第2章基本放大电路

第二章基本放大电路2.1放大电路的基本概念及性能指标

一.放大的基本概念

放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。二.放大电路的主要技术指标1.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）电压放大倍数定义为:AU=UO/UI（2）电流放大倍数定义为:AI=IO/II

（3）互阻增益定义为:Ar=UO/II（4）互导增益定义为:Ag=IO/UI2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻iiui输入电阻：Ri=ui/iiRi~uSRS信号源一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。Au输入端输出端Au~uS3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻。输出端~Rouso输出端

输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。

输出电阻的定义：4.通频带fAAm0.7AmfL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——幅频特性曲线3dB带宽2.2基本共射放大电路的工作原理一．三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→

Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RL二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用共射放大电路组成使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL耦合电容：电解电容，有极性，大小为10

F~50

F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo单电源供电可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRb单电源供电+VCCRCC1C2TRLRb+VCCRCC1C2Tui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态

三.静态工作点Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点(IB,UBE)和(IC,UCE)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。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？

放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路

2.静态工作点的估算

将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：开路Rb+VCCRC直流通道（1）估算IB（UBE

0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=

IB例：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

UBE

0.7V一.用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC2.3放大电路分析方法IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化？1.交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号ui静态工作点二.用图解法分析放大器的动态工作情况ICUCEicuCE也沿着负载线变化uCEUCE与Ui反相！Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。对交流信号(输入信号ui)短路短路置零2.放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/

C0

将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：RbRCRLuiuo交流通道Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC//RL）=-icRL交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。

交流负载线的作法ICUCEVCCQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。

注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。iCuCEuo可输出的最大不失真信号（1）合适的静态工作点ib4．非线性失真与Q的关系iCuCEuo（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形iCuCEuo（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形动画演示截止失真和饱和失真统称“非线性失真”三、放大电路的微变等效电路分析法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号1、三极管的h参数等效电路首先考察输入回路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BE间等效于电阻rbe。对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。becrbeibbeubeubeib对于小功率三极管：rbe的量级从几百欧到几千欧。考察输出回路iCuCE输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行且电流源两端还要并联一个大电阻rce。iCuCEiCuCErce的含义ubeibuceicuberbeibibrceuceicrce很大，一般忽略。画出三极管的h参数等效电路2.三极管的简化微变等效电路等效ebcebcrbeic=ib请注意如下问题：⑴电流源为一受控源，而不是独立的电源。⑵电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。⑶该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。3放大器的交流分析(一)画出放大器的微变等效电路动画演示（1）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替(二)电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。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。rbeRbRCRL(三)输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：当信号源有内阻时：rbeRbRC所以：用加压求流法求输出电阻：00(四)输出电阻的计算：根据定义求：1.静态工作点。2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0。3.若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？解：1.IcVCE2.思路：微变等效电路AU、Ri

、R0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。Q变UBE

ICEO变T变IC变2.4静态工作点的稳定1.温度对静态工作点的影响温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。总之：TIC常采用射极偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。为此，需要改进偏置电路，当温度升高时,能够自动减少IB，IBIC，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。动画演示I1I2IB2.静态工作点稳定的放大器I2=（5~10）IB∴I1

I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分压式偏置电路Re射极直流负反馈电阻Ce交流旁路电容ICIERb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IB静态工作点稳定过程TUBEICICIEUEUBE=UB-UE=UB-IEREUB被认为较稳定ICIEIB由输入特性曲线本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程ECB演示直流通道及静态工作点估算IB=IC/

UCE=VCC-ICRC-IEReIC

IE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

UBE0.7V

+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路,画出直流通道Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuo电容短路,直流电源短路，画出交流通道交流通道及微变等效电路BEC交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微变等效电路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算Ri=

Rb1//Rb2//rbeRo=

RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC//RL电容CE的作用：例题：（2）求电压放大倍数：一.共集电极放大电路Rb+VCCC1C2ReRLuiuo1.结构：2.5放大电路的三种基本组态2.直流通道及静态工作点分析：VCC=IBRb+UBE+IERe

=IBRb+UBE+(1+

）IBReRb+VCCReIBIEUBEUCEIC=IB3.动态分析交流通道及微变等效电路RB+ECC1C2RERLuiuo交流通道及微变等效电路rbeReRLEBCRbReRLuiuoBCELbbebLbRI)1(rIRI)1(¢b++¢b+=···（1）电压放大倍数rbeRERLRLIeuA=UoUi1、所以2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。讨论输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。Au（2）输入电阻rbeReRLIRBRi=UiIbrbe+(1+)RL=Ri=UiIi=Rb//[rbe+(1+)RL]RiRi3、输出电阻用加压求流法求输出电阻。rbeRERsro置0保留RsrbeRe输出电阻ro=Re//rbe1+

当RS=0时（加压求流法）射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。演示：二.共基极电路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：2.动态指标②输入电阻③输出电阻3.三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻：一.直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真

2.6场效应管放大电路（1）自偏压电路vGSvGS=-iDR

注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算Q点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)已知VP，由-iDR可解出Q点的VGS、ID、VDS

（2）分压式自偏压电路VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出Q点的VGS、ID、VDS计算Q点：已知VP，由该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。二.场效应管的交流小信号模型

与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路—交流小信号模型来代替。

其中：rgs是输入电阻，理论值为无穷大。

gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。三.放大电路1.共源放大电路分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。

（2）求电压放大倍数（3）求输入电阻（4）求输出电阻忽略rd由输入输出回路得则则由于rgs=∞（2）电压放大倍数（3）输入电阻得分析：（1）画交流小信号等效电路。

由2.共漏放大电路（4）输出电阻所以由图有2.7多级放大电路功率放大输出一.多级放大器的耦合方式1.阻容耦合优点：

各级放大器静态工作点独立。

输出温度漂移比较小。缺点：

不适合放大缓慢变化的信号。

不便于作成集成电路。2.直接耦合优点：

各级放大器静态工作点相互影响。

输出温度漂移严重。缺点：

可放大缓慢变化的信号。

电路中无电容，便于集成化。二.多级放大器的分析•

前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗•

后级的输入阻抗是前级的负载1.两级之间的相互影响2.电压放大倍数注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载。3.输入电阻4.