第二章基本放大电路

欢迎学习模拟电子技术基础第二章基本放大电路最基本的模拟电路是放大电路，即对输入的模拟信号进行放大处理。本章既是学习的重点又是学习的难点；一是因为它是后面各章学习的基础，二是因为对于初学者来讲它包含了太多的基本概念、电路、方法，而且它们几乎贯穿于全书。12.1放大的概念和放大电路的主要性能指标2.2基本共射放大电路的工作原理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

放大电路的频率响应2.6基本共集放大电路和共基极放大电路2.7场效应管放大电路2.8

基本放大电路的派生电路22.5.放大电路的频率响应2.5.2一阶RC电路的频率响应2.5.1频率响应概述2.5.3晶体管的高频数理模型2.5.4单级放大电路的频率响应32.5.1频率响应概述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。一、频率响应的表达式电压放大倍数与频率的关系复数:幅频特性。电压放大倍数的幅值(模)与频率的函数式。:相频特性。电压放大倍数的相位与频率的函数式。4二、电压放大倍数Au随频率f变化的原因中频段耦合电容及旁路电容的影响:f

Xc1Ib

Au

前面的分析中，隔直电容处理为:直流开路，交流短路；也没有考虑极间电容的影响。下限频率极间电容的影响:f

Xc极

Ib

Au

极间电容上限频率低频段高频段fL和fH是放大倍数下降到中频放大倍数的倍时所确定的两个频率。fbw=

fH－fL

称为放大电路的通频带。放大电路中存在耦合电容、旁路电容、极间电容。晶体管的极间电容远比耦合电容（或旁路电容）小，约相差106量级。5三、研究放大电路频率响应的必要性原因1：电压放大倍数是频率的函数，对不同频率信号的放大程度不同。原因2:需要放大的信号通常有多个频率成分,若放大程度不同,会产生频率失真。放大器输入信号的频率范围：音频——话音：300-3400Hz

——音乐：20-20KHz视频——图象：0-6MHz频率失真:放大电路对不同频率的输入信号，有不同的放大能力和相移，而使输出信号波形产生的失真。频率(线性)失真幅度失真相位失真在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。由于放大电路对不同频率信号的放大倍数幅值不同而产生的uo波形失真。由于放大电路对不同频率信号产生的相位移不同而产生的uo波形失真。6四、频率响应的分析任务波特图：频率响应曲线图，此图为半对数坐标图。横(频率)坐标：采用对数刻度，十倍频程（记为dec)。例如从1∼10Hz，从10∼100Hz等。纵坐标：幅频特性采用对数刻度，记作“”，单位为分贝。相频特性采用线性刻度，仍用“度”(o)表示。近似分析中，常采用折线化的波特图描绘幅频和相频特性曲线。1.求频率响应表达式:2.画出对数频率响应曲线。3.确定下限频率f

L、上限频率f

H

、带宽fbw

。7电压放大倍数(传递函数)为：幅频响应：高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。相频响应：L=arctg(fL/f)2.5.2一阶RC电路的频率响应一、RC高通电路1.频率响应表达式称为下限截止频率（简称下限频率）产生超前相移。下限截止频率决定于电容所在回路的时间常数。输出超前输入。8幅频响应：2.RC高通电路波特图折线化近似画法，作一条斜率为20dB/十倍频程的直线。，作一条0分贝水平线。幅频特性最大误差在fL处，最大误差值−3dB。由两段直线构成RC高通电路幅频特性。9–45/十倍频程（斜率）L=arctg(fL/f)相频响应：，作一条

水平线。，作一条斜率为-45o/十倍频程的直线。，作一条0o

水平线。由三段直线构成RC高通电路相频特性。折线化近似画法相频特性最大误差在0.1fL和10fL处，误差值±5.71o。RC高通电路用来模拟耦合及旁路电容对放大器低频响应的影响。10电压放大倍数(传递函数)为：幅频响应：相频响应：H=-arctg(f/fH)二、RC低通电路1.频率响应表达式上限截止频率（简称上限频率）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。上限截止频率决定于电容所在回路的时间常数。产生滞后相移。11幅频特性最大误差在fH处，误差值−3dB。相频特性最大误差在0.1fH和10fH处，误差值±5.71o。由两段直线构成RC低通电路幅频特性。由三段直线构成RC低通电路相频特性。2.RC低通电路波特图RC低通电路用来模拟极间电容对放大器高频响应的影响。放大倍数的数值下降，且产生0~90o滞后相移。12RC电路波特图H=-arctg(f/fH)L=arctg(fL/f)上限频率fL和下限fH是频率响应的关键点，求出fL和fH后就可近似地描绘放大电路完整的频率响应曲线。132.5.3晶体管的高频数理模型是通过晶体管的物理模型而建立的。晶体管结构示意图中低频模型的回顾b点是基区内的一个等效点。rbb为基区体电阻re为发射区体电阻都很小，可忽略。

rc为集电区体电阻rbe为发射结电阻rbc为集电结电阻141.混合π模型Cbc(C)为集电结电容Cbe(C)为发射结电容一般只有几pF～几十pF。在高频区，电容呈现的阻抗减小，其对电流的分流作用不可忽略。反映了三极管的结构体现三极管的放大作用受控电流源在高频区，由于电容C和C的影响，此时受控电流不再与成正比，而是与基、射极之间的结电压成正比，故用跨导gm来表示它们的控制关系。gm表示晶体管的发射结之间的结电压对管子集电极电流的控制能力。一、晶体管的混合π模型15高频时:一般有rceRL和RC

，因此rce也可近似开路。2.简化的混合π模型Jc反偏，集电结电阻rbc集电结电阻可近似开路。

混合π模型适用于所有频段,但我们只在求高频的频响fH时才使用，中、低频段时并不使用它。

h参数等效电路适用于中、低频，高频不适用。163.单向化的混合π模型由于电容

Cμ跨接在输入与输出回路之间，使电路的分析复杂化。将Cμ等效在输入回路和输出回路，称为单向化。从b'、e两端向右看流入Cμ的电流RL密勒定理给出了网络的一种等效变换关系，它可以将跨接在网络输入端与输出端之间的阻抗分别等效为并接在输入端与输出端的阻抗。17RL等效到输入侧的密勒电容密勒倍增效应：等效到输入端的密勒电容C

比C

本身增大了许多倍。

等效到输出侧的密勒电容输出端的密勒电容C仍为C,故很小。

共集电路和共基不存在共射电路中的密勒倍增效应。同理，从c、e两端向左看，流入Cμ的电流1819输入侧的总电容输出侧的电容4.晶体管简化的高频等效电路由于C

很大，对输入回路的影响不可忽略。

由于Cμ很小，C的容抗一般要远大于与其并联的负载的阻抗，故C对输出回路的影响可以忽略。密勒电容C越大，电路的高频特性越差(限制了上限截止频率)。

20根据β定义：二、晶体管电流放大倍数的频率响应

1.适于频率从0至无穷大的表达式共射截止频率考虑到C

约在2-10pF范围内，在讨论的频率范围一般有gm>>C

影响晶体管的电流放大系数。

21幅频响应：相频响应：–20dB/dec

当20lgo下降3dB时对应的频率f就是频响的上限频率。–45/dec特征频率fT2.电流放大倍数的波特图（低通特性）223.BJT的频率参数共射电路的截止频率f

特征频率fT

共基电路的截止频率f

定义

表达式相互关系值下降到0.707β0

时的频率

值下降到1时的频率值下降到0.707α0

时的频率

，其中应用最广、最具代表性的是fT

，通常，fT越高，BJT的高频性能越好，构成的放大器上限频率越高。fT主要决定于管子的参数。23共基截止频率f共基放大电路的截止频率比共射放大电路高，高频特性好，常作为宽频带放大电路。244.BJT混合π模型参数的确定混合π型模型的参数rbb

、rbe

、gm

、C和C

。o为晶体管低中频电流放大系数。C

=Cob从查器件手册中查出

。

fT从查器件手册中查出。混合π型模型的参数不仅与静态工作点有关，还与温度有关。252.5.4单级放大电路的频率响应一、单级放大电路全频段响应的分析

1.全频段源电压放大倍数的表达式高通电路，存在下限截止频率。电压放大倍数比中频时减小并产生超前附加相移。与频率无关。低通电路，存在上限截止频率。电压放大倍数比中频时减小并并产生滞后附加相移。262.求单级放大电路全频段响应的方法求→fL

，fH→合成，得全频段频率响应的表达式。①求中频源电压放大倍数

。关键是求Ausm、fL和fH。——复杂→代入全频段频率响应的表达式。(1)电压放大倍数函数法(2)三要素法低频段频率响应：中频电压放大倍数乘因子。高频段频率响应：中频电压放大倍数乘因子。②求低频截止频率fL

。③求高频截止频率fH

。用时间常数法估算下、上限截止频率。用短路时间常数法估算低频截止频率fL

。用开路时间常数法估算高频截止频率fH

。27二、阻容耦合单管共射放大电路的频率响应1.中频源电压放大倍数的估算中频段：通频带fbw以内的区域。

电路中所有电抗的影响均可忽略不计，即隔直电容短路，结电容开路。分3个频段进行频响分析，然后再合成。因隔直电容(串)的容量较大，在中频区呈现的容抗较小，视为交流短路；结电容(并)的容量较小，在中频区呈现的容抗较大，视为交流开路BJT的模型用h两参数模型。282.下限截止频率fL的估算低频段：

f＜fL的区域

。信号频率f

电容的容抗。影响低频响应的主要因素是隔直电容，即隔直电容必须考虑，结电容开路。BJT的模型用h两参数模型。隔直电容(串)的容抗增大，分压作用增大，不可再视为短路；结电容(并)呈现的容抗比中频时更大，仍视为交流开路。①画出放大电路在低频段的交流等效电路，此时必须保留耦合电容、旁路电容。②求电路中每一个电容的短路时间常数。某个电容的短路时间常数是指将电路中的其他电容短路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。将电压源短路，电流源开路，画出等效电路，求出该电容两端相并接的等效电阻。29输入耦合电容Cb1的时间常数输出耦合电容Cb2的时间常数射极旁路电容Ce的时间常数Cb1两端的等效电阻：Ce两端的等效电阻：Cb2两端的等效电阻：下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定。在耦合电容和旁路电容中，旁路电容是决定低频响应的主要因素。30③将所有电容的短路时间常数代入计算公式即可估算出fL。或用近似计算公式估算。修正系数下限截止频率fL1、fL2和fL3的比值在四倍以上，通常取大的那个作为放大电路的下限截止频率fL。例如有fL2>4fL1，fL1>fL3，下限截止频率取fL

=

fL2。利用短路时间常数法计算得到的fH总是高于实际的下限频率，为此引入修正系数以减小误差312.上限截止频率fH的估算高频段：f＞fH

的区域。信号频率f

电容的容抗。影响高频响应的主要因素是的结电容，即隔直电容短路，结电容必须考虑。①画出放大电路在高频段的交流等效电路。随着频率的增大，隔直电容(串)的容抗比中频时更小，仍视为交流短路；结电容(并)呈现的容抗比中频时减小，分流作用加大，不可再视为开路。BJT的模型用(单向化)混合π模型。②求电路中每一个电容的开路时间常数。某个电容的开路时间常数是指将电路中的其他电容开路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。将电压源短路，电流源开路，画出等效电路，求出该电容两端相并接的等效电阻。C32的时间常数C两端的等效电阻：C两端的等效电阻：③将所有电容的开路时间常数代入计算公式即可估算出fH。C的时间常数上限截止频率fH由高频时间常数中较大的一个决定。修正系数利用开路时间常数法计算得到的fH总是低于实际的上限频率，为此引入修正系数以减小误差或用近似计算公式估算。一般有，上限截止频率取。33已知0=50，rbb

=100，Cob

=4pF，fT

=400MHz。试估算中频源电压放大倍数、fL

和fH

，并画出波特图。例4解：(1)求解Q点和混合型参数

(2)计算中频源电压放大倍数34(3)估算下限频率fL

Cb1的时间常数Cb2的时间常数下限截止频率fL主要由低频时间常数中较小的一个决定。35(4)估算上限频率fH

(5)画的波特图全频段放大倍数表达式：C上限截止频率fH由高频时间常数中较大的一个决定。36幅频特性：由三段直线构成对数幅频特性。中频段：在fL与fH之间作一条作对数幅值=的水平线低频段：从f=fL点开始，在低频区作一条斜率为20dB/十倍频程的直线折向左下方。高频段：从f=fH点开始，在高频区作一条斜率为－20dB/十倍频程的直线折向右下方

相频特性：由五段直线构成相频特性。作一条-900

水平直线；作一条斜率为-45。/dec

的直线；作一条-1800

水平直线；作一条斜率为-45。/dec

的直线；作一条-2700

水平直线。当电路的频率等于下限频率或上限频率时，放大电路的电压放大倍数下降3dB,且产生+45度或-45度的相移37三、放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.对放大电路频率响应的要求放大电路的fL要低于输入信号中的最低频率分量，fH要高于输入信号中的最高频率分量。只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就会产生频率失真。2.放大电路频率响应的改善频率响应的改善主要是使通频带变宽，即降低下限频率和提高上限频率。38(1)改善下限频率的方法提高耦合电容及旁路电容的容量或采用直接耦合(f

L=0)。(2)改善上限频率的方法选fT

大,C

小的三极管。不同组态的放大电路级联组合。共射−共基组合电路可以减小前级密勒电容中RL的值。共基电路的输入阻抗将作为共射电路的集电极负载。在放大电路中引入负反馈。扩展通频带的关键是扩展电路的上限截止频率fH

。393.放大电路的增益带宽积矛盾

当提高带宽时，增益将降低；反之，带宽变窄，增益将提高。增益带宽积是指中频电压放大倍数与通频带的乘积。把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如欲得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用rbb、C

均小的高频三极管。若把通频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数。决定于管子参数40阻容耦合

fL

=01.全频段响应2.全频段响应的波特图四、单管直耦共射电路的频率响应412.6基本共集和共基放大电路2.6.1晶体管的三种基本接法(组态)2.6.2基本共集放大电路2.6.3基本共基放大电路2.6.4三种基本组态的比较422.6.1晶体管的三种基本接法(组态)1.晶体管的三种基本接法晶体管放大电路的基本接法亦称为基本组态，有共射ce、共集cc和共基cb三种。2.晶体管三种组态的判别接法共射共集共基输入输出bcbeec432.6.2基本共集放大电路一、电路组成信号从基极输入，从发射极输出，而集电极交流接地，作为输入、输出的公共端。由于信号从射极输出，所以该电路又称为射极输出器。基极偏置电阻Rb：使Je处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。共集放大电路以集电极为公共端，通过iB对iE的控制作用实现功率放大。负载接在发射极射极偏置电阻Re：提供合适的管压降。VCC：保证三极管放大，为输出信号提供能量。44二、静态分析IE45三、动态分析①电压放大倍数一般有因为电源VCC对于交流信号相当于短路，所以集电极是输入回路与输出回路的公共端，uo≈ui，所以具有电压跟随作用，又称射极跟随器46②输入电阻Ro小—逼近理想电压源。——与信号源内阻有关！Ri③输出电阻Ro——与负载有关，比共射大！Ri大47四、共集电路的高频响应集电结电容C接在输入回路中，不会产生密勒倍增效应。发射结电容C和发射结电阻rbe跨接在输入端和输出端之间，会产生密勒倍增效应。利用密勒定理将其等效到输入端，但因共集电极放大电路的电压增益近似为1，即密勒效应很小，对高频响应的影响也很小。所以，共集电路的上限频率fH高于共射放大电路。定性分析:理论分析表明，共集电路的fH可接近于管子的特征频率fT。48基本共集放大电路特点小结：电压放大倍数小于1但近似等于1，uo≈ui。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。阻抗变换器扩音机的输入电路，射极输出器的输入电阻高，可以和内阻较高的话筒相匹配，使话筒输入信号能得到有效的放大，电位器的阻值RP为22kΩ，可用来调节输入信号强度，以控制音量大小。把信号源大内阻变换为小输出电阻就采用共集电极放大电路。频率特性较好。49【问题引导】共集放大电路有功率放大能力吗？共集电路电压放大倍数虽然小于1，但电流放大倍数通常大于1，功率放大倍数也大于1。所以具有电流放大和功率放大作用。502.6.3基本共基放大电路一、电路组成Rb1、Rb2、Re基极分压式射极偏置电路。信号从发射极输入、从集电极输出，而基极交流接地，作为输入、输出的公共端。共基放大电路以基极为公共端，通过iE对iB的控制作用实现功率放大。51二、静态分析直流通路与分压式射极偏置电路相同。在满足的条件下采用近似法；否则采用戴维南定理进行计算。52三、动态分析①电压放大倍数Au大小与共射电路相同，

uo与ui同相。53②输入电阻输入电阻比共射电路小。输出电阻与共射电路相当。Ri③输出电阻小大④源电压放大倍数即使β值下降，共基放大电路电压放大倍数还是较大，故频带宽。54四、共基电路的高频响应基区体电阻rbb很小，ib比ic小的多，rbb上的电压近似为0。定性分析:如果忽略rbb

的影响，则发射结电容C直接接在输入端，集电结电容C

直接接到输出端，不会产生密勒倍增效应。共基电路的输入电阻也非常小，因此，输入回路的时间常数很小；C非常小，因此，输出回路的时常数很小。上限频率远高于共射放大电路。理论分析表明，fH可近似等于管子的特征频率fT

。55【问题引导】共基放大电路有电流放大能力吗？无电流放大能力。共基放大器电流放大倍数小于1，故共基放大器也叫做电流跟随器。基本共基放大电路特点小结：电压放大倍数高。输入电阻低、输出电阻高。高频响应最好。562.6.4放大电路三种组态的比较三种组态的特点对比及用途共射共集共基相移电压放大倍数电流放大倍数输入电阻输出电阻下限频率上限频率用途反相同相同相大略小于1大大大略小于1居中大小大小大居中低高低较高最高多级放大电路的中间级输入级、中间级、输出级高频或宽频带电路57双极型三极管放大电路(共射)场效应管放大电路(共源)技巧是：场效应管放大电路的共源接法、共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法相对应，但比晶体管电路输入电阻高、噪声系数低、电压放大倍数小，适用于做电压放大电路的输入级。58双极型三极管放大电路(共集)场效应管放大电路(共漏)FET放大电路与BJT放大电路相比，最突出的优点是可以组成高输入电阻的放大电路，此外，由于它还有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强、便于集成等特点，广泛用于各种电子电路中。59在实际应用中，一般对放大电路的性能有多方面的要求，依靠单管放大电路的任何一种，都不可能同时满足要求。通常有三种解决的方法，一是复合管放大电路，二是组合放大电路，二是多级放大电路。2.7基本放大电路的派生电路2.7.1复合管放大电路2.7.2共射－共基放大电路2.7.3共集－共基放大电路602.8.1复合管放大电路一、复合管的组成原则及目的复合管:是指用两只或多只三极管组合成具有一定功能的晶体管。1.复合管的组成原则复合晶体管又称达林顿管。①在正确的外加电压下，每只管子的各极电流均有合适的通路，且均工作于放大区或恒流区。

②应将第一只管子的集电极(漏极)或射极(源极)电流做为第二只管子的基极电流。③后级管子的UBE不能将前级管子的UCE箝位。④使用FET构成复合管时，FET只能作为第一级。2.组成复合管的目的增大β；减小前级驱动电流；改变管子的类型。61判断下列各图是否能组成复合管？例习题2.18

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)在分析复合管时一般是当作一只等效管子对待。62二、晶体管组成的复合管及主要特性1.晶体管组成的四种复合管T1b1T2e2e1b2c1c2(1)NPN+NPNcNPNebT2T1b1e2(2)PNP+PNPe1b2c1c2PNPbce两个同类型晶体管组成的复合管的类型不变，管脚功能不变。复合管的发射结压降是2倍的pn结压降。63(3)NPN+PNPe2T1b1T2e1c2c1b2bceNPN(4)PNP+NPNT2T1b1c1b2e1c2e2bcePNP两个不同类型晶体管组成的复合管的类型与前管相同。基极不变，后管发射极作为复合管集电极，后管集电极作为复合管发射极。复合管的发射结压降与前管相同。642.复合管的电流放大系数和输入电阻(1)两个同类型晶体管组成的复合管以两个NPN型晶体管组成的复合管为例。iB1iCb2e2c2b1e1c1iB11iB1(1+1)iB12(1+1)iB1复合管的+u