第2章 放大电路基础1

1、第第2章章 放大电路基础放大电路基础 基本共射放大电路基本共射放大电路 放大原理放大原理 性能指标性能指标 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 图解分析法图解分析法 模型分析法模型分析法 放大电路的静态偏置及工作点的稳定放大电路的静态偏置及工作点的稳定 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 场效应管放大电路场效应管放大电路 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2.1 基本共射放大电路基本共射放大电路 1.1. 放大放大电路电路概念：概念：基本放大电路一般是指由基本放大电路一般是指由一个三极管一个三极管与相与相应元件组成的三种基本组态放大电路。应元件组成的三种

2、基本组态放大电路。a.a.放大电路主要用于放大放大电路主要用于放大微弱信号微弱信号，输出电压或电流在幅度上，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。得到了放大，输出信号的能量得到了加强。b.b.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的控制控制，使之转换成信号能量，提供给负载。，使之转换成信号能量，提供给负载。2.1.1 基本共射放大电路的组成基本共射放大电路的组成电路组成电路组成: (1)三极管三极管T;(4)VBB：为发射结提供正偏。：为发射结提供正偏。ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2

3、+TvivoCb1(2) vi：输入信号：输入信号(3 )Cb1：耦合电容或隔：耦合电容或隔 直电容，其作用是通交流直电容，其作用是通交流 隔直流。隔直流。基本共射放大电路的组成基本共射放大电路的组成(5)Rb：一般为几十：一般为几十K几千几千K， Rb ,Vbb 属基极回路属基极回路bBEBBBRVVI一般，硅管一般，硅管VBE=0.7V 锗管锗管VBE=0.2VbBBBRVI 当VBBVBE时：ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1基本共射放大电路的组成基本共射放大电路的组成(9) vo：输出信号：输出信号（10) 公共地或共同端。公共地或共同端。 图中

4、各电压的极性是参考极性，图中各电压的极性是参考极性，电流的参考方向如图所示。电流的参考方向如图所示。(8)Cb2：耦合电容或隔：耦合电容或隔 直电容，其作用是通交流直电容，其作用是通交流 隔直流。隔直流。ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1(7)RC：将：将iC的变化转换为的变化转换为vo的变化，的变化， 一一 般几般几K几十几十K。 VCE=VCC-ICRC （6）Vcc:为为JC偏置偏置基本共射放大电路基本共射放大电路RL:负载电阻负载电阻ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1RLT+vivoRLTCb1VCCCb2

5、+ +_ _+ +_ _RbRC2.1.2 共射电路共射电路放大原理放大原理+vivoCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC12V300K4K=40vi 变化 iB 变化 iC 变化 vCE 变化 vo 变化Cb1iC= iBvCE= VCC - iCRCVR-IVVmAII uARVICCCCCEBCbCCB6 . 56 . 1 40 oCCCECBivVRivmAiuAimVv8 . 02 . 051 放大电路实现信号放大的工作过程 信号表示信号表示信号表示（对信号表示（对IC 、VBE 、VCE 等意义相同）：等意义相同）：IB 表示直流量表示直流量 ib 表示交流变化量表示

6、交流变化量 iB 表示交直流混合量表示交直流混合量 Ib 表示相量表示相量 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法n图解分析法图解分析法n静态分析静态分析n动态分析动态分析n模型分析法模型分析法nBJT的折线化模型与静态工作点的折线化模型与静态工作点nBJT的交流小信号模型及放大器的交流的交流小信号模型及放大器的交流参数分析参数分析 直流通路与交流通路直流通路与交流通路静态：静态：只考虑直流信号，即只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变，各点电位不变 （直流工作状态）。（直流工作状态）。直流通路：直流通路：交流通路：交流通路： 放大电路建立正确的放大电路建立正确的静态静态，是是保证保证

7、动态动态工工作的作的前提前提。分析放大电路必须要正确地区分静。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，态和动态，正确地区分正确地区分直流通道和交流通道。直流通道和交流通道。动态：动态：只考虑交流信号，即只考虑交流信号，即vi不为不为0，各点电位变化，各点电位变化 （交流工作状态）。（交流工作状态）。电路中无变化量，电容相当于开路，电路中无变化量，电容相当于开路， 电感相当电感相当于短路于短路电路中电容短路，电感开路，直流电路中电容短路，电感开路，直流 电源对公共电源对公共端短路端短路 直流通路直流通路TRRVb1b2bCCCCC+vovi电容Cb1和Cb2断开TRRVbCCC直流通路 即能通过

8、直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻， Rc 、Rb 。RRVIVCCbCCCV+_+_CEBEVBCI2.2.1 图解分析法图解分析法输入特性VBE=VCC-IBRb输出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a) 画直流通路(b) 把基极回路和集电极回路电路分为线性和非线性两部分(1) 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析1.静态分析静态分析IB40uA、RB=300K、VCC=12VRRVIVCCbCCCV+_+_CEBEVBCI2.2.1 图解分析法图解分析法输出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a) 画直流通路(b) 把基极回路

9、和集电极回路电路分为线性和非线性两部分(1) 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析1.静态分析静态分析图解分析图解分析vCE(v)i C (mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB =100uA(c)作非线性部分的伏安特性曲线BCECIvfi)(=40uA(d) 作线性部分的伏安特性曲线直流负载线VCE=12 - 4 IC (VCC=12V , RC=4K)用两点法做直线M(12V,0)，N(0,3mA)MN(e)直线MN与IB=40uA曲线的交点(5.6V,1.6mA) 就是静态工作点Q（5.6V，1.6mA）Q直流直流负载线负载线IB=40uA、RC=4K、V

10、CC=12V讨论：电路参数变化对讨论：电路参数变化对Q点的影响点的影响vi (mA)3212468C EC01012I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRb改变： Q点沿MN向下移动CECBbVIIRQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路电路参数变化对电路参数变化对Q点的影响点的影响vi (mA)3212468C EC01012I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRC改变：点逆时针转动绕的斜率变小MMNMNRRIVVCCCCCCEQRRbVCCC12V300K4K=

11、40固定偏流电路固定偏流电路电路参数变化对电路参数变化对Q点的影响点的影响vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQVCC改变：向右平移不变MNVIVRIVVCECCCCCCCCEQRRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVIC(2) 静态工作点的近似估算法静态工作点的近似估算法(2) 静态工作点的近似估算法静态工作点的近似估算法 已知硅管导通时VBE0.7V， 锗管VBE 0.2V以及 =40， 根据直流通路则有：VRIVVmAIIARVVICCQCCCEQBQCQbBECCBQ6 .5=6 .1=

12、40=-Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路RbRCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K330K4K15V =50例例2.2.1：电路及参数如图，求：电路及参数如图，求Q点值点值直流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K例例2.2.1VRIVIRIVVcCCCEcCCCCE65 . 4215)R(ReeuARVVIbBECCB405 . 0513307 . 015R)1 (e mAuAIIEC24050150 直流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K2. 动态分析动态分析(交流通路）交流通

13、路）TRRVvvb1b2bCCCCCio+vovi直流电直流电源和耦源和耦合电容合电容对交流对交流相当于相当于短路短路TRRbC+_+_vovi1)直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。2)设设C1、 C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。3)在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。 交流通路：交流通路： 能通过能通过交流的电路通道。从交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的向外看，有等效的交流负载电阻，交流负载电阻， Rc/R

14、L和偏置电阻和偏置电阻Rb 。iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)动态分析动态分析vi=0.02sint(V) ib=20sint(uA)iB= 20uA60uARRVb1b2bCCCCC+vovi=40iC=iB=0.82.4(mA)vCE= 8.8V 2.4Vvo= vce=-3.2sin tRRVb1b2bCCCCC+vovi=404K动态分析动态分析H:3AVI3-1.AVI（动画）（动画）截止失真截止失真vi (mA)3212468CEC010 12I =2

15、0uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB040uAvivoi (uA)BvBEQ截止失真截止失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。截止失真（动画）截止失真（动画）饱和失真饱和失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB080uAvoi (uA)BvBEQ饱和失真vi饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。注意：对于注意：对于PNP管，由于是负

16、电源管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与供电，失真的表现形式，与NPN管管正好相反。正好相反。饱和失真饱和失真（动画）（动画）TRRbC+_+_voviRL交流通路交流负载线交流负载线TRRVvvb1b2bCCCCCio+vo -viRLRL=RC/RL交流负载线交流负载线交流负载线确定方法：交流负载线确定方法： a. 通过输出特性曲线上的通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为点做一条直线，其斜率为- -1/RL RL= RLRc 是交流负载电阻。是交流负载电阻。c. 交流负载线和直交流负载线和直 流负载线相交与流负载线相交与 Q点。点。 b. 交流负载线是有交流负载线是有 交流输入

17、信号时交流输入信号时 Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。最大不失真输出最大不失真输出放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1.工作点工作点Q要设置在输要设置在输出特性曲线出特性曲线放大区的中放大区的中间部位；间部位；2.要有合适要有合适的交流负载的交流负载线。线。 Q位于交流负载线中间时，VomICQRL交流动态范围（动画）2.1.3 2.1.3 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(1) (1) 放大倍数放大倍数(2) (2) 输入电阻输入电阻Ri(3) (3) 输出电阻输出电阻Ro(4) (4) 通频带通频带(1) (1) 放大倍数放大倍

18、数 通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。有关量如图所示。io/VVAv电压放大倍数电压放大倍数：io/IIAi电流放大倍数：电流放大倍数：iiooio/IVIVPPAp功率放大倍数：功率放大倍数：(2) (2) 输入电阻输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小吸取电流大小的参的参数。数。Ri大，放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。大，放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。 Ri的定义的定义: :iiiIVR(3) (3) 输出电阻输出电阻Ro输出电阻是表明放大电路带输出

19、电阻是表明放大电路带负载的能力，负载的能力，Ro大表明放大电大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义的定义: :0,.o.ooSL=VRIVR放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信正弦信号下的交流参数号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下输出不失真的条件下才有意义。才有意义。注意：注意：2.2.2 模型分析法模型分析法图解法的适用范围：信号频率低、幅度较大的情况。图解法的适用范围：信号频率低、幅度较大的情况。 如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小如果

20、电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围内用范围内用直线代替直线代替，从而把放大电路当作线性电路处理，从而把放大电路当作线性电路处理微变等效电路。微变等效电路。 1.1.三极管可以用一个模型来代替。三极管可以用一个模型来代替。 2.2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 3.3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也 具有线性同样的含义具有线性同样的含义。静态工作点的估算静态工作点的估算bCCbBECCBRVRVVIBCIICCCCCERIVV放大电路的静态工作点必须设置在放大电路的静态工作点必须设置在放

21、大区放大区，其静态，其静态工作点可从下式求得工作点可从下式求得信号表示信号表示信号表示（对信号表示（对IC 、VBE 、VCE 等意义相同）：等意义相同）：IB 表示直流量表示直流量 ib 表示交流变化量表示交流变化量 iB 表示交直流混合量表示交直流混合量 Ib 表示相量表示相量 三极管三极管共射共射h参数等效电路参数等效电路共射接法等效的共射接法等效的双端口网络：双端口网络：输入特性表达式：输入特性表达式：vBE= f1 ( iB ,vCE )输出特性表达式：输出特性表达式：iC= f2 ( iB ,vCE )ccebbeIVIV，输出：，输入：+_+_beVbIcIceV1.BJT的低频

22、小信号模型的低频小信号模型三极管共三极管共射射h参数等效电路参数等效电路CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE求全微分：cebccebbeVhIhIVhIhV22212111c+_+-beVbIcIceV输入特性表达式：输入特性表达式：vBE= f1 ( iB ,vCE )输出特性表达式：输出特性表达式：iC= f2 ( iB ,vCE ) (3) h参数0CE)/(BBE11vivh，称为，称为输入电阻输入电阻，即即 rbe。0B)/(CEBE12ivvh，称为，称为电压反馈系数电压反馈系数。0CE)/(BC21viih，称为，

23、称为电流放大系数电流放大系数，即即 。0B)/(CEC22ivih ，称为，称为输出电导输出电导，即即1/rce。cebccebbeVhIhIVhIhV22212111CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE 图03.17 h11和h12的意义h h参数的物理含义见图。参数的物理含义见图。 图 03.18 h21和h22的意义 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 h参数都是微变参数，所以只适合对交流

24、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。三极管共射简化三极管共射简化h参数等效电路参数等效电路忽略忽略h12和和h22影响的影响的简化参数等效电路简化参数等效电路c模型中的主要参数模型中的主要参数 r rbebe三极管的交流输入电阻三极管的交流输入电阻rbeQ= rbb + rbe 200 +(1+) 26mV / IEQ i iB B输出电流源输出电流源 表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源流控制电流源( (CCCS)的特性的特性。rbe re归算到基极回路的电阻。rbb 相当于基相当于基区的体电阻区的体电阻,

25、 对于小功率三极管对于小功率三极管rbb 200 ，。，。 2 用模型分析法求放大器的动态参数用模型分析法求放大器的动态参数放大电路分析步骤：放大电路分析步骤：u画交流通路画交流通路u画微变等效电路画微变等效电路u计算电压放大倍数计算电压放大倍数Avu计算输入电阻计算输入电阻Riu计算输出电阻计算输出电阻Ro1. 画等效电路图计算电压放大倍数画等效电路图计算电压放大倍数AvTRRVvvb1b2bCCC CCio+voviTRRbC+_+_vovibceCbcCobbeiRIIRVrV-I beCiovrRVV-A2. 计算输入电阻计算输入电阻 RibebebbebbebirrRrRrRR/IViiRi3. 计算输出电阻计算输出电阻 Ro 把输入信号源短路（把输入信号源短路（Vs=0）但保留信号源）但保留信号源 内阻，在输出端加信号内阻，在输出端加信号Vo，求此时的，求此时的 Io， 则：则： oooVRI /=CoooRVR=I=所以：如图，如果如图，如果Vs0，则，则 Ib=0， 所以所以 Ib=0 Ro例例2.2.3：求：求Av ，R i，Ro电路及参数如图，电路及参数如图，rbb=100 ，求求Av，Ri，RoRRVvvb1b2bCCC CCio+Re0.5K330K4K15V =50viv