第二章基本放大电路

第二章基本放大电路模拟电子技术基础第二章基本放大电路放大的概念和性能指标共射放大电路工作原理放大电路的分析方法

放大电路工作点的稳定电路基本共集放大电路基本共基放大电路场效应管及放大电路32.1放大的概念和性能指标2.1.1放大的概念放大的对象：均为变化量，是对变化量（差异）而言；2．放大作用：实质上是一种能量的控制和转换；

电源提供能量，晶体管（或场效应管）的作用将电源提供的直流能量转变为负载上所需的交流能量。晶体管和场效应管是核心器件，能够控制能量，称为有源元件。3．放大的基本特征：功率放大；4．放大的前提：不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义；4一、放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输出电压输入电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。2.1.2放大电路的性能指标5二、输入电阻从输入端看进去的等效电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，信号电压损失越小。输入电压与输入电流有效值之比。三、输出电阻Ro

越小，带负载的能力越强。

将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。如何确定电路的输出电阻Ro

？步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。UI方法一：计算。N0方法二：测量。1.测量开路电压。2.测量接入负载后的输出电压。步骤：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五、非线性失真系数六、最大不失真输出电压七、最大输出功率与效率

输入信号幅度超过一定值后，输出电压将会产生非线性失真。输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D。

定义为当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。一般以有效值Uom表示。

在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率Pom与电源消耗的功率Pv的比值。描述电源能量的利用率。用η表示。UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量符号规定Ua大写字母、小写下标，表示交流有效值。112.2.1共射放大电路的基本组成2.2基本共射放大电路工作原理VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥Uon，同时作为负载的能源。Rc：主要将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。动态信号作用时：12IBQICQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)静态工作点2.2.2静态工作点一、静态工作点输入电压ui为零时13(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。iBuBEQIBQUBEQiCuCEQUCEQICQ14二、设置静态工作点的必要性

输出电压必然失真！

设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！

为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？15uitiBtiCtuCEtuotiCuCEiB2.2.3共射放大电路工作原理及波形分析→△uCE（-△iC×Rc）→△uBE→△iB→△iC（b△iB）→

162.2.4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。保证晶体管工作在放大区。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。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。

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。17

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”将两个电源合二为一共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，b-e间电压是uI与Rb1上的电压之和。二、两种实用共射放大电路实用电路18

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。19放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真2.3放大电路的分析方法202.3.1直流通路和交流通路电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样交直流所走的通道是不同的。交流通路：只考虑交流信号的分电路，

电容、直流电源短路。直流通路：只考虑直流信号的分电路，

电容开路，电感、交流电源短路（留内阻）。*

静态工作点按直流通路估算。

分析放大电路时，先静态（直流通路），后动态交流通路）。21例1：对直流信号（只有+VCC）开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通道RB+VCCRC阻容耦合共射放大电路的直流和交流通路22（1）根据直流通道估算IBIBUBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+VCC直流通道RBRC（2）根据直流通道估算UCE、IBICUCE

静态工作点的估算23如: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。IBUBE+VCC直流通道RBRCICUCE24对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路25基本共射放大电路的直流通路和交流通路例2：交流直流

静态工作点的估算26实用电路：

静态工作点的估算27自测：二、试分析图所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。不能能不能28不能不能不能可能不能不能292.1分别改正图所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波信号。要求保留电路原来的共射接法和耦合方式。将－VCC改为＋VCC在＋VCC

与基极之间加Rb将VBB反接，且在输入端串联一个电阻。在VBB支路加Rb，在－VCC与集电极之间加Rc。302.3.2图解法分析放大电路RB+VCCRCC1C2Tuoui++--++以阻容耦合放大电路为例进行分析：31VCC/RBVCCUBEQQIBQ-1/RBiBuBE直流负载线一、静态工作点（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQuBE=VCC-iBRB→

直流负载线iBuBE+VCC直流通道RBRCiCuCE32uCE~iC满足什么关系iCuCEVCCQ直流负载线

-1/RCIBQ？iBuBE+VCC直流通道RBRCiCuCE（2）由输出特性曲线和输出直流负载线，求ICQ、UCEQ。uCE=VCC-iCRc→直流负载线ICQUCEQ33二、动态分析iBuBEQibtuitiCuCEictibtucet已知∆uI-->∆iB-->∆iC-->∆uCE-->Au34RB+VCCRCC1C2Tuoui++--++uiOtiB

OtuCEOtuoOtiC

OtIBQICQUCEQ35在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。三、波形非线性失真的分析：36iCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib37iCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形38四.交流负载线交流负载线：有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。短路短路置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路RLuo39交流负载线定值斜率icuceRBRCRLuiuo

通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为-1/R’L直线，比直流负载线要陡。40UCEQICQ1.交流负载线的作法：iCuCEVCCQIB过Q点作一条直线，斜率为：的直线交流负载线与横、纵轴交点：（，0）；（0，）

由直角三角形可直接得出，与横轴交点距静态点为41也可做如下推导：UCEQICQiCuCEVCCQIB交流负载线与横、纵轴交点：icuceRBRCRLuiuo42UCEQICQ2.确定放大器的最大工作范围——最大不失真电压iCuCEVCCQIBUcm1不饱和Ucm2不截止43

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。3.输入信号的幅度不能太大

对于直接耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一直线；而对于阻容耦合的情况，直流负载线与交流负载线，则只有在空载时是同一直线。?44讨论：Q1—Q2：Q2—Q3：Q3—Q4：RC变小；Rb变小或VBB变大；VCC变大；1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？45五、图解法的适用范围：特点：直观形象定量分析误差大无法反映高频信号时极间电容的影响。适用：幅值大、频率不太高的信号分析。462.10在图所示电路中，设静态时ICQ＝2mA，晶体管饱和管压降UCES＝0.6V。试问：当负载电阻RL＝∞和RL＝3kΩ时电路的最大不失真输出电压各为多少伏？

带载时，当输入信号增大到一定幅值，电路首先出现截止失真。

解：由于ICQ＝2mA，所以UCEQ＝VCC－ICQRc＝6V。空载:输入信号增大到一定幅值，电路首先出现饱和失真。故：？在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？472.4电路如图（a）所示，图（b）是晶体管的输出特性，静态时UBEQ＝0.7V。利用图解法分别求出RL＝∞和RL＝3kΩ时的静态工作点和最大不失真输出电压Uom（有效值）。

解：空载时：IBQ＝20μA，ICQ＝2mA，UCEQ＝6V；最大不失真输出电压峰值约为5.3V，有效值约为3.75V。48带载时：IBQ＝20μA，ICQ＝2mA，UCEQ＝3V；最大不失真输出电压峰值约为2.3V，有效值约为1.63V。负载线：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,忽略uCE的影响。uBEiB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。

近似分析一.共射h参数模型模型建立：小信号、忽略晶体管的电容效应和非线性。2.3.3微变等效电路法输入电阻rbe的估算：bceb'rercrbb'晶体管内部的简化模型表示：rbb’—基区体电阻re—发射结正向电阻rc—集电结反向电阻（IEQ静态工作点）rbb':低频—数百欧，一般100~300。高频—几欧~几十欧。rbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：2.输出回路iCuCE(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。

近似平行(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。rce的含义：iCuCE等效电路分析ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。结论：微变等效电路rbeibibrcerbeibibbce等效cbeic

数学推导模型建立：İbÙceİcÙbe根据晶体管特性：求全微分：h参数的物理意义：b-e间的动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间的电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？h21ibib1/h22h11h12uceh参数简化模型：1.RL’<<（1/h22）=

(rce)2.反向传输系数很小，h12可以忽略rbeibibbce56二.共射h参数等效电路分析方法1.首先画出放大电路的交流通路2.将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替3.标出等效电路中的电压电流量，进行动态分析1.阻容耦合放大电路的动态分析短路短路RBRCRLuiuo交流通路RB+VCCRCC1C2TRL57uirbeibibiiicuoRBRCRL将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RBRCRLuiuorbeibibbce58(1)电压放大倍数的计算负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL若考虑信号源内阻RS的影响RS+-59(2)输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：是动态电阻。

电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，从信号源得到的信号衰减越小。rbeRBRCRL60(3)输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：

将输入信号源电压Us短路，即Us=0,保留内阻；将负载开路即RL=∞,所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。61所以：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC0062RB+VCCRCC1C2TRL输入电阻中不应包含Rs输出电阻中不应包含RL综上：rbeRBRCRL2.直接耦合放大电路的动态分析放大电路的交流微变等效电路642.5在图P2.5所示电路中，已知晶体管的＝80，rbe＝1kΩ，＝20mV；静态时UBEQ＝0.7V，UCEQ＝4V，IBQ＝20μA。判断下列结论是否正确。√√√√2.4放大电路的工作点的稳定对于前面的电路（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，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBEICEOQ2.4.1静态工作点稳定的必要性66TIBICT、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。放大电路的工作点的稳定

固定偏置电路的Q点是不稳定的。为此需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。67RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo2.4.2稳定静态工作点典型电路——分压式偏置电路68I1I2IB分压式偏置电路RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo2.4.2典型电路：一、电路结构与原理：似乎I1越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。69I1I2IBRB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuoTUBEIBICUEIC本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程。稳定原理：放大电路的工作点的稳定70二、Q点计算直流通路I1I2IBRB1+VCCRCRB2RE估算法：；放大电路的工作点的稳定71I1I2IBRB1+VCCRCRB2RE戴维宁等效：RB+VCCVBBRCTRE72三、交流性能分析rbeRCRLRBRB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo73CE的作用：交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。问题：如果去掉CE，放大倍数怎样I1I2IBRB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo？74去掉CE后的微变等效电路rbeRCRLRERB将RE折算到基极：放大电路的工作点的稳定利?弊?752.5放大电路的三种基本接法共射放大电路：iB控制iC,电压电流均放大共集放大电路：iB控制iE,电流放大共基放大电路：iE控制iC,电压放大实现功率放大的目标。762.5.1基本共集放大电路（射极输出器）一、静态分析折算RB+VCCC1C2RERLuiuoIBIERB+VCCRE77二、动态分析RB+VCCC1C2RERLuiuorbeRERLRB微变等效电路781.电压放大倍数rbeRERLRB791.所以但是，输出电流Ie增加了。2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。结论：rbeRERLRB802.输入电阻输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。rbeRERLRB813.输出电阻用加压求流法求输出电阻。RorbeRERBRSrbeRERBRS电源置082一般：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。总结：输入阻抗高；输出阻抗低；电压增益近似为1；电流增益大83直接耦合共集电路:rbeReRbbce例.84射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。85RcReuiuoVCCVBBT++--IEICIB一.静态分析2.5.2基本共基放大电路86RcReuiuoVCCVBBT++--二.动态分析ReRcrbe+-+-ecb87特点：1.共基电路输入电阻较小，输出电阻较大，电流增益近似等于1，电压增益与共射电路相近。2.直流工作点的温度稳定性好。3.共基电路可工作在较高的频率。88RB+VCCRCC1C2TRLRB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuoRcReuiuoVCCVBBT++--三种接法的比较：空载情况下：89三种接法的比较：空载情况下

接法共射共集共基

Au大

小于1

大

Aiβ1＋βαRi

中

大

小

Ro

大

小

大频带窄中宽902.6场效应管放大电路1.静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。2.动态：能为交流信号提供通路。组成原则：静态分析：

估算法、图解法。动态分析：

微变等效电路法。分析方法：912.6.1场效应管的微变等效电路GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS92从特性曲线求gm和rds：93很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：gsduGSiDuDSsgdrdsdsU&sgddsU&94对MOS管：对结型管，同理可求：952.6.2共源放大电路一.基本共源放大电路1.静态分析uo+VDDRgdsgRduiVGG+-计算:96图解:uo+VDDRgdsgRduiVGG+-972.动态分析uo+VDDRgdsgRduiVGG+-sgdRdRg若Rd=3kΩ，Rg=5kΩ，gm=2mS，则与共射电路比较。98求解电路的Q点和。例1（1）求Q点：UGSQ＝VGG＝3V从转移特性查得：IDQ＝1mA，UDSQ＝VDD－IDQRD＝5V（2）求电压放大倍数：99

场效应管偏置电路的关键是如何提供栅源控制电压UGS

自给偏置电路：适合结型场效应管和耗尽型MOS管场效应管偏置电路分类:

外加偏置电路：增强型MOS管只能采用外加偏置电路。100为什么加Rg3?其数值应大些小些？UGS=UG-US-IDRSUGSQ和IDQUDSQ=VDD-IDQ(RS+RD)Rg1和Rg2提供一个固定栅压注：要求UG>US，才能提供一个正偏压，增强型MOS管才能正常工作。二.分压式偏置电路Rg1Rg2提供一个正偏栅压UGuo+VDDRSuiC1Rg2Rg3Rg！RLdsC2gRdCS大电阻（M)，减小Rg1、Rg2对放大电路输入电