模拟电子技术课件2

1、*第2章 基本放大电路*第2章 基本放大电路2.1基本放大电路的组成2.1.1共发射极基本放大电路2.1.2共发射极基本放大电路的化简2.2基本放大电路的静态分析2.2.1估算法2.2.2图解法2.2.3静态工作点的调整2.3基本放大电路的动态分析2.3.1微变等效电路2.3.2电压放大倍数2.3.3动态电阻2.3.4基本放大电路图解分析*第2章 基本放大电路2.4静态工作点的稳定2.4.1温度对静态工作点稳定的影响2.4.2分压式偏置电路2.4.3静态分析2.4.4稳定静态工作点的原理2.4.5动态分析2.5三种放大电路分析2.5.1共集电极放大电路*2.5.2共基极放大电路*2.5.3三种

2、放大电路比较2.6场效应管放大电路2.6.1静态分析2.6.2动态分析*2.1 基本放大电路的组成2.1.1 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路如图2.1所示。电路由三极管VT、电阻RC和RB、电容C1和C2、电源UCC和UBB组成。图2.1 共发射极基本放大电路*2.1 基本放大电路的组成2.1.2 共发射极基本放大电路的化简图2.1所示的基本放大电路中有两个电源，即集电极电源UCC和基极电源电压UBB。为了简化电路，可以省去电源UBB，只用一个UCC。去掉UBB后，把RB接在UCC的正极上即可，如图2.2所示。图2.2 简化电路*2.1 基本放大电路的组成电子电路中常把输入电压、输出

3、电压及电源UCC的公共端接地。分析电路时通常把接地端作为参考电位点，即零电位点，其他各点的电位是对地的电位。图2.3所示为将图2.2电路中电压变成电位表示的一种习惯简化画法。图2.3 习惯画法*2.2 基本放大电路的静态分析所谓静态，是指放大电路输入信号为零时电路的工作状态。此时电路中的电压、电流都是直流量。所以静态分析就是确定基极电流IB、集电极电流IC和发射极电压UCE。2.2.1 估算法图2.4所示直流通路,此电路中耦合电容C1和C2视为开路。由图可见图2.4 直流通路*2.2 基本放大电路的静态分析式中，硅管UBE为0.7V，与UCC相比可以忽略不计。2.2.2图解法用图解法确定静态值

4、，能直观分析和了解静态值的变化对放大电路工作的影响。图2.4所示直流通路中，三极管是非线性元件，其集电极电流IC与发射极电压UCE之间不是直线关系，其伏安特性曲线为输出特性曲线。*2.2 基本放大电路的静态分析在直流通路中，三极管与集电极电阻RC串联后与电源UCC相接。其中，RC与电源UCC是线性元件，组成的电路在UCE与IC平面上为一条直线。其方程为或直流负载线与横轴交点上的坐标为IC=0，UCE=UCC，其斜率为，与三极管输出特性曲线中IB为某一确定值的曲线相交，交点为Q。 Q点称为放大电路的静态工作点，其横坐标为静态UCE，纵坐标为静态IC，如图2.5所示。*2.2 基本放大电路的静态分

5、析图2.5 图解法确定放大电路静态工作点*2.2 基本放大电路的静态分析2.2.3 静态工作点的调整静态工作点的位置应设在输出特性曲线的合适位置，否则有可能引起信号失真，为此要调整静态工作点Q。电路如图2.3所示。通过改变电阻RB大小，可以使静态工作点Q的位置随之改变。当RB大小确定后，电路中的基极电流IB大小不再改变，因此这种电路称为固定偏置电路，RB称为偏置电阻，产生的基极电流称为偏流。图2.3 习惯画法*2.2 基本放大电路的静态分析【例2.1】如图2.3所示的共发射极基本放大电路，其输出特性曲线示于图2.6中。已知UCC=12V，RB=300k，=50，RC=3k，试用估算法和图解法求

6、放大电路的静态值。图2.6 输出特性曲线*2.2 基本放大电路的静态分析解：（1）用估算法确定静态值（2）用图解法确定静态值根据图2.3所示电路的直流通路，其直线方程为： IC=0时， UCE=0时，直流负载线与40mA特性曲线交于Q点，它为静态工作点，其坐标值分别为IB=40A，IC=2mA，UCE=6V。*2.3 基本放大电路的动态分析2.3.1 微变等效电路1. 三极管微变等效电路当输入信号很小时，称为微变量，即信号在静态工作点附近的一个微小工作范围内变化。在很小的工作范围内，可以把三极管特性曲线工作段看做是直线，三极管各极电压、电流变化量之间的关系是线性关系。在这些限定条件下，分析三极

7、管基本放大电路时，可以用一个等效的线性电路来替代所分析的电路。这样的线性电路称为三极管的微变等效电路。*2.3 基本放大电路的动态分析（1）输入回路的微变等效电路三极管的输入特性曲线是非线性的,如图2.7(a)所示。图2.7 由三极管输入、输出特性曲线求rbe、rce*2.3 基本放大电路的动态分析在小信号输入时，静态工作点Q附近的线段是直线，UCE为常数时，定义UBE与IB之比为rbe，即rbe称为三极管的输入电阻，它表示三极管的输入特性。三极管的输入电路可以用rbe等效,如图2.8所示。图2.8 三极管微变等效电路*2.3 基本放大电路的动态分析低频小功率三极管的输入电阻常用下式估算（2）

8、输出回路微变等效电路由图2.7（b）所示三极管输出特性曲线可见，在线性区各曲线可近似看成平行、等距的。当UCE为一常数时，定义IC与IB之比为，即由图2.7（b）所示输出特性曲线可见，每条曲线不是完全与横轴平行的。当IB为一常数时，定义UCE与IC之比为rce，即*2.3 基本放大电路的动态分析式中，rce称为三极管的输出电阻。小信号时，rce是一常数。当把三极管输出电路看做电流源时，rce就是电流源的内阻，并且与受控电流源ib并联，如图2.8（b）所示。由于rce阻值为几十千欧到几百千欧，此阻值很高，可以视为开路处理。*2.3 基本放大电路的动态分析2. 放大电路的微变等效电路图2.9（a）

9、所示为放大电路的交流通路。对于交流通路而言，C1和C2视为短路；直流电源UCC内阻很小，忽略不计，对交流而言，可视为短路。图2.9 放大电路微变等效电路*2.3 基本放大电路的动态分析用三极管微变等效电路代替图2.9（a）中的三极管VT，形成图2.9（b）所示的微变等效电路。电路中的电压、电流都是交流分量。2.3.2 电压放大倍数用图2.9（b）所示电路求解电压放大倍数，设输入的是正弦信号，分析电路时可以采用相量表示，如图2.10所示。图2.10 用相量表示微变等效电路*2.3 基本放大电路的动态分析式中放大电路的放大倍数为当放大电路输出端开路或未接RL时，有由式（2-9）、式（2-10）可见

10、，电压放大倍数Au与、rbe、RL有关。*2.3 基本放大电路的动态分析【例2.2】在图2.3所示电路中，UCC=12V，R=300k，RC=3k，=50，RL=4k，试求：（1）电压放大倍数Au；（2）当RL开路时电压放大倍数。解：（1）用估算法先确定静态值，求出IE值*2.3 基本放大电路的动态分析（2）求rbe由式（2-6）可计算rbe（3）求Au（RL存在）（4）求RL开路时Au*2.3 基本放大电路的动态分析2.3.3 动态电阻1. 输入电阻ri放大电路的输入端可以接在信号源上，或者接在另一个放大电路的输出端，此时放大器就是信号源或前一级放大电路的负载。因此这个负载可以用电阻ri等效

11、，其电阻为放大电路的输入电阻，即对交流信号而言,是一个动态电阻。它等于输入电压与输入电流之比，如图2.10所示。*2.3 基本放大电路的动态分析这里rbeIB，则基极电位固定不变，即引入发射极电阻RE后，可得UBE与RE关系为由于*2.4 静态工作点的稳定【例2.6】用戴维南等效电路求解图2.20（a）所示等效电路。若三极管VT为NPN型硅管，RB1=15k，RB2=5k，RC=2k，RE=1k，=40，UCC=12V，试计算静态工作点。解：（1）先求图2.20（a）电路的等效电路将偏置RB1与UCC连接线断开，加上一个电压UCC与发射极相接,如图2.20（b）所示，用戴维南定理将三极管基极与

12、发射极断开，求其开路电压UOC及等效电阻RO。*2.4 静态工作点的稳定其等效电路如图2.20（c）所示。（2）近似计算求解静态值由上式求出IB*2.4 静态工作点的稳定（3）由已知参数代入式（2-21）、（2-22）等式，求出静态工作点如下*2.4 静态工作点的稳定（4）用估算法求静态值由式(2-15)得由式(2-18)得由式(2-20)得*2.4 静态工作点的稳定2.4.4 稳定静态工作点的原理分压式偏置电路只要满足I2IB的条件，则电路中基极到地电位UB是一个固定值，如式（2-15）所示，其值不受温度影响，从而达到稳定静态工作点的目的。具体过程如下：若满足UB UBEI2 IB则硅管一般

13、取值为I2=（510）IBUB=（510）UBE（2-23）*2.4 静态工作点的稳定2.4.5 动态分析分压式偏置电路如图2.19所示，其偏置电路发射极电阻RE上并联有电容CE，这个电容称为旁路电容。当发射极有发射极电阻RE及并联“旁路”电容CE时，分析电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro，电路如图2.19所示，其交流通路和微变等效电路如图2.21所示。公共端为发射极，所以这个电路是共发射极电路。图2.19 分压式偏置电路*2.4 静态工作点的稳定电压放大倍数Au图2.21 分压式偏置电路交流分析*2.4 静态工作点的稳定式中，输入电阻ri在一般情况下，RB1、RB2比rbe大得多，

14、所以rirbe（2-25）输出电阻roroRC（2-26）*2.4 静态工作点的稳定【例2.7】接例2.6的已知条件，并且RL=2k，求Au、ro、ri。解：（1）求Au由例2.6近似计算结果IC2.056mA可得*2.4 静态工作点的稳定（2）求riri=rbe=807（3）求roro=RC2k【例2.8】已知电路如图2.19所示，直流通路为图2.20所示，UCC=12V，=40，IC=2mA，UCE=6V，求RE、RB1、RB2、RC值。解：（1）求RE由式（2-16）可知，UBE=UB-REIE，IEIC，UBE=0.7V，满足式（2-23），UB取4V，则*2.4 静态工作点的稳定取标

15、称值1.6k。（2）求RB1、RB2取I2=10IB，则由式（2-15）得*2.4 静态工作点的稳定解出RB2=8k，RB1=16k（3）求RC由式（2-20）得*2.5 三种放大电路分析2.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路如图2.22所示。由于负载接在发射极上，信号从发射极输出,所以又称为射极输出器。1. 静态分析图2.23所示为共集电极放大电路的直流通路。共集电极电路方程如下：图2.22共集电极放大电路*2.5 三种放大电路分析由于UCC UBE，则集电极电路方程以上IB、IC、UCE即为共集电极放大电路静态工作点。图2.23共集电极放在电路直流通路*2.5 三种放大电路分析2.

16、动态分析图2.24所示为共集电极放大电路的交流通路及微变等效电路。图2.24共集电极交流通路及微变等效电路*2.5 三种放大电路分析（1）电压放大倍数根据图2.24（b）可知式中当（1+）RLrbe时Au1*2.5 三种放大电路分析（2）输入电阻ri由图2.24可得*2.5 三种放大电路分析由式（2-30）可见，通常 ，RB也足够大，通常为几十千欧至几百千欧，因此共集电极放大电路输入电阻很大。（3）输出电阻由图2.24（b）所示电路，求输出电阻时，令US=0，去掉负载电阻RL，并外加电压Uo，电路如图2.25（a）所示，图中电流方向是外加电压Uo后所假设的电流参考方向。图2.25（b）所示电路

17、是由图2.25（a）所示电路变化后的微变等效电路。.*2.5 三种放大电路分析图2.25 求ro微变等效电路*2.5 三种放大电路分析 (2-31)式中，所以*2.5 三种放大电路分析综合上述共集电极放大器即射极输出器的主要特点如下：电压放大倍数小于1，且接近1，输出电压跟随输入电压变化，具有跟随的特征；输入电阻高，输出电阻低。【例2.9】图2.22所示电路中，UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=2k，=50，RS=1k。试求：（1）静态值；（2）电压放大倍数Au；（3）输入电阻ri；（4）输出电阻ro。*2.5 三种放大电路分析解：（1）确定静态值根据式（2-27）可得根据式（

18、2-28）可得（2）求电压放大倍数Au*2.5 三种放大电路分析根据式（2-29）可得*2.5 三种放大电路分析因为(1+)RL=511103=51k0.963k，所以Au=0.981（3）输入电阻ri由式（2-30）可得*2.5 三种放大电路分析（4）输出电阻ro由式（2-32）可得*2.5 三种放大电路分析*2.5.2 共基极放大电路1. 共基极放大电路组成共基极放大电路如图2.26所示。2.共基极放大电路的直流通路图2.26所示的电路工作于直流状态时，隔直流电容C1、C2将输入、输出信号ui及uo断开，旁路电容CB与偏置电阻RB1、RB2断路。因此，图2.26所示的电路变成图2.27所示

19、的电路。图2.26共基极放大电器*2.5 三种放大电路分析分析其电路与图2.20（a）所示的共发射放大电路的直流通路完全相同。电路的静态分析也应该相同。其用于确定静态工作点的关系式为式(2-18)、式(2-19)、式(2-20)，即图2.27共基极直流通路电路*2.5 三种放大电路分析有时需要求UCB，其关系式为3. 共基极放大电路交流通路先将图2.26所示的电路变成图2.28（a）所示的电路。图2.28共基极交流通路电路*2.5 三种放大电路分析掉图2.28（a）所示电路中的直流通路，变成图2.28（b）所示的共基极放大电路的交流通路。当输入信号为微变小信号时，图2.28（b）所示电路可以用

20、图2.29所示的微变等效电路来分析电压放大倍数Au、动态输入电阻ri、动态输出电阻ro、电流放大系数。图2.29共基的微变等效电路*2.5 三种放大电路分析（1）求电压放大倍数Au式中*2.5 三种放大电路分析（2）求输入电阻ri (2-38)由此式可见，ri比较小，一般为几欧至几十欧。（3）求输出电阻ro式（2-39）中，rCB很大。*2.5 三种放大电路分析（4）求电流放大倍数Ai当RL断开时*2.5 三种放大电路分析由式（2-40）、式（2-41）可见，共基极电流放大倍数为Ai1，但是接近于1。因此，从这点来看，其基极电路又称为电流跟随器。由式（2-41）可以得出半导体三极管共基极接法电

21、流放大系数与共射极接法放大系数之间关系为*2.5 三种放大电路分析*2.5.3 三种放大电路比较共发射极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路电路接法*2.5 三种放大电路分析共发射极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路直流通路静态工作点续表*2.5 三种放大电路分析共发射极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路微变等效电路续表*2.5 三种放大电路分析共发射极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路动态分析值应用多级放大电路中间级输入级、输出级、缓冲级宽频、高频及电流源电路续表*2.5 三种放大电路分析【例2.10】在如图2.26所示共基极放大电路中，若NPN型半导体三极管VT的电流放大倍数

22、为=40，RB1=30k，RB2=10k，RC=2k，RE=2k，RL=10k，UCC=12V，求（1）静态工作点；（2）交流通路中的电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro。图2.26共基极放大电器*2.5 三种放大电路分析解：（1）静态工作点直流通路电路如图2.27所示，可得图2.27共基极直流通路电路*2.5 三种放大电路分析（2）用交流通路求Au、ri、ro、ro交流通路如图2.28（b）所示，考虑此电路工作于微小信号情况下，所采用图2.29所示的共基极交流通路的微变等效电路，便于分析、求解。*2.6 场效应管放大电路场效应管（MOS管）具有高输入电阻特点，可以作为多级放大电路的输

23、入级。对于高内阻的信号源而言，采用场效应管能够有效放大。场效应管与半导体三极管一样，也有三个电极，如漏极、源极、栅极，分别与半导体三极管的集电极、发射极、基极相对应。场效应管组成放大电路有共源极放大电路、共漏极放大电路、共栅极放大电路，可以分别与半导体三极管组成的共发射极放大电路、共集电极放大电路、共基极放大电路相对应。*2.6 场效应管放大电路2.6.1 静态分析1.自给式偏置放大电路场效应管放大电路如图2.30所示，图中所示电路是共源极场效应管放大电路，其组成及作用如下。场效应管VT:是N沟道耗尽型绝缘栅场效应管，即NMOS管，它是电压控制元件，用栅源电压控制漏极电流。图2.30共源极自给

24、式偏置电路*2.6 场效应管放大电路RD：漏极电阻，当负载RL开路时RD为负载电阻，其上可以获得随时间变化的输出电压uo，使场效应管放大电路具有电压放大作用。其阻值为几十千欧。RS：源极电阻，用它控制静态工作点，并且由于RS放置在源极，可以起到稳定工作点作用。其阻值一般为几千欧。RG：栅极电阻，用它构成栅源极间的直流通路。其阻值较大，否则影响放大电路的输入电阻。其阻值一般为200k10M。CS：旁路电容，直流工作时，CS开路；交流工作时，使源极电阻RS短路。其容量一般为几十微法。*2.6 场效应管放大电路C1、C2：耦合电容，C1是输入回路的耦合电容，C2是输出回路的耦合电容。可以传递交流信号，隔离直流信号。容量为0.010.047F，此容量比半导体三极管组成的共发射放大电路的C1、C2容量小，所以不用带极性的电容。图2.30中的栅源间电压为2.分压式偏置放大电路共源极场效管放大电路静态工作时，静态工作点由分压式偏