《模拟电子技术基础》(第四版)第2章

1、第二章第二章 内容提要内容提要内容提要内容提要本章先以单管共射极放大电路为例，阐明放大电路的组成本章先以单管共射极放大电路为例，阐明放大电路的组成原则以及实现放大作用的基本原理。然后介绍电子电路的原则以及实现放大作用的基本原理。然后介绍电子电路的最常用的两种分析方法最常用的两种分析方法图解法图解法和和微变等效电路法微变等效电路法，并利，并利用上述方法分析单管共射极放大电路的静态工作点和动态用上述方法分析单管共射极放大电路的静态工作点和动态参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。由于温度参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。由于温度变化将对半导体器件的参数产生影响，进而引起放大电路变化将对

2、半导体器件的参数产生影响，进而引起放大电路静态工作点的变动，为此，介绍了一种分压式静态工作点静态工作点的变动，为此，介绍了一种分压式静态工作点稳定电路。稳定电路。此外，还介绍了共集电极和共基极放大电路。此外，还介绍了共集电极和共基极放大电路。在双极型三极管放大电路的基础上，介绍了在双极型三极管放大电路的基础上，介绍了场效应管（单极型三极管）放大电路的特点场效应管（单极型三极管）放大电路的特点和分析方法。和分析方法。第二章第二章 目录目录放大放大要求要求变化量变化量幅度增大、波形失真小幅度增大、波形失真小对象对象变化量变化量实质实质能量能量转换和控制转换和控制放大作用涉及到放大作用涉及到变化量变

3、化量的概念。即有个较小的输入信的概念。即有个较小的输入信号时，要求在负载上得到一个较大的输出信号。由此号时，要求在负载上得到一个较大的输出信号。由此可见，所谓的放大作用，其放大的对象是输入信号。可见，所谓的放大作用，其放大的对象是输入信号。放大电路的放大倍数就是输出信号与输入信号之比。放大电路的放大倍数就是输出信号与输入信号之比。USUiUoRS+_.RL信号源信号源负载负载直流电源直流电源iIoI1、电压放大倍数、电压放大倍数Au=UoUi.2、输入电阻、输入电阻Ri=UiIi 信号源信号源负载负载一、小交流信号指标一、小交流信号指标oussUAUiisisURURRooiiususisis

4、UUURAAUUURR交流交流通路通路Ri与与Rs有关有关?Ri与与RL有关有关?用交流模型用交流模型,iuiiuA AA3、输出电阻、输出电阻oI(1)ooLoURRU(1)Ro=UoIoUS=0RL= (2)Ro与与RL有关有关?Ro与与RS有关有关?实验用实验用二、大交流信号指标二、大交流信号指标最大不失真输出电压最大不失真输出电压幅值幅值有效值有效值峰峰值峰峰值()omMU()oMU2()omMU再大就会产生截止失真再大就会产生截止失真或饱和失真或饱和失真不能用交流模型不能用交流模型只能用图解法只能用图解法一、电路结构一、电路结构RBVCCVBBRCC1C2T+uiuo偏置电阻偏置电阻

5、集电极负载电阻集电极负载电阻耦合电容耦合电容直流电源直流电源公共端公共端放大元件放大元件二、电路元件作用二、电路元件作用1. T：放大元件，是电路的核心，工作在放大元件，是电路的核心，工作在放大区放大区。iC= iB2.VCC:为电路提供为电路提供能量能量，并保证集电结，并保证集电结反偏反偏。一般为几。一般为几 伏伏几十伏。几十伏。3.RC：将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的放大。一般为几千欧放大。一般为几千欧几十千欧。几十千欧。4.VBB、RB：保证发射结保证发射结正偏正偏，并为电路提供大小合适的，并为电路提供大小合适的静态静态IB。RB一般

6、为几十千欧一般为几十千欧几百千欧。几百千欧。5.C1、C2：隔直通交。隔直通交。隔离输入、输出信号与电路直流隔离输入、输出信号与电路直流的联系，同时能使交流信号顺利输入输出。其为的联系，同时能使交流信号顺利输入输出。其为电解电电解电容，有极性，一般为容，有极性，一般为10 F50 F。在一定的频率范围内在一定的频率范围内，C1、C2上的交流压降小到可以忽略上的交流压降小到可以忽略 不计，即对交流信不计，即对交流信号可视为短路。号可视为短路。三、电路主要特点三、电路主要特点(1) 交直流共存交直流共存(2) 非线性非线性直流通路直流通路交流通路交流通路图解法图解法(特性曲线特性曲线)等效电路法（

7、直流模型交流模型）等效电路法（直流模型交流模型）更精确更精确,但繁琐但繁琐,大信号大信号近似近似, 易懂易懂,小信号小信号RBVCCVBBRCC1C2T+uiuo单电源供电单电源供电+VCCRBRCC1C2Tuoui+VCCRBRCC1C2Tuoui+VCCRBRCT直流通路直流通路交流通路交流通路uiuoRCRBTui=0 C1、C2断路断路VCC=0C1、C2短路短路1 1、必须有直流源，、必须有直流源， 使使JeJe正偏、正偏、JcJc反偏；反偏； 并与电阻配合，形成合适的并与电阻配合，形成合适的静态工作点静态工作点2 2、交流信号必须：、交流信号必须：“加得进加得进”（u ui i必须

8、导致必须导致u ubebe）“取得出取得出”（i iC C必须必须导致导致uo）3 3、交直流配合适当，管子始、交直流配合适当，管子始终工作在终工作在放大区放大区。直流通路直流通路交流通路交流通路点要设置合适，使得点要设置合适，使得加上交流后，管加上交流后，管子也始子也始终工作在放大区终工作在放大区图图(a)中，没有设置静中，没有设置静态偏置，即态偏置，即IBQ=0，不能放大，不能放大课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？uoVCCRCC1C2TRLui(a)+RCT+VCC直流通路直流通路RBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)+图图(

9、b)中，有静态偏置中，有静态偏置, 但但ui =0 ，ube =0 ，所以不能放大。，所以不能放大。RBRLuoui(b)RC交流通路交流通路图图(c)中，有静态偏置中，有静态偏置,ube= ui, 有有ib和和ic, 但但uo=0,所以不能放大交流电压信号。所以不能放大交流电压信号。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1+RBRLuoui集电极负载电阻集电极负载电阻RC不能少不能少交流通路交流通路RC直接耦合共射放大电路直接耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路直接耦合和阻容耦合直接耦合和阻容耦合放大电路与信号源直接相连放大电路与信号源直接相连放大电路与负载直接相连放大电

10、路与负载直接相连放大电路与信号源通过电容相连放大电路与信号源通过电容相连放大电路与负载通过电容相连放大电路与负载通过电容相连Rb 1不能少不能少电路主要特点电路主要特点(1) 交直流共存交直流共存(2) 非线性非线性用用直流通路直流通路作静态分析作静态分析用用交流通路交流通路作动态分析作动态分析图解法图解法(非线性非线性)等效电路法等效电路法(线性化线性化)直流模型直流模型特性曲线特性曲线+直流负载线直流负载线特性曲线特性曲线+交流负载线交流负载线交流模型交流模型先静态分析先静态分析后动态分析后动态分析静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确

11、定静 态值（直流值）态值（直流值）UBEQ、IBQ、 ICQ 和和UCEQ。可用放大电路。可用放大电路的直流通路来分析。的直流通路来分析。放大电路没有输入信号放大电路没有输入信号( (ui =0 ) )时的工作状态称为时的工作状态称为静态静态。放大电路建立合适的静态值，是为了使三极管在加入交放大电路建立合适的静态值，是为了使三极管在加入交流信号后也始终工作在放大区，以保证信号不失真。流信号后也始终工作在放大区，以保证信号不失真。放大电路有输入信号时的工作状态称为放大电路有输入信号时的工作状态称为加入加入了动态。加了动态。加入输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分入输入信号后，三极管的各

12、个电压和电流都含有直流分量和交流分量。量和交流分量。动态动态交流分量的交流分量的可用放大电路的交可用放大电路的交流通路来分析。流通路来分析。等效电路法等效电路法1 1、用三极管直流模型分析放大电路的静态值、用三极管直流模型分析放大电路的静态值用三极管交流模型分析放大电路的动态指标用三极管交流模型分析放大电路的动态指标1 1、用直流模型分析放大电路的静态值、用直流模型分析放大电路的静态值RCICQ UCEQUBEQRBIBQ+VCCIEQ+VCCRBRCC1C2Tuoui+RLRSus+ 直流通路直流通路ecbTIBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQRCICQ UCEQUBEQRBIBQ

13、+VCCIEQ代替代替RC UCEQUBEQRB+VCCIEQBECIBQ=VCCUBEQRBICQ = IBQUCEQ = VCC ICQ RCUBEQ = UD = 0.7VUDIBQ估算法估算法IBQICQ用交流模型分析放大电用交流模型分析放大电路的动态指标路的动态指标交流通路交流通路TuiuoRCRBibicRSus+ RLBCE利用晶体管的交利用晶体管的交流模型分析其动流模型分析其动态指标的方法，态指标的方法，称称微变等效电路微变等效电路法法。+VCCRBRCC1C2Tuoui+RLRSus+ uberbe e ibibicucebcecbTcbeTEUoUiUsRCRLRBRS+

14、BC 微变等效电路微变等效电路TuiuoRCRBibicRSus+ RLBCE交流通路交流通路IbIb Icrbe 1. 电压放大倍数电压放大倍数rbe EUoIbIb IcUiUsRCRLRBRS+ BC若输出端开路若输出端开路(RL= )，则，则 RCrbeAu= 由此可见，带负载后，电压放大倍数由此可见，带负载后，电压放大倍数|Au | 。上式中的负。上式中的负号说明号说明Uo与与Ui反相。反相。Au= rbe （RC/RL）=UoUiIb Ib= （RC/RL）rbe= R Lrbe26()()bebbb ebbBQmvrrrrImA先直流后交流先直流后交流电流放大系数电流放大系数:

15、bcii /2. 放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻若若RB rbe ，则，则 Ri rbe RB / rbe =IiRi=UiRirbe EUoIbIb IcUiUsRCRLRBRS+ BCrbe EUoIbIb IcUiUsRCRLRBRS+ BCIiAus=UoUs=Au Ri Rs+ +Ri =UiUsUoUi称为源电压放大倍数称为源电压放大倍数usA3. 放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻可用外加电压法求可用外加电压法求RoRorbe EUoIbIb IcUiUsRCRLRBRS+ BCIoRo=UoIoUS=0RL= =RC作业作业:2.2(2.1), 2.3(2.2)(a),

16、(b),(c), 2.13(2.11)讲讲1.16(1.10, 1.5V),1.19(1.12, e)、用用特性曲线特性曲线分析放大电路的静态值（直流通路）分析放大电路的静态值（直流通路）+VCCRBRCTuE = VCC i R输入特性曲线输入特性曲线输入直流负载线输入直流负载线+VCCT+-uERi图解法图解法0VCCRVCCQi / AuE /V静态工作点静态工作点直流负载线直流负载线在三极管输入特性曲线坐在三极管输入特性曲线坐标上画输入直流负载线标上画输入直流负载线uE = VCC i Ri= 1RuE+VCCRIQUEQ0.7 ?BEQDUUV+VCCRBRCT+VCCRCTiC+-

17、uCEuCE = VCC iC RC输出特性曲线输出特性曲线输出直流负载线输出直流负载线0VCCRCVCCQiC / mAuCE /V静态工作点静态工作点直流负载线直流负载线1. 找到找到IBQ那条曲线那条曲线IBQ2. 在三极管输出特性曲线在三极管输出特性曲线坐标上画输出直流负载线坐标上画输出直流负载线uCE = VCC iC RCiC= 1RCuCE+VCCRCICQUCEQ负载线：过点，斜率负载线：过点，斜率?CQBQII一一、Vcc和和RC不变不变, , RB增大为增大为R B，IBQ减小为减小为I BQ 0IB = 0 AVCCRCVCCQiC / mAuCE /VIBQI BQQ

18、往截止区跑往截止区跑二、二、Vcc和和RB不变不变, RC增大为增大为R C0IB = 0 AVCCRCVCCQiC / mAuCE /VIBQVCCR CQ 往饱和区跑往饱和区跑三、三、RC和和RB不变，不变，VCC减小为减小为VCC 0IB = 0 AVCCRCVCCQiC / mAuCE /VIBQV CCRCQ V CCI BQ交流信号的动交流信号的动态范围变小态范围变小直流源要与电阻配合，形成直流源要与电阻配合，形成合适的合适的静态工作点静态工作点 1. 输出端开路输出端开路VCCRBRCC1C2TuBEuCE iBiCuiuo+ RSus、用特性曲线分析放大电路的动态指标用特性曲线

19、分析放大电路的动态指标用交流通路，交流负载线用交流通路，交流负载线交流通路交流通路uce=uo= icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+ ube=ui=UimSin tuBE = UBE+ + ube=UBEQUim sin t+ tuBE/V 0UBEQube =UBE /V0UBEQ t+0ube/V Uim tui为正弦信号为正弦信号负载线：负载线：过点，斜率过点，斜率CCQCCEQCERIiUu)(0iBAuBE/VQ00UBEQ t tAiBibiB = IBQ+ ib在输入特性上作图在输入特性上作图uBE/VIBQIBQUBEQube/V0Ibm12ube u

20、i先画先画D负载线负载线ib00Q t00ICQicUCEQUcemuce (uo)uCE /VuCE /V在输出特性上作图在输出特性上作图?ic= ib先画先画D负载线负载线iC / mAiC / mA tVCCRCVCC电压放大倍数电压放大倍数Au =UcemUimIBQ+ IbmIBQ-IbmIBQ再画再画A负载线负载线ib0?oiRRuce/ uo0ic02. 输出端接负载输出端接负载交流通路交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+ RL= icuce(RC/RL)= icR L=uo()CECEQCCQLuUiIR负载线：过点，斜率负载线：过点，斜率LR带载交流负

21、载线带载交流负载线带负载后，带负载后，Uom减减小小, Au 下降下降 作作交流负载线交流负载线带载输出电压带载输出电压0Q t00ICQicUCEQuce (uo)uCE /VuCE /ViC / mAiC / mA tVCCRCVCCICQR LIBQIBQ+ IbmIBQ Ibmib0不带载交流负载线不带载交流负载线uce/ uo00Q001. 静态工作点偏高引起饱和失真静态工作点偏高引起饱和失真ic正正半周变平半周变平uCE /V 三、三、 用图解法分析非线性失真用图解法分析非线性失真uo ,uce波形波形uce (uo)负负半周变平半周变平饱和失真饱和失真uCE /ViC / mAi

22、C / mA t tIBQ+ IbmIBQIbmIBQ交流负载线交流负载线()?omMUib0CC, CB?PNPuce (uo)0UCESuBE / V0Q00iB / AiB / AuBE / V2. 静态工作点偏低引起截止失真静态工作点偏低引起截止失真ib tube ui tIBUBEIB0ibIbm000Q ic（2） 工作点偏低引起工作点偏低引起 ic 、uce (uo)失真失真uCEuCE /V截止失真截止失真uo波形波形iC / mAiC / mAuo正正半周变平半周变平 t tIBQ+ IbmIBQUCEQICQ交流负载线交流负载线()?omMU00ibCC, CB?PNP0C

23、EOIuce (uo)0ibebcceouuiiuu 阻容阻容CE:,beioceuuuu0Q1uCE /V 三、三、 用图解法分析非线性失真用图解法分析非线性失真iC / mA交流负载线交流负载线()?omMUUCESUCEQ1Q2UCEQ2ICQQCEQCESCQLUUIRICQ2ICQ10CEOI四、四、 结论结论一、一、为了不失真地放大交变电压信号为了不失真地放大交变电压信号, , 必须给放大电路必须给放大电路设置设置合适的合适的静态工作点。静态工作点。 二、放大电路中的信号是交直流共存二、放大电路中的信号是交直流共存即：即：uCE=UCEQ+uceiC=ICQ+iciB=IBQ+ib

24、uBE=UBEQ+ube虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但总量方向始终不变。总量方向始终不变。三、三、输出输出uo与输入与输入ui相比，幅相比，幅度被放大了，频率不变，但度被放大了，频率不变，但相位相反相位相反(CE).(CE).作业作业:2.8(?), 2.9(?), 2.11(2.10), 2.12(?)由前面的分析可知，放大电路的多项重要由前面的分析可知，放大电路的多项重要技术指标技术指标均与均与静态工作点的位置密切相关，因此，如何使静态工作点静态工作点的位置密切相关，因此，如何使静态工作点稳定是一个十分重要的问题。而使静态工作点不稳定的稳定是一个十分重要的问题。而使静态工

25、作点不稳定的因素很多，如：温度的变化、管子的老化、电源电压的因素很多，如：温度的变化、管子的老化、电源电压的波动等。其中，温度对静态工作点的影响最为严重。波动等。其中，温度对静态工作点的影响最为严重。直流通路直流通路BRCIC UCERB1IB+VCCIEI1I2RB2RE二、静态分析二、静态分析 UBEIC IE=VB UBERE VBREICIB= UCE=VCC IC（RC+RE）212BBCCBBRVVRR如不忽略如不忽略IB,可使用可使用戴维宁定理戴维宁定理11三、工作点稳定原理三、工作点稳定原理温度温度 IC IEVEUBEIB IC 直流通路直流通路BRCIC UCERB1IB+

26、VCCIEI1I2RB2RE UBE通过通过引入引入DC负反馈负反馈来来稳定点稳定点四、动态分析四、动态分析rbe EUoIbIb UiUsRCRLRB2RS+ BCRB1+VCCRCC1C2TRLRB2RECE+RB1uoRSus+ +uiBCErbe EUoIbIb UiUsRCRLRB2RS+ BCRB11. 电压放大倍数电压放大倍数Au= rbe （RC/RL）=UoUiIb Ib= （RC/RL）rbe= R Lrbe若断开电容若断开电容CE:IeREAu= rbe+（1+ ） RE （RC/RL）=UoUiIb Ib= R LIb rbe+（1+ ）RE 分析可见，断开分析可见，断

27、开CE使使| Au | ，因此在，因此在RE两端要并联旁路电两端要并联旁路电容容CE。Erbe EUoIbIb UiUsRCRLRB2RS+ RB1IeREE2. 输入电阻输入电阻有有CE,RB1 /RB2/ rbe =IiRi=Ui断开断开CEBC=Ri=UiUiUiRB1/RB2+IiUirbe+(1+ )RE =R B/rbe+(1+ )RE (R B=RB1/RB2)由此可见，断开由此可见，断开CE使使Ri Ii把射极回路的电阻等效到把射极回路的电阻等效到基极回路，要乘以基极回路，要乘以)1 (rbe EUoIbIb UiUsRCRLRB2RS+ RB1IeREEBC3. 输出电阻输出

28、电阻Io有有CE：Ro=UoIoUS=0RL= =RC断开断开CE：Ro=UoIoUS=0RL= =RC从发射极和地之间取输出从发射极和地之间取输出电压，故又称电压，故又称射极输出器射极输出器usuoT+RSC1RBC2RERLVCC+ uiTRBREVCC+usRS+ uiTRBRERLuo直流通路直流通路交流通路交流通路对交流信号而言，对交流信号而言，共用共用集电极集电极，故，故射极输出器是射极输出器是共共集电极放大电路集电极放大电路。IB=VCCUBERB+(1+ )REUCE = VCC IEREIC = IB UCEUBEIBICRBREVCC+VCC=IBRB+UBE+（1+ ）I

29、BREusRS+ uiTRBRERLuo微变等效电路微变等效电路一、电压放大倍数一、电压放大倍数Au=UoUi rbe+ =（RE/RL）Ib（1+ ）Ib(RE/RL)Ib(1+ ) rbe+ =（RE/RL）（1+ ）（RE/RL）（1+ ）（1+ ）（RE/RL） rbe所以所以Au 1，但恒小于，但恒小于1。电压未被放大。电压未被放大。上式说明上式说明uo与与ui大小近似大小近似相等，且同相，所以该电相等，且同相，所以该电路又称电压跟随器。路又称电压跟随器。Ie=(1+ )Ib，所以可放大，所以可放大电流，即可放大功率。电流，即可放大功率。RS+ RBRERLrbeUs.Ui.Uo.I

30、b. Ib.Ie.?ibeuuBEC?oceuu二、输入电阻二、输入电阻与共射极放大电路相比，共集电极放大电路的输入电阻与共射极放大电路相比，共集电极放大电路的输入电阻大大提高了。大大提高了。Ib.Ii.RS+ RBRERLrbeUs.Ui.Uo. Ib.RiIe.(1)(/)ib bebELUI rIRR(1)(/)iiiibBBbeELUUUIIRRrRRbe/r(1)(/)iiBELiURRRRIBECRi与与RL有关有关把射极回路的电阻等效到基极回路，要乘以把射极回路的电阻等效到基极回路，要乘以)1 (（R S = RS / RB） 三、输出电阻三、输出电阻RS+ RBRERLrbeUs.Uo.Ib. Ib.I o.RoR oIo.R o=UoI oUS=0RL= =Uo（1+ ） Ib.=UoUo（1+ ）(RS / RB)+rbe=(RS / RB)+rbe（