第5章 基本放大器电路

1、第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.1 5.1 基本放大器组成原理及偏置电路基本放大器组成原理及偏置电路5.1.1 5.1.1 基本放大器组成原理基本放大器组成原理阻容耦合放大器阻容耦合放大器UBB、UCC：直流偏置电压：直流偏置电压RB：基极偏置电阻：基极偏置电阻RC：集电极负载电阻：集电极负载电阻US：正弦电压：正弦电压RS：正弦电压：正弦电压US的内阻的内阻Ui：输入电压：输入电压C1、C2：隔直电容，耦合电容：隔直电容，耦合电容共射极放大器的原理电路共射极放大器的原理电路第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路用晶体管（用晶体管（BJT）组成放大器时应该遵循的规则：）组成放

2、大器时应该遵循的规则：第一，必须将晶体管偏置在放大区，且要设置一个合适的静第一，必须将晶体管偏置在放大区，且要设置一个合适的静态工作点。为减小直流功耗，工作点态工作点。为减小直流功耗，工作点的的ICQ应较小应较小。第二，输入信号必须加在基极第二，输入信号必须加在基极- -发射极回路。具体连接时，发射极回路。具体连接时，若为若为CE组态，信号应加到基极上，若为组态，信号应加到基极上，若为CB组态组态，信号应加，信号应加到发射极上。到发射极上。第三，必须设置合理的直流和交流信号通路。当信号源和负第三，必须设置合理的直流和交流信号通路。当信号源和负载与放大器相接时，一方面不能破坏已设定好的直流工作点

3、，载与放大器相接时，一方面不能破坏已设定好的直流工作点，另一方面，应尽可能地减小信号通路中的损耗。在实际电路另一方面，应尽可能地减小信号通路中的损耗。在实际电路中，若输入信号的频率较高（几百中，若输入信号的频率较高（几百Hz以上），阻容耦合是最以上），阻容耦合是最佳连接方式。佳连接方式。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.1.2 5.1.2 直流偏置电路直流偏置电路固定偏流电路固定偏流电路晶体管在放大应用时，必须偏置在放大状态，且在信号变化过晶体管在放大应用时，必须偏置在放大状态，且在信号变化过程中，其始终工作在放大区，此时，对偏置电路的要求是：程中，其始终工作在放大区，此时，对偏置

4、电路的要求是：第一，晶体管要有一个合适的直流工作点，该工作点在环境温第一，晶体管要有一个合适的直流工作点，该工作点在环境温度变化或更换其他晶体管时应保持稳定，即度变化或更换其他晶体管时应保持稳定，即ICQ和和UCEQ稳定。稳定。第二，对直流能量和信号传输的损耗应尽可能小。第二，对直流能量和信号传输的损耗应尽可能小。第三，电路形式要简单。第三，电路形式要简单。特点：工作点的温度稳定性差。特点：工作点的温度稳定性差。当温度变化或更换其他晶体管时，当温度变化或更换其他晶体管时，会造成工作点较大的偏移，甚至会造成工作点较大的偏移，甚至会使管子进入饱和或者截止状态。会使管子进入饱和或者截止状态。第第五章

5、五章 基本放大器电路基本放大器电路分压式偏置电路分压式偏置电路电流负反馈型偏置电路电流负反馈型偏置电路使工作点稳定的使工作点稳定的基本原理（负反馈）：基本原理（负反馈）：在电路中引入自动调节机制，用与在电路中引入自动调节机制，用与IB相相反的变化去自动抑制反的变化去自动抑制IC的变化，从而使的变化，从而使ICQ稳定。稳定。实现方法：在发射极串接电阻实现方法：在发射极串接电阻RE。RB=RB1/RB2,UBB=UCCRB2/(RB1+RB2)估算工作点时，估算工作点时，ICQ近似为：近似为：EonBEBBEQCQRUUII)(第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.1.3 5.1.3 直流

6、通路和交流通路直流通路和交流通路根据放大器的组成原理，放大器既不是直流电路，也不是交流根据放大器的组成原理，放大器既不是直流电路，也不是交流电路，而是一种交直流混合电路。电路，而是一种交直流混合电路。对放大器的定量分析包括：对放大器的定量分析包括：直流（静态）工作点分析直流（静态）工作点分析对象是电路中的直流分量对象是电路中的直流分量交流（动态）性能分析交流（动态）性能分析对象是电路中的交流分量对象是电路中的交流分量确定放大器直流通路与交流通路的方法：确定放大器直流通路与交流通路的方法：直流通路：电容开路，电感短路，直流电源保留。直流通路：电容开路，电感短路，直流电源保留。交流通路：根据输入信

7、号的频率，将电抗极小的大电容、小电交流通路：根据输入信号的频率，将电抗极小的大电容、小电感短路，电抗极大的小电容、大电感开路，而电抗不容忽略的感短路，电抗极大的小电容、大电感开路，而电抗不容忽略的电容、电感保留，且直流电源对地短路（其内阻极小）。电容、电感保留，且直流电源对地短路（其内阻极小）。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路直流通路直流通路交流通路交流通路固定偏流电路组成的固定偏流电路组成的共射极放大器共射极放大器第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.2 5.2 放大器的放大器的图解分析法图解分析法5.2.1 5.2.1 直流图直流图解分析解分析内部方程内部方程: :特性曲

8、线方程特性曲线方程外部方程外部方程: :直流负载线方程直流负载线方程 BQBIiCECufi)(CCCCCERiUuRBQ1RCQ3RBQ2RCQ4Q3Q4Q1Q2第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路符号说明：符号说明：（以基极电流为例）（以基极电流为例）ib：小写字母：小写字母，小写下标，小写下标交流量的瞬时值交流量的瞬时值i iB B：小写字母，大写下标：小写字母，大写下标交、直流量的瞬时总量交、直流量的瞬时总量Ib：大写字母：大写字母，小写下标，小写下标交流量的有效值交流量的有效值IB：大写字母：大写字母，大写下标，大写下标直流量（或静态量）直流量（或静态量）5.2.2 5.2.2

9、 交流图解分析交流图解分析即在输入信号作用下，通过作图来确定晶体管各极电流与即在输入信号作用下，通过作图来确定晶体管各极电流与极间电压的变化量。极间电压的变化量。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路2.2.交流负载线钭率交流负载线钭率= =瞬时工作点移动的斜率瞬时工作点移动的斜率1.1.交流负载线一定通过直流工作点交流负载线一定通过直流工作点QCCECLLiKuR | RR 11交流负载线：动态信号所遵循的负载线（两个特点）交流负载线：动态信号所遵循的负载线（两个特点）第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路共射极放大器电流与电压的波形共射极放

10、大器电流与电压的波形几点结论几点结论第一，各极电流与极间电压的方向第一，各极电流与极间电压的方向不变，只是围绕各自的静态值，按不变，只是围绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性变化，即输入信号规律近似呈线性变化，即在在Q点处的直流量上叠加一个交流量，点处的直流量上叠加一个交流量，所以，交直流可分开计算。所以，交直流可分开计算。第二，只有交流分量才能反映输入第二，只有交流分量才能反映输入信号的变化，因此，放大器输出的信号的变化，因此，放大器输出的是交流量，但为了确保交流分量不是交流量，但为了确保交流分量不失真，直流量是必不可少的。失真，直流量是必不可少的。第三，第三，Uo与与Ui反相或称倒相，

11、所以，反相或称倒相，所以，共射极放大器是反相放大器。共射极放大器是反相放大器。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路工作点太高工作点太高, ,集电极电流太大集电极电流太大, ,易产生饱和失真易产生饱和失真- -底部限幅底部限幅工作点太低工作点太低, ,集电极电流太小集电极电流太小, ,易产生易产生截止截止失真失真- -顶部限幅顶部限幅5.2.3 直流工作点与放大器非线性失真的关系直流工作点与放大器非线性失真的关系若直流工作点的位置设置不当，会使放大器的输出波形产若直流工作点的位置设置不当，会使放大器的输出波形产生明显的非线性失真。生明显的非线性失真。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电

12、路输出不失真动态范围：输出不失真动态范围：受截止失真限制，顶部受截止失真限制，顶部不超过不超过A点，最大不失点，最大不失真输出电压的幅度为真输出电压的幅度为受饱和失真限制，底部受饱和失真限制，底部不进入饱和区，最大不不进入饱和区，最大不失真输出电压的幅度为失真输出电压的幅度为OmCEQCESUUU OPPOmUU 2OmCQLUIR 二者取其小，输出线性动态范围二者取其小，输出线性动态范围UCES为临界饱和压降，一般取为临界饱和压降，一般取1V为使输出动态范围最大，直流工作点应选在交流负载线的中点为使输出动态范围最大，直流工作点应选在交流负载线的中点第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5

13、.3 放大器的交流等效电路分析法放大器的交流等效电路分析法前提：工作在放大区前提：工作在放大区晶体管交流等效的条件：晶体管交流等效的条件：输入为小信号输入为小信号Q点点处：可用直流关系来近似伏安特性处：可用直流关系来近似伏安特性可把晶体管看作线性有源器件，并用相应的线性元件等效，可把晶体管看作线性有源器件，并用相应的线性元件等效，即可得到即可得到Q点处的交流小信号模型。点处的交流小信号模型。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.3.1 晶体管交流小信号电路模型晶体管交流小信号电路模型CCQciIiBBQbiIiBEBEQbeuUuCECEQceuUubeBEEBEbeQebBBEuui

14、ur|()riiii 1BETeQECQuUr|iI 忽略管内寄生效应忽略管内寄生效应ube控制控制iB的作用，可用的作用，可用b、e间相应的交流结电阻间相应的交流结电阻rbe来等效来等效第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路CQCCBmQQBEBBEbeeeTIiiig|uiur()rrU 11CEAceCCQuUriI C EbcceBurri 第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路压控型电路模型压控型电路模型流控型电路模型流控型电路模型考虑基区体电阻考虑基区体电阻 的影响的影响Tbeebbb ebbbbCQUrrrr()rr()I11mbb eg UI 图中忽略图中忽略r rbc

15、bc的影响的影响bbr第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.3.2 共射共射放大器的交流小信号模型分析法放大器的交流小信号模型分析法利用晶体管的交流小信号等效电路模型分析放大器的步骤：利用晶体管的交流小信号等效电路模型分析放大器的步骤：第三步，根据交流等效电路计算放大器的各项交流指标。第三步，根据交流等效电路计算放大器的各项交流指标。第二步，确定放大器的交流通路，用晶体管的交流小信号等效第二步，确定放大器的交流通路，用晶体管的交流小信号等效电路模型替换晶体管得出放大器的交流小信号等效电路；电路模型替换晶体管得出放大器的交流小信号等效电路；第一步，根据直流通路估算直流静态工作点第一步，根

16、据直流通路估算直流静态工作点Q；第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路1. 电压放大倍数电压放大倍数OCCLbLLuib beb bebeUI ( R | R )I RRAUI rI rr iiBBbeiURR| R|rI123. 输入电阻输入电阻4. 输出电阻输出电阻SLOOU.RCOUR|RI02. 电流放大倍数电流放大倍数5. 源电压放大倍数源电压放大倍数LCCbeBBioiRRRrRRIIAuisiiosisousARRRUUUUUUA第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路iiBBbeiURR| R| rI 12OCCLbLLuib beb bebeUI (R |R )I RR

17、AUI rI rr SLOOU.RCOUR|RI 0ObLLuib beBEbeEUI RRAUI r()I Rr()R 11ibeEBBRr()R | R| R 121OCRR 第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.4 5.4 共集电极放大器和共基放大器共集电极放大器和共基放大器5.4.1 5.4.1 共集电极放大器共集电极放大器bELub bebEL()I ( R| R )AI r()I ( R| R ) 111输入输出同相，输入输出同相，Au1输入电阻很大输入电阻很大输出电阻很小输出电阻很小)/)(1 (/21LEbeBBiRRrRRR1/,0sbeERUoooRrRIURLs第

18、第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.4.2 共基极放大器共基极放大器OCRR CLube( R| R)Ar 输入输出同相输入输出同相输入电阻最小输入电阻最小与共射电路相同与共射电路相同1/beEirRR第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.4.3 三种基本放大器的性能比较（表三种基本放大器的性能比较（表5.4.1）第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.4.3 三种基本放大器的性能比较（各电路特点）三种基本放大器的性能比较（各电路特点）CE放大电路：既有电压增益，又有电流增益，应用最广泛，放大电路：既有电压增益，又有电流增益，应用最广泛，常用作各种放大器的主放大级。常用作

19、各种放大器的主放大级。CC放大电路：输入电阻大，输出电阻小，电压增益小于放大电路：输入电阻大，输出电阻小，电压增益小于(接近接近于于)1，常用作多级电压放大器的输入或输出级，实现阻抗变换，常用作多级电压放大器的输入或输出级，实现阻抗变换，有利于电压的放大与传输。有利于电压的放大与传输。CB放大电路：输入电阻小，输出电阻大，电流增益小于（接放大电路：输入电阻小，输出电阻大，电流增益小于（接近于）近于）1，常用于宽带放大与高频电路中，有利于电流的放大，常用于宽带放大与高频电路中，有利于电流的放大与传输。与传输。第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路例例 5.4.15.4.11. 1. 要求源电

20、压增益最大要求源电压增益最大2. 2. 要求输出电压要求输出电压3. 3. 要求输出电压要求输出电压4. 要求接入负载电阻要求接入负载电阻RL=1千欧时千欧时, Uo|Us|，并求，并求Ro 5. 5. 要求同时获得一对等值反相的输出信号要求同时获得一对等值反相的输出信号soUUsoUU第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路增强型增强型MOSFET：分压式偏置电路分压式偏置电路RDUDDRS(自偏压电阻)uiRGVRDUDDRS(自偏压电阻)uiRG2RG1(分压式偏置)SDGSRiuSDDDGGGGSRiURRRu2125.5.1 5.5.1 场效应管偏置电路场效应管偏置电路5.5 5.

21、5 场效应管放大器场效应管放大器JFET、耗尽型、耗尽型MOSFET：自偏压电路自偏压电路第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路iDuGS0(a)Q1Q2iDuGS0(b)Q1Q2Q2Q3Q3RS1RS1RG1 RG2RG2UDDSDGSRiuSDDDGGGGSRiURRRu212SDGSGSoffGSDSSDRiuUUIi2)1 (2. 解析法解析法1. 图解法图解法联立求解联立求解IDQ（NJFET）SDGSRiu不适合增强型不适合增强型NMOSFET不适合不适合NJFET第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.5.2 场效应管低频小信号电路模型场效应管低频小信号电路模型跨导跨导

22、FET输输出电阻出电阻CuGSDmDSuigCuDDSdsGSiur第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.5.2 场效应管放大器分析场效应管放大器分析1. 共源放大器共源放大器(/ /)(/ /)(/ /)(/ /)mgsDLOdDLmiDLumDLiiiig URRUIRRg U RRAgRRUUUU iGRR电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻ODRR第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路 例例5.5.15.5.1(1)igsSgsmgsSgsmSUUUUg U RUg R(/)OmgsDLUg URR电压放大倍数电压放大倍数(/ /)1OmuDSimSUg

23、ARRUg R ODRR123(/ /)iGGGRRRR输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路2. 共漏放大器共漏放大器)/(1)/(LSmLSmogsoiouRRgRRgUUUUUAGiRR 电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路输出电阻输出电阻momogsmoUoogUgUUgUIURi1)()(00SmSoUoooRgRRIURi/1/0输出电阻小输出电阻小第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路3. 共栅放大器共栅放大器)/()/(LDmgsLDgsmiouRRgURRUgUUA电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻mgsmgssiigUgUIUR1)(mSiSigRRRR1/输出电阻输出电阻DoRR 三种组态性能比较三种组态性能比较 （表（表5.5.1）第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路第第五章五章 基本放大器电路基本放大器电路5.6 放大器的级联