第12章 放大电路建模与分析1

第12章放大电路建模与分析1§12.1-1放大的概念与放大电路的性能指标§12.1-2基本共射放大电路的原理分析§12.2-1放大电路的静态计算§12.2-2放大电路的动态计算§12.4多级放大电路分析12.1放大电路的基本概念及性能指标

1）.放大的基本概念

放大——把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅值到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。2）.放大电路的主要技术指标

根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。a.放大倍数——表示放大器的放大能力（1）电压放大倍数定义为:AU=uo/ui（2）电流放大倍数定义为:AI=io/ii

（3）互阻增益定义为:Ar=uo/ii（4）互导增益定义为:Ag=io/uib.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。

输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。

输出电阻的定义：c.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻d.通频带

由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率实际三极管的放大电路电压放大倍数：输入阻抗：输出阻抗：共射极放大电路的主要指标3）三极管放大电路分析的基本内容(1）放大电路原理分析图解分析，工作点，失真(3）交流动态放大电路分析交流电路模型，放大系数，输入输出电阻计算(2）静态工作点分析直流电路通路，直流计算直流通路模型分析法电路(4）各种联结放大电路分析共射，共基，共集，复合管12.2基本共射放大电路的原理分析实际三极管的放大电路交流信号放大原理；（图解分析）偏置电路与静态工作点计算；截至、饱和失真分析；共射基本放大电路放大电路原理1）静态电路（工作点计算）直流通路2）小信号输入注意：交流信号在原直流信号上叠加一交变分量。放大电路原理输入端电压电流关系若，则的波形如何？（输入失真）输出端电压电流关系直流负载线线静态工作点讨论：静态工作点变化对电流波形的影响？（输出失真）放大电路原理3）动态电路（计算交流小信号输入输出关系）注意：交流信号在原直流信号上叠加一交变分量，放大电路分析的重点是计算信号放大倍数，输入等效阻抗，输出阻抗等。共射基本放大电路交流通路模型分析法电路12.3放大电路的静态计算静态工作点计算与偏置电路阻容耦合共射放大电路

直流通路图解法与等效电路计算法目的：确定动态模型参数，判别工作状态直流通路简化通路图解法输入电路基极电流计算静态基极电流模型计算法输出电路计算静态工作点简化通路计算法直流负载线图解法静态工作点静态工作点设置与饱和截至失真信号放大无失真讨论：输出交流信号无失真时最大值静态工作点的作用？截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。：饱和失真是输出回路产生失真。最大不失真输出电压Uom

：比较UCEQ与（VCC－UCEQ

），取其小者，除以。调整工作点可消除饱和失真1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？讨论：如何合理设置静态工作点？直流负载线与交流负载线阻容耦合共射放大电路

直流通路

直流负载线斜率与直流电路负载电阻有关。直流负载线与交流负载线阻容耦合共射放大电路

交流负载线斜率与交流电路负载电阻有关。时交流负载线静态工作点稳定的典型电路温度升高引起增加！！1.为了稳定Q点，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不随温度变化。2.通过加入实现静态工作点稳定T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓静态工作点稳定典型电路偏置值计算（参数法）分压电路用戴维南定理等效为：回路方程BJT各种直流偏置电路的组成静态电路计算：1）设工作在放大区；2）计算判别工作区域；例1：已知，计算：直流电路模型解：直流电路模型例1：已知，计算：静态工作点处于放大区域！例2：判别静态工作点。解：稳压管作用显然，管子工作在饱和状态，MOSFET放大电路中的直流偏置电路计算

根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源1.基本共源放大电路dDQDDDSQRIVU-=GGGSQVU=N沟道增强型2.自给偏压电路由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？N沟道结型N沟道结型特性曲线3.分压式偏置电路为什么加Rg3?其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？即典型的Q点稳定电路12.4放大电路动态分析

动态分析是在放大电路的交流通路基础上，假定放大器件工作在线性放大区内，利用其小信号模型建立放大电路的等效电路，然后计算电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态性能指标。动态放大电路计算交流（信号）分量。12.4.1.交流通路交流通路（交流信号计算的等效电路）①所有耦合电容和旁路电容当作交流短路。容量设计得很大，容抗很小，可忽略不计。②所有直流电源当作交流短路。理想电压源对交流信号而言，其交流变化量为零，可忽略不计。(1)输入回路b-e之间等效为一动态电阻rbe。12.4.2、三极管的低频小信号模型（放大状态）①当vCE＝VCEQ不变时，当ΔiB和ΔvCE同时作用时，(2)输出回路②当iB＝IBQ＋ΔiB不变,vCE变化时，对电流影响动态输出电阻rce一般很大，通常可以忽略（简化模型）。输出回路c-e间的模型由受控电流源“βΔiB”和c-e间动态输出电阻rce并联组成。①只适用于低频小信号；②变化量或交流分量，不允许出现直流量或瞬时量符号。③微变参数，与Q点有关，不是固定常数。④电流源“βΔiB”

方向和大小由ΔiB决定。无论对NPN型或PNP型都是如此。⑤rbe可用公式估算：在应用三极管低频小信号模型时应注意：rbb′约为100~300ΩVT＝26mV12.4.3.基本放大电路的动态分析放大电路分析的一般步骤：①求静态工作点（直流通路、折线化模型），根据Q点计算小信号模型参数，如rbe，gm

；②确定交流通路；③画出微变等效电路（小信号模型）；④计算动态性能指标（如Av、Ri、Ro）。1．共射放大电路的动态分析计算：输入电阻，输出电阻，放大系数。（交流信号关系）交流小信号分析电路①求电压放大倍数中频小信号分析电路②计算输入电阻③计算输出电阻2.信号输入输出通路与电路三种组态1）共发射极放大电路（CE）1）共发射极放大电路（CE）1）共发射极放大电路（CE）不接Ce时2）.共集电极放大电路（CC）静态工作点分析电路动态参数分析（a）交流通道及微变等效电路1）输入电压加在b-c端；2）输出电压取自e-c端；3）公共端为c.共集电极放大电路（CC）（b）电压放大倍数：（c）输入电阻输入电阻增大！(d)输出电阻输出电阻减小！射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。射极输出器的应用1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。2、放在两级之间，起缓冲作用。共集电极放大电路又称为射极输出器（射极跟随器）等。3）共基极放大电路（CB）直流通路静态工作点共基放大电路的动态分析1）输入电压加在e-b端；2）输出电压取自c-b端；3）公共端为b.共基极放大电路（CB）（a）交流通道及微变等效电路共基放大电路的动态分析Ro≈Rc3.放大电路三种组态性能指标的比较电压增益输入电阻输出电阻特点用途共射(CE)反相，电压增益大较大(几千欧)较大(Rc)具有电压放大和电流放大作用电压放大共集(CC)同相，近似为1最大最小输入电阻高、输出电阻低阻抗变换或电流放大共基(CB)同相，电压增益较大最小(几十欧)较大(Rc)频率特性好宽频或高频放大电路例6：三极管CE放大电路如图所示，设三极管在静态工作点附近的β＝50，。试计算：

（1）Av、Ri、Ro；（2）若不接Ce，计算Av、Ri、RokΩmAmA静态工作点与微变等效电路参数计算（2）若不接Ce4.场效应管的低频小信号模型和动态分析输入回路：由于场效应管的栅极电流为零，输入回路栅极源极之间可用开路来等效。输出回路：受控电流源“gmΔvGS”和动态电阻rds并联。1)、场效应管的低频小信号模型gm：低频跨导，它表征了ΔvGS对ΔiD的控制能力。rds：输出电阻（动态电阻），通常可忽略。注意受控电流源方向!

对6种类型FET都适用。2)、FET放大电路的三种基本组态与偏置值计算共源组态(CS)共漏组态(CD)共栅组态(CG)3）FET放大电路的动态分析a)共源（CS）放大电路与CE电路比较！b)共漏（CD）放大电路源极跟随器！c)共栅（CG）放大电路12.5多级放大电路

多级放大电路可以充分利用各个单级放大电路的优点，满足各种不同的要求。2.5.1、级间耦合方式连接原则：①静态时各级应设置合适的静态工作点；②动态时信号能实现畅通有效的传递。

◆阻容耦合

优点是电路简单，在分立元件电路中应用广泛。缺点是不能放大频率较低的信号和直流信号，低频响应较差，且不便于集成化。

◆直接耦合

优点是低频特性好，可以放大变化缓慢的信号，易于集成化。缺点是各级静态工作点相互影响，分析、设计和调试较困难；并且还存在零点漂移问题。

◆变压器耦合

优点是各级静态工作点互不影响，能实现阻抗变换。缺点是频率特性不好，且非常笨重。

◆光电耦合

在线性放大电路中，由于光电耦合器件特性的非线性限制了它的应用,通常需进行非线性补