模拟电子技术基础：第二章 基本放大电路

第二章基本放大电路§2.1放大的概念与放大电路的性能指标§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静态工作点的稳定§2.5晶体管放大电路的三种接法§2.6场效应管基本放大电路§2.7基本放大电路的派生电路作业2.12.22.32.42.62.92.102.112.132.142.172.1810学时

§2.1放大的概念与放大电路

的性能指标放大电路的应用：传感器电路现代通信电路自动控制电路电子测量电路本节知识点要求：深刻理解电信号放大的对象、本质、特征及要求；理解信号源（内阻）、负载电阻等概念；理解并掌握放大电路的主要性能指标（增益/放大倍数、输入/输出电阻、通频带、线性范围、效率等）放大电路---保持信号不失真，将微弱信号（电压、电流、功率）放大，且增益大于1的电子线路

BJT，FET是构成放大电路的核心元件一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制与转换放大的特征：功率放大（电压或电流）放大的基本要求：不失真或失真小于一定值VCC直流电源供电负载信号源放大器通常是由信号源、放大电路及负载构成的Rs放大电路

ioii+–uo+–us+–uiRL直流供电

放大器通用小信号模型输入端口等效为一个电阻，放大电路是信号源的负载输出端口等效为电压源和电阻的串联，放大电路是负载的信号源放大电路可视为双口网络二、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2.输入电阻和输出电阻将输出等效成电压源，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.通频带由于耦合电容、电感及放大管PN结的电容效应，放大电路在信号频率较低和较高时放大倍数下降，并产生相移衡量放大电路对不同频率信号的放大能力下限频率上限频率Rs放大电路

ioii+–uo+–us+–uiRL4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数§2.2基本共射放大电路一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则本节知识点要求：深刻理解静态工作点设置的必要性；掌握放大电路基本组成与静态工作点设置的原则；理解截止失真与饱和失真；能够通过（测试）波形判断静态工作点的设置情况。一、电路的组成及各元件的作用1.电路组成基本共射极放大电路共射VBB、Rb：使UBE＞Uon且有合适的IBVCC：使UCE≥UBERc：将ΔiC

转换成ΔuCE

(uo)动态信号作用时：2、各元件的作用ui

=0时，晶体管各极的电流、电压、称为静态工作点Q，记作UBEQ、IBQ、

ICQ、

UCEQ二、设置静态工作点的必要性输出电压波形必然发生（严重）失真！要解决失真问题，必需设置合适的静态工作点；并且，Q点还影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要求晶体管有合适的静态工作点？

核心器件BJT

偏置电路

输入、输出电路

vi=0三、基本共射放大电路的波形分析vi=Vsin

tvCE

=VCC-iC

RC输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC

变化方向相反饱和失真底部失真截止失真顶部失真不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区静态工作点合适：

合适的直流电源、合适的电路（元件）参数2.动态信号能够作用于晶体管的输入回路，负载上

能够获得放大了的动态信号3.对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类少、负载上无直流分量四、放大电路的组成原则直流工作点Q：

IBICVCE+-++-1.静态工作点合适+-++-2.能够加入交流小信号并放大3.解决：共地、电源种类少、负载上无直流分量（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,并通过Rb1

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（2）电容耦合放大电路耦合电容的容量足够大，对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？C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQ动态时:uBE

=ui

+UBEQ

信号驮载在静态之上,负载上只有交流信号§2.3放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法本节知识点要求：掌握放大电路的直流通路与交流通路的分解等效；理解图解法分析静态工作点、放大倍数等的原理以及截止失真与饱和失真在图解分析上的异同点；深刻理解并掌握等效电路分析法（直流模型分析静态工作点，交流h参数模型分析动态性能指标）一、放大电路的直流通路和交流通路直流通路确定原则：

①

信号

Us=0，保留Rs②电容开路

③电感短路（线圈直流电阻为0）2.交流通路确定原则：

①直流电源短路（内阻为0）

②大容量电容短路

③电感开路

放大电路中直流电源和交流信号的作用共存，为简化分析，将它们分开，引入直流（偏置）通路和交流（信号）通路的概念。电容耦合共射放大电路的直流通路IbRbRCceVccICb

共射极放大电路例：ß=80，Rb=300k，

Rc=2k，VCC=12V求：放大电路的Q点。此时

BJT工作在哪个区域？解：静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V）BJT工作在放大区当Rb

=100k时，再求Q点

此时BJT工作在哪个区域？

所以BJT工作在饱和区VCE最小只能为0

IC的最大电流为：此时，Q（120uA，6mA，0V），解：电容耦合共射放大电路的交流通路交流分析？直流电源对交流信号短路非线性线性电路vCE

1Vic已知BJT的输入输出特性曲线二、图解法

1.图解分析静态工作点

共射极放大电路

首先，画出直流通路IbRbRCceVccICVCEVBE++--

列输入回路方程：

VBE=VCC－IBRb

在输入特性曲线上，作出直线：

VBE=VCC－IBRb

两线的交点即是Q点得到IBQIBRbRCceVccICVCEVBE++--iC在输出曲线上，作出直流负载线，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ

和ICQ直流通路

列输出回路方程（直流负载线）

VCE=VCC－ICRcQIbRbRCceVccICVCEVBE++--2.电压放大倍数的分析斜率不变

1.vi

vBE

iB

iC

vCE

|vo|

2.vo

与vi相位相反；

3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；

4.可以确定最大不失真输出幅度。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！减小Rb能消除截止失真吗？tVBB

Q点过低，信号产生截止失真(输出波形正半周切顶)icvo输出波形输入波形ibvCE波形失真非线性失真vi

vbe

ib

ic饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCCRb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑饱和失真（主要）是输出回路产生的失真最大不失真输出电压Uom

：

(UCEQ-UCES)与(VCC-UCEQ)，取其小者，除以

(?)不是好办法！icvCEib输入波形vo输出波形vi

vbe

ib

ic波形失真非线性失真

Q点过高，信号产生饱和失真(输出波形负半周切顶)电容耦合共射放大电路的交流通路vce=-ic

(Rc

//RL)直流电源对交流信号短路输出回路方程由交流通路得交流负载线：

共射极放大电路vce=-ic

(Rc

//RL)交流负载线必过Q点，因此过输出特性曲线上的Q点,做斜率为-1/R

L

的直线，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信号时工作点的运动轨迹icQ4.直流与交流负载线讨论：1.是什么参数、如何变化使Q1→Q2→Q3→Q4？从输出电压上看，哪个Q点最易产生截止失真？哪个Q点最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom

最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？ic可输出的最大不失真信号ibvcevoQ点要设置在放大区的中间部位

放大电路的

动态范围vi

vbe

ib

ic要有合适的交流负载线

t三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化,等效就是用线性元件建立模型，近似地描述非线性器件的特性1.直流模型：适于Q点的分析求解静态工作点，实质上是利用了直流模型输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制电流源+-cUceQ+-eUbeQbUonIbQIcQbIbQ2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）在交流通路晶体管看成一个二端口网络，输入输出回路各为一个端口小信号作用下的关系式电阻无量纲无量纲电导交流等效模型（按方程画模型）电阻无量纲无量纲电导h

参数的物理意义b-e间的动态电阻内反馈系数交流电流放大系数c-e间的电导电阻无量纲无量纲电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？简化的

h

参数等效电路－交流等效模型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Q点越高，rbe

越小！输入电阻不含Rs

!输出电阻不含RL!交流等效电路3.放大电路的动态分析例：已知：求：解：求静态Q点

Q（22uA，1.77mA，6.7V）BJT工作在放大区交流等效模型清华大学华成英hchya@讨论一2.用PNP晶体管组成共射放大电路画出电路的直流通路和交流通路2.空载和带载两种情况下Uom分别为多少？讨论二已知ICQ=2.5mAUCES=0.7V1.当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？3.增强电压放大能力的方法？讨论三：直接耦合共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V讨论四：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析讨论五：波形分析失真了吗？如何判断？原因？饱和失真§2.4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、稳定静态工作点的原理

本节知识点要求：深刻理解稳定静态工作点的必要性;理解反馈的基本概念;理解稳定静态工作点的基本方法(直流反馈与温度补偿)以及注意事项。

ICBO

ICEO

T

IB

IC

IbRbRCceVccICVCEVBE++--一、温度对静态工作点的影响

Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变Q’就是要Q’回到Q二、静态工作点稳定的典型电路

直流通路Ce为旁路电容，在交流通路中视为短路

分压射极偏置

固定偏置RbRCVcc如果温度变化时，B点电位能基本不变，可实现静态工作点的稳定b点电位基本不变的条件：

I1>>IBI1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2Reb三、稳定工作点原理I1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2ReRLui

b使I1>>IB则：不会随温度变化而变化一般取

I1=(5~10)IB，Vb=3V~5V

I1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2ReRLui

bT

IC

IE

IC

VE

、VB不变

VBE

IB

（反馈控制）并且Re可取大些，反馈控制作用更强

I1I2IBRB1VccRCcRB2RE直流通路算法：e

两种偏置电路的计算静态：I1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2Re清华大学华成英hchya@讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？§2.5晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较本节知识点要求：掌握三种基本放大电路的动态等效电路分析;了解它们各自的特点。R1VCCR2RE＋－uoRL＋－uiC1C2..没有RC一、共集放大电路uiuo其交流通路：

VCC

＋－uo

＋－uiC1C2..R1R2RERL＋＋－－uiuoRERLR2.R1交流通路：将BJT用h

参数模型代替：＋＋－－uiuoRLRBREbibrbeicibieceb.＋＋－－uiuoRERLRB.求:电压增益＋＋－－

uiuoRLRBRE

bibrbeicibiebec.R1VCCR2RE＋－uoRL＋－

uiC1C2CC放大器又称为射极跟随器..放大电流，不放大电压；有电压跟随作用！有功率增益！＋＋－－

uiuoRLRBRE

bibrbeicibieRi′Ri比较CE放大器：输入电阻大.cebii求:输入电阻＋＋－－uiuoRLRBREbibrbeicibieRo用外加电源法求输出电阻Ro.ceb求：输出电阻Roit外加测试电压

ut＋－utREbibrbeicibieRo.ceb比较CE放大器：输出电阻小it＋－utREbibrbeicibieRo.cebRs考虑信号源内阻uiRCR1VCCR2＋－uoRLC1C2CBuiRE..C的作用？二、共基放大电路静态工作点的计算？uouiRCR1VCCR2＋－uoRLC1

C2CBuiRE..＋＋－－

uiuoRCRLRE其交流通路：.没有

R1R2

？？CB交流通路：＋＋－－

uiuo

RC

RL

RE将BJT用h

参数模型代替：.＋＋－－

uiuoRLRERCbib

rbeicibiebec.求:电压增益输入电阻输出电阻比较CE放大器：大小相等（同相）ecb＋＋－－

uiuoRLRE

RCbibicibie

rbe.uo比较CE放大器：输入电阻很小Ri′Ri＋＋－－

uiRLRERCbibrbeicibie.Ro＋＋－－

uiuo

RL

RERCbib

rbeicibebc.输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！

三种组态的比较电压增益

Au

输入电阻

Ri

输出电阻

Ro

大，反相大，同相

小，同相

中

小

大大大

小CE放大器CB放大器CC放大器讨论一：

图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式接法共射共集共基输入bbe输出cec电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路1.Q点怎么算？讨论二2.Re有稳定Q点的作用吗？3.电路的交流等效电路？4.V变化时，电压放大倍数如何变化？清华大学华成英hchya@改变电压放大倍数§2.6

场效应管基本放大电路一、场效应管放大电路静态工作点的设置方法二、场效应管放大电路的动态分析本节知识点要求：掌握场效应管放大电路的静态工作点设置的不同方法(原理)

动态等效（模型)电路分析原理1.

自给偏压电路由正电源获得负偏压称为自给偏压一、场效应管静态工作点的设置方法IDSS--结型场效应管在UGS=0

时的

IDN沟道增强型MOSFET放大应在g-s、d-s

间加正电压2.基本共源放大电路为什么加Rg3?其数值应大些or小些？其数值应大些，Ri

才不会因偏置电路减小(分压式偏置电路)二、场效应管放大电路的动态分析近似分析时可认为其为无穷大！与晶体管的h参数等效模型类比：1.场效应管的交流等效模型2.基本共源放大电路的动态分析例（2.6.1）电路如图解：场效应管工作在恒流区3.基本共漏放大电路的动态分析基本共漏放大电路输出电阻的分析若:Rs=3kΩ，gm=2mS，则Ro=?§2.7派生电路一、复合管二、派生电路本节知识点要求：了解复合管的构成原则与机理；了解复合管派生电路的特点。一、复合管组成：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，减小前级驱动电流讨论一：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√√√√清华大学华成英hchya@Ri=?Ro=?复合管放大器组合放大器特别的两级放大器，由不同组态放大器级联而成，主要用于改善放大器的其它指标或达到其它目的。二、派生电路uoRCR1＋－RLC2CBR2VCCR3RE＋－

uiC1CE...前级是CE后级是CBT1T2前后级间采用直接耦合CE-CB组合放大器其交流通路：＋＋－－uoRCRL＋－uiuo1=ui2RBRB=R2//R3uoRCR1＋－RLC2CBR2VCCR3RE＋－

uiC1CE....交流通路：将BJT用h

参数模型代替：＋＋－－uoRCRL＋－uiuo1=ui2RB.rbe2ic1=ie2＋－ui＋－uoRLRCb2ib2ic2ib2＋－uo1=vi2RBb1ib1rbe1ib1.rbe2ic1=ie2＋－

ui＋－uoRLRC

b2

ib2ic2ib2＋－uo1=ui2RBb1ib1rbe1ib1Ri.求:电压增益输入电阻输出电阻Ri2rbe2ic1=ie2＋－ui＋－uoRLRCb2

ib2ic2ib2＋－uo1=ui2RBb1ib1rbe1ib1.CE-CB放大器可提高工作频率rbe2ic1=ie2＋－ui＋－uoRLRCb2

ib2ic2ib2＋－uo1=ui2RBb1ib1rbe1ib1Ro.

观察法计算增益rbe2ic1=ie2＋－

vi＋－voRLRCb2ib2ic2ib2＋－vo1=vi2RBb1ib1rbe1ib1voib1ic1,ie2ic2vi

=1.二种方法结果相同

CC-CB组合放大器VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2采用双电源偏置电路VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2VCCRB

R＋－uiC1-VEE前级是CC放大器.RCVCC

R＋－uoRL＋－uiC2-VEE后级是CB放大器前后级间采用直接耦合..VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2其交流通路：＋＋－－uoRC

RL＋－uiuo1=ui2RBRE交流通路：将BJT用h参数模型代替：＋＋－－uoRC

RL＋－uiuo1=ui