模拟电子电路

1、本章的主要学习内容本章的主要学习内容1.1 概概 述述1.2 1.2 工作原理工作原理1.3 1.3 主要技术指标主要技术指标1.4 1.4 基本分析方法：基本分析方法：图解法图解法，微变等效电路法微变等效电路法1.5 1.5 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 1.6 1.6 放大电路的三种组态放大电路的三种组态1.8 1.8 放大电路的频率响应放大电路的频率响应1.9 1.9 多级放大电路多级放大电路第一章第一章 放大电路的基本原理和分放大电路的基本原理和分析方法析方法1.1 概概 述述放大电路是模拟电路中最常用的，最基本的一种放大电路是模拟电路中最常用的，最基本的一种典型电路。典型电路。“

2、放大放大”的实质是能量的控制。的实质是能量的控制。放大的作用是针对变化量而言的。放大的作用是针对变化量而言的。1.2 单管放大电路单管放大电路1、单管放大电路的组成、单管放大电路的组成1）电路如图所示）电路如图所示2）电路中各元件的作用）电路中各元件的作用2、单管放大电路的放大原理单管放大电路的放大原理+ VCC -RcRbiB + ui -VBB+ uo-iCUCEIC(mA)0iB4iB3iB2iB1iB0放大的目的：放大的目的： uiuo输入回路：输入回路： uiiB三极管：三极管： iBiC( iB)输入回路：输入回路： iC uo2.2.单管放大电路的放大原理单管放大电路的放大原理组

3、成放大电路必须做到三点基本要求：组成放大电路必须做到三点基本要求：1)1)为了保证三极管工作在放大区，必须使三极管的为了保证三极管工作在放大区，必须使三极管的发射发射结正向偏置，集电结反向偏置结正向偏置，集电结反向偏置。3)3)输出端能得到放大了的信输出端能得到放大了的信号，输出回路应使集电极电号，输出回路应使集电极电流的变化能够转变为集电极流的变化能够转变为集电极电压的变化，即保证电压的变化，即保证 i iC C u uCECE。2)2)必须使输入信号的变化能送必须使输入信号的变化能送到输入回路中，并使基极电流到输入回路中，并使基极电流变化，即保证变化，即保证 u ui i i iB B。+

4、 VCC -RcRbiB + ui -VBB+ uo-iC2.2.单管放大电路的放大原理单管放大电路的放大原理实际的单管共射放大电路实际的单管共射放大电路:1. 用单电源用单电源VCC供电，省去供电，省去VBB。2. 用了用了C1、C2的输入端和输出端的隔直电容的输入端和输出端的隔直电容VCC + ui -+ uo-RcRbC1C2T放大电路uiuO2.2.单管放大电路的放大原理单管放大电路的放大原理放大电路uiuORiIi + Us -Ro+ Uo-Io+ Uo-RLRs+ Ui -放大放大电路电路1.3 放大电路的放大电路的主要技术指标主要技术指标 一、放大倍数一、放大倍数1. 电压放大倍

5、数电压放大倍数2. 电流放大倍数电流放大倍数放大放大电路电路RiIi + Us -Ro+ Uo-Io+ Uo-RLRs+ Ui -ioiiouIIAUUA 放大倍数是衡量电放大倍数是衡量电路放大能力的指标。放路放大能力的指标。放大倍数在电路无明显失大倍数在电路无明显失真的情况下才有意义。真的情况下才有意义。二、输入电阻二、输入电阻RiIi + Us -Ro+ Uo-Io+ Uo-RLRs+ Ui -信号源信号源iiiIUR 对同一个信号源对同一个信号源(Us，Rs)，输入信号输入信号Ui的的大小与输入电阻大小与输入电阻Ri有关。有关。 Ri愈大，愈大，Ui愈大，愈大，Ii愈小，则放大电路向信号

6、源索取的电流愈小，愈小，则放大电路向信号源索取的电流愈小，对同样对同样Au来说得到的来说得到的Uo也愈大。也愈大。Au三、输出电阻三、输出电阻 LR,0SUOOOIURRiRsRo+ Uo-Io 输出电阻输出电阻Ro是是衡量放大电路带负衡量放大电路带负载能力的指标。载能力的指标。 Ro愈小，电路的带愈小，电路的带负载能力愈强。负载能力愈强。Ro也可实测：也可实测：LOOOOLOLOR1UURURRRU Ii+ Ui -Ro+ Uo-Io+ Uo-RLRi + Us -Rs四、最大输出幅度四、最大输出幅度 Uomax五、最大输出功率五、最大输出功率Pom与效率与效率 六、失真系数六、失真系数七、

7、通频带七、通频带通频带是衡量电路对不同频率的输入信号适应能通频带是衡量电路对不同频率的输入信号适应能力的指标。力的指标。把放大倍数下降到中频放大倍数把放大倍数下降到中频放大倍数0.7070.707倍的两点倍的两点所限定的频率范围定义为放大电路的通频带，所限定的频率范围定义为放大电路的通频带，用符号用符号 f fbwbw表示。表示。fAuAum0.707Aumfbw1.4 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法一、一、 直流通路与交流通路直流通路与交流通路电路对直流信号来说，电容开路。静态工作点电路对直流信号来说，电容开路。静态工作点的分析要用直流通路。的分析要用直流通路。VCC ui u

8、oRcRbC2TVCCRcRbT1.1.直流通路与交流通路直流通路与交流通路C1VCC ui uoRcRbC2Tui + uo -RcRb 对交流信号，对交流信号，电容电容C和直流电源和直流电源VCC视为视为短路短路。电路动态特性的分析要用交流通路。电路动态特性的分析要用交流通路。二、静态工作点的近似估算二、静态工作点的近似估算输入回路：输入回路：bBEQCCBQCCBEQbBQRUVIVURI VCCRcRbIBQ+ UBEQ -ICQ+ UCEQ -硅管：硅管：UBEQ 0.7V锗管：锗管： UBEQ 0.2V三极管工作区：三极管工作区：ICQ IBQ输出回路：输出回路：CCQCCCEQC

9、CCEQcCQRIVUVURI 1.4.2 图解法图解法一、图解的基本方法一、图解的基本方法（一）用图解法分析静态工作点，求（一）用图解法分析静态工作点，求ICQ ，UCEQ 。1.1.输入回路估算输入回路估算IBQbBEQCCBQCCBEQbBQRUVIVURI 硅管：硅管：UBEQ 0.7V锗管：锗管： UBEQ 0.2V（一）用图解法分析静态工作点（一）用图解法分析静态工作点2、输出回路求、输出回路求ICQ、UCEQMNiC+uCE-RCVCCiBuCEiC0QM-N左边是三极管输出特性左边是三极管输出特性iC= f(uCE)|iB=常数常数M-N右边满足直线右边满足直线uCE=VCC-

10、iCRCICQUCEQ该直线斜率为该直线斜率为-1/RC称为称为直流负载线。直流负载线。+uCE-iCVCCCCCRViB=IBQiB例例1.4.2试用图解法确定放大电路的静态试用图解法确定放大电路的静态工作点工作点解：解：1）用近似估算法求）用近似估算法求IBQ，设设UBEQ=0.7V, 则：则：iB=160A120 A80 A40 A0 AuCE(V)iC(mA)08 6 4 25 10 15 20A80mA08. 0k2407 . 020RUVIbBEQCCBQC2uoTVCC +20V ui Rc 2.5k Rb 240k2) 在输出特性曲线上作直线在输出特性曲线上作直线uCE=VCC

11、 - iCRC可得可得：ICQ=4mA， UCEQ=10V。Q（二）用图解法分析放大电路的动态（二）用图解法分析放大电路的动态1.图解法图解法当当ui=0时，时，Uc1=UBEQ。只要信号频率。只要信号频率足够大足够大, 1/C1 0，所有的所有的ui都叠加到都叠加到Uc1上。上。C2uoTRbRc+VCCC1tui0tuBEUBEQ0得：得：uBE=Uc1+ui =UBEQ+ui- Uc1 +输入回路输入回路C2uoTRbRc+VCCuBE(V)uBE(V)iB(A)tt0QiBIBQUBEQABuBE2 uBE1120 8040iB1iB2 uBE= uBE1 - uBE2 ui iB=

12、iB1 - iB20.67 0.7 0.73输出回路输出回路 uCE=uCE1 - uCE2iB=160A120 A80 A40 A0 AuCE(V)iC(mA)08 6 4 25 10 15 20QuCE(V)ttiCICQtiBIBQuot0BECEiouuuuuA UCEQUCE1UCE2例例1.4.3试用图解法求电路的电压放大倍试用图解法求电路的电压放大倍数数Au已求出静态工作点：已求出静态工作点：IBQ=80A， ICQ=4mA，UCEQ=10V。输入回路得：输入回路得：uBE1=0.73V、 uBE2=0.67V。负载线方程为：负载线方程为： uCE =20 - 2.5iC输出回路

13、得：输出回路得：uCE1=5V、 uCE2=15V。C2+ uo -TVCC +20VRc 2.5k Rb 240k+ ui -16767. 073. 0155uuuuuuA2BE1BE2CE1CEBECEu 2. 波形图波形图tui0uBEUBEQ0ttiBIBQ0iBtiCICQ0uCEUCEQ0ttuoiC特点：交直流并存，共射电路的电压特点：交直流并存，共射电路的电压放大，共射电路的倒相。放大，共射电路的倒相。3. 交流负载线与直流负载线交流负载线与直流负载线M-N右边的伏安特性为交流右边的伏安特性为交流负载线，它的斜率为：负载线，它的斜率为： iC/ uCE= -1/RL交流负载线交

14、流负载线比比直流负载线直流负载线陡，它同时过陡，它同时过Q点。点。+ uo -RcRb+ ui -NRLRcMiCiC+uCE-+uCE-RLuCE(V)iC(mA)0Q交流负载线直流负载线RL=RC/RL例例1.4.41.4.4电路与三极管输出特性如图所示，电电路与三极管输出特性如图所示，电容足够大。试画出直流和交流负载线，并求容足够大。试画出直流和交流负载线，并求Au。解：作交流负载线解：作交流负载线: RL=Rc/RL=1.25k 过过Q点作一条斜率为点作一条斜率为 -1/RL的直线。的直线。uoC2TVCC +20VRc 2.5k Rb 240k RL 2.5kC1uCE(V)iC(m

15、A)0QiB=160A120 A80 A40 A0 A7.5 10 12.5求电压放大倍数：求电压放大倍数：ui -3 .8367. 073. 05 .125 . 7uuuuABECEiou 二、图解法的应用二、图解法的应用（一）分析输出波形的非线性失真（一）分析输出波形的非线性失真截止失真截止失真uBEuBEtt0iBiBQIBQ（一）分析输出波形的非线性失真（一）分析输出波形的非线性失真截止失真截止失真uCEiC0tiCICQuCEtQUCEQiB截止失真截止失真（一）分析输出波形的非线性失真（一）分析输出波形的非线性失真饱和失真饱和失真uCEiC0tiCICQuCEtUCEQQiB饱和失

16、真饱和失真（二）估算最大不失真输出幅度（二）估算最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度由图中由图中Q、C、D点点决定；决定；为了尽量使用动态工为了尽量使用动态工作范围，作范围，Q点应设置点应设置在线段在线段CD的中点，的中点，这时：这时：EF=FG就就是最大不失真电压是最大不失真电压输出波形的峰值。输出波形的峰值。uCEiC0QE F GCD如果如果Q点不在线段点不在线段CD的的中点，则中点，则EF FG，最最大不失真电压输出峰大不失真电压输出峰值由小的那段确定。值由小的那段确定。( (三三) )放大电路参数对静态工作点的影响放大电路参数对静态工作点的影响C1CCC2CCRVR

17、VuoC2TVCC +20VRc 2.5k Rb 240k RL 2.5kui -uCEiC0uCEiC0Q1Q2Q1VCC2VCC1VCC1 VCC2Q2VCCCCCRVRb2 Rb1( (三三) )放大电路参数对静态工作点的影响放大电路参数对静态工作点的影响2CCC1CCCRVRVuoC2TVCC +20VRc 2.5k Rb 240k RL 2.5kui -uCEiC0uCEiC0Q1Q2Q1RC2 RC1VCCQ2VCCCCCRV 2 1小结：图解法的主要优缺点小结：图解法的主要优缺点优点：优点：1）能分析静，动态）能分析静，动态2）直观、形象）直观、形象3）适用于大信号情）适用于大信

18、号情况，如分析功率放况，如分析功率放大电路大电路4）实际工作中有助）实际工作中有助于检查于检查Q点是否合点是否合适适缺点：缺点：1）烦琐，有作图误差，）烦琐，有作图误差，不易定量分析不易定量分析2）实际特性曲线有差）实际特性曲线有差别别3）有局限，如不能用）有局限，如不能用于有于有Re的电路的电路4）无法分析高频电路）无法分析高频电路1.4.3 微变等效电路法微变等效电路法一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路BBEbebeBBEiurriu iBuBEuBEiBuCEiC0QQiBiCBCBCiiii 三极管输入端的微三极管输入端的微变等效是电阻变等效是电阻 rbe三极管输出端的微

19、三极管输出端的微变等效是电流源变等效是电流源一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路三极管经局部线性化后得到的简化的三极管经局部线性化后得到的简化的h参数微变参数微变等效电路，有一定误差，在小信号情况下能够等效电路，有一定误差，在小信号情况下能够满足工程计算的要求。满足工程计算的要求。b+ uCE -+ uBE-iBiCceiBiCrbeiB+uCE-+uBE-bce二、放大电路的微变等效电路二、放大电路的微变等效电路bcbebiII,rIUVCC ui uoRcRbC2T+Ui-RbrbeIbRcRL+Uo-bcIbIcebecRLLcLLbLco/RR其中：RRIRIUbeLiou

20、rRUUAcobbeiRR/RrR三、三、rbe的近似估算的近似估算只给出计算的近似公式：只给出计算的近似公式：EQbbBBEbeI26)1(rdidur例例1.4.71)估算静态工作点；估算静态工作点；2)估算估算rbe和和Au；3)换上换上 =100，Q点将如何点将如何变；变；4)换上换上 =100后，保持后，保持IEQ不不变变(需调需调Rb)，则，则Au如何变如何变化？化？5)仍用原来的仍用原来的 =50的三极的三极管，调整管，调整Rb使使IEQ增大一增大一倍，则倍，则Au=?C2Rc 5kVCC +12V Rb 560kRL 5k+Uo-C1+Ui-在如图电路中，在如图电路中， =50

21、=50，r rbbbb =200 =200 。微变等效电路法小结微变等效电路法小结1.它是一种最基本分析方法它是一种最基本分析方法2.分析步骤：分析步骤：1）估算静态工作点，）估算静态工作点，2）求）求rbe和和 3）画出电路的微变等效电路，）画出电路的微变等效电路，4）根据微变等）根据微变等效电路列有关方程，求解效电路列有关方程，求解Au、Ri、Ro等参数。等参数。3.微变等效电路法的主要优缺点微变等效电路法的主要优缺点优点：能分析复杂电路，分析简便，可以用线性优点：能分析复杂电路，分析简便，可以用线性电路的方法精确计算电路参数。电路的方法精确计算电路参数。缺点：不能分析静态工作点，不够直观

22、，不能分缺点：不能分析静态工作点，不够直观，不能分析非线性失真情况和最大输出幅值等。析非线性失真情况和最大输出幅值等。1.5 静态工作点的稳定问题静态工作点的稳定问题放大电路的各种指标，如放大电路的各种指标，如Au、Ri及非线性失真等及非线性失真等都与静态工作点有着密切的关系。静态工作点都与静态工作点有着密切的关系。静态工作点往往受到环境温度的影响。往往受到环境温度的影响。本节先分析温度变化对放大电路的静态工作点的本节先分析温度变化对放大电路的静态工作点的影响，然后讨论如何采取措施使静态工作点稳影响，然后讨论如何采取措施使静态工作点稳定。定。1.5.1 1.5.1 温度对静态工作点的影响温度对

23、静态工作点的影响 温度变化时，将影响到放大元件的参数：温度变化时，将影响到放大元件的参数：UBE， ，ICBO等。等。T uBEIBQ T ICQ ICEO 1.5.2 分压式静态工作点稳定电路分压式静态工作点稳定电路一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理电路满足电路满足UBQ基本不变，则：基本不变，则：T(OC)ICQIEQ UEQ UBQ基本不变基本不变 (UBE =UBQ-UEQ)IBQ ICQ 电路保持电路保持ICQ基本稳定，保持基本稳定，保持静态工作点的基本稳定。静态工作点的基本稳定。C2VCC Rc Rb2Rb1ReCeRL+Uo-IRIBQIEQUEQUBQC1+Ui-保持

24、保持UBQ基本不变的条件基本不变的条件： IRIBQ，一般取一般取IR=(510)IBQ二、静态和动态的分析计算二、静态和动态的分析计算（一）静态分析（一）静态分析VCC Rb2Rb1ReRc IRIBQICQUBEQ+-IEQ+UCEQ- CQBQecCQCCeEQcCQCCCEQEQCQeBEQBQeEQEQCC2b1b1bBQBQRII)RR(IVRIRIVUIIRUURUIVRRRUII 有有时时当当满满足足，UBQ（二）动态分析（二）动态分析Rb1RL+Uo-Rc Rb2+Ui-rbeiB+UO-+Ui-bceRb1Rb2RCRLIbIccO2b1bbeibeLuLbLcobebiR

25、RR/R/rRrRARIRIUrIU 可见分压式工作点稳定电路的电压放大倍数与基本共射放大电路的电压放大倍数一样。1.6 单管放大电路的三种组态单管放大电路的三种组态1.6.1 共集电极放大电路共集电极放大电路一、静态分析一、静态分析 IBQRb+UBEQ+IEQRe=VCCeCQCCeEQCCCEQBQCQebBEQCCBQRIVRIVUIIR)1(RUVI 二、动态分析二、动态分析Re+UO-iB+Ui-cRsRbUs+-rbebIbeRLIoIeIc)R/R)(1(r)R/R)(1()R/R)(1(IrI)R/R)(1(IUUA)R/R)(1(IrIUUU)R/R)(1(IR/RIULe

26、beLeLebbebLebiouLebbeboBEiLebLeeo 二、动态分析二、动态分析(1+)(Re+RL)rbeAurbe，Rirbe。 注意注意：Rirbe+Re/RL二、动态分析二、动态分析RbRe+UO-iBcRsRbrbebIbeIoIeIcRoesbeeoobesbbesboR/1RrR/RR1rR)1(I)rR(IR Ro很小，通常为几十欧很小，通常为几十欧姆。姆。Ro=Uo/Io| (Us=0,RL)=Ro/ReRo=Uo/(-Ie)| (Us=0,RL)RobRe+UO-iBcRsrbeIbeIoIeIcRoRo共集电极放大电路的特点共集电极放大电路的特点共集电极放大电

27、路（射极输出器）的电压放大倍共集电极放大电路（射极输出器）的电压放大倍数小于数小于1，输出电阻大，输入电阻小。常用作，输出电阻大，输入电阻小。常用作多级放大电路的输入级、输出级。多级放大电路的输入级、输出级。例例1.6.2两个电路中，各三极管两个电路中，各三极管 =50，rbe=1.5k ，Rs=10k 。试计算两个电路总的试计算两个电路总的Aus，并比较之。并比较之。10ARRRUUAk3 . 1R/R/rRusiiious2b1bbei 8 .66)3 .83(98. 0101 .451 .45AARRRUUAk1 .45R/R)1(rR2u1us1i1isousb1ebe1i 例例1.6

28、.3两个电路中，各三极管两个电路中，各三极管 =50，rbe=1.5k ，RL=1k 。试计算两个电路总的试计算两个电路总的Au，并比较之。并比较之。8 .27rRUUAbeLiou k9 .36Rk88. 0R/RRR/R)1(rR2iL2e2eb2ebe2i 4 .142A)r)R/R(AAUUA97. 0eR)1(rR)1(UUA2ube2ie2u1uiouebe2io2u 三种组态的比较三种组态的比较共射组态共射组态共集组态共集组态共基组态共基组态Ai和和Au均较大；均较大；Uo与与Ui反相；反相；Ri和和Ro中等大小；中等大小；用于中频放大用于中频放大 。 Ai较大，但较大，但Au

29、1 ； Uo与与Ui同相，为同相，为“跟跟随随”关系；关系；Ri高，高，Ro低；低；用于输入、输出级，用于输入、输出级，及中间隔离级。及中间隔离级。Ai 1，但，但Au较大；较大；Uo与与Ui同相；同相；Ri低，低，Ro高；高；用于宽频带放大或用于宽频带放大或作电流源。作电流源。1.8放大电路的频率响应放大电路的频率响应1.8.1 频率响应的一般概念频率响应的一般概念幅频特性和相频特性，通频带，频率失真，波特图。幅频特性和相频特性，通频带，频率失真，波特图。1.8.2 三极管的频率参数三极管的频率参数共射截止频率共射截止频率f，特征频率，特征频率fT，共基共基截止频率截止频率f。1.8.3 单

30、管共射放大电路的单管共射放大电路的频率响应频率响应频率响应的定性分析，混合频率响应的定性分析，混合等效电路，阻容耦合等效电路，阻容耦合单管共射放大电路的波特图，直接单管共射放大电路的波特图，直接耦合耦合单管共射放大单管共射放大电路的波特图。电路的波特图。1.8.1 频率响应的一般概念频率响应的一般概念一、幅频特性和相频特性一、幅频特性和相频特性电路中的各种电容和电感的作电路中的各种电容和电感的作用，当输入不同的频率信号时，用，当输入不同的频率信号时，Au将有所不同，同时会产生一将有所不同，同时会产生一定的相移。定的相移。)f()f(AAuuf0fLfHfbw|Au|Aum0.707AumffL

31、fH090180270幅频特性幅频特性:相频特性相频特性:)f()f(Au二、通频带二、通频带中频放大倍数：中频放大倍数：Aum下限频率：下限频率：fL上限频率：上限频率：fH通频带：通频带：fbw= fH fLf0fLfHfbw|Au|Aum0.707Aum三、频率失真三、频率失真对非单一频率的输入信号，输出将会出现失真。对非单一频率的输入信号，输出将会出现失真。幅频失真相频失真注意频率失真与非线性失真的区别。1.9 多级放大电路多级放大电路1.9.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式1.9.2 多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻和

32、输出电阻1.9.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 1.9.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式一、阻容耦合一、阻容耦合 优点：各级优点：各级电路被电容隔离，电路被电容隔离，Q点独立。适合点独立。适合中频放大。中频放大。 缺点：不适缺点：不适合低频信号和直合低频信号和直流信号的放大。流信号的放大。电容体积大，不电容体积大，不宜集成化。宜集成化。Ro1Uo1Ri+ Ui -+ Uo1-+ Ui2-Ri2Ro+ Uo-UoRLC2主要用于由分立元件组成的放大电路。1.9.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式二、直接耦合二、直接耦合 优点：可放大交流和直优点：可

33、放大交流和直流信号。便于集成化。流信号。便于集成化。 缺点：各级的点互有影缺点：各级的点互有影响，分析计算麻烦。响，分析计算麻烦。改进1.9.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 直接耦合的电平移动（改进二）直接耦合的电平移动（改进二） 图图(a)电路利用稳压管实现电平移动。电路利用稳压管实现电平移动。 图图(b)电路采用电路采用NPN和和PNP两种不同型号的三极管两种不同型号的三极管的配合来实现电平的移动。的配合来实现电平的移动。1.9.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式直接耦合电路改进三直接耦合电路改进三 电路使用正负电源，这可以使输入电压为零电路使用正负电源，这可以使输入电压为零时，输出电压也为零。时，输出电压也为零。1.9.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式直接耦合的零点漂移问题直接耦合的零点漂移问