第二章 放大电路分析基础

1、,第二章 放大电路分析基础,2.1 放大电路工作原理 2.2 放大电路的直流工作状态 2.3 放大电路的动态分析 2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路 2.5 多级放大电路,放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号,2.1 放大电路工作原理,一、放大电路的组成原理,用等效电路表示放大器,1、放大电路的结构,2、放大器的性能指标,输入电阻,输出电阻,增益,非线性失真,频率响应及带宽,增益,增益的分贝表示形式,若需要得到较大输入电压，希望,输入电阻,若需要得到较大输入电流，希望,若需要得到稳定的输出电流，则希望,输出电阻,若需要提高放大器的带负载能力,即使放大器输出电压稳定,不受负载变化的影响,则

2、希望,输出电阻也可采用输入短路,输出去负载加电压源的方法求得,频率特性,放大器中的电抗性元件对不同频率的信号呈现出不同的阻抗，使放大器对不同频率的输入信号具有不同的增益，把放大器这种增益随输入信号频率变化的特性称为频率特性。,增益：,放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相移也不一样，当输入信号为包含多种频率分量的非正弦信号时，若某些频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为频率失真。,中频增益,低频段,中频段,高频段,通频带：,当f采用对数刻度，增益采用分贝刻度时，频率特性图又称为波特图。,幅频特性,相频特性,3、共发射极基本放大电路,参考零电位

3、点,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,放大电路组成原则：,1）三极管应工作在放大区：发射结正偏、集电结反偏 2）输入信号加到发射结上控制三极管电流 3）信号电压经放大后能传输到负载上,单电源供电的共发射极放大电路,有关符号的约定, 小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如，uCE、iB等。, 大写字母、大写下标表示直流量。如，UCE、IC等。, 小写字母、小写下标表示纯交流量。如，uce、ib等。, 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如， 、 等。,二、直流通路和交流通路,直流通路,交流

4、信号为0，电路中只有直流电压、电流,耦合电容开路,放大电路中流通的电信号的瞬时值为交流和直流的组合，利用电路的线性工作特性,可以分别对直流信号和交流信号的影响进行分析。,交流通路,耦合电容短路、电源短路,只考虑对交流信号的放大作用的流通电路,静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。,一、解析法求Q值,直流通路,2.2 放大电路的直流工作状态,由基极回路求得,由集电极回路求得,由电流关系得,IB=IBQ的输出特性曲线,由uCE=UCCiCRC所决定的直流负载线,两者的交点Q就是静态工作点,过Q点作水

5、平线，在纵轴上的截距即为ICQ,过Q点作垂线，在横轴上的截距即为UCQ,二、图解法,三、电路参数对静态工作点的影响,1、RB对Q点的影响,2、RC对Q点的影响,3、UCC对Q点的影响,RB增加，IBQ减小，工作点沿负载线下移，反之上移。,RC增加，直流负载线斜率减小，变得平坦，Q点沿iBIBQ左移； RC减小，直流负载线斜率增大，变得陡峭，Q点沿iBIBQ右移。,UCC增加，IBQ增大，直流负载线平行上移，Q点往右上方移动；反之，Q点往左下方移动。,动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路

6、中的电压uCE、电流iB和iC均包含直流和交流两个分量。,2.3 放大电路的动态分析,求解放大电路的增益、输入输出电阻,动态分析的目的：,交流通路,一、图解法分析动态特性,A、在输入曲线上求iB,B、根据iB在输出特性上求iC和uCE,工作点的运动轨迹称为动态范围,ui,uo,共射电路为反相放大器,交流负载线斜率为,波形分析,二、放大电路的非线性失真,1、三极管的非线性特性引起的失真,2、工作点Q不合适引起的失真,饱和失真,截止失真,Q点选择在交流负载线的中心点，可获得最大不失真输出(max )信号幅度不大时，为降低电源消耗，在保证不失真且得到一定电压增益的条件下，可选择低一点。,把非线性元件

7、晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。,三、微变等效电路法,等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。,1、基本思路,等效的模型：h参数等效电路 混合参数型等效电路,输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化UBE时，基极电流变化IB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：,2、晶体管微变等效电路,输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化IC仅与基极电流的微

8、小变化IB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：,四、三种基本组态放大电路的分析,1、共射极放大电路的微变等效电路分析,式中RL=RC/RL,电压放大倍数,2）电压增益与、RC成正比,讨论：,1）共射放大电路为反相放大电路,3）电压增益与Q点位置的高低（ICQ）成反比,电流放大倍数,2）RL、RC成在输出端产生分流作用,讨论：,1）RB在输入端产生分流作用,共射放大电路是一种具有电压和电流放大作用的反相放大器,Ri,讨论：输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻

9、Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。,输入电阻,讨论：对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。,输出电阻,静态分析,2、共集电极放大电路,电路形式,射极输出器,电压放大倍数,动态分析,称共集电极放大器为电压跟随器或射极跟随器,输入电阻,输出电阻,讨论：,1）电压放大倍数约等于1，即电压跟随。 2）输入电阻较高。 3）输出电阻较低。,对共基极放大电路，

10、其分析方法相同，参考教材P44,三种组态放大电路比较,1、共射电路具有反相作用对电压、电流均能放大，输入电阻值居中，输出电阻较大，频带较窄。常用作低频电压放大电路的单元电路。 2、共集电路只能放大电流，不能放大电压，输出电压跟随输入电压。输入电阻最大，输出电阻最小。常用于电压放大电路的输入级和输出级，功率放大电路也常用射极输出电路。 3、共基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电路相当。频率特性最好，常用于宽频带放大电路。,温度对工作点的影响,温度升高,UBE减小,ICBO增大,增大,2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路,由此可见，温度影响工作点的高低，温度

11、变化可能引起放大电路产生饱和或截止失真。,解决措施,1、将放大电路置于恒温槽，但代价较高,2、采用改进的偏置电路，使Q点在工作温度范围内受温度影响小稳定静态工作点,调节过程：,静态工作点稳定的放大电路,静态分析,求Q（IBQ、ICQ和UCEQ）,动态分析,旁路电容,旁路电容CE对交流信号短路，减小Re对电压增益的影响,2.5 多级放大电路,单级放大器具有较大的放大倍数，但对于十分微弱的信号，放大倍数还需要大大提高；另外，三种组态的放大电路其性能指标都不是很完善，可以采用由多个单级放大器连接构成多级放大器来解决这些问题。,多级放大器关注的问题：连接（即耦合）、 性能指标的计算,1、多级放大电路的

12、组成,一、 多级放大电路的耦合方式,信号源,输入级,中间级,输出级,负载,多级放大电路,输入级：针对输入信号性质，采用不同的输入电路形式， 利于接收电压或电流信号。,中间级：主要任务是放大信号。,输出级：输出足够大的电压或功率，驱动负载。,2、各极之间的耦合方式,阻容耦合：各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。,优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。 缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。,直接耦合,优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。 缺点

13、：各级静态工作点互相影响；存在零点漂移问题。,变压器耦合,优点：静态工作点彼此独立，且变压器具有阻抗变换作用，通过对其匝数的控制，可以使级与级之间达到阻抗匹配，获得最大的功率增益，因此在输出功率放大器中通常采用变压器耦合电路。 缺点：由于变压器的频带比较窄，体积大，难以集成，所以在多级放大器中一般不采用这种耦合方式。,级与级之间通过变压器传递交流信号的耦合方式,（1）静态分析：,（2）动态分析：,注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。,二、阻容耦合多级放大电路分析,输入电阻就是第一级的输入电阻。 输出电阻就是最后一级的输出电阻。,电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。,各级单独计算。,例题,为提高放大电路的带负载能力，多级放大器的末级常采用共集电路。共射-共集两级阻容耦合放大电路如图所示。已知电路中1=2=50，VBE=0.7V。,(1) 求各级的静态工作点；,(2) 求电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro；,(3) 试分别计算RL接在第