第二章放大器基础

1、第二章第二章 放大器基础放大器基础 本章教学要求本章教学要求：6 6掌握多级放大器的藕合方式及主要性能指标的计算。掌握多级放大器的藕合方式及主要性能指标的计算。1 1掌握放大器的主要性能指标及其定义。掌握放大器的主要性能指标及其定义。2 2掌握双极型晶体管和场效应管的低频微变等效电路，运算放掌握双极型晶体管和场效应管的低频微变等效电路，运算放大器的线性等效电路。大器的线性等效电路。3 3掌握放大器的基本分析方法：图解法和微变等效电路法。掌握放大器的基本分析方法：图解法和微变等效电路法。4 4掌握双极型晶体管和场效应晶体管放大器的掌握双极型晶体管和场效应晶体管放大器的常用的偏置电路、常用的偏置电

2、路、三种三种基本组态以及射极基本组态以及射极( (源极源极) )带有电阻的放大器的基本组成、带有电阻的放大器的基本组成、各指标计算和主要特点。各指标计算和主要特点。5 5掌握运算放大器组成的放大电路的各指标的计算和同相放大掌握运算放大器组成的放大电路的各指标的计算和同相放大电路、反相放大电路的特点。电路、反相放大电路的特点。1先跑起来的，就会赢。放大器的基本功能和分类放大器的基本功能和分类 放大器的基本功能是将信号放大器的基本功能是将信号不失真地放大到所需的大小不失真地放大到所需的大小。 放大器的分类放大器的分类按器件可分为按器件可分为晶体管晶体管放大器、放大器、场效应管场效应管放大器、放大器

3、、电子管放电子管放大器大器和和集成集成放大器；放大器； 按用途可分为按用途可分为电流电流放大器、放大器、电压电压放大器和功率放大器；放大器和功率放大器；按工作频率可分为按工作频率可分为低频放大器低频放大器、高频高频放大器和放大器和超高频超高频放大器，而放大器，而低频放大器又可分为低频放大器又可分为音频放大器音频放大器、直流放大器直流放大器和和宽带放大器宽带放大器；按工作状态可分为按工作状态可分为甲（甲（A）类）类放大器、放大器、乙（乙（B）类）类放大器、放大器、甲甲乙（乙（AB）类）类放大器、以及放大器、以及丙（丙（D）类）类放大器等。放大器等。 放大器的基本功能放大器的基本功能低频放大器低频

4、放大器，它具有较宽的频率范围，所带负载不能采用谐，它具有较宽的频率范围，所带负载不能采用谐振回路，故振回路，故又称为非谐振放大器又称为非谐振放大器。 2放大器变量及输入输出变量参考方向的规定放大器变量及输入输出变量参考方向的规定放大器变量的规定放大器变量的规定 用大写字母带大写下标表示用大写字母带大写下标表示直流直流电压及电流（如电压及电流（如UBE、IE等）；用小写字母带小写下标表示等）；用小写字母带小写下标表示交流交流电压及电流（如电压及电流（如ube、ib等）；用小写字母带大写下标表示等）；用小写字母带大写下标表示直流和交流直流和交流在内的总的瞬在内的总的瞬时电压及电流（如时电压及电流（

5、如uBE、iE等）；用大写字母带小写下标表示等）；用大写字母带小写下标表示正弦正弦交流有效值交流有效值电压及电流（如电压及电流（如Ube、Ie等）。等）。 放大器输入输出变量参考方向的规定放大器输入输出变量参考方向的规定iiiouo放大电路放大电路ui放大电路一般放大电路一般视为二端口网视为二端口网络，两个端口络，两个端口电压与电流的电压与电流的参考方向的规参考方向的规定为：定为：严格地讲，严格地讲，放大电路与放大电路与放大器是有放大器是有区别的，但区别的，但有时候这两有时候这两个名词是混个名词是混用的，均指用的，均指放大电路放大电路。32-1 2-1 放大电路的主要性能指标和电路组成放大电路

6、的主要性能指标和电路组成2-1-12-1-1放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1 1放大倍数（增益）放大倍数（增益） Magnification1 1）电压放大倍数）电压放大倍数 放大器输出电压的有效值相量与输入电压的有效值相量之比称为放大器输出电压的有效值相量与输入电压的有效值相量之比称为电压放大倍数，用表示：电压放大倍数，用表示：iuUUA0usiiiosisousARZZUUUUUUA若考虑信号源内阻若考虑信号源内阻RS的影响，则的影响，则常用常用源电压放大倍数源电压放大倍数 表示，即：表示，即：usA 放大电路放大电路ZiRsusiiiououi42 2）电流放大倍数）电流放

7、大倍数 放大器的输出电流有效值相量与输入电流有效值相量之比称为电放大器的输出电流有效值相量与输入电流有效值相量之比称为电流放大倍数，用流放大倍数，用 表示，即：表示，即：iAiiIIA0若考虑信号源内阻的影响，则常用若考虑信号源内阻的影响，则常用源电流源电流放大倍数放大倍数表示，即：表示，即：iiio 放大电路放大电路 ZiRsisuouiisisiosisoisARZRIIIIIIA3 3）功率放大倍数）功率放大倍数 放大器输出功率放大器输出功率与输入功率之比称为功率放大倍数，与输入功率之比称为功率放大倍数，用用GP表示，即：表示，即：iuiiooioPAAIUIUPPG放大倍数是无量纲的量

8、，在工程放大倍数是无量纲的量，在工程上，常用上，常用分贝分贝（dB）作为单位：）作为单位： iiuuPPAdBAAdBAGdBGlg20)(lg20)(lg10)(52 2输入阻抗和输出阻抗输入阻抗和输出阻抗放大器处于信号源于负载之间，因此对放大器处于信号源于负载之间，因此对信号源而言，放大器是它的负载信号源而言，放大器是它的负载，这个等效负，这个等效负载阻抗就定义为放大器的载阻抗就定义为放大器的输入阻抗输入阻抗；对于放大器的；对于放大器的负载来说负载来说，放大器可等效，放大器可等效为一个信为一个信号源号源，这个信号源内阻就为放大器的，这个信号源内阻就为放大器的输出阻抗输出阻抗。放大器的放大器

9、的输入阻抗输入阻抗定义为：定义为：iiiIUZ如果电路中所有的电抗性元件均如果电路中所有的电抗性元件均不予考虑，那么输入阻抗就可用不予考虑，那么输入阻抗就可用输入电阻输入电阻来表示：来表示：iiiIUR 放大器的放大器的输出阻抗输出阻抗是将负载断开后，信号源为零时，从输出端看进去的等效阻抗，是将负载断开后，信号源为零时，从输出端看进去的等效阻抗，可用戴维南定理来求可用戴维南定理来求，即：，即：0sUoooIUZ63 3非线性失真非线性失真 具有放大作用的电子器件一般都是非线性器件，信号经过放大器后，必然产生某具有放大作用的电子器件一般都是非线性器件，信号经过放大器后，必然产生某种程度的失真。当

10、输入种程度的失真。当输入单一频率的正弦信号单一频率的正弦信号时，输出信号将是一个时，输出信号将是一个周期性的非正弦波周期性的非正弦波，即输出信号即输出信号新的谐波分量新的谐波分量产生，基波频率和输入信号频率相同，为有用信号，谐波分产生，基波频率和输入信号频率相同，为有用信号，谐波分量就是由电子器件的非线性引起的。显然，谐波成分比例越大，失真就越大。量就是由电子器件的非线性引起的。显然，谐波成分比例越大，失真就越大。这种因这种因电子器件非线性特性引起的产生新的谐波分量的失真电子器件非线性特性引起的产生新的谐波分量的失真称为称为非线性失真非线性失真。工程上常将谐波功率与基波功率之比定义为工程上常将

11、谐波功率与基波功率之比定义为非线性失真系数，用非线性失真系数，用 来表示，即：来表示，即：1PPk4 4频带特性频带特性由于放大器中含有电抗元件，所由于放大器中含有电抗元件，所以放大倍数将随信号频率而变化，以放大倍数将随信号频率而变化，即：即：)()()(jeAjAA低低频频区区中频区中频区高高频频区区)()(AmA2/mAlh幅频幅频特性特性相频相频特性特性通频通频带带75 5噪声系数噪声系数放大器的噪声系数放大器的噪声系数NF定义为：定义为： oNSiNSFPPPPN)/()/(或或dBPPPPdBNoNSiNSF)/()/(lg10)(式中式中 、 分别为输入、输出信号功率与噪声功率的比

12、值。一分别为输入、输出信号功率与噪声功率的比值。一般地，般地，NF 1，这是由于构成放大器的元件如电阻、晶体三极管、场效应管，这是由于构成放大器的元件如电阻、晶体三极管、场效应管及集成放大器等都会产生噪声，使得输出信号的信噪比小于输入信号的信及集成放大器等都会产生噪声，使得输出信号的信噪比小于输入信号的信噪比。为了放大微弱信号，要求放大器特别是前置放大器的内部噪声尽可噪比。为了放大微弱信号，要求放大器特别是前置放大器的内部噪声尽可能低。能低。iNSPP)/(oNSPP)/(82-1-2 放大电路的组成放大电路的组成 UOC2 RLC1USRS放大单元放大单元EC放大电路一般由这样几部分组成放大

13、电路一般由这样几部分组成 ：信号源，信号源，包括内阻包括内阻放大放大单元单元负载负载耦耦合合元元件件电源电源放大单元放大单元由三极管由三极管及周边元及周边元件组称为件组称为三极管放三极管放大电路大电路 UoC2RLC1USRSECRCRB放大单元由场效应管及周边元放大单元由场效应管及周边元件组称为场效应管放大电路件组称为场效应管放大电路UoC2RLC1UsRsEDRDRGRSCS放大单元由运放及周边元件组称放大单元由运放及周边元件组称为运算放大器放大电路为运算放大器放大电路U Ui iR RL LR R1 1RfU UO O+U+UCCCC U UEEEE9放大电路正常工作条件：放大电路正常工

14、作条件：第一，第一，必须有直流电源必须有直流电源，直流电源有两个作用：，直流电源有两个作用：一是给放大单元提供正确一是给放大单元提供正确的偏置，使其工作在放大状态的偏置，使其工作在放大状态，（如使晶体三极管发射结正偏，集电结反，（如使晶体三极管发射结正偏，集电结反偏）。偏）。二是为输出信号提供能量二是为输出信号提供能量，信号通过放大电路使输出电压或电流得，信号通过放大电路使输出电压或电流得到放大，也就是信号功率得到放大，而直流电源就提供了输出功率。到放大，也就是信号功率得到放大，而直流电源就提供了输出功率。第二，必须有一个使信号通过放大器件（如三极管、场效应管或运算放大第二，必须有一个使信号通

15、过放大器件（如三极管、场效应管或运算放大器）输入端到负载的交流通路。器）输入端到负载的交流通路。耦合元件的作用耦合元件的作用 (coupling) 耦合元件起到耦合元件起到隔离直流耦合交流隔离直流耦合交流的作用，隔离直流是为了使信号源或的作用，隔离直流是为了使信号源或负载的接入不影响对三极管的正确偏置；耦合交流是要使交流信号尽可能负载的接入不影响对三极管的正确偏置；耦合交流是要使交流信号尽可能无损失地通过。因此，一般选用容量较大的电容作为耦合电容。而对于由无损失地通过。因此，一般选用容量较大的电容作为耦合电容。而对于由运算放大器组成的放大电路来说，由于其特殊结构，信号直接接入不会对运算放大器组

16、成的放大电路来说，由于其特殊结构，信号直接接入不会对运放内的偏置发生影响，故不需要电容耦合。运放内的偏置发生影响，故不需要电容耦合。 由于由于分立元件组成的基本放大电路是组成各类放大电路和运算放大器分立元件组成的基本放大电路是组成各类放大电路和运算放大器的基础的基础，所以对分立元件基本放大器的分析，不但对于掌握基本放大器工，所以对分立元件基本放大器的分析，不但对于掌握基本放大器工作原理，理解信号放大过程是必须的，而且对于帮助理解其它各类放大器作原理，理解信号放大过程是必须的，而且对于帮助理解其它各类放大器的工作原理也是很有必要的。下面的工作原理也是很有必要的。下面先对晶体三极管放大电路进行分析

17、先对晶体三极管放大电路进行分析。102.1.4.4 共射放大电路的组成及其直流、交流通道共射放大电路的组成及其直流、交流通道 1 共射放大器组成的基本原则共射放大器组成的基本原则 usRsC1Rb1Rb2RcReRLC2+ui-+uo-EC+uCE=UCE+uce-CeiB=IB+ibiC=IC+ic阻容耦合共射放大器电路阻容耦合共射放大器电路+uBE -(1)交流信号源：交流信号源：us为其开路电压，为其开路电压，Rs为其内阻为其内阻 (2)输入耦合电容输入耦合电容C1 ：对直流其容抗对直流其容抗1/（C1），相当于开路，交流信号其容抗相当于开路，交流信号其容抗1/（C1）0，容抗足容抗足够

18、小，可视为短路够小，可视为短路(3)基极偏置电基极偏置电路：发射结必路：发射结必须正偏，集电须正偏，集电结必须反偏，结必须反偏，电源电源EC经电阻经电阻Rb1 、Rb2组成组成的分压式偏置的分压式偏置电路和电路和Re给发给发射结提供以正射结提供以正向偏置向偏置电源电源EC经经Rc和和Re给集给集电结以反偏，电结以反偏，为 晶 体 管为 晶 体 管集集射极间射极间提供合适的提供合适的偏置偏置UCE和和IC 。把晶体管把晶体管的集电极电的集电极电流流iC的变化的变化转化成输出转化成输出电压电压uCE的变的变化，并传给化，并传给负载负载RL (5)输出端耦合电容输出端耦合电容C2：其作用与其作用与C

19、1相同，对直流开路，相同，对直流开路，用于隔断晶体管与负载用于隔断晶体管与负载RL的直流联系；对交流短路，的直流联系；对交流短路，起到耦合传送交流信号到负载的作用。起到耦合传送交流信号到负载的作用。 Ce为发射极旁路电容，主要作用是使射极电阻为发射极旁路电容，主要作用是使射极电阻Re对交流对交流短路，消除短路，消除Re的交流负反馈的影响。的交流负反馈的影响。 (6)放大器负载放大器负载RL ：可以是一个实际的负载（如电阻、可以是一个实际的负载（如电阻、喇叭、显像管等），也可以是下一级的放大电路喇叭、显像管等），也可以是下一级的放大电路 在输入信号在输入信号ui的控制下，把的控制下，把EC提供的

20、直流能量转化成较提供的直流能量转化成较大的交流信号能量输出大的交流信号能量输出 iB=IB +ib uBE = UBE + ube iC =IC +ic uCE=UCE +uce 例例21 用上述原则判断下图所示电路是否具有电压用上述原则判断下图所示电路是否具有电压放大作用放大作用 RcEC（d）RbC1C2（b）RcC2RbC1EC（c）RbC1C2EC（a）RbRcC1C2EC图图(a)由于由于C1隔直流的作用，无输入直流通路。隔直流的作用，无输入直流通路。图图(b)由于由于C1的旁路作用使得输入信号电压无法加入。的旁路作用使得输入信号电压无法加入。图图(c)由于没有由于没有Rc，只有信号

21、电流，无信号电压输出，只有信号电流，无信号电压输出，或者说输出信号电压无法取出。或者说输出信号电压无法取出。图图(d)发射结没有正向偏置电压。发射结没有正向偏置电压。作业：作业：2-1C2.1.5 1.5 直流通路的作用及画法直流通路的作用及画法 建立放大器工作点的电路建立放大器工作点的电路 I IB BQ Q 、U UBEBEQ Q 、I IC CQ Q 、U UCECEQ Q 画直流通路的方法画直流通路的方法电感短路电感短路U UBEQBEQ 为为0.70.7V V或或0.30.3V VI IB BQ Q 、I IC CQ Q 、U UCECEQ Q C 10 电容开路电容开路L0 L 变

22、压器初级线圈与次级线圈之间开路变压器初级线圈与次级线圈之间开路输入端信号源为零输入端信号源为零+us-is电容开路电容开路电感短路电感短路输入端信号源为零输入端信号源为零变压器初级线圈与次级线圈之间开路变压器初级线圈与次级线圈之间开路usRsC1Rb1Rb2RcReRLC2+ui-+uo-EC+uCE=UCE+uce-CeiB=IB+ibiC=IC+ic阻容耦合共射放大器电路阻容耦合共射放大器电路+uBE -电容开路电容开路电感短路电感短路输入端信号源为零输入端信号源为零变压器初级线圈与次级线圈之间开路变压器初级线圈与次级线圈之间开路Rb1Rb2RcReEC+UCE-IBIC2-2 2-2 放

23、大器的分析方法放大器的分析方法放大电路的分析有放大电路的分析有静态分析静态分析和和动态分析动态分析。静态分析是分析静态分析是分析静态偏置静态偏置是否正确，是否正确，静态工作点静态工作点是否恰当是否恰当 。动态分析是分析放大电路的动态分析是分析放大电路的性能指标性能指标，如增益、输入输出电阻等。，如增益、输入输出电阻等。对于运算放大器组成的放大电路来说，由于在器件集成过程中保证了在对于运算放大器组成的放大电路来说，由于在器件集成过程中保证了在给定外加直流电压条件下静态工作点的正确，因此只要外加直流电压在给定外加直流电压条件下静态工作点的正确，因此只要外加直流电压在给定范围内，就不需进行静态分析。

24、因此，给定范围内，就不需进行静态分析。因此，只有分立元件电路才进行静只有分立元件电路才进行静态分析态分析。放大电路的分析方法有放大电路的分析方法有图解法图解法和和解析法解析法图解法比较直观，但分析精度差，但对于理解信号在放大电路中的放大图解法比较直观，但分析精度差，但对于理解信号在放大电路中的放大过程，建立动态范围、非线性失真和稳定工作点等概念具有直观的作用。过程，建立动态范围、非线性失真和稳定工作点等概念具有直观的作用。解析法分析精度较高，是放大电路分析的常用方法。解析法分析精度较高，是放大电路分析的常用方法。152-2-1 2-2-1 图解法图解法UCCUoUiC2C1RBRCRL1.静态

25、分析静态分析（1 1）画出直流通路）画出直流通路隔直电容隔直电容开路，信开路，信号源和负号源和负载对三极载对三极管直流无管直流无影响，故影响，故去掉去掉得到直流通路得到直流通路IBEQUBEQUCCRBRCUCEQ（2 2）写出三极管输入、输出回路负载方程）写出三极管输入、输出回路负载方程由输入回路由输入回路可以得到可以得到BBCCBERiUu由输出由输出回路可回路可以得到以得到CCCCCERiUu16（3 3）在输入、输出特性曲线的伏安平面上分别画出输入、输出回路负载线）在输入、输出特性曲线的伏安平面上分别画出输入、输出回路负载线 UCC0IBQQBBCCBERiUuBEuBiBCCRUBE

26、QU输入特性曲线输入特性曲线输入回路直流负载线输入回路直流负载线其交点其交点Q所对应所对应的电流和电压的电流和电压就是工作点电就是工作点电流和电压流和电压输出特性曲线输出特性曲线0CCCCCERiUuCEuCiIBQ所对所对应的曲线应的曲线输出回路直流负载线输出回路直流负载线CCUCCCRUQCEQUCQI直流负载线与直流负载线与IBQ所所对应的曲线交点对应的曲线交点Q所对应的电流和电所对应的电流和电压就是工作点电流压就是工作点电流和电压和电压17Quiescent Piont2. 2. 动态分析动态分析动态分析是在静态分析基础上进行的，即在动态分析是在静态分析基础上进行的，即在Q Q点已知的

27、前提下展开的。点已知的前提下展开的。1 1）输入回路的交流分析）输入回路的交流分析IbmtUBEQIBQ0UCC0UimBCCRUBiber1BEuBEuQ当放大电路加一交流信号，当放大电路加一交流信号，通过耦合电容通过耦合电容C1，交流信，交流信号加到三极管发射结，使号加到三极管发射结，使得发射结电压在静态工作得发射结电压在静态工作点电压点电压UBEQ上叠加了一上叠加了一信号电压信号电压在小信号条在小信号条件下，工作件下，工作点将沿点将沿Q点点切线在切线在Q点点附近来回变附近来回变化化在变化的在变化的uBE的作用下，基的作用下，基极电流极电流iB也将在静态电流的也将在静态电流的基础上叠加一交

28、变电流基础上叠加一交变电流静态工作点静态工作点Q以及以及IBQ和和UBEQ信号电压幅信号电压幅度为度为发射结电压由两部分组成发射结电压由两部分组成tUUumiBEQBEsin基极电流由两部分组成基极电流由两部分组成tIIibmBQBsin交变电流幅交变电流幅度为度为交变部分电流与电压的关系为交变部分电流与电压的关系为tIruruibmbebebeibsin182 2）输出回路的交流分析）输出回路的交流分析交流负载线交流负载线t0t0CiCQICCRECiCEQUCCUCEuCEuBQIQCR1输出回路工作点电流输出回路工作点电流I ICQCQ和电压和电压U UCEQCEQ基极交变电流使基极交变

29、电流使集电极电流也产集电极电流也产生交变分量生交变分量交流负载线通过交流负载线通过Q点，斜率为点，斜率为/1LR交变的集交变的集电极电流电极电流使工作点使工作点在交流负在交流负载线上下载线上下移动移动引起集射极间引起集射极间电压电压uCE相应相应地发生变化地发生变化集电极电流由两部分组成集电极电流由两部分组成cCQmCQCiItIIisin集射极间电压也集射极间电压也由两部分组成由两部分组成LcCEQceCEQCERiUuUu19放大器各点波形放大器各点波形C1RCiCuBEiBICQiCt IBQiBt UBEQuBEtuitUCCuouiC2RBRLUCEQuCEtuotuCE静态时各点波

30、形静态时各点波形输入信输入信号电压号电压ui发射结在发射结在UBEQ上叠上叠加加ui动态时各点波形动态时各点波形发射结电压变发射结电压变化引起基极在化引起基极在IBQ上叠加一变上叠加一变化分量化分量在放大区，在放大区，iC与与iB成正比，成正比，在在ICQ上叠加上叠加一变化分量一变化分量iC的交变分量的交变分量流过流过RC和和RL使使uCE在在UCEQ上叠加一交上叠加一交变电压变电压电容电容C2隔去隔去直流，输出直流，输出交流分量交流分量uo203.3.放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真对放大电路，除要求其输出电压尽可能大外，还要求对放大电路，除要求其输出电压尽可能大外，还要求输出不失真

31、输出不失真。 但由于三极管为非线性器件，当但由于三极管为非线性器件，当工作点不合适工作点不合适或输出信号过大时，就会或输出信号过大时，就会产生失真产生失真。 交流负载线交流负载线t00tCiCiCEuCEuQBQICQI工作点偏高，引起饱和失真。工作点偏高，引起饱和失真。工作工作点偏点偏高高iB减小时，工减小时，工作点仍在放大作点仍在放大区变化，区变化，iC与与iB成正比。成正比。iB增加时，工增加时，工作点进入饱和作点进入饱和区，区，iC不随不随iB成正比变化。成正比变化。iC的变化通过的变化通过RC和和RL，即沿，即沿交流负载线使交流负载线使uCE发生变化，发生变化，输出失真波形。输出失真

32、波形。可见，输入波形出现了可见，输入波形出现了失真。由于这种失真是失真。由于这种失真是工作点进入饱和区引起工作点进入饱和区引起的，故称为的，故称为饱和失真饱和失真。213.3.放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真工作点偏低，引起截止失真。工作点偏低，引起截止失真。交流负载线交流负载线t00tCiCiCEuCEuQBQICQIt00BiBEuBEuQ工作点工作点偏低偏低输入输入ui随着随着ui的变的变化，工作点化，工作点上下移动，上下移动，向下进入截向下进入截止区。止区。iB产生失产生失真波形真波形iC波形与波形与iB相似相似iC的变化使输出特性的变化使输出特性曲线工作点沿交流负曲线工作点沿

33、交流负载线上下移动载线上下移动uCE输出输出失真波形失真波形由于这种失真是由于这种失真是工作点进入截止工作点进入截止区引起的，故称区引起的，故称为为截至截至失真失真。22动态范围分析动态范围分析动态范围是表征放大器放大能力的一个重要指标。通常把最大的动态范围是表征放大器放大能力的一个重要指标。通常把最大的不失真输出信号不失真输出信号的幅值的幅值称为放大电路的动态范围，它与静态工作点密切相关。称为放大电路的动态范围，它与静态工作点密切相关。 UCB0IB= ICB0UCEQ uCESICB0uCES交流负载线交流负载线0uCECiCQILCQRIQ1LRBQI当放大电路加入交流当放大电路加入交流

34、信号时，工作点将在信号时，工作点将在静态工作点静态工作点Q上沿交上沿交流负载线上下移动流负载线上下移动上移至饱和上移至饱和区，将产生区，将产生饱和失真饱和失真下移至截止下移至截止区，将产生区，将产生截止失真截止失真uCE向下变向下变化的最大范化的最大范围是围是忽略忽略UCB0后，后，uCE向上变化向上变化的最大范围是的最大范围是由于交流信号上下对称，由于交流信号上下对称，故最大不失真范围是故最大不失真范围是)(),min(0maxCEQCBCECESCEQomUUUuUU),min(LCEQCESCEQRIuUuCES为集射极为集射极饱和压降，一饱和压降，一般为般为0.3V左右左右234. 4

35、. 静态工作点的稳定静态工作点的稳定IBEQUBEQUCCRBRCUCEQ固定偏置电路固定偏置电路由输入回路可得由输入回路可得BCCBBECCBQRURUUI可见该电路基极电流是固定不变的，所以被称可见该电路基极电流是固定不变的，所以被称为为固定偏置电路固定偏置电路 工作点的稳定就是集电极静态电流的稳定。温度工作点的稳定就是集电极静态电流的稳定。温度对该电路工作点的影响在于：对该电路工作点的影响在于：TUBE0IBQICQ ICQICB0ICQICQ24静态工作点的变化静态工作点的变化交流负载线交流负载线0CiCQICQIQQBQIBQICEu温度升高前的温度升高前的输出特性曲线输出特性曲线和

36、静态工作点和静态工作点温度升高后的温度升高后的输出特性曲线输出特性曲线和静态工作点和静态工作点ICB0增加增加 增增加加IBQ增增加加由此可见，当温度升高时，如果电路其它参数不变的话，静态工作点就从由此可见，当温度升高时，如果电路其它参数不变的话，静态工作点就从Q点移至点移至 ， 使信号很容易进入饱和区，产生饱和失真；反之，当温度降使信号很容易进入饱和区，产生饱和失真；反之，当温度降低时，有可能使工作点下移，使信号产生截止失真。显然，低时，有可能使工作点下移，使信号产生截止失真。显然，固定偏置电路固定偏置电路不能够使静态工作点稳定。不能够使静态工作点稳定。 Q25 Ui分压式偏置电路分压式偏置

37、电路UBUE UCEIC IBI1 UCC RERC RB1 RERB1 UCCRC UoV C2 C1Ui RB2RB2其直流通路为其直流通路为忽略忽略IB的影响，的影响，UB为：为：CCBBBBURRRU212EBEBEBEQCQRURUUII这说明，在这时只取决于外这说明，在这时只取决于外电路电路UCC和和RB1、RB2、RE，而与晶体三极管参数无关。而与晶体三极管参数无关。而影响静态工作点稳定的就而影响静态工作点稳定的就是晶体三极管参数随温度的是晶体三极管参数随温度的变化，所以变化，所以分压式偏置电路分压式偏置电路稳定了工作点稳定了工作点。 分压式偏置电路稳定静分压式偏置电路稳定静态工

38、作点的过程是：态工作点的过程是： TICIEUEUB不变不变UBEIBIC26I1=(5-10)IBVB=(3-5)V2-2-2 2-2-2 解析法解析法 1. 1. 静态分析静态分析当晶体三极管工作在放大状态时，当晶体三极管工作在放大状态时，UBEQ变化很小，可以变化很小，可以近似为常数近似为常数，即：，即：硅管硅管：UBE 0.60.8V，常取，常取UBEQ（硅管）（硅管） 0.6V锗管锗管：UBE 0.10.3V，常取，常取UBEQ（锗管）（锗管） 0.2V进行静态分析必须先得到放大电路的直流通路。进行静态分析必须先得到放大电路的直流通路。例例2-1 如图所示固定偏置放大电路，已知如图所

39、示固定偏置放大电路，已知RB =200 K ，RC =3K ，UCC = 12V， =50，试计算该电路的静态工作点。（设晶体管为硅管，试计算该电路的静态工作点。（设晶体管为硅管，UBE = 0.6V）UCCUoUiC2C1RBRCRLIBEQUBEQUCCRBRCUCEQ将耦合电容将耦合电容开路，得到开路，得到直流通路直流通路27静态分析就是要计算静态分析就是要计算I IBQBQ、I ICQCQ和和U UCEQCEQ根据固定偏置电路的特点，应先计算基极电流根据固定偏置电路的特点，应先计算基极电流IBQ，然后计算，然后计算ICQ和和UCEQ。由直流通路输入回路由直流通路输入回路ARUUIBBE

40、QCCBQ572000.6-12一般情况下，一般情况下，ICB0忽略不计，故有：忽略不计，故有：mAIIBQCQ85. 2057. 050再由直流通路的集电极输出回路可得：再由直流通路的集电极输出回路可得：IBEQUBEQUCCRBRCUCEQVRIUUCCQCCCEQ6.322.85-1228例例2-2 对于分压式偏置电路，试计算其静态工作点。对于分压式偏置电路，试计算其静态工作点。分压式偏置电路直流通路分压式偏置电路直流通路UBUE UCEIC IBI1 UCC RERC RB1RB2对于输入回路得到对于输入回路得到戴维南等效电路戴维南等效电路UCEICIBUCCRERCRBEBCCBBB

41、BURRRE21221/BBBRRR所以在输入回路所以在输入回路BEEBEBBQERIURI由于由于 ，故可得，故可得BEII)1 (EBBEBBQRRUEI)1 (BQCQIICQECCCEQECQCCCCEQIRRUIRIRUU)(分压式偏置电路静态工作点的也可以近似计算分压式偏置电路静态工作点的也可以近似计算 ，先忽略，先忽略IB计算计算UB，再计算，再计算IE(IC)和和UCECCBBBBURRRU212EBEBCQEQRUUII29例例2-3 场效应管放大电路，已知场效应管放大电路，已知IDSS和和VP，试计算静态工作点。，试计算静态工作点。uoC1uiCSC2RLR GRSRDUD

42、D解解 场效应管放大电路的静态工作点的计算需要场效应管放大电路的静态工作点的计算需要确定确定IDQ和和UDSQ。由于场效应管输入电阻极大，输入电流由于场效应管输入电阻极大，输入电流IG = 0，RG两端的静态电压为零，所以两端的静态电压为零，所以SDGSRIU由结型场效应管的由结型场效应管的转移特性转移特性2)1 (PGSDSSDVUII与上式联立求解可得与上式联立求解可得 PDSSSPDSSSPDSSSDVIRVIRVIRI/2/41/212DSSDPGSIIVU1求出求出ID后，就可以求出后，就可以求出UDSQ了。了。产生工作点电流产生工作点电流ID的偏压是的偏压是ID自己给出的，所以这种

43、偏置电路称为自给偏置电路。自己给出的，所以这种偏置电路称为自给偏置电路。 30混合偏置电路静态分析混合偏置电路静态分析对于对于结型结型、耗尽型耗尽型场效应管均场效应管均可采用自给偏置可采用自给偏置。但是，对于。但是，对于增强型场效应管增强型场效应管，由于，由于只有栅源电压达到开启电压时才有漏极电流，故只有栅源电压达到开启电压时才有漏极电流，故不能采用自给偏置电路不能采用自给偏置电路。这时可以。这时可以采用采用混合偏置电路混合偏置电路， RGCSC2C1RLR 2R1RSRDUoUDD同样，由于同样，由于IG=0，可以得到栅源电压为，可以得到栅源电压为 SDDDGSRIURRRU212再联立增强

44、型场效应管的再联立增强型场效应管的转移特性转移特性可以求出可以求出ID。与自给偏置电路相比，混合偏置与自给偏置电路相比，混合偏置电路有如下优点：电路有如下优点：（1）可以更好地稳定静态工作点，因为有）可以更好地稳定静态工作点，因为有R2的分压，的分压，RS可以选得大一些，而可以选得大一些，而RS越大，静态工作点越稳定。越大，静态工作点越稳定。（2）可以适用于所有场效应管。）可以适用于所有场效应管。但但RS不能太大，太大会使跨导减小，影响电压放大倍数。不能太大，太大会使跨导减小，影响电压放大倍数。312. 2. 动态分析动态分析1 1）小信号）小信号H H参数微变等效电路参数微变等效电路（1 1

45、） 晶体管小信号晶体管小信号H H参数微变等效电路参数微变等效电路晶体管共射接法的输入、输出特性的电流、电压关系可一般表示为晶体管共射接法的输入、输出特性的电流、电压关系可一般表示为 ),(1CEBBEuifu),(2CEBCuifi对上两式微分对上两式微分CECEBEBbbeBEduuudiiuduCECECBbCCduuidiiidi定义定义0CEduBBEBBEiediduiuh（单位为（单位为 ） 0BdiCEBECEBEreduduuuh（无量纲）（无量纲） 在在小信号小信号时，则有时，则有cerebiebeuhihuceoebfecuhihi0CEduBCBCfedidiiih（无

46、量纲）（无量纲） 0BdiCECCECoedudiuih（单位为（单位为S） 32对于对于交流信号交流信号，上式写成，上式写成有效值有效值形式形式cerebiebeUhIhUceoebfecUhIhI根据上式，可得微变等效电路根据上式，可得微变等效电路 beUbIbIcereUhbfeIhoehbfeIhbeUcIcIceUbbcceeiehiehceUhie为为晶体管晶体管共射输共射输入电阻入电阻rbehre为共射输为共射输入开路时的入开路时的电压反馈系电压反馈系数，表示输数，表示输出电压对输出电压对输入端的影响入端的影响 hfe为共射为共射电流放大电流放大倍数倍数 hoe为共射输出为共射输

47、出电阻的倒数，电阻的倒数，为输出特性曲为输出特性曲线工作点出斜线工作点出斜率的倒数率的倒数 忽略忽略hre和和hoe，则，则有有简化的等效电简化的等效电路路hie为输入特性曲线工作点出斜率的倒数，为输入特性曲线工作点出斜率的倒数，与工与工作点有关作点有关，可用下式近似计算：，可用下式近似计算：)()(26AImVrrhBQbbbeie33（2 2） 场效应管微变等效电路场效应管微变等效电路对场效应管的输出特性对场效应管的输出特性 进行同样的分析可得进行同样的分析可得),(DSGSDuufidsDSGSmDrdudugdi式中式中 常数DSuGSDmdudig/gm为为uDS（IDSS）在某一值

48、时）在某一值时的的跨导跨导，为场效应管，为场效应管转移特性转移特性曲线曲线工作点出斜率的倒数。工作点出斜率的倒数。 rds为为输出电阻输出电阻，为，为输出特性曲输出特性曲线线工作点处斜率的倒数。工作点处斜率的倒数。 ggsUsdIgsrgsmUgdsroU场效应管种类较多，但是在场效应管种类较多，但是在不考虑衬存底影响不考虑衬存底影响时其微变等效电路都是相同的。时其微变等效电路都是相同的。 34（3 3）运算放大器的线性等效电路）运算放大器的线性等效电路 对于运算放大器，为了分析方便，一般假设，除输入电阻对于运算放大器，为了分析方便，一般假设，除输入电阻Ri、输出电阻、输出电阻Ro和电压放大倍

49、数和电压放大倍数Au之外，其余参数均为理想情况。则可得运算放大器之外，其余参数均为理想情况。则可得运算放大器线性等效电路为线性等效电路为U+U iIoI)(UUAuoUiRoR对于对于理想情况理想情况，在线性范围内，运算放大器的输入电流和输入电压均，在线性范围内，运算放大器的输入电流和输入电压均为零，其输出电压为任意值，由外电路决定。因此，在分析理想运算为零，其输出电压为任意值，由外电路决定。因此，在分析理想运算放大器组成的放大电路时，只需要根据这一特性（放大器组成的放大电路时，只需要根据这一特性（虚短和虚开虚短和虚开特性）特性）分析即可，而无须等效电路。分析即可，而无须等效电路。352 2）

50、动态分析方法）动态分析方法动态分析步骤动态分析步骤（1）静态分析静态分析，计算出静态工作点得到动态分析等效电路，计算出静态工作点得到动态分析等效电路所需的参数值，如果这些参数已经给出，则这一步可不需所需的参数值，如果这些参数已经给出，则这一步可不需要；要；（2）从放大电路得到交流通路从放大电路得到交流通路，由于在中频时，耦合电容和，由于在中频时，耦合电容和旁路电容的容抗较小，可认为短路；而直流电源由于交流电流旁路电容的容抗较小，可认为短路；而直流电源由于交流电流流过不会产生交流电压，所以在流过不会产生交流电压，所以在交流通路中直流电压源对交流交流通路中直流电压源对交流信号而言相当于短路，即对地

51、短路信号而言相当于短路，即对地短路；（3）从交流通路得到微变等效电路从交流通路得到微变等效电路，也就是将放大器件用它，也就是将放大器件用它的等效电路替换；的等效电路替换；（4）交流分析交流分析，根据放大电路各指标的定义在微变等效电，根据放大电路各指标的定义在微变等效电路的基础上进行分析。路的基础上进行分析。36下面通过实例加以说明下面通过实例加以说明 例例2-42-4 固定偏置放大电路，设固定偏置放大电路，设 ，RL=3K ，其余各元件参数与例，其余各元件参数与例2-1相同，忽略相同，忽略 和和 ，试计算电压放大倍数，试计算电压放大倍数Au 、输入电阻、输入电阻Ri 和输出电阻和输出电阻Ro。

52、 200bbrrehoeh解解 （1）静态分析静态分析已在例已在例2-1中进行，这里直中进行，这里直接引用分析结果，即接引用分析结果，即IBQ= 57 A，所以有，所以有656105710262002663BQbbbeieIrrh（2）交流通路交流通路，将耦合电容，将耦合电容C1、C2短路，直流电压源为零（对地短路），短路，直流电压源为零（对地短路），得到交流通路得到交流通路 UCCUoUiC2C1RBRCRLUoUiRB RC RL（3）微变等效电路微变等效电路 用三极管用三极管的微变等的微变等效电路取效电路取代三极管代三极管bIbfeIhbeUcIbceiehceU37 hfeIb Ib

53、hieUo Ui RB RC RL（4）动态分析：）动态分析：由图可以得到由图可以得到iebihIU LbLbfeoRIRIhULCLRRR/所以所以 114656105 . 1503ieLiouhRUUA656/ieieBiiihhRIUR根据输出电阻定义，将根据输出电阻定义，将负载负载RL断开断开，信号源，信号源Ui为零为零，从，从输出端看进去输出端看进去的等效的等效电阻为电阻为KRRCo3382-3 2-3 放大电路性能指标的分析放大电路性能指标的分析中频时放大电路的性能指标的分析，主要分析放大电路的中频时放大电路的性能指标的分析，主要分析放大电路的电压放大倍数电压放大倍数Au 、输输入

54、电阻入电阻Ri 和和输出电阻输出电阻Ro。2-3-1 2-3-1 晶体管放大电路性能指标分析晶体管放大电路性能指标分析晶体管有三个电极，也就是三个端，放大电路有输入、输出两个端口四个端子，晶体管有三个电极，也就是三个端，放大电路有输入、输出两个端口四个端子，所以晶体管作为放大元件时，其中必有一个端子是输入输出端口的公共端。根据所以晶体管作为放大元件时，其中必有一个端子是输入输出端口的公共端。根据作为公共端的电极不同，晶体管放大电路可分为作为公共端的电极不同，晶体管放大电路可分为共发射极放大电路共发射极放大电路、共基极放大共基极放大电路电路和和共集电极放大电路共集电极放大电路。这三种放大电路性能

55、不同，在电路中所起的作用也不。这三种放大电路性能不同，在电路中所起的作用也不相同。相同。1. 1.性能指标计算性能指标计算CERLRERB1UCCRCUoVC2C1UiRB2RB1CBRLRB2RCUoVC2UiUCCRSRLRERBUoVC2C1USUiUCC391 1）共射放大电路）共射放大电路CERLRERB1UCCRCUoVC2C1UiRB2IoIiIbhfeIbhieUoUiRCRL21/BBBRRR BR微变等效电路电流放大倍数AifebbfeioihIIhIIA电压放大倍数AuieLfebieLbfeioumhRhIhRIhUUA)/(LCLRRR输出电阻Ro 将负载电阻RL断开

56、，信号源Ui为零，从输出端看进去的等效电阻coRR 输入电阻RiiebbieiiihIIhIUR402 2）共基放大电路）共基放大电路RB1CBRLRB2RCUoVC2UiUCCIoIihfeIbhieUoUiRC RL Ib微变等效电路电流放大倍数电流放大倍数Ai)1)1fefebfebfeioihhIhIhIIA（电压放大倍数电压放大倍数AumieLfebieLbfeioumhRhIhRIhUUA)/(LCLRRR输入电阻输入电阻RifeiebfebieiiihhIhIhIUR1)1（输出电阻输出电阻Ro将信号源为零，Ib 为零，受控电流源为零开路，故在负载电阻开路是从输出端看进去的电阻为

57、coRR 41RSRLRERBUoVC2C1USUiUCC3 3）共集放大电路）共集放大电路 Io IiUs RS Ib hfeIbhieUo Ui RBRERL微变等效电路电流放大倍数电流放大倍数Ai)1 ()1 (febbfeioihIIhIIA电压放大倍数电压放大倍数Au )1 ()1 ()1 ()1 ()(LfeieLfeLbfebieLbfeLobieLoioumRhhRhRIhIhRIhRIIhRIUUA42输入电阻输入电阻Ri IiUs RS Ib hfeIbhieUo Ui RBRERL)1)1LfeiebLbfebieiiiRhhIRIhIhIUR（输出电阻输出电阻Ro I2

58、 U2 RSIb hfeIb hieRE根据输出电阻的定义，共集放大电路输出电阻的计算电路为 由图可得EbfeRUIhI22)1 (而 iesbhRUI2所以 EiesfeRUUhRhI222)1 (feiesEfeiesohhRRhhRIUR1/122432 2 性能分析比较性能分析比较将以上三种基本组态的晶体管放大电路计算结果作一比较，在晶体管参数和各元件值相同的条件下，可以得出：（1）共射放大电路电流、电压放大倍数均较高，因而功率放大倍数最大，输入、输出电阻适中，故使用最广泛；（2）共基放大电路电压放大倍数高，但电流放大倍数小于1，输入电阻最小，作为电压放大器使用较少，但它可以较好地改善

59、放大电路的高频特性，故在高频放大电路中使用较多；（3）共集放大电路从射极输出，电压放大倍数小于1，接近于1，经常被称为射极输出器或射极跟随器。这种电路电流放大倍数高，有一定的功率放大作用，而且输入电阻高，输出电阻低，具有广泛的用途，经常被作为放大电路的输入级、输出级和中间隔离级使用。442-3-2 2-3-2 场效应管放大电路性能指标分析场效应管放大电路性能指标分析场效应管放大电路也有共源放大电路、共栅放大电路和共漏放大电路三种组态，但是一般情况下共栅和共漏两种组态的放大电路使用较少，下面仅对共源放大电路进行分析。RGUiCSC2C1RL R 2 R1RSRDUoUDDgmUgsUgsR2rd

60、sRDRLUoRGR1Ui微变等效电路电压放大倍数Aum )/()/(LDdsmgsLDdsgsmioumRRrgURRrUgUUA输入电阻RiGGiiiRRRRIUR21/输出电阻RoDdsoRrR/452-3-3 2-3-3 运算放大器放大电路性能指标分析运算放大器放大电路性能指标分析1. 1. 反相放大电路反相放大电路R1 UiR fUoIiRo Ri Uo A(U+U-)R1UiRfU2线性等效电路由于U+ = 0，所以U2 = （U+ U），可得节点法节点方程。 0)(121ofiifUGUGUGGG0)()(22AUGUGUGGofoof解上述联立方程，可得ioiifoifoioU