模电2基本放大电路课件

2.2.1原理电路

主要元件——处于放大状态的三极管。2.2基本共射放大电路的工作原理

为保证三极管的偏置，要加上直流电源。

为限流，应加上降压电阻。

为放大信号，加上信号源及输出端。第1页/共73页2.2.1原理电路

主要元件——处于放大状态的三极管。2.2单管共发射极放大电路

为保证三极管的偏置，要加上直流电源。

为限流，应加上降压电阻。

为放大信号，加上信号源及输出端。第2页/共73页2.2.2电路放大工作原理2.2单管共发射极放大电路考虑到uCE=VCC-

iCRC

，而VCC是固定不便的，则变化量ΔuCE=

-ΔiCRC

。uiΔuBEΔiBuOΔiC=βΔiB

ΔuCE第3页/共73页2.2.3实际放大器2.2单管共发射极放大电路首先改成单电源供电，再加上隔直电容，

共射放大器

共射放大器

习惯画成：第4页/共73页2.2.4放大器构成原则2.2单管共发射极放大电路1.保证三极管发射结正偏、集电结反偏（如右图所示）；2.欲放大信号能进入三极管中；3.所放大信号能传输到负载上。第5页/共73页电路举例2.2单管共发射极放大电路××××××第6页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标1.放大倍数（增益）Au、Ai3.非线性失真系数D2.最大输出信号幅度Uom、Iom4.输入电阻Ri

5.输出电阻Ro

6.通频带BW7.最大输出功率Pom及转换效率η

第7页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标1.放大倍数（增益）Au、AiAu=Uo/

UiAi=Io/

IiAus=Uo/

Us第8页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标最大不失真输出信号幅值。2.最大输出信号幅度Uom、Iom第9页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标3.非线性失真系数D

输出信号

uo=u1+u2+u3+…

其中，u1是基波，u2

、u3

、…是谐波第10页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标4.输入电阻RiRi=Ui/

Ii第11页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标5.输入电阻Ro实际测量时Ro=（U′o/Uo

-1）RL

Ro=Uo/

IoUs=0RL=∞

第12页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标6.通频带BW

BW=fH-fL

第13页/共73页

对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：2.2放大电路主要技术指标η=Pom/PV

7.最大输出功率Pom及转换效率η第14页/共73页附：电路中有关符号规定

直流量：大写字母、大写脚码如IB、UCE交流瞬时量：小写字母、小写脚码如ib、uce交流有效量：大写字母、小写脚码如Ib、Ucce交直流总量：小写字母、大写脚码如iB、uCE第15页/共73页

放大器分析有静态分析和动态分析。其中动态分析最常用的方法有图解法（大信号）和等效电路法（小信号）。2.3放大电路基本分析方法一.直流等效电路（直流通路）

2.3.1放大器直流通路与交流通路直流信号所通过的线路，用于分析直流量。直流通路作法：断开隔直电容。第16页/共73页一.直流等效电路（直流通路）

2.3.1放大器直流通路与交流通路交流信号所通过的线路，用于分析交流量。交流通路作法：短路隔直电容和直流电源。2.3放大电路基本分析方法二.交流等效电路（交流通路）

第17页/共73页

在放大电路或其直流通路中，计算IB，UBE，IC，UCE。其中，UBE

=

0.7V（Si管）或0.2V（Ge管）——当作已知量。

2.3.2静态工作点的估算2.3放大电路基本分析方法IB=（Vcc-UBE

）/

RB≈Vcc/

RB

IC=βIB

UCE=Vcc-ICRC

第18页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法

先利用估算法计算出IB，在输入特性曲线上作静态工作点Q，再在输出特性曲线上作出直流负载线uCE=VCC-iCRC，其与IB的交点及静态工作点Q，直流负载线的斜率为-1/RC。一．静态分析

第19页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法

先利用估算法计算出IB，在输入特性曲线上作静态工作点Q，再在输出特性曲线上作出直流负载线uCE=VCC-iCRC，其与IB的交点及静态工作点Q，直流负载线的斜率为-1/RC。一．静态分析

第20页/共73页作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL′、过静态工作点Q），2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法二．动态分析

第21页/共73页作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL′、过静态工作点Q），2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法二．动态分析

然后根据已知的输入信号[如ui=0.05sinωt(V)]，分别在输入特性、输出特性上的静态工作点附近得出动态范围，第22页/共73页作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL′、过静态工作点Q），然后根据已知的输入信号[如ui=0.05sinωt(V)]，分别在输入特性、输出特性上的静态工作点附近得出动态范围，根据动态范围作出输入输出波形，求出Au、Ai。

2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法二．动态分析

进而第23页/共73页作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL′、过静态工作点Q），然后根据已知的输入信号[如ui=0.05sinωt(V)]，分别在输入特性、输出特性上的静态工作点附近得出动态范围，进而根据动态范围作出输入输出波形，求出Au、Ai。

2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法二．动态分析

第24页/共73页1.估算IB，并在输入特性曲线上标出Q点；2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法图解法步骤小结：2.在输出特性曲线上作直流负载线，并标出Q点；3.在输出特性曲线上作交流负载线（斜率为-1/RL′,过Q点）；4.根据已知条件在输入特性曲线上以静态工作点为中心确定输入电流动态范围（输入信号摆动范围），作输入信号波形；根据输入电流摆动范围，找出交流负载线与输出特性曲线的两个交点，此为输出动态范围（输出信号摆动范围），作输出信号波形。5.计算Au、Ai。第25页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

1.分析非线性失真[设ii=20sinωt(uA)]（1）静态工作点过低，出现截止失真。解决办法：提高Q点，可减小RB。第26页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

1.分析非线性失真[设ii=20sinωt(uA)]（2）静态工作点过高，出现饱和失真。解决办法：降低Q点，可增大RB。第27页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

1.分析非线性失真[设ii=65sinωt(uA)]（3）输入信号过大，出现饱和—截止失真。解决办法：减小输入信号。第28页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

2.分析放大最大不失真输出信号

（1）静态工作点较高。第29页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

2.分析放大最大不失真输出信号

（2）静态工作点较低。第30页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

2.分析放大器最大不失真输出信号

静态工作点在位于放大区中央最佳。第31页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

3.分析电路参数对静态工作点的影响（1）RB的影响

直流负载线不变。RB变大时IB减小，Q点下移，易出现截止失真；RB变小时IB减小，Q点上移，易出现饱和失真。

第32页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

3.分析电路参数对静态工作点的影响（2）RC的影响

直流负载线与横轴交点不变，但与纵轴交点变化。RC变大交点下移，易出现饱和失真；RC变小时交点上移，易超出安全区。

第33页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

3.分析电路参数对静态工作点的影响（3）VCC的影响

直流负载线平行移动。VCC变大时直流负载线右移，容易超出安全区；VCC变小时直流负载线左移，容易出现饱和失真。

第34页/共73页2.3.3图解法2.3放大电路基本分析方法三．图解法应用

3.分析电路参数对静态工作点的影响（4）β的影响

直流负载线不变，IB不变。但β变大时，Q点上移，易出现饱和失真；β变小时，Q点下移，易出现截止失真。

第35页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法一．共射三极管的等效电路1.三极管的h参数表达式

υBE

=f

(iB，υCE）

iC

=

g(iB，υCE）

υbe=

hre•ib+hre•υce

ic=hfe•ib+hoe•υce

求全微分并变换:简化形式（有效值形式）:Ube=hreIbIc=hfeIb又表示为:Ic=βIbUbe=rbeIb第36页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法一．共射三极管的等效电路2.三极管h参数等效电路由Ube=βIb、Ic=rbeIb得简化h参数等效电路：其中，rbe=

rbb′+（1

+β）26

/

IE（mA）而rbb′一般取300Ω，或由题意给出。第37页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法二．放大器微变等效电路在放大器交流通路中，将三极管用简化h参数等效电路替代：第38页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法三．利用等效电路法分析放大器先得出放大器的微变等效电路计算电压放大倍数AuUi

=

Ib

rbe

Uo

=

-βIbRL′Au

=

Uo

/

Ui

=

-βRL′/

rbe计算电流放大倍数AiIi

≈

Ib

Io

=βIbAi

=

Io

/

Ii

=β计算输入电阻RiRi

=

rbe∥RB

≈

rbe计算输出电阻RoRo

=

RC第39页/共73页1.估算静态工作点；

微变等效电路法步骤小结：2.估算rbe；

3.作放大器的交流通路；

4.用h参数等效电路替代三极管，得到放大器微变等效电路；

5.解有关动态量。2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法第40页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法四．射极偏置放大器计算先得出放大器的微变等效电路计算电压放大倍数AuUi

=

Ib

rbe

+（1+β）IbRE

Uo

=

-βIbRL′Au

=

Uo

/

Ui

=

-βRL′/[

rbe

+（1+β）RE]计算电流放大倍数AiIi

≈

Ib

Io

=βIbAi

=

Io

/

Ii

=β计算输入电阻RiRi

=

Ui

/

Ii

=

[

rbe

+（1+β）RE]∥RB计算输出电阻RoRo

=

RC第41页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法四．射极偏置放大器计算

在该电路中，若发射极接有隔直电容Ce，则分析结果与无RE放大器结果相同：Au

=

-βRL′/

rbeAi

=βRi

≈

rbeRo

=

RC第42页/共73页2.3.4微变等效电路法2.3放大电路基本分析方法

射极偏置放大器有无射极旁路电容性能比较

Au

=

-βRL′/

rbeAi

=βRi

≈

rbeRo

=

RCAu

=

-βRL′/[

rbe

+（1+β）RE]

（变小）Ai

=β

（不变）

Ri

=

[

rbe

+（1+β）RE]∥RB（变大）Ro

=

RC（不变）第43页/共73页2.4.1温度对放大器性能的影响2.4工作点稳定问题

温度变化时，放大器静态工作点不稳定，影响放大器的性能，严重时出现失真。构成电路时必须做到：IR＞＞IB

一般，IR=(5--10)IB2.4.2工作点稳定电路一．电路构成

二．静态工作点的稳定T↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓第44页/共73页2.4工作点稳定问题UB=

RB1VCC/(RB1+RB2)UE=

UB-UBE

2.4.2工作点稳定电路三．静态分析IC≈

IE=

UE/RE

IB=IC/β

UCE=

VCC-

IC(RC+

RE)第45页/共73页2.4工作点稳定问题2.4.2工作点稳定电路四．动态分析Au

=

-βRL′/

rbeAi

=βRi

=

rbe∥RB≈rbe（RB

=

RB1∥RB2）

Ro

=

RC若不带旁路电容CE

Au

=

-βRL′/[

rbe

+（1+β）RE]Ai

=βRi

=

[

rbe

+（1+β）RE]∥RBRo

=

RC第46页/共73页2.5放大器三种基本组态

放大器有共发射极、共基极、共集电极三种基本组态，三种组态三极管h参数等效电路如下：第47页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.1共集电极放大电路一．静态分析（静态工作点）

由IBRB+

VBE+（1

+

β

）IBRE=

VCC

得IB=（VCC-VBE）/[RB+（1+β）RE]IC=

βIBUCE=

VCC-（1

+

β

）IBRE

（射极输出器）第48页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.1共集电极放大电路二．动态分析第49页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.1共集电极放大电路二．动态分析RB较大，可忽略。1.电流放大倍数AiIi≈

IbIO=

-（1

+

β）IbAi=

IO/Ii=

-（1

+

β）

2.电压放大倍数AuUi=

Ibrbe

+

（1

+

β）IbRL′

UO=（1

+

β）IbRL′

Au=UO/Ui=[rbe+(1+β)RL′]/(1+β)RL′≈1（但AV＜1）

第50页/共73页Rs´=Rs∥RB2.5放大器三种基本组态2.5.1共集电极放大电路二．动态分析3.输入电阻RiIi≈IbUi=Ibrbe

+(1+β)IbRL′

Ri=Vi/Ii=rbe+(1+β)RL′——较大

4.输出电阻Ro去掉RL、短路Us、暂不考虑REUO=(rbe+Rs´)IbIO=(1+β)Ib

Ro=VO/Io=(rbe+Rs´)/(1+β)——较小

考虑到Ro与RE要并联,输出电阻更小。第51页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.1共集电极放大电路（射极输出器）三．射极输出器特点1.电压放大倍数约等于1（＜1）2.输入电阻较大3.输出电阻较小

射极输出器多用于放大器前后级之间的阻抗变换，在多级放大器中，常将其用于输入级和输出级。射极输出器中间级射极输出器XiXo第52页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.2共基极放大电路一．静态分析（静态工作点）

UB=

RB1VCC/(RB1+RB2)UE=

UB-UBE

IC≈

IE=

UE/RE

IB=IC/β

UCE=

VCC-

IC(RC+

RE)第53页/共73页共基极放大器h参数等效电路2.5放大器三种基本组态2.5.2共基极放大电路二．动态分析共基极放大器共基极放大器交流通路1共基极放大器交流通路2第54页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.2共基极放大电路二．动态分析1.电流放大倍数AiIi≈-Ie

=-(1+β)IbIO=

Ic

=

βIbAi=

IO

/

Ii

=

-β

/(1+β)=

-

α

2.电压放大倍数AuUi

=

-

IbrbeUO

=

-

βIbRL′

Au

=

UO

/

Ui

=

βRL′/

rbe第55页/共73页2.5放大器三种基本组态2.5.2共基极放大电路二．动态分析3.输入电阻RiIi=

-

(1+β)IbUi

=

-

IbrbeRi=

Ui/Ii

=

rbe/(1+β)——较小

4.输出电阻RoRo

=

Rc第56页/共73页2.5.3三种组态放大器性能比较性能组态共射组态共集组态共基组态AiAuRiRo频率响应β大-(1+β)大-

α小-

βRL′/

rbe

大≈1小βRL′/

rbe

大rbe

中rbe+(1+β)RL′大rbe/(1+β)小Rc中(rbe+Rs´)/(1+β)小Rc中较差较好好第57页/共73页

场效应管具有输入电阻高的特点，是电压控制器件，即用栅源电压uGS控制漏极电流iD。2.6场效应管放大电路一.静态分析（Ui=0）

2.6.1共源放大电路G极绝缘IG=01.估算法UGS=

VGGID=

IDO（UGS/

UT–

1)2UDS=

VDD-

IDRD第58页/共73页一.静态分析（Ui=0）

直流负载线：2.图解法UDS=

VDD–

IDRD直流负载线和UGS负载线的交点即为Q点。2.6.1共源放大电路第59页/共73页二.动态分析（等效电路法）1.共源场效应管微变等效电路利用全微分求得Ig、Id：2.6.1共源放大电路

Ig=

0

Id=

gm•Ugs+Uds/rDS

其中，第60页/共73页二.动态分析（等效电路法）1.共源场效应管微变等效电路2.6.1共源放大电路

IG=

0

ID=

gm•Ugs+Uds/rDS

rDS较大（几百kΩ以上）

，可忽略第61页/共73页二.动态分析（等效电路法）2.微变等效电路分析场效应管放大器2.6.1共源放大电路

首先得出交流通路（直流电源短路）第62页/共73页二.动态分析（等效电路法）2.微变等效电路分析场效应管放大器2.6.1共源放大电路

首先得出交流通路（直流电源短路）

再得出放大器微变等效电路第63页/共73页二.动态分析（等效电路法）2.微变等效电路分析场效应管放大器2.6.1共源放大电路

首先得出交流通路（直流电源短路）

再得出放大器微变等效电路

求解动态量Ui=UgsUO=

-

Id

RD=-gmUgs

RDAu=

UO

/

Ui

RD=

-

gmRDRo=

RD第64页/共73页一.静态分析2.6.2自偏压放大电路1.估算法UGS=

R1

VDD/(R1

+

R2)

-IDRS再有ID=

IDO（UGS/

UT–

1)2RG上电流为