第2章基本放大电路

2基本放大电路2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标2.3放大电路的分析方法2.4放大电路静态工作点的稳定2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法2.2基本共射极放大电路的工作原理2.6场效应管放大电路2.7基本放大电路的派生电路2.1.1放大的概念电压增益（电压放大倍数）电流增益互阻增益互导增益1.放大电路的符号及模拟信号放大——负载开路时的电压增益A.电压放大模型——输入电阻——输出电阻由输出回路得则电压增益为由此可见即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望…？（考虑改变放大电路的参数）理想情况2.放大电路模型另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减理想情况有要想减小衰减，则希望…？A.电压放大模型——负载短路时的电流增益B.电流放大模型由输出回路得则电流增益为由此可见要想减小负载的影响，则希望…？理想情况由输入回路得要想减小对信号源的衰减，则希望…？理想情况C.互阻放大模型（自学）输入输出回路没有公共端D.互导放大模型（自学）E.隔离放大电路模型2.1.2放大电路的主要性能指标1.输入电阻2.输出电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻3.增益反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。其中四种增益常用分贝（dB）表示。4.频率响应A.频率响应及带宽电压增益可表示为在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。或写为其中该图称为波特图纵轴：dB横轴：对数坐标4.频率响应A.频率响应及带宽其中普通音响系统放大电路的幅频响应4.频率响应B.频率失真（线性失真）幅度失真：对不同频率的信号增益不同，产生的失真。4.频率响应B.频率失真（线性失真）幅度失真：对不同频率的信号增益不同，产生的失真。相位失真：对不同频率的信号相移不同，产生的失真。5.非线性失真由元器件非线性特性引起的失真。非线性失真系数:endVO1是输出电压信号基波分量的有效值，Vok是高次谐波分量的有效值，k为正整数。2.2共射极放大电路的工作原理所谓放大,从表面上看是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。三极管有三个电极,三极管对小信号实现放大作用时在电路中可有三种不同的连接方式。组成原则：1、必须设置合适的静态工作点，让三极管工作在放大。2、要能将需放大的小信号叠加到三极管上，并能将放大信号取出。2.2共射极放大电路的工作原理2.2.1基本共射极放大电路的组成

(组成原则）基本共射极放大电路2.2.2基本共射极放大电路的工作原理1.静态(直流工作状态)输入信号vi＝0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。直流通路VCEQ=VCC－ICQRc

2.2.2基本共射极放大电路的工作原理2.动态输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。

交流通路2.3放大电路的分析方法2.3.1图解分析法2.3.2小信号模型分析法(等效电路法）1.静态工作点的图解分析2.动态工作情况的图解分析3.非线性失真的图解分析4.图解分析法的适用范围1.BJT的H参数及小信号模型2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路3.小信号模型分析法的适用范围2.3.1图解分析法1.静态工作点的图解分析采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。共射极放大电路2.3.1图解分析法1.静态工作点的图解分析列输入回路方程

列输出回路方程（直流负载线）

首先，画出直流通路直流通路在输出特性曲线上，作出直流负载线，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。在输入特性曲线上，作出直线

，两线的交点即是Q点，得到IBQ。根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE、iB的波形2.动态工作情况的图解分析根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE的波形2.动态工作情况的图解分析2.动态工作情况的图解分析共射极放大电路中的电压、电流波形3.静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形饱和失真的波形3.静态工作点对波形失真的影响4.图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。1．直流通路和交流通路1）直流通路所谓直流通路,是指当输入信号ui=0时,在直流电源UCC的作用下,直流电流所流过的路径。在画直流通路时,电路中的电容开路,电感短路。图所对应的直流通路如图（a）所示。2）交流通路所谓交流通路,是指在信号源ui的作用下,只有交流电流所流过的路径。画交流通路时,放大电路中的耦合电容短路;由于直流电源UCC的内阻很小,对交流变化量几乎不

起作用,故可看作短路。图所对应的交流通路如图(b)所示。图、基本共射放大电路的交、直流通路(a)直流通路;(b)交流通路1．静态（ui=0）工作情况所谓静态,是指输入信号为零时放大电路的工作状态。静态分析的目的是通过直流通路分析放大电路中三极管的工作状态。

图20基本放大电路的静态情况(a)电路;(b)静态工作点Q

2．动态工作情况所谓动态,是指放大电路输入信号不为零时的工作状态。当放大电路加入交流信号ui时,电路中各电极的电压、电流都是由直流量和交流量叠加而成的。其波形如图21所示。图21放大电路的动态工作情况

（2.1）（2.2）（2.3）（2.4）（2.5）2.3.2等效电路法1.BJT的H参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1.BJT的H参数及小信号模型H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以写成：BJT双口网络输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce1.BJT的H参数及小信号模型H参数的引出1.BJT的H参数及小信号模型H参数小信号模型根据可得小信号模型BJT的H参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJT双口网络1.BJT的H参数及小信号模型H参数小信号模型H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。受控电流源hfeib，反映了BJT的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的流向决定。hrevce是一个受控电压源。反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。1.BJT的H参数及小信号模型模型的简化hre和hoe都很小，常忽略它们的影响。

BJT在共射连接时，其H参数的数量级一般为1.BJT的H参数及小信号模型H参数的确定一般用测试仪测出；rbe与Q点有关，可用图示仪测出。rbe=rbb’+(1+

)re其中对于低频小功率管rbb’≈200

则

而

(T=300K)

一般也用公式估算rbe

（忽略r’e）2.3.2小信号模型分析法2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通路求Q点

共射极放大电路一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路（2）画小信号等效电路H参数小信号等效电路2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标根据则电压增益为（可作为公式）电压增益H参数小信号等效电路2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标输入电阻输出电阻令Ro=Rc所以3.小信号模型分析法的适用范围放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其V－T特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点：分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：，所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题end2.4放大电路静态工作点的稳定问题2.4.1静态工作点稳定的必要性2.4.2典型的静态工作点稳定电路2.4.1静态工作点稳定的必要性前节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数或都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加（ICQ=

IBQ+ICEO），从而使Q点随温度变化。要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流IBQ。2.4.2典型的静态工作点稳定电路（1）稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T稳定原理：

ICIE

VE、VB不变

VBE

IBIC（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路(a)原理电路(b)直流通路b点电位基本不变的条件：I1>>IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ>>VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强一般取I1=(5~10)IBQ，VBQ=3~5V

1.基极分压式射极偏置电路（1）稳定工作点原理1.基极分压式射极偏置电路（2）放大电路指标分析①静态工作点②电压增益<A>画小信号等效电路（2）放大电路指标分析②电压增益输出回路：输入回路：电压增益：<A>画小信号等效电路<B>确定模型参数已知，求rbe<C>增益（2）放大电路指标分析（可作为公式用）③输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2）放大电路指标分析④输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路输出端口加测试电压其中则当时，一般（）（2）放大电路指标分析2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法2.5.1共集电极放大电路1.静态分析共集电极电路结构如图示该电路也称为射极输出器由得直流通路①小信号等效电路2.5.1共集电极放大电路2.动态分析交流通路2.5.1共集电极放大电路2.动态分析②电压增益输出回路：输入回路：电压增益：其中一般，则电压增益接近于1，电压跟随器即。2.5.1共集电极放大电路2.动态分析③输入电阻当，时，输入电阻大④输出电阻由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小2.5.1共集电极放大电路2.动态分析共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，◆输入电阻大，对电压信号源衰减小◆输出电阻小，带负载能力强。2.5.1共集电极放大电路2.5.2共基极放大电路1.静态工作点直流通路与射极偏置电路相同2.动态指标①电压增益输出回路：输入回路：电压增益：交流通路小信号等效电路②输入电阻③输出电阻2.动态指标小信号等效电路2.5.3放大电路三种组态的比较1.三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路2.三种组态的比较3.三种组态的特点及用途共射极放大电路：电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。2.5.3放大电路三种组态的比较end2.6场效应管放大电路

与三极管一样,根据输入、输出回路公共端选择不同,将场效应管放大电路分成共源、共漏和共栅三种组态。本节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电路。

2.6.1共源放大电路

1.电路组成及直流偏置

图1场效应管共源放大电路由于栅极电阻上无直流电流,因而

图2分压偏置式共源放大电路

场效应管放大电路的静态工作点可用式（3.4）或式（3.5）与式（3.7）或式（3.8）联立求出UGSQ和IDQ,漏源电压UDSQ由下式求得:(3.9)

2.动态分析放大电路的动态参数可由微变等效电路求出。1）场效应管的微变等效电路

2）共源放大电路的微变等效电路图3.12场效应管微变等效电路（1）电压放大倍数:(3.10)（2）输入电阻:

(3.11)

（3）输出电阻:

(3.12)

图