理学电子技术基础

2.1.1放大的概念与放大电路的性能指标2.1基本放大电路的组成及工作原理2.1.2基本放大电路的组成和工作原理§2.2.1放大的概念

与放大电路的性能指标一、放大的概念二、放大电路的性能指标一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电二、性能指标1.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入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。2.输入电阻和输出电阻

将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。

由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线符号规定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Ua大写字母、小写下标，表示交流有效值。2.1.2基本放大电路的组成和工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、基本共射放大电路的波形分析三、放大电路的组成原则一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。动态信号作用时：

输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射二、基本共射放大电路的波形分析饱和失真底部失真截止失真顶部失真动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反

要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！三、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路：（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两种实用放大电路：（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。ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。§2.2放大电路的分析方法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一.放大电路的直流通路和交流通路直流通路：只考虑直流信号的分电路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：只考虑交流信号的分电路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）。放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，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。直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路RB+VCCRC直流通路用来计算静态工作点Q(IBQ

、UBEQ、ICQ

、UCEQ)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）短路短路置零RB+VCCRCC1C2T交流通路阻容耦合单管共射放大电路的交流通路二、放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui

=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：

(1)

使放大电路的放大信号不失真；

(2)

使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IBQ、UBEQ、

ICQ、UCEQ

。静态分析：确定放大电路的静态值。⑴由直流通路估算IBQ当UBEQ<<UCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBQRB+

UBEQ1、用估算法确定静态工作点+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB⑵由直流通路估算UCEQ、ICQ根据电流放大作用由KVL:UCC=ICQRC+

UCEQ所以：UCEQ=UCC–

ICQRC【例1】估算图2-2放大电路的静态工作点。设UCC=12V,Rc=3kΩ,Rb=280kΩ,β＝50。解根据公式得注意：电路中IBQ

和ICQ的数量级不同２、用图解法确定静态值步骤：1.用估算法确定IBQ优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定ICQ和UCEQUCEQ

=UCC–ICQRC+UCCRBRCT++–UBEQUCEQ–ICQIBQ直流负载线方程

直流负载线斜率ICQUCEQUCC在输出特性曲线上画直流负载线UCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mAQ由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O直流负载线【例2】如图2-5(a)所示电路,已知Rb=280kΩ,Rc=3kΩ,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图2-5(b)所示,试用图解法确定静态工作点。图2–5例2电路图解首先写出直流负载方程,并作出直流负载线:然后,由基极输入回路,计算IBQ

直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点,即为Q点,从图上查出IBQ=40μA,ICQ=2mA,UCEQ=6V,与例1结果一致。3.失真分析截止失真截止失真是在输入回路首先产生失真！饱和失真：饱和失真是输出回路产生失真。消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。三、放大电路的动态分析动态：电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。动态分析:计算Au、ri、ro等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。分析目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。所用电路：放大电路的交流通路。uotO+UCCRBRCC1C2T+–uo+–iCiBuBEtOUBEuCEtOUCEiBtOIBiCtOICuitO

uCE=UCC－iC

RC1、动态分析空载分析斜率不变2、带负载分析ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路iC

和uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。交流负载线的作法ICUCEVCCQIB过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线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。

uBE

iB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。rbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：3.微变等效电路法1).晶体管的微变等效电路②.输出回路iCuCE所以：(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iC

uCEubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。rbeibibrcerbeibibbce等效cbeb、e之间用rbe等效代替。c、e之间用受控电流源等效代替。交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL2).放大电路的微变等效电路①.电压放大倍数的计算特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL3)、动态指标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。rbeRBRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。③、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：(1)所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。(2)所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。所以：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC00

例２.3

在图２.１４（a）所示电路中，β＝５０，UBE＝０.７Ｖ，试求：

(1)静态工作点参数IBQ、ICQ、UCEQ、Uo值；

(2)计算动态指标、ri、ro的值。图2.13用微变等效电路求动态指标（a）

原理图;（b）

微变等效电路

解

(１)求静态工作点参数

画出微变等效电路如图２.13（b）所示。

(2)计算动态指标

§2.3静态工作点的稳定一、温度对静态工作点的影响二、静态工作点稳定的典型电路三、稳定静态工作点的方法为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于固定偏置电路而言，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。TUBE

ICEOQ图2.14固定偏置电路

1、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC一、温度对静态工作点的影响2、温度对

值及ICEO的影响T

、ICEOICQQ´总的效果是：

若温度升高时要Q’回到Q，则只有减小IBQ

所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。分压式偏置电路：Rb1+VCCRcC1C2Rb2CeReRLuiuo一、静态分析I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2Re直流通路Re射极直流负反馈电阻Ce

交流旁路电容二、静态工作点稳定的典型电路

TUBEQIBQUEQICQ1.静态工作点稳定的原理ICQ（IEQ

）I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReUBQUEQ

为了稳定Q点，通常I1>>IBQ，即I1≈I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，则IEQ稳定。Re的作用Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。2.求静态工作点I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReUBQUEQ例：已知

=50，VCC=12V，Rb1=7.5k

，Rb2=2.5k

，Rc=2k

，Re=1k

，求该电路的静态工作点。Rb1+VCCRcC1C2Rb2CeReRLuiuo二、动态分析+VCCRb1RcC1C2Rb2CeReRLuiuoRb1RcRLuiRb2交流通路如何提高电压放大能力？微变等效电路无旁路电容Ce时：Rb1RcRLuiuoRb2Re利?弊?用加压求流法求输出电阻。rbeRCRER'BRS可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。三、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。它们的温度系数？问题：Au和Aus的关系如何？定义：放大电路RLRS§2.4晶体管放大电路的三种接法一、基本共集电极放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较RB+VCCRCC1C2TRb1RcC1C2Rb2CeReRLui一、基本共集电极放大电路射极输出器交流通路1.静态分析直流通路2.动态分析：①小信号等效电路交流通路Uo＜Ui②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。③输入电阻当，时，输入电阻大Ri与负载有关！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Ro与信号源内阻有关！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。二、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输出电阻小信号等效电路输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！三、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

场效应管及其基本放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析一、场效应管（以N沟道为例）

场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1.结型场效应管符号结构示意图栅极漏极源极导电沟道单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断

uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）漏-源电压对漏极电流的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）夹断电压漏极饱和电流转移特性场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）g-s电压控制d-s的等效电阻输出特性预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSΔiD

不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：2.绝缘栅型场效应管uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层增强型管大到一定值才开启增强型MOS管uDS对iD的影响