模拟电路课件

第二章目录2.1放大的概念2.2放大电路的主要性能指标2.3共发射极放大电路2.4放大电路的分析方法2.5工作点稳定的放大电路2.6共集电极放大电路2.7共基极放大电路2.8三种接法的比较2.9根本放大电路的派生电路2.10场效应管放大电路2.11放大电路的频率特性

放大的概念在消费过程和科学实验中所遇到的信号往往是很微弱的，例如收音机、电视机天线接收到的信号，必须加以放大，以推动负载工作。这种用一个小能量对大能量的控制作用就是放大作用〔能量不能放大〕。收音机变化量的概念

另外，放大作用涉及到变化量的概念。即输入信号有个较小的变化量时，要求在负载上得到一个较大变化量的输出信号。由此可见，所谓的放大作用，其放大的对象是变化量。放大电路的放大倍数就是输出信号与输入信号变化量之比。USUiUoRS+++___...RL放大电路信号源负载直流电源一、电压放大倍数Au=UoUi...二、输入电阻ri=UiIi三、输出电阻ro=UoIoUS=0RL=

放大电路的主要性能指标IiUSUiUoU

oIoriroRS++++___....RL_放大电路五、最大不失真输出电压Uom六、最大输出功率Pom与效率

=Pom/PV其中PV为直流电源消耗的功率四、通频带fBW=fH–fLfLfHf0.707Aum0中频段

高频段

低频段通频带Aum..Au.下限截止频率上限截止频率一、电路构造RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置电阻集电极负载电阻耦合电容直流电源公共端放大元件2.3共发射极放大电路

2.3.1电路的组成原那么二、电路元件作用1.T：放大元件，是电路的核心，工作在放大区。iC=iB2.VCC:为电路提供能量，并保证集电结反偏。一般为几伏~几十伏。3.RC：将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的放大。一般为几千欧~几十千欧。4.VBB、RB：保证发射结正偏，并为电路提供大小适宜的静态IB。RB一般为几十千欧~几百千欧。5.C1、C2：隔直通交。隔离输入、输出与电路直流的联络，同时能使交流信号顺利输入输出。一般为10F~50F，多为电解电容，有极性。在一定的频率范围内，C1、C2上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。RBVCCVBBRCC1C2Tuiuo单电源供电RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo单电源供电+VCCRBRCC1C2Tuoui++2.3.2放大电路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC1C2Tuoui+++VCCRBRCT直流通路交流通路uiuoRCRBTui=0

C1、C2断路VCC=0C1、C2短路2.4放大电路的分析方法

放大电路的静态分析What?Why?How?放大电路建立适宜的静态值，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真——必要性ubeibo静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值(直流值)UBE、IB、IC

和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。重复What?Why?How?放大电路没有输入信号(ui

=0)时的工作状态称为静态。一、用估算法分析放大电路的静态值UCE

=VCC

IC

RCIC

=

IB硅管的UBE

为锗管的UBE为IB=VCC–UBERBRCICUCEUBERBIB+VCCIE二、用图解法分析放大电路的静态值1.先用估算法确定IB2.在三极管输出特性曲线坐标上画直流负载线UCE

=VCC

IC

RC0IB

=0µAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/V静态工作点直流负载线IBICUCERCICUCEUBERBIB+VCCIEIC=RC

VCCRCUCE2.4.2.

静态工作点与电路参数的关系一、Vcc和RC不变,RB增大为R

B，IB减小为I

B

IB=VCC–UBERB0IB

=0µAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBI

BQ

RCICUCEUBERBIB+VCCIE二、Vcc和RB不变,RC增大为R

C0IB

=0µAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBVCCR

CQ

RCICUCEUBERBIB+VCCIE三、RC和RB不变，VCC减小为VCC´0IB

=0µAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBV

CCRCQ

V

CCI

BRCICUCEUBERBIB+VCCIE

放大电路的动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是在静态值确定后，分析信号的变化情况。加上输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量——同时存在。

1.输出端开路一、图解法VCCRBRCC1C2TuBEuCE

iBiCuiuo++++

RSus交流通路uce=uo=

icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+

ube=ui=UimSintuBE=UBE+ube=UBEUim

sint+

tuBE/V

0UBEube

=UBE

/V0UBE

t+0ube/V

Uim

t注意各种符号的不同含义ui为一微小的弦信号在输入特性上作图0iBµAuBE/VQ1QQ200UBE

t

tµAiBibiB

=IB+ibubeuBE/VIBIBUBE在输出特性上作图电压放大倍数=Au

=UomUimUoUi

t0icic=ibiC

/mAiC

/mA0Ucemuce

(uo)uCE/V

t0IB=0QQ1ICUCEuCE/V输出端开路时交、直流负载线重合Q2VCCRCVCC2.

输出端接负载交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+

RL_

icuce=1R

L=

–icuce(RC//RL)=

–icR

L作交流负载线带载交流负载线带负载后，Uom减小,Au下降带载输出电压0IB=0Q

t00Q1ICicUCEuce

(uo)uCE/VuCE/VQ2iC

/mAiC

/mA

tVCCRCVCCICR

LQ

1Q

2二、用图解法分析非线性失真0IB=0Q001.静态工作点偏高引起饱和失真ic正半周变平Q2Q1uCE/V

uo波形uce负半周变平饱和失真uCE/ViC

/mAiC

/mA

t

t2.静态工作点偏低引起截止失真uBE/V0Qibube00iB/µA〔1〕工作点偏低引起ib失真iB/µAuBE/VQ2Q1

t

tIBUBE0IB=

000Q

ic〔2〕工作点偏低引起ic、uce(uo)失真uCE/VuCE/V截止失真uo波形Q1Q2iC

/mAiC

/mAuce正半周变平

t

t三、结论1、为了不失真的放大交变电压信号,必须给放大电路设置适宜的静态工作点。2、放大电路中的信号是交直流共存即：uCE=UCE+uceiC=IC+iciB=IB+ibuBE=UBE+ube注意：虽然交流量可正负变化，但合成量的方向始终不变！3、输出uo与输入ui，幅度放大，频率不变，相位相反。课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？图(a)中，没有设置静态偏置，即IB=0，不能放大。图(b)中，有静态偏置,但ui被EB短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。uoVCCRCC1C2TRLui(a)+++RBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)+++图(c)中，有静态偏置,有变化的iB和iC,但因没有RC

，不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端,即uo=0,所以不能放大交流电压信号。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1++四、微变等效电路法交流通路

微变等效电路TuiuoRCRBibicRSus+

RLBCErbe

EUo•Ib•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+

BC利用放大电路的低频小信号等效模型〔微变等效电路〕分析其动态参数的方法，称微变等效电路法。1.电压放大倍数rbe

EUo•Ib•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+

BC假设输出端开路(RL=)，那么RCrbeAu=

•由此可见，带负载后，电压放大倍数Au

。上式中的负号说明Uo与Ui反相。•••注意不是

愈大Au愈大，因为

rbe

Au•=Uo•Ui•=

rbe

(RC//RL)Ib•–Ib•=–

(RC//RL)rbe=

–

R

Lrbe考虑信号源的内阻RSuSriui+

Aus=•Uo•Us•=Au

ri

Rs+ri

•=Ui•Us•Uo•Ui•Aus称为源电压放大倍数2.放大电路的输入电阻假设RB>>rbe，那么rirbeRB

//rbe

=Iiri=Uirirbe

EUo•Ib•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+

BCrbe

EUo•Ib•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+

BCIi•3.放大电路的输出电阻可用外加电压法求rororbe

EUo•Ib•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRBRS+

BCIo•ro=UoIoUS=0RL=

=RC由前面的分析可知，放大电路的多项重要技术指标均与静态工作点的位置亲密相关，因此，如何使静态工作点稳定是一个非常重要的问题。静态工作点不稳定的因素很多，如：温度的变化、管子的老化、电源电压的波动等。其中，温度对静态工作点的影响最为严重。2.5工作点稳定的放大电路

2.5.1温度对静态工作点的影响0IB

=0µAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBICUCEICEOIB’

=0µAIB’Q’ICEO’IC’温度升高引起ICEO

和

增加；UT减小，从而引起IC增加，工作点Q上移，靠近饱和区。反之，IC减小，工作点Q下移，靠近截止区。

静态工作点稳定电路一、电路构造射极旁路电容二、工作点稳定原理温度

IC

IEUEUBEIB

IC

——分压式偏置电路该电路稳定工作点的条件：1.I1I2>>IB，2.UB>>UBE+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus+

+uiI1I2IBBCE引入RE稳定了工作点，但Au

，如何解决？UB=VCCRB2RB1+RB2三、静态分析直流通路BRCIC

UCERB1IB+VCCIEI1I2RB2RE

UBEICIE=UBUBERE

UBREICIB=

UCE=VCCIC(RC+RE)UB=VCCRB2RB1+RB2四、动态分析rbe

EUo•Ib•Ib•

Ui•Us•RCRLRB2RS+

BCRB1+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus+

+uiI1I2IBBCE1.电压放大倍数rbe

EUo•Ib•Ib•

Ui•Us•RCRLRB2RS+

BCRB1Au•=Uo•Ui•(RC//RL)Ib•–

rbe

=Ib•=–

(RC//RL)rbe=

–

R

Lrbe假设考虑RE的影响，即去掉电容CEIe•REAu•=Uo•Ui•

rbe+(1+

)RE

（RC//RL)=Ib•–Ib•Ib•=–

R

L

rbe+(1+

)RE

由上分析可见，引入RE使Au

，因此在RE两端要并联旁路电容CE。2.输入电阻rbe

EUo•Ib•Ib•

Ui•Us•RCRLRB2RS+

BCRB1Ie•REri

Ii•不考虑RE的影响：RB1//RB2//rbe

=Iiri=Ui考虑RE的影响：=ri=UiUiUiRB1//RB2+IiUirbe+(1+

)RE

=R

B//[rbe+(1+

)RE]

由此可见，引入RE使ri

。(R

B=RB1//RB2)3.输出电阻不考虑RE的影响：ro=UoIoUS=0RL=

RCrbe

EUo•Ib•Ib•

Ui•Us•RCRLRB2RS+

BCRB1Ie•REro

Io•考虑RE的影响：ro=UoIoUS=0RL=

=RC从发射极和地之间取输出电压，故又称射极输出器2.6共集电极放大电路

2.6.1电路构造usuoT++RSC1RBC2RERLVCC++

uiTRBREVCC+usRS+

uiTRBRERLuo直流通路交流通路对交流信号而言，集电极接地，故射极输出器是共集电极放大电路。2.6.2静态分析IB=VCC–UBERB+(1+

)REUCE=VCC–IEREIC

=

IB

UCEUBEIBICRBREVCC+VCC=IBRB+UBE+〔1+〕IBRE2.6.3动态分析

一、电压放大倍数usRS+

uiTRBRERLuoAu•=Uo•Ui•

rbe+

=（RE//RL）Ib•（1+

）Ib•(RE//RL)Ib•(1+

)

rbe+

=（RE//RL）（1+

）（RE//RL）（1+

）（1+

）（RE//RL）>>rbe所以Au1，但恒小于1。电压未被放大。上式说明uo与ui大小近似相等，且同相，所以该电路又称电压跟随器Ie=(1+

)Ib，所以可放大电流，即可放大功率。••Ib.微变等效电路RS+

RBRERLrbeUs.Ui.Uo.

Ib.Ie.二、输入电阻RS+

RBRERLrbeUs.Ui.Uo.Ib.

Ib.Ii.ri=ri=UiUiUiRB+IiUirbe+(1+

)(RE//RL)

=RB//[rbe+(1+

)(RE//RL)]

与共射极放大电路相比，共集电极放大电路的输入电阻〔1〕ri大大进步了；〔2〕ri与RL有关三、输出电阻〔RS=RS//RB〕RS+

RBRERLrbeUs.Uo.Ib.

Ib.I

o.ror

oIo.r

o=UoI

oUS=0RL=

r

o==Uo（1+

）Ib.=UoUo（1+

）(RS//RB)+rbe=(RS//RB)+rbe（1+

）（1+

）R

S

+rbero=r

o//RE=//RE与共射极放大电路相比，共集电极放大电路的输出电阻很低，带负载的才能很强，ro一般约几十Ω。2.6.4结论一、射极输出器的特点1.电压放大倍数≈1，但恒小于1，可以放大电流；2.输出电压与输入电压同相，具有跟随作用；3.输入电阻高，对前级影响小；4.输出电阻低，带负载才能强。射极输出器可作多级放大电路的输入级、输出级或中间级。1.作输入级时，因其输入电阻高，可以减小放大电路对信号源的影响；2.作输出级时，利用它输出电阻低的特点，可以稳定输出电压，进步带负载才能；3.将射极输出器接在两级共发射级放大电路之间作中间级时，可以起阻抗变换作用，改善电路间直接相连所带来的影响。二、射极输出器的应用输入中间输出uiuo2.7共基极放大电路

2.7.1电路构造+++RSRERB1RB2+RC+VCCusRLuouiC1C2CB

T直流通路RB1RB2RC+VCCRETRB1RB2RC+VCCRET交流通路+RSus

RERCRLuouiT2.7.2静态分析忽略IB，那么RB1+RB2UB=VCCRB1+RB2UB=VCCRB2IB=IE1+

1+

IC

IE=UBUBEREUCE=VCC

IC(RC+RE)IEUCEBIBRB1RB2RC+VCCRETIC2.7.3动态分析+RSus

RERCRLuouiT微变等效电路Au•=Uo•Ui•=（RC//RL）Ib•

rbe

Ib•

=

（RC//RL）

rbe

ri=

UiIi=UiUiRE+UiRE(1+

)

rbe

=RE//(1+

)

rbe

+RSus

RERCRLrbeUo.Ui.

Ib.Ib.Ie.

ri

ro

.

Ii

.

Io

ro=UoIoUS=0RL=

=RC2.7.4共基极放大电路的特点1.放大倍数在形式上与共发射极电路一样，但ui与uo相位一样2.输入电阻ri较低3.通频带很宽——适于做宽带放大器4.常用电路——共射—共基电路2.8三种接法的比较综上所述，晶体管单管放大电路的三种根本接法的特点归纳如下：共射极电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常做为低频电压放大电路的单元电路。共集电极电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于电压放大电路的输入级和输出级。在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。共基极电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射极电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路。常用于宽频带放大电路。2.9根本放大电路的派生电路

复合管放大电路在实际应用中，为了进一步改善放大电路的性能，可以用多个晶体管组成复合管，来取代原电路中的一个晶体管，常根据详细需要将不同种接法组合起来构成多级放大电路，以得到多方面性能俱佳的放大电路。一、复合管及其电流放大系数ic=ic1+ic2=

1ib1+

2ib2=

1ib1+

2ie1=

1ib1+

2(1+

1)ib1=

1ib1+

2ib1+

1

2ib1

复合管的等效电流放大系数为

1

2ib1=

1

2ib~~1.T1为NPN型小功率管

T2为NPN型大功率管复合管为NPN型~~

=icib

1

2icibieebcceT1T2ic1ie=ie2ic2ib=ib1ie1=ib2icb复合管的rbe=rbe1+(r+β1)rbe2复合管的UBE=UBE1+UBE2PNP+PNP→PNP2.T1为PNP型小功率管

T2为PNP型大功率管复合管为PNP型

复合管的等效电流放大系数为

~~

=icib

1

2复合管的rbe=rbe1+(r+β1)rbe复合管的UBE=UBE1+UBE2cT1T2ic1ie=ie2ic2ib=ib1ie1=ib2icebicibieebcPNP+NPN→PNP3.T1为PNP型小功率管T2为NPN型大功率管复合管为PNP型复合管的等效电流放大系数为

=icib≈

1

2icibieecbT1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1ecb复合管的rbe=rbe1复合管的UBE=UBE1NPN+PNP→NPN4.T1为NPN型小功率管

T2为PNP型大功率管复合管为NPN型复合管的等效电流放大系数为

=icib≈

1

2复合管的rbe=rbe1复合管的UBE=UBE1T1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1ecbicibieecb二、复合管共射极放大电路T1T2RbRcRLC1C2+VCCuiuOuiuORbrbe1rbe2RCRL

1ib1ib2ie1ib1iC1iC2

2ib2iOiO=iC1+iC2≈

1

2ib1Au=uo/ui=–

1

2

(RC//RL)rbe1+(1+

1

)rbe2电压放大倍数假设(1+1)rbe2>>rbe1,且1>>1,那么Au=uo/ui=–

2

(RC//RL)rbe2说明电压放大倍数与单管相当，但ri↑ri=Rb//[rbe1+(1+

1

)rbe2]结论：保持Au不变时，输入电流大为减小输入电阻ui=ib1rbe1+ib2rbe2

=ib1rbe1+(1+

1

)ib1rbe2uo≈–

1

2ib1

(RC//RL)三、复合管共集电极放大电路T1T2RbReRLC1C2+VCCuiuOuiuORbrbe1rbe2ReRL

1ib1ib2=ie1ib1iC2

2ib2ie2ui=ib1rbe1+ib2rbe2+ie2(Re//RL)电压放大倍数Au=uo/ui=(1+

1)(1+

2)(Re//RL)rbe1+(1+

1)

rbe2+

(1+

1)(1+

2)(Re//RL)=ib1rbe1+(1+

1)ib1rbe2+

(1+

1)ib1(1+

2)(Re//RL)uO=(1+

1)ib1(1+

2)(Re//RL)共集电极放大电路〔续〕假设1,2>>1输入电阻ri=Rb//[rbe1+(1+

2)rbe2+

(1+

1)(1+

2)(Re//RL)]输出电阻电压放大倍数Au=uo/ui=(1+

1)(1+

2)(Re//RL)rbe1+(1+

1)

rbe2+

(1+

1)(1+

2)(Re//RL)那么Au≈1rO=Re//rbe2+RS//Rb+rbe21+

1

1+

2

2.9.2共射—共基放大电路T1T2uiuORCRLib2ib1ic1=ie2ic2电压放大倍数Au===uOuiic1uOuiie2(1ib1)(–

2ib2)(RC//RL)(rbe1ib1)

(1+2)ib2=–

1

2(RC//RL)(1+2)rbe1当

2>>1时Au≈–

1(RC//RL)rbe1结论：共射—共基放大电路的放大倍数与共射电路一样，但带宽很宽

2.9.3共集—共基放大电路T1T2uiuORCRLib2ib1ie1=ie2ic2T1——共集，T2——共基特点：输入阻抗高，频带宽一、自给偏压电路场效应管放大电路

2.10.1共源极放大电路RSRDC1C2CsuiuoRL+VCC+++RGGSDRSRD+VCCRGIGIDISUDSUGS直流通路2.静态分析IG=0，ID=ISUGS=IDRSID=IDSS(1

)2UGSUGS(off)UDS=VCC

ID(RD+RS)1.电路构造二、分压式偏置电路1.电路构造uo

+VDDRDC1RLRG2RS+RG1RGSGDCS+C2+ui

IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG1RGISRGRG1RG2RDRLGSDUi

.Ugs

.gmUgs

.Uo

.直流通路微变等效电路2.静态分析IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG1RGISGSDGRG1+RG2UG=VDDRG2UG=UGS+IDRSUDS=VDD–ID

(

RD

+RS)IG=0ID=IDSS(1

)2UGSUGS(off)3.动态分析〔1〕电压放大倍数〔2〕输入电阻〔3〕输出电阻假设考虑RS的影响，即CS=0，那么RGRG1RG2RDRLGSDUi

.