模电课件-第2章-基本放大电路

模拟电子技术

基础第二章基本放大电路理解放大、放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、直流通路、交流通路、直流分析、交流分析、静态工作点、直流负载线、交流负载线、截止失真、饱和失真、h参数微变等效电路、共射（共源）放大电路、共集（共漏）放大电路、共基（共栅）放大电路等基本概念。掌握双极型晶体管放大电路和场效应管放大电路的组成、工作原理和基本分析方法，会用估算法、图解法和微变等效电路法对放大电路进行静态分析和动态分析，掌握静态工作点稳定电路、放大电路的三种组态和各自的特点。第二章基本放大电路2.1放大的概念和电路主要指标2.7场效应管放大电路2.6晶体管基本放大电路的派生电路2.5单管放大电路的三种基本接法2.4放大电路静态工作点的稳定2.3放大电路的分析方法2.2基本共射放大电路的工作原理简单的例子：声音是怎样变大的？

微弱的声波放大的声波放大电路话筒弱电信号强电信号放大电路的作用：输入小的电信号，输出大的电信号，且波形不失真。

2.1放大的概念和电路主要指标2.1.1放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuoAu放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。2.1.2.放大电路的性能指标

放大电路示意图放大电路可以看成信号源的负载放大电路可以看成内阻为RO的电压源（或电流源）一、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）电压放大倍数为:

Auu=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数为:

Aii=IO/II

（4）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为:Aui=UO/II本章重点研究电压放大倍数Auu二、输入电阻Ri

放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源索取能量。Ri=Ui/Ii对于取电压源信号，一般来说，Ri越大越好！

输入电阻是衡量放大电路从其前级索取电信号能力强弱的参数。１1+us–RS+ui–iiRiRi越大，ui与us越接近例us=20mV，Rs=600，比较不同Ri时的ii

、ui。Riuiii600018mV3A60010mV16.7A601.82mV30A输入电阻的测量：三、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。输入端加正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL

的输出电压、。

对于电压输出电路，输出电阻愈小，带负载能力愈强！输出电阻的测量：四、通频带fAuAum0.7AumfL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通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。五、非线性失真系数D所有谐波总量与基波成分之比，即六、最大不失真输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom、Iom)。七、最大输出功率与效率

输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号Pom表示。：效率PV：直流电源消耗的功率八、噪声和信噪比

放大电路在放大有用信号的同时，还会放大一些无用的信号，即噪声。通常噪声可分为两类：一类是通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以消除或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接地不合理等引起的噪声。另一类是由于元件中带电质点杂乱的波动所造成的，不能完全控制或消除。这些噪声有可能会淹没掉有用信号，对信号的放大是十分有害的。引入信噪比(signaltonoiseratio，SNR)来表征放大电路的输出信号的质量。

2.2基本共射放大电路的工作原理2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件作用T：NPN型三极管，为放大元件；VCC：提供集电结反偏电压和能量；

RC：当iC通过Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；

VBB

、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流IB。

基本共射放大电路T共射→△uRc(△iC×Rc)→

△uCE→△uBE→△iB→△iC（b△iB）电压放大倍数：→

一．放大原理2.2.2基本共射放大电路的工作原理及波形分析若晶体管工作在放大状态-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符号说明基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。各电压、电流的波形uiOtiC

OtICQuCEOtUCEQuoOtIBQiB

Ot放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。2.2.3设置静态工作点的必要性一、静态工作点(QuiescentPoint)静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ

和UCEQ基本共射放大电路TICQ=IBQ对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2V二、为什么要设置静态工作点没有设置合适的静态工作点T+ui-本质：使晶体管工作在放大区的合适位置！对放大电路的基本要求：1.输出信号能够放大。2.输出波形不能失真。Q点不仅影响放大电路是否会失真，而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。饱和失真底部失真截止失真顶部失真2.2.4放大电路的组成原则一、组成原则1.必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生△uBE，对于场效应管能产生△uGS，从而改变输出回路的电流，放大输入信号。

4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。（1）直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失－＋UBEQ二、常见的两种共射放大电路（2）阻容耦合放大电路

耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。直接耦合共射放大电路TRb1Rb2两种电路静态点的简单计算：1.直接耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路T2.阻容耦合共射放大电路ICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RCICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC

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（40uA，3.2mA，5.6V），假设成立，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。UCEQ为负值，假设错误此时，Q（120uA，6mA，0V），

例题假设BJT工作在放大区1.直流通路：①

Us=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2.交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为0）;

③直流电压源视为短路。

通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。2.3放大电路的分析方法基本共射放大电路的直流通路

列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQ＝βIBQ，可估算出静态工作点。

VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。、交流通路当VCC>>UBEQ时，已知：VCC＝12V，Rb＝600kΩ，Rc＝3kΩ，β＝100。Q＝？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路采用图解法必须获得管子的实测I-V曲线

输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.静态分析(直流分析)2.3.1图解法2.电压放大倍数的动态分析（交流分析）（基本电路）斜率不变1）阻容耦合交流通路的输出回路

输出通路的外电路是Rc和RL的并联。2）交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：OIBiC

/mAuCE

/VQ静态工作点uCE=VCC–iCR’L+-阻容耦合放大电路的交流通路

共射极放大电路2.电压放大倍数的动态分析（交流分析）（阻容耦合）3）动态工作情况图解分析0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQiC输出回路工作情况分析：uCE=VCC-iCRc4）电压放大倍数

交流负载线小结：

过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL

直线，该直线即为交流负载线。R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。

交流负载线是有交流输入时，输出信号的运动轨迹。

负载开路，则R'L=Rc

，交、直流负载线重合。接上负载，因R'L＜Rc

，交流负载线比直流负载线要陡。图解分析法的解题步骤：1.由直流通路画出输入回路直流负载线，确定IBQ和UBEQ；或认为UBEQ已知（约0.7V），用估算法求出IBQ2.由直流通路画出输出回路直流负载线，确定ICQ和UCEQ3.由交流通路画出输出回路交流负载线，确定动态指标。请注意直接耦合共射电路的直流和交流负载线重合；阻容耦合共射电路交流负载线比直流负载线陡，当负载电阻RL开路时，两负载线重合。

【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k

，集电极直流电源VCC=12V，问1：试用图解法确定静态工作点。解：①首先估算IBQ②做直流负载线，确定Q

点根据UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.T0iB

=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE

/V③由Q

点确定静态值为：iC

/mA0.680.72uBEiBQ0.76040200uBE/ViB/µAuBE=0.04V=(0.72–0.68)V则在输入特性曲线上有：问2：若在上题电路中，输入交流小信号：ui=0.04sin（ωt）V，试求电压放大倍数。iB=(60–20)A=40A相应的有：解：交流负载线直流负载线4.57.5uCE9120IB=40µA2060804Q260uCE/ViC

/mAiCuCE=(4.5–7.5)V=-3V在输出特性曲线先确定交流负载线：由iB=(60–20)A=40A得3.失真分析截止失真消除方法：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。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑饱和失真是输出回路产生失真！这可不是好办法！OiB=0QuCE/ViC

/mAACBDE直流负载线

输出波形没有明显失真时，能够输出最大电压。即输出特性的A、B

所限定的范围。Q尽量设在线段AB的中点。则AQ=QB，CD=DE问题：如何求最大不失真输出电压？Uomax=min[(UCEQ-UCES),(VCC-UCEQ)]（动画3-4）UCEQ-UCESVCC-UCEQ最大不失真输出电压图解法小结直观形象，可以分析Q点位置是否合适，便于分析电路的非线性失真。优点：缺点：依赖于特性曲线；易产生测量误差；不适于频率较高的情况；较复杂的电路无法分析；不易计算Ro、Ri等技术指标。1.输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。rbb’的量级一般为100~300欧，可取300欧。对于小功率三极管：

晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）2.3.2等效电路法rbe的求解：查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！2.输出回路iCuCE近似平行iC输出端相当于一个受ib控制的电流源。ubeibuceic3.三极管的微变等效电路rbeibibbcecbe微变等效电路模型仅对变化量而言的；2.h参数与Q有关。非常重要！2.3.3放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RbRCRLuiuo1.电压放大倍数的计算注意：负号表示输入和输出电压相位相反。交流负载电阻越小，放大倍数越小。UirbeIbIbIiIcUoRbRCRL2.输入电阻的计算输入电阻指的是向放大电路输入端看进去的等效电阻。输入电阻的定义：电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，对信号源的影响程度也越小。UirbeIbIbIiIcUoRbRCRL3.输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，向放大电路输出端看进去的等效电阻即输出电阻。输出电阻体现了放大电路带负载能力。所以：用加压求流法求输出电阻：rbeRbRC00不同耦合方式对放大电路动态性能的影响放大电路的交流等效电路直接耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析：输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!【例1】电路如图所示：已知VCC=12V，Rb=510kΩ，RC=3kΩ；晶体管的rbb’=150Ω，β=80，导通时的UBEQ=0.7V；RL=3kΩ。（1）求出电路的Au、Ri和Ro;

（2）若所加信号源内阻为Rs，求出解:(1)首先求出Q点和rbe，再求出Au、Ri和Ro。画出交流等效电路如下：UCEQ大于UBEQ，说明Q点在晶体管的放大区。0（2）ROIO00【例2】分析图中带射极电阻的共射电路的Q、Au、Ri和Ro。动态性能分析用加压求流法求输出电阻。rbeRCReRbRS可见，加射极电阻后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。1.首先利用估算法（或图解法）确定静态工作点Q；2.求静态工作点处的rbe的值；3.画出微变等效电路。可先画出三极管的等效模型，然后画出放大电路其他部分的交流通路；4.列出电路方程求解。解题步骤2.4放大电路静态工作点的稳定2.4.1静态工作点稳定的必要性

三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：

1.UBE

改变。UBE

的温度系数约为–2mV/C，即温度每升高1C，UBE约下降2mV。

2.改变。温度每升高1C，值约增加0.5%~1%，温度系数分散性较大。3.ICBO改变。温度每升高10C，ICBQ

大致将增加一倍，说明ICBQ

将随温度按指数规律上升。动画avi\3-8.avi温度升高将导致IC

增大，Q上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20C

T=50C晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线2.4.2典型的静态工作点稳定电路稳定Q点常引入直流负反馈或温度补偿的方法使IBQ在温度变化时与ICQ产生相反的变化。一、电路组成和Q点稳定原理C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui阻容耦合的静态工作点稳定电路直接耦合的静态工作点稳定电路TRb1Rb2Re（动画3-5）所以UBQ

不随温度变化，——电流负反馈式工作点稳定电路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ阻容耦合的静态工作点稳定电路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReIBICIEIRuiUEUB阻容耦合的静态工作点稳定电路由于IR>>IBQ，可得(估算)二、静态工作点的估算由于IR>>IBQ，可得(估算)静态基极电流Rb2Rb1IBQIRIEQICQ

更严格的Q点分析不假设IR>>IBQ，考虑Re的作用利用戴维南等效定理参见教材P.1072C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiRcRb2+VCCRL++uiuoRb1Re三、动态参数的估算rbe

ebcRcRL+Rb2Rb1+分析结果：结果说明：1.负号说明输出与输入反相；2.共射极放大电路输入电阻rbe；3.共射极放大电路输出电阻RC。分析结果均与基本共射放大电路相同。1、静态工作点的计算有无变化？2、动态性能的计算（1）放大电路的交流等效电路如无旁路电容，动态参数如何计算？（2）用微变等效模型替代BJT旁路电容的作用：无旁路电容的电压放大倍数带旁路电容的电压放大倍数旁路电容的作用是消除射极电阻对交流性能的影响Rb2

+VCC

Rc

C1

C2

TRb1

Ce

Re1

RL

ui

uo

Re2

问题：如果电路如下图所示，如何分析？I2

I1

IB

Rb2

+EC

Rc

C1

TRb1

Re1

Re2

静态分析：直流通路Rb2

+VCC

Rc

C1

C2

TRb1

Ce

Re1

RL

ui

uo

Re2

动态分析：交流通路Rb1

Rc

RL

ui

uo

Rb2

Re1Rb2

+VCC

Rc

C1

C2

TRb1

Ce

Re1

RL

ui

uo

Re2

交流通路：微变等效电路：rbe

Rc

RL

Re1

R'B

Rb1

Rc

RL

ui

uo

Rb2

Re12.4.3稳定静态工作点的措施

静态工作点温度补偿稳定电路利用二极管的正、反相特性进行温度补偿TIB

IC

IR

IC

TUD

TUBE

IB

IC

UE

IC

UB

UBE

IB

IC

利用Re：利用二极管的导通压降：2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法三种基本接法共射组态CommonEmitter共集组态CommonCollector共基组态CommonBase（动画3-6）一、基本共集放大电路1.电路的组成C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~(实用电路)信号从基极输入，从发射极输出！2.静态分析-直流通路2.静态分析-Q点分析3.动态分析-交流通路交流等效电路故称之为射极跟随器Uo＜Ui3.动态分析-电压放大倍数Ri与负载有关！RL带负载电阻后3.动态分析-输入电阻Ri从基极看Re，被增大到（1+β）倍Ro与信号源内阻有关！特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io,。从射极看基极回路电阻，被减小到（1+β）倍3.动态分析-输出电阻Ro射极输出器的使用1.将射极输出器作为前置级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的输出级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在放大电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。例：Rs

C1

C2

RL

Ui

Uo

+VCC

Rb

+-+-Re

+-Us

估算静态工作点，计算电流放大倍数、电压放大倍数和输入、输出电阻。解：Rb

+VCC

Re

直流通道VCC－IBQ·Rb－UBEQ－IEQ·Re=0设晶体管工作在放大区分析结果，假设成立。微变等效电路rbe

Re

RL

Rb

bce+-Ui+-Uo微变等效电路rbe

Re

RL

Rb

bce+-Ui+-Uo可见：输入电阻很大，输出电阻很小。微变等效电路rbe

Re

Rb

bce+-UoRs

二、基本共基放大电路1.电路的组成C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc基本共基放大电路(实用电路)2.静态分析-Q点计算3.动态分析-交流等效电路交流等效电路特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！3.动态分析-参数计算【例2.5.2】见教材P.115有电流放大作用吗？三种基本组态的比较大(数值同共射电路，但同相)小(小于、近于

1)大(十几~一几百)

小

大(几十~一百以上)

大(几十~一百以上)电路组态性能共射组态共集组态共基组态C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+++C1Rb+VCCC2RL++++Rc

频率响应大(几百千欧~几兆欧)小(几欧~几十欧)中(几十千欧~几百千欧)Rce(≈RC)小(几欧

~几十欧)大(几十千欧以上)中(几百欧~几千欧)

rbe组态性能共射组态共集组态共基组态差较好好三种基本组态的比较复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。

不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。目的：增大β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。iB方向决定复合管的类型2.6晶体管基本放大电路的派生电路2.6.1复合管放大电路+ubeibib1ic2icieie1=ib2T1bT2ecic11.复合管共射电流放大系数值由图可见则2.复合管输入电阻

rbe其中所以显然，、rbe

均比一个管子1、rbe1提高了很多倍。3.构成复合管时注意事项（1）前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。（2）外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。ic2icie+ubeibib1ie1=ib2ic1T1bT2ec复合管的接法T1bT2ecT2T1bec(a)NPN型(b)PNP型(c)NPN型cT1bT2e(d)PNP型T2T1bec判断下列各图是否能组成复合管？

在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。结论1.两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。复合管的12，复合管的rbe=rbe1+（1+1)

rbe2

。2.两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的12，复合管的rbe=rbe1+（1+1）

rbe2

。3.在集成运放中，复合管不仅用于中间级，也常用于输入级和输出级。优点可以获得很高的电流放大系数；提高中间级的输入电阻；提高了集成运放总的电压放大倍数。二、复合管共射放大电路阻容耦合复合管共射放大电路三、复合管共集放大电路阻容耦合复合管共集放大电路复合管使共集放大电路的输入电阻大大增加，输出电阻大大减小。复合管成倍的提高了管子的性能，进而成倍提高了电路的性能2.6.2共射－共基放大电路特点：输入电阻较大，有电压放大能力，较宽的通频带。共射－共基放大电路的交流通路2.6.3共集－共基放大电路共集－共基放大电路的交流通路输入电阻较大，有电压放大能力，有较宽的通频带。不同组态电路的组合，实现了各电路性能的取长补短。2.7场效应管放大电路场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。2.7.1场效应管放大电路的三种接法（以N沟道结型场效应管为例）场效应管放大电路的三种接法（a）共源电路（