo（2）画小信号等效电路kIrrkIrrEQbbbeEQbbbe01. 186. 126)501 (30026)1 (626. 1126)501 (30026)1 (2211小信号等效电路 1bIrbe1Re1Rc1c

52、1b22bIrbe22bIe2Re2oURLRb12Rb11iU1bIb1e1c2Ri2Rc 110 kV1Re 1280 e1R 3 kCeRe25 kV2C2RL5 kUCC( 20 V)33 kRb 12Rb 118.2 kC1uiuo由等效电路可知，第二级的输入电阻Ri2为 2928. 0)501 (626. 1)129/10(50)1 ()/(129)5/5()501 (01. 1)/)(1 (1121121222ebeicuuuuLebeiRrRRAAAAkRRrR1bIrbe1Re1Rc1c1b22bIrbe22bIe2Re2oURLRb12Rb11iU1bIb1e1c2Ri2输

53、出电阻为 kRrRRcbeeo20.05011001.1/51/1221bIrbe1Re1Rc1c1b22bIrbe22bIe2Re2oURLRb12Rb11iU1bIb1e1c2Ri2两级放大电路的输入电阻为 Ri=Rb11Rb12rbe1+(1+)Re1 =338.21.626+(1+50)0.284.6 k 2.9 差分放大电路的组成差分放大电路的组成 差分放大电路是由差分放大电路是由对称对称的两个基本放大电路，通过的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。如图所示。对称的含义是两个射极公共电阻耦合构成的。如图所示。对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。三极管的特性一

54、致，电路参数对应相等。基本差分放大电路基本差分放大电路即：即： 1= 2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb2.9.1 基本基本差分放大电路差分放大电路差分放大电路一般有两个输入端：差分放大电路一般有两个输入端：同相输入端，反相输入端。同相输入端，反相输入端。 差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极极C1，另一个是集电极，另一个是集电极C2。 从从C1 和和C2输出称为输出称为双端输出双端输出，仅从集电极，仅从集电极 C1或或C2 对地输出

55、称为对地输出称为单端输出单端输出。 信号的输入方式：若信号同时加到同相输入信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为端和反相输入端，称为双端输入；双端输入； 若信号仅从一若信号仅从一个输入端对地加入，称为个输入端对地加入，称为单端输入。单端输入。结构特点：基本差分放大电路基本差分放大电路共模信号和差模信号示意图共模信号和差模信号示意图差模信号和共模信号的概念 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。对共模信号不予放大。 温度对三极管电流的影响相当于加入了共模温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大电路是模拟集成

56、运算放大器输入信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的电路形式。级所采用的电路形式。 差模信号差模信号 共模信号共模信号 是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相反相等，极性相反的信号。的信号。 是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相同相等，极性相同的信号。的信号。双电源差分放大电路ECCEEEeCEcCCCCBC=2=VVVVRIVRIVVIIesBEEEB2)1 (=RRVVI1、 差分放大电路的静态计算 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输

57、入端路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源从接地改为接负电源VEE。 由由IB的计算式可知，的计算式可知，Re对一半差分对一半差分电路而言，只有电路而言，只有2 Re 才能获得相同的电才能获得相同的电压降。压降。 如图所示。由于接入负电源，如图所示。由于接入负电源，所以偏置电阻所以偏置电阻Rb可以取消，改为可以取消，改为VEE和和Re提供基极偏置电流。提供基极偏置电流。基极电流为基极电流为: :1）差模状态动态计算）差模状态动态计算 差分放大电路的差模工作状态分为四种差分放大电路的差模工作状态分为四种: 1. 双端输入、双端输

58、出（双端输入、双端输出（双双-双双） 2. 双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双双-单单） 3. 单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单单-双双） 4. 单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单单-单单） 主要讨论的问题有：主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻2、差分放大电路的动态计算双端输入双端输出双端输入双端输出(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Avd 双端输入差放电路如图所示。负载电阻接在两双端输入差放电路如图所示。负载电阻接在两集电极之间。集电极之间。vi 接在两输入端之间，也可看成接在两输入端之间，也可

59、看成 vi /2各接在两输入端与地之间。各接在两输入端与地之间。 besLcd)2/(rRRRAv 这种方式适用于这种方式适用于双端输入和双端输出，双端输入和双端输出，输入、输出均不接地输入、输出均不接地的情况。的情况。双端输入双端输出差模电压放大倍数双端输入双端输出差模电压放大倍数 besLcd2/rRRRAv双端输入单端输出差模电压放大倍数双端输入单端输出差模电压放大倍数 这种方式适用于将这种方式适用于将差分信号转换为单端输差分信号转换为单端输出的信号。出的信号。 双端输入单端输出因只利双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量，用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是

60、所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。双端输出的二分之一。 双端输入单端输出双端输入单端输出 单端输入双端输出差模电压放大倍数单端输入双端输出差模电压放大倍数 单端输入信号可以转单端输入信号可以转换为双端输入，其转换过换为双端输入，其转换过程见图。右侧的程见图。右侧的Rs+rbe归归算 到 发 射 极 回 路 的 值算 到 发 射 极 回 路 的 值(Rs+rbe) /(1+ ) 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。工作原理