chapter22第二章基本放大电路

第二章基本放大电路本章目录总目录点击即可进入学习2.1放大的概念及放大电路的性能指标2.2基本放大电路的组成2.3放大电路的静态分析2.4放大电路的动态分析2.5放大电路静态工作点的稳定2.8放大电路的派生电路2.9场效应管放大电路2.6射极输出器2.7共基极放大电路习题解答2.1放大的概念及放大电路的主要性能指标

一.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得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。二.放大电路的主要技术指标1.放大倍数——表示放大器的放大能力

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。（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/ui2.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。3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻

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：4.通频带fAAm0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线

3dB带宽5.非线性失真系数放大器件的线性放大范围有限，当输入过大时，输出会出现非线性失真。定义非线性失真系数为输出波形中的谐波成分总量和基波成分的比值。6.最大不失真电压7.最大输出功率与效率最大输出功率电源消耗功率2.2基本放大电路的组成三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→uo

ui放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。单管共射极放大电路的结构及各元件的作用集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。各元件作用：使发射结正偏，并提供适当的静态IB和UBE。基极电源与基极电阻耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。++各元件作用：基本放大电路的习惯画法RB

RC

T+VCC简单画法CEBEBUCC省去一个直流电源共发射极接法放大电路RCRBT改进的原因+VCCRBRCC1C2Tuo耦合电容偏置电阻集电极负载电阻基本交流放大电路的组成归纳为：直流电源ui输入输出放大电路的组成动画演示静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBE、IB、IC

和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。ui

=0C1TRLuoRCRBVCCC2

2.3放大电路的静态分析直流通路：输入信号短路耦合电容开路静态工作点——Ui=0时电路的工作状态ui=0时由于电源的存在，电路中存在一组直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？

放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。开路画出放大电路的直流通路

一、

用放大电路的直流通路确定静态值（估算法）

将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：开路短路画出直流通路UCE

=VCC-IC

RCIC

=

IB硅管的UBE

约为0.6-0.7V锗管的UBE约为0.2-0.3Vui

=0IB=VCC–UBERBC1TRLuoRCRBVCCC2RCIC

UCEUBERBIB+VCCIE直流通路：Rb1称为偏置电阻，IB称为偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）IC=IB例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级

用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC二、用图解法确定静态值同前例：用图解法确定静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，解：将方程UCE

=VCC-IC

RC所表示的直线画在三极管输出特性曲线的坐标平面上直线上的两点:N点:IC

=VCC/RC=3mA,UCE

=0M点:IC=0,UCE

=VCC=12V2.4放大电路的动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是在静态值确定后,分析信号的传输情况。加入输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量。一、微变等效电路法三极管在小信号(微变量)情况下工作时,可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线,三极管就可以用线性双口网络来等效代替.（三极管的共射低频h参数模型）根据二端口网络H参数理论：求变化量：在小信号情况下，近似为线性，有：1、三极管的微变等效电路在小信号情况下，近似为线性，有：根据二端口网络H参数理论：所以有：各h参数的物理意义：iBuBEuBEiB——输出端交流短路时的输入电阻，用rbe表示。——输入端开路时的电压反馈系数，用μr表示。很小，小于10-3。iBuBEuBEuCEiCiBiCuCE——输出端交流短路时的电流放大系数，用β表示。——输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。

rce很大，大于105。iCuCEiCuCE该式可写为：由此画出三极管的h参数等效电路：简化的h参数等效电路由于（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三极管简化的h参数等效电路。EBCicuceuberbe

ibib或rbe的计算：由PN结的电流公式：（常温下）其中：rbb’=200Ω所以：对交流信号(输入信号ui)2.放大电路的交流通路交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：

将直流电压源短路，将电容短路。短路短路置零交流通路1微变等效电路的画法动画演示

先画出放大电路的交流通路3、放大电路的微变等效电路将交流通路中的三极管用其微变等效电路来代替。TuiuoRCiiibicuceubeRLRSusRBrbe

EBCIi•Uo•riIb•Ib•Ic•Ui•Us•IRB•RCRLRBRS4、电压放大倍数的计算电压放大倍数Au•=

rbe

（RC//RL）=Uo•Ui•Ib•–Ib•=–（RC//RL）rbe

基本放大电路的微变等效电路rbe

EBCIi•Uo•riIb•Ib•Ic•Ui•Us•IRB•RCRLRBRS负载电阻越小，放大倍数越小5、放大电路的输入电阻的计算放大电路的输入电阻定义为：ri=RB

//rbe

对基本放大电放大电路，有：ri=Ii•riUi•rbe

EBCIi•Uo•Ib•Ib•Ic•Ui•IRB•RCRLRB6、源电压放大倍数的计算（1）电压放大倍数Au•=

rbe

（RC//RL）=Uo•Ui•Ib•–Ib•=–（RC//RL）rbe

基本放大电路的微变等效电路rbe

EBCIi•Uo•riIb•Ib•Ic•Ui•Us•IRB•RCRLRBRSAus=•(2)称为源电压放大倍数Uo•Us•

基本放大电路的微变等效电路rbe

EBCIi•Uo•riIb•Ib•Ic•Ui•Us•IRB•RCRLRBRS定义：当信号源有内阻时：由图知：所以：roRS放大电路7、放大电路的输出电阻的计算对负载而言,放大电路相当于一个具有内阻的信号源，这个信号源的内阻就是放大电路的输出电阻。外加电压在rbe中产生的电流为0U•U•I•Ib•=0Ib•=0Ui•=0Ui•=0IRC•I•U•roro==RCU•I•可用外加电压法求roRCRBRSrbe

例

共射放大电路如图所示。设：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=50。1、试求电路的静态工作点Q。解：≈IE2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。解：画微变等效电路Ri=rbe//Rb≈rbe=863ΩRo=Rc=3kΩ1.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q

影响动态！二、图解法直流通路Cb2开路=–（RC//RL）rbeAu负载电阻越小，放大倍数越小交流负载线ic其中：uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL+-Uce交流量ic和uce有如下关系：即：交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

交流负载线的作法：iCiCEVCCQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。iBuBEQuiibic交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号uiib静态工作点2.用图解法分析放大电路的动态工作情况iCiCEuce注意：uce与ui反相！uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向一定（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot放大原理动画演示020A40A80A123IB=0Qt00uce

(uo)(1)静态工作点偏高引起饱和失真ic正半周变平Q2Q1uCE

/V

IB=60A

3.用图解法分析非线性失真uo波形tuce负半周变平饱和失真uCE

/ViC

/mAiC

/mAuBE/V0Q5ibube0tt0iB/µA(a)工作点偏低引起ib失真iB/µAuBE/V(2)工作点偏低引起截止失真t1t2t1t2在ube负半周t1~t2时间内，uBE小于死区电压，iB=0设静态值IB=5µAQ2Q10IB=5µA20608031.5612t00Q

2.250.752.251.50.75icuce(uo)39400(b)工作点偏低引起

ic

、uce

(uo)失真0.250.25正半周变平uCE

/VuCE

/Vt截止失真uo波形iC=iBQ1Q2iC

/mAiC

/mA下半周变平iCuCEuo可输出的最大不失真信号（1）合适的静态工作点ib总结：非线性失真与Q的关系静态工作点居中iCuCEuo（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形上半周失真iCuCEuo（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”下半周失真非线性失真动画演示由上述内容可得，要想放大电路不产生非线性失真，必须：（1）给放大电路设置一个合适的静态工作点，静态工作点应大致设在交流负载线的中点。（2）输入信号为小信号，如果输入信号的幅值过大，放大电路的工作范围就有可能超出特征曲线的线性范围（上进入饱和区，下进入截止区），从而引起非线性失真（截幅失真）。小结：放大电路的组成原则(1)为了不失真的放大交变电压信号,必须给放大电路设置合适的静态工作点。(2)在输入回路加入ui

应能引起uBE

的变化,从而引起iB和ic

的变化。

(3)输出回路的接法应当使ic

尽可能多地流到负载RL

中去,或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。VCCRCC1C2TRLuoui(a)RBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)图(a)中，没有设置静态偏置，不能放大。图(b)中，有静态偏置,但ui被EB短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。讨论：下面各电路能否放大交流电压信号？VCCC2TRLuouiRB(c)C1图(c)中，有静态偏置,有变化的iB和ic,但因没有RC

，不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端,所以不能放大交流电压信号。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。Q变UBEICEO变T变IC变2.5放大电路静态工作点的稳定一.温度对静态工作点的影响1、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC2、温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。总之：TICVCCRCC1C2TRLRB2RE+CE二、静态工作点稳定电路——分压式偏置电路++电路组成直流通路BRCIC

UCERB1IBVCCIEI1I2RB2RERB1uoRSusVCCRCC1C2TRLRB2RE+CE++1.稳定静态工作点的原理对于设计好的电路均能满足I1>>IB

,I2>>IB,

可以认为I1≈I2

则RB1VB

=VCCRB2RB2+直流通路BRCIC

UCERB1IBVCCIEI1I2RB2RERB1uoRSusVBVB与晶体管的参数无关,不受温度影响,VCC、RB1、RB2一定，则VB值稳定。静态工作点稳定过程：TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB稳定IB由输入特性曲线BRCICRB1IBVCCIERB2RE直流通路稳定iBuBE2.静态分析IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

电容开路,画出直流通道思考：若在Re两端并电容Ce会对Au、Ri、Ro有什么影响？3.动态分析：直流通路Ce开路，故有没有Ce，都不影响静态工作点

Uo•RCRLUi•RB2RB1rbe

Ib•Ib•对交流通路有电容Ce（旁路电容）将电容短路,直流电源短路，Re被短路，画出分压式偏置电路的微变等效电路。

分压式偏置电路的微变等效电路

Au=–RC//RLrbe•ri=RB1

//RB2

//rbe

ro

=RC

Uo•RCRLUi•RB2RB1rbe

Ib•Ib•rbe

Uo•riUi•

Ib•

Ib•RCRLRB2RB1RE对交流通路若无电容Ce将电容短路,直流电源短路，无电容Ce，Re没有被短路，画出分压式偏置电路的微变等效电路。RL=RC

//

RLrbe

Uo•RiUi•

Ib•

Ib•RCRLRB2RB1RERE使Au减小，ri增加。

Au=–R’Lrbe•ri=RB1

//RB2

//rbe

ro

=RC

有电容Ce时：要求：（1）计算静态值

IB

、

IC

和UCE

；C1=C2

=20µF,三极管的

=50。RB2=10K,RC=4K,RE

=2.2K,RL

=4K,CE

=100µF,例：在分压式偏置电路中，已知：VCC

=12V，RB1=30K,（2）计算和ro、riAu•解：（1）用估算法求静态值VB

=VCCRB1RB2RB2+=121030+10=3VIC≈IE=VB–UBERE=3–0.62.2=1.09mAIB==IC1.0950=21.8µAUCE=VCC–ICRC–ICRE=12–1.09(4+2.2)=5.24V画直流通路（2）动态分析画出微变等效电路BRCICRB1IBVCCIERB2REUCE

分压式偏置电路的微变等效电路Au=–RC//RLrbe

=–504//41.42k=–70.4•ri=RB1

//RB2

//rbe

=30//10//1.42=1.19k

ro

=RC=

4

k

Uo•RCRLUi•RB2RB1rbe

Ib•Ib•rbe

=200+(1+)26IE=200+51261.09=1.42k__温度补偿式静态工作点稳定