电子线路第02章

第2章基本放大电路2.1单管共射极放大电路2.2基本放大电路的分析方法2.3工作点稳定电路2.4共集和共基放大电路2.5场效应管放大电路2.6多级放大电路及复合管2.7放大电路的频率响应2.8放大电路中的噪声与干扰2.9实际应用电路举例2.1单管共射极放大电路2.1.1三极管在放大电路中的三种连接方式三极管有三个电极，它在组成放大电路时便有三种连接方式，即放大电路的三种组态：共发射极、共集电极和共基极组态放大电路。图2.1所示为三极管在放大电路中的三种连接方式：图（a）从基极输入信号，从集电极输出信号，发射极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共发射极（简称共射极）放大电路；图（b）从基极输入信号，从发射极输出信号，集电极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共集电极放大电路；图（c）从发射极输入信号，从集电极输出信号，基极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共基极放大电路。图2.1三极管的三种连接方式2.1.2组成和工作原理1.电路结构及各部分作用在三种组态放大电路中，共发射极电路用得比较普遍。这里就以NPN共射极放大电路为例，讨论放大电路的组成、工作原理以及分析方法。图2.2所示为NPN型共射极放大电路的原理性电路。图2.2基本共射极原理性电路电路中各元件的作用如下:

（1）三极管（2）隔直耦合电容C1和C2（3）基极回路电源UBB和基极偏置电阻Rb（4）集电极电源UCC（5）集电极负载电阻Rc2.工作原理图2.4放大电路实现信号放大的工作过程放大器放大的实质是实现小能量对大能量的控制和转换作用。根据能量守恒定律，在这种能量的控制和转换中，电源UCC为输出信号提供能量。需要特别注意的是，信号的放大仅对交流量而言。3.基本放大电路的组成原则三极管具有三个工作状态，截止、放大和饱和。在放大电路中为实现其放大作用，三极管必须工作在放大状态。从上面放大电路的工作过程可概括放大电路的组成原则为：（1）外加电源的极性必须保证三极管的发射结正偏，集电结反偏。（2）放大电路工作时，直流电源UCC要为三极管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ和电压UCEQ，即电路要有一个合适的静态工作点Q。（静态）（3）输入电压ui要能引起三极管的基极电流iB作相应的变化。（4）三极管集电极电流iC的变化要转为电压的变化输出。

（动态）2.1.3放大电路的主要性能指标1.放大倍数Au、

放大倍数是衡量放大电路对信号放大能力的主要技术参数。电压放大倍数Au

放大电路输出电压与输入电压的比值。常用分贝（dB）来表示电压放大倍数，这时称为增益。

电压增益=20lg|Au|（dB）2.输入电阻Ri

对于一定的信号源电路，输入电阻Ri越大，放大电路从信号源索取得到的输入电压ui就越大。图2.6放大电路的输入电阻3.输出电阻Ro

图2.7为放大电路输出电阻的示意图。图2.7放大电路的输出电阻

当放大电路作为一个电压放大器来使用时，其输出电阻Ro的大小决定了放大电路的带负载能力。Ro越小，放大电路的带负载能力越强，即放大电路的输出电压uo受负载的影响越小。2.2基本放大电路的分析方法

2.2.1图解分析法图解分析方法是指根据输入信号，在三极管的特性曲线上直接作图求解的方法。1.静态工作情况分析（1）静态、动态和静态工作点的概念①

静态——直流信号②

动态——交流信号③静态工作点Q

图2.9静态工作点Q

（2）直流通路直流通路：是指静态（ui=0）时，电路中只有直流量流过的通路。画直流通路有两个要点：①电容视为开路，电感视为短路②交流电压源视为短路图2.10和2.11所示分别为共射极放大电路及其直流通路。估算电路的静态工作点Q时必须依据直流通路。图2.10共射极放大电路图2.11共射电路的直流通路（3）Q点的估算根据直流通路，估算Q点有两种方法。①

公式估算法确定Q点(计算公式)②

图解法确定Q点如图2.12所示，此直线由直流通路获得，称为直流负载线Uce=Ucc-Ic*Rc。图2.12图解法确定Q点2.动态工作情况分析（1）交流通路它是指动态（ui≠0）时，电路中交流分量流过的通路。画交流通路时有两个要点：①耦合电容视为短路。②直流电压源视为短路。图2.15所示为图2.10共射极放大电路的交流通路。图2.15共射极电路的交流通路（2）放大电路的动态工作图2.17所示为电路的动态工作情况。图2.17动态工作情况注意：三极管各电极的电压和电流瞬时值是在静态值的基础上叠加了交流分量，但瞬时值的极性和方向始终固定不变。（3）非线性失真所谓失真，是指输出信号的波形与输入信号的波形不一致。三极管是一个非线性器件，有截止区、放大区、饱和区三个工作区，如果信号在放大的过程中，放大器的工作范围超出了特性曲线的线性放大区域，进入了截止区或饱和区，集电极电流ic与基极电流ib不再成线性比例的关系，则会导致输出信号出现非线性失真。非线性失真分为截止失真和饱和失真两种。①

截止失真当放大电路的静态工作点Q选取比较低时，IBQ较小，输入信号的负半周进入截止区而造成的失真称为截止失真。图2.18所示为放大电路的截止失真，输出电压顶部被削平。解决措施：减小基极偏置电阻Rb

图2.18截止失真②

饱和失真

当放大电路的静态工作点Q选取比较高时，IBQ较大，UCEQ较小，输入信号的正半周进入饱和区而造成的失真称为饱和失真。图2.19所示为放大电路的饱和失真。ui正半周进入饱和区造成ic失真，从而使uo失真，输出电压底部被削平。解决措施：增大基极偏置电阻Rb图2.19饱和失真2.2.2放大电路的微变等效电路分析法微变等效电路分析法指的是在三极管特性曲线上Q点附近，当输入为微变信号（小信号）时，可以把三极管的非线性特性近似看为是线性的，即把非线性器件三极管转为线性器件进行求解的方法。1.三极管的微变等效电路图2.20三极管的交流输入电阻rbe

图2.21三极管的电流放大系数β

结论：当输入为微变信号时，对于交流微变信号，三极管可用如图2.22（b）所示的微变等效电路来代替。图2.22（a）所示的三极管是一个非线性器件，但图2.22（b）所示的是一个线性电路。这样就把三极管的非线性问题转化为线性问题。图2.22三极管的微变等效电路模型交流输入电阻rbe=rbb’+26mv/Ib(mA)2.放大器的微变等效电路（1）用微变等效电路分析法分析放大电路的求解步骤①

用公式估算法估算Q点值，并计算Q点处的参数rbe值。②

由放大电路的交流通路，画出放大电路的微变等效电路。③

根据等效电路直接列方程求解Au、Ri、Ro。（2）具体分析共射放大电路①

作微变等效电路对于图2.10所示共射极放大电路，从其交流通路图2.15可得电路的微变等效电路，如图2.23所示。uS为外接的信号源，RS是信号源内阻。图2.23图2.10所示共射放大电路的微变等效电路②

求解电压放大倍数AuAu=uo

/

ui

=-Rc//RL/rbe负号表示输出电压uo与输入电压ui反相位。③

求解电路的输入电阻Ri

Ri=Rb∥rbe

一般基极偏置电阻Rb>>rbe，Ri≈rbe。④

求解电路的输出电阻Ro

图2.24所示为求解输出电阻的等效电路。Ro≈Rc输出电阻Ro越小，放大电路的带负载能力越强。输出电阻Ro中不应包含负载电阻RL。⑤

求解输出电压uo对信号源电压uS的放大倍数AuS

由于信号源内阻的存在，AuS＜Au，电路的输入电阻越大，输入电压ui越接近uS。2.2.3两种分析方法特点比较放大电路的图解分析法：其优点是形象直观，适用于Q点分析、非线性失真分析、最大不失真输出幅度的分析，能够用于大、小信号；其缺点是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大，不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。微变等效电路分析法：其优点是适用于任何复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、输入电阻、输出电阻等；其缺点是只能用于分析小信号，不能用来求解静态工作点Q。实际应用中，常把两种分析方法结合起来使用。2.3基极分压射极偏置式放大器一、电路结构如图2.27所示工作点稳定电路

图2.27分压偏置式的工作点稳定电路二、参数计算1.静态参数图2.28所示为分压偏置式工作点稳定电路的直流通路。求出Ib、Ic、Uce(先求基极分压，再求射极偏置，然后求Q点)图2.28稳定电路的直流通路2.动态参数图2.29（a）所示为工作点稳定电路的交流通路，图2.29（b）所示为其微变等效电路。因为旁路电容Ce的交流短路作用，电阻Re被短路掉。求出Au、Ri、Ro思考：无射极旁路电容Ce时的参数计算图2.29稳定电路的交流通路及其微变等效电路2.4共集放大电路前面讨论的两个放大电路均是共射极组态放大电路。另两种组态电路分别为共集电极和共基极组态电路。2.4.1共集电极放大电路1.电路组成共集电极放大电路应用非常广泛，其电路构成如图2.32所示。其组成原则同共射极电路一样，外加电源的极性要保证放大管发射结正偏，集电结反偏，同时保证放大管有一个合适的Q点。图2.32共集电极电路及其交流通路交流信号ui从基极b输入，uo从发射极e输出，集电极c作为输入、输出的公共端，故称为共集电极组态，此电路也叫射极输出器。2.静态工作点Q的估算图2.33直流通路及其微变等效电路3.动态参数Au、Ri、Ro（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻Ri（3）输出电阻Ro图2.33直流通路及其微变等效电路共集电极电路的输出电阻很小，其带负载的能力比较强。实际应用中，射极跟随器常常用在多级放大电路的输出级，以提高整个电路的带负载能力。共集电极电路的输入电阻很大，输出电阻很小。实际应用中，常常用作缓冲级，以减小放大电路前后级之间的相互影响。2.6多级放大电路实际应用中，放大电路的输入信号通常很微弱（毫伏或微伏数量级），为了使放大后的信号能够驱动负载，仅仅通过单级放大电路进行信号放大，很难达到实际要求，常常需要采用多级放大电路。采用多级放大电路可有效地提高放大电路的各种性能，如提高电路的电压增益、电流增益、输入电阻、带负载能力等。多级放大电路是指两个或两个以上的单级放大电路所组成的电路。图2.43所示为多级放大电路的组成框图。通常称多级放大电路的第一级为输入级。对于输入级，一般采用输入阻抗较高的放大电路，以便从信号源获得较大的电压输入信号并对信号进行放大。中间级主要实现电压信号的放大，一般要用几级放大电路才能完成信号的放大。通常把多级放大电路的最后一级称为输出级，主要用于功率放大，以驱动负载工作。图2.43多级放大电路的组成框图2.6.1多级放大电路的耦合方式在多级放大电路中，各级放大电路输入和输出之间的连接方式称为耦合方式。常见的连接方式有三种：电容耦合、直接耦合和变压器耦合。1.电容耦合它是指各单级放大电路之间通过隔直耦合电容连接。图2.44所示为电容耦合两级放大电路。图2.44阻容耦合两级放大电路阻容耦合多级放大电路具有以下特点：（1）各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，利于放大器的设计、调试和维修。（2）低频特性差，不适合放大直流及缓慢变化的信号,只能传递具有一定频率的交流信号。（3）输出温度漂移比较小。（4）阻容耦合电路具有体积小、重量轻的优点，分立元件电路中应用较多。但在集成电路中，不易制作大容量的电容，因此阻容耦合放大电路不便于做成集成电路。2.直接耦合它是指各级放大电路之间通过导线直接相连接。图2.45所示为直接耦合两级放大电路。前级的输出信号uo1，直接作为后一级的输入信号ui2。图2.45直接耦合两级放大电路直接耦合电路的特点：（1）各级放大电路的静态工作点相互影响，不利于电路的设计、调试和维修。（2）频率特性好，可以放大直流、交流以及缓慢变化的信号。（3）输出存在温度漂移，可采用差动放大电路改进。（4）电路中无大的耦合电容，便于集成化。3.变压器耦合它是指各级放大电路之间通过变压器耦合传递信号。图2.46所示为变压器耦合放大电路。通过变压器T1把前级的输出信号uo1，耦合传送到后级，作为后一级的输入信号ui2。变压器T2将第二级的输出信号耦合传递给负载RL。图2.46变压器耦合放大电路变压器具有隔离直流、通交流的特性，因此变压器耦合放大电路具有如下特点：（1）各级的静态工作点相互独立，互不影响，利于放大器的设计、调试和维修。（2）同阻容耦合一样，变压器耦合低频特性差，不适合放大直流及缓慢变化的信号,只能传递具有一定频率的交流信号。（3）可以实现电压、电流和阻抗的变换，容易获得较大的输出功率。（4）输出温度漂移比较小。（5）变压器耦合电路体积和重量较大，不便于做成集成电路。2.6.2多级放大电路的分析1.多级放大电路的电压放大倍数Au

图2.47所示为多级放大电路的框图图2.47多级放大电路动态参数框图2.多级放大电路的输入电阻Ri