1、2.1 基本放大电路的组成及工作原理 2.2 放大电路分析方法 2.3 共集电极电路和共基极电路 2.4 多级放大电路与组合放大电路 2.5 放大电路的频率特性 2.6 放大电路设计举例,第2章 基本放大电路,返回主目录, 2.1 概论,2.1.1 放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,Au,2.1.2 放大电路的性能指标,一、放大倍数,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。,1、 Au,2、 功率增益功率增益表示放大器放大
2、信号功率的能力， 定义为,一个信号源能够提供的最大功率，就是信号源加到匹配负载上的功率，我们定义为信号源额定功率, 它是度量信号源功率容量大小的参数。负载能否得到这么大的功率，取决于负载是否与信号源内阻匹配。额定功率与负载大小无关，而实际得到的功率则与负载大小有关。,放大器的额定功率增益是指放大器输出额定功率PAo与输入信号源额定功率PAs的比值。在图2.1.4中，令ri=rs，那么输入信号源的额定功率为放大器的输出额定功率为 则放大器的额定功率增益为,式中，Auso=Ut/Us是负载RL断开时放大器的源电压增益。 由上可知，GPA与放大器输出端所接负载大小无关，但和输入端是否与信号源内阻匹配
3、有关。输入端匹配时，放大器输入端得到的功率最大。 相应的输出额定功率PAo最大，这时， GPA最大。,二、输入电阻ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,定义：,即：ri越大，Ii 就越小，ui就越接近uS,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,如何确定电路的输出电阻ro ？,步骤：,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。,2. 加压求流法。,方法一：计
4、算。,方法二：测量。,1. 测量开路电压。,2. 测量接入负载后的输出电压。,步骤：,3. 计算。,四、通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,五. 频率失真因放大电路一般含有电抗元件，所以对于不同频率的输入信号, 放大器具有不同的放大能力。相应的增益是频率的复函数。即上式中， A()是增益的幅值，A()是增益的相角， 都是频率的函数。我们将幅值随变化的特性称为放大器的幅频特性，其相应的曲线称为幅频特性曲线; 相角随变化的特性称为放大器的相频特性，其相应的曲线称为相频特性曲线。 它们分别如图2.1.5（a）和（b）所示。 在工程上，一个实际输入信号包含许多频率分
5、量， 放大器不能对所有频率分量进行等增益放大，那么合成的输出信号波形就与输入信号不同。这种波形失真称为放大器的频率失真。要把这种失真限制在允许值范围内，则放大器频率响应曲线中平坦部分的带宽应大于输入信号的频率宽度。, ,六. 非线性失真非线性失真主要由晶体三极管伏安特性曲线的非线性产生。 假如输入信号为正弦信号电压Ug=Ugmsint时，由于非线性失真， 输出集电极电流波形就将是非正弦的，该波形可分解为众多频率分量。基波分量为不失真分量，假设它的振幅为Ic1m；二次及其以上各次谐波分量为失真分量，假设他们的振幅分别为Ickm（k=2， 3， 4， ），则衡量放大器非线性失真大小的非线性失真系数
6、定义为THD，即, 2.2 基本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,2.2.1 共射放大电路的基本组成,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。,输入,输出,？,参考点,作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,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。,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F,作用：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。,可以省去,电路改进：采用单电源供电,2.2.2
7、基本放大电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,一、静态工作点,IBQ,ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )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。,IB,uCE怎么变化,？,假设uBE有一微小的变化,uCE的变化沿一条直线,uce相位如何,？,uce与ui反相！,各点波形,实现放大的条件,1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。,3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,4. 输出回路将变化的集电
8、极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。,如何判断一个电路是否能实现放大？,3. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设置正确。,1. 信号能否输入到放大电路中。,2. 信号能否输出。,与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：,2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,2.3.1 直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是，
9、电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,例：,对直流信号（只有+EC）,对交流信号(输入信号ui),一、直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1. 三极管的输出特性。,2. UCE=ECICRC 。,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2.3.2 直流负载线和交流负载线,二、交流负载线,其中：,iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系,所以：,
10、这条直线通过Q点，称为交流负载线。,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,例：P56例2.3.1 2.3.2,2.3.3 静态分析,一、估算法,（1）根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（2）根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,二、图解法,先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,例：用估算法计算静态工作点。,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,2.3.4 动态分析,一、三极管的微变等效电路,1. 输
11、入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,2. 输出回路,所以：,(1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,(2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,rce很大， 一般忽略。,3. 三极管的微变等效电路,c,b,e,二、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,三、电压放大倍数的计算,特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,四、输入电阻的计算,对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表
12、示。,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。,五、输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,2.3.5 失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。
13、如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。,下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载(RL=)。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,uo,1. Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,2. Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,因为这种失真是三极管在信号的某一段内饱和而产生的， 所以称为饱和失真。PNP型三极管的输出电压uO的波形失真现象与NPN型三极管的相反。对一个放大电路，希望它的输出信号能正确地反映输入信号的变化，也就是要求波形失真小，否则就失去了放大的意义。 由于输出信号波形与静态工作点有密切的关系，所以静态工作点的设置要合理
14、。所谓合理，即Q点的位置应使三极管各极电流、电压的变化量处于特性曲线的线性范围内。具体地说，如果输入信号幅值比较大，Q点应选在交流负载线的中央；如果输入信号幅值比较小，从减小电源的消耗考虑，Q点应尽量低一些。,2.4 偏置放大电路,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,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，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,T,UBE,ICEO,Q,一、温度对UBE的影响,二、温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,小结：,固定偏置电路的Q点是不
15、稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,分压式偏置电路：,一、静态分析,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,1. 静态工作点稳定的原理,2. 求静态工作点,算法一：,上述四个方程联立，可求出IE ，进而，可求出UCE 。,本算法比较麻烦，通常采用下面介绍的算法二、三。,方框中部分用戴维南定理等效为：,进而，可求出IE 、UCE 。,算法二：,算
16、法三：,可以认为与温度无关。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。,例：已知=50， EC=12V， RB1=7.5k， RB2=2.5k， RC=2k， RE=1k， 求该电路的静态工作点。,算法一、二的结果：,算法三的结果：,结论：三种算法的结果近似相等，但算法三的计算过程要简单得多。,二、动态分析,+EC,uo,问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,用加压求流法求输出电阻。,可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。,问题2：如果电路如下图所示，如何分析？,静态分析：,直流通
17、路,动态分析：,交流通路,交流通路：,微变等效电路：,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,分压式偏置电路主要用在交流耦合的分立元件放大电路中。 在交流耦合放大电路中，不论采用哪种组态电路，分压式偏置电路都具有相同的形式。如图2.2.20所示的三种基本组态放大电路，它们的直流通路都与图2.2.19所示的分压式偏置电路相类似，而与采用什么组态无关。 3. 恒流源偏置电路对恒流源偏置电路的要求，不仅要提供稳定的静态工作点电流，还应要有高的输出交流电阻。 镜像恒流源电路是目前应用最广的一种高稳定恒流源电路， 它特别适合于用在集成电路中。 ,图2.2.21是镜像恒流源的基本电路。它是由两个性能
18、上严格配对的晶体三极管和一个电阻R组成的，其中V1管的集电极和基极相连，IR和Io为电路两边的电流。 当晶体三极管工作在放大区时，V1和V2两管的发射极电流分别为,由于两管的发射结并联在一起，有uBE1=uBE2，所以,如两管对称，IEBS1=IEBS2，则iE1=iE2, 由于 iE1=IEQ1=ICQ1+IBQ1iE2=IEQ2=ICQ2+IBQ2其中，ICQ2=Io，ICQ1=IR-(IBQ1+IBQ2)，因此，当1=2=，IBQ1=IBQ2=IBQ时，经整理得Io=IR-2IBQ 又IBQ=ICQ2/=Io/，上式可写为 Io=,(2.2.44),当UCC和R为确定值时, 由图可得IR
19、= (2.2.46)由上述分析可知, 当IR确定后，Io也就被确定了。其中IR称为参考电流，Io称为输出电流。改变UCC或R，IR和相应的Io也就随之改变。Io如IR的镜像，故将这种恒流源电路称为镜像恒流源电路。它的输出交流电阻为V2管的输出电阻rce。 如果电路左边不加固定电压UCC，而让该点电压浮动，则当Io改变时，IR也就将按式（2.2.44）作相应变化。这时Io为参考电流，IR为输出电流。 ,如果UCCUBE，而两管又完全对称，那么，温度变化时就不会引起IR和Io的变化，因此，镜像恒流源电路是一种高热稳定的偏置电路。 当晶体三极管的值比较小时，IBQ值较大，由式（2.2.44）可见，
20、Io不等于IR，其值与有关。由于对温度的变化比较敏感，因而，恒流源电路的恒流值的精度和热稳定性均要相应降低。为了解决这个问题，可采用图2.2.22所示的改进电路。 图中，在V1管的集电极和基极之间接入一级射极跟随器V3， 利用射极跟随器的电流放大作用，减小IBQ对IR的分流值，从而提高Io作为IR镜像的精度和热稳定性。,为了避免V3管电流过小而使3值下降的缺点，实际电路中常常在V3管发射极上接一个适当阻值的电阻Re，产生电流IE， 使得V3管的发射极电流IEQ3=IBQ1+IBQ2+IE有所增大。 上面介绍了IoIR的镜像恒流源电路。工程上，经常需要Io不等于IR，但与IR成一定比例关系的镜像
21、恒流源电路。实现这种比例式的镜像恒流源电路可从两方面着手，一是从集成工艺方面考虑，另一措施是从电路结构方面考虑，如图2.2.23所示。图中，两管发射极上分别串接电阻R1和R2。由图2.2.23所示的电路可知 uBE1+iE1R1=uBE2+iE2R2, 2.5 共集电极电路和共基极电路 根据输入和输出回路共同端的不同，放大电路可分三种基本组态。前面讨论分析了共发射极电路，现在讨论共集电极和共基极两种电路。 一、射极输出器（共集电极电路）,一、静态分析,二、动态分析,1. 电压放大倍数,1.,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,2
22、. 输入电阻,输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大。,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。,例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,求Au 、 ri和ro 。 设：RS=1 k，求：Aus 、 ri和ro 。 3 . RL=1k时，求Au 。,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12
23、V,1. 求Au 、 ri和ro 。,rbe=2.9 k，RS=0,2. 设：RS=1 k， 求：Aus 、 ri和ro,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,rbe=2.9 k，RS=0,RL=1k时,3. RL=1k和时，求Au 。,比较：空载时, Au=0.995RL=5.6k时, Au=0.990RL=1k时, Au=0.967,RL=时,可见：射极输出器 带负载能力强。,射极输出器的使用,1. 将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能。,3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可
24、以起到电路的匹配作用。,综上分析，射极输出器的特点是：电压放大倍数小于或近于1，输出电压和输入电压同相位，输入电阻高，输出电阻低。,二. 共基极电路1) 静态工作点图2.3.4为共基极放大电路及其交流通路。图中，如果忽略IBQ对Rb1、Rb2分压电路中电流的分流作用，则基极静态电压UB为 UB,图 2.3.4共基极放大电路(a) 实际电路； (b) 交流通路,流经Re的电流IEQ为I EQ,如果满足UBUBE，则上式可简化为,而,2) 动态分析利用三极管的简化h参数等效电路，可以画出图2.3.4 电路的微变等效电路如图2.3.5所示。 图中，b、e之间用rbe代替， c、 e之间用电流源ib代
25、替。 （1） 电流放大倍数。 在图2.3.5中，当忽略Re对输入电流ii的分流作用时，则 ii-ie；流经RL（RL=RcRL）的输出电流io=-ic。,称作三极管共基电流放大系数。由于小于且近似等于1，所以共基极电路没有电流放大作用。 （2） 电压放大倍数。 根据图2.3.5可得ui=-rbeibuo=RLio=-RLic=-RLib所以，电压放大倍数为,Au=,式（2.3.13）表明， 共基极放大电路具有电压放大作用， 其电压放大倍数和共射电路的电压放大倍数在数值上相等，共基极电路输出电压和输入电压同相位。 ,（3） 输入电阻。 当不考虑Re的并联支路时， 即从发射极向里看进去的输入电阻r
26、i为ri= (2.3.14)rbe是共射极电路从基极向里看进去的输入电阻，显然， 共基极电路从发射极向里看进去的输入电阻为共射极电路的1（1+）。 ,当考虑到Re后，则从输入端看进去的输入电阻为,（4） 输出电阻。 在图2.3.5的简化微变等效电路中， 当忽略了三极管c、 e之间的内阻rce时，则从集电极看进去三极管的输出电阻ro为无穷大。因此，共基电路的输出电阻ro=Rc。如果考虑到rce的作用时，可以证明此时 三极管的输出电阻（从集电极看进去）为 ro(1+)rce （2.3.16）在共射接法时，三极管的输出电阻为rce。这表明共基极接法的三极管输出电阻是共射极接法时的（1+）倍。 ,如果
27、考虑并联电阻Rc，则共基极放大电路的输出电阻ro为ro=RcroRc (2.3.17)由于RoRc，所以共基极放大电路的ro仍近似为Rc。 3. 三种基本放大电路的比较三种基本放大电路各有不同特点， 现将它们列于表2.3.1中， 以便分析比较。 ,2.6 多级放大电路与组合放大电路,2.6.1 多级放大电路在实际的电子设备中， 为了得到足够大的增益或者考虑到输入电阻和输出电阻等特殊要求，放大器往往由多级组成。 多级放大器由输入级、中间级和输出级组成。如图2.4.1所示， 输出级一般是大信号放大器，我们只讨论由输入级到中间级组成的多级小信号放大器。 ,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光
28、电耦合。,耦合：即信号的传送。,多级放大电路对耦合电路要求：,1. 静态：保证各级Q点设置,2. 动态: 传送信号。,要求：波形不失真，减少压降损失。,1. 级间耦合方式在多级放大器中，要求前级的输出信号通过耦合不失真地传送到后级的输入端。常用的耦合方式有阻容耦合、 直接耦合、 变压器耦合。 下面分别介绍。 1) 阻容耦合阻容耦合就是利用电容作为耦合和隔直流元件的电路。 如图2.4.2所示。第一级的输出信号，通过电容C2和第二级的输入电阻ri2加到第二级的输入端。 阻容耦合的优点是：前后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工作点都相互独立。便于分析、设计和应用。缺点是： 信号在通过耦合电容加到下一
29、级时会大幅度衰减。在集成电路里制造大电容很困难，所以阻容耦合只适用于分立元件电路。,2) 直接耦合直接耦合是将前后级直接相连的一种耦合方式。但是， 两个基本放大电路不能像图2.4.3那样简单地连接在一起。如果按图2.4.3那样连接，V1管集电极电位被V2管基极限制在0.7V左右（设V2为硅管），导致V1处于临界饱和状态；同时，V2基极电流由Rb2和Rc1流过的电流决定，因此V2的工作点将发生变化，容易导致V2饱和。通过上述分析，在采用直接耦合方式时，必须解决级间电平配置和工作点漂移两个问题，以保证各级各自有合适的稳定的静态工作点。 ,图2.4.4给出了两个直接耦合的例子。图（a）中，由于Re2
30、提高了V2发射极电位，保证了V1的集电极得到较高的静态电位。所以V1不致于工作在饱和区。 图（b）中，用负电源UBB，既降低了V2基极电位，又与R1、R2配合，使V1集电极得到较高的静态电位。 直接耦合的优点是：电路中没有大电容和变压器，能放大缓慢变化的信号，它在集成电路中得到广泛的应用。它的缺点是：前、后级直流电路相通， 静态工作点相互牵制、相互影响，不利于分析和设计。 ,3) 变压器耦合变压器耦合是用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来的方式， 如图2.4.5所示。 图中，V1输出的信号通过变压器T1加到V2基极和发射极之间。V2输出的信号通过变压器T2耦合到负载RL上。Rb11、
31、Rb12、Re1和Rb21、Rb22、Re2分别为V1和V2确定静态工作点。 变压器耦合的优点是： 各级直流通路相互独立，变压器通过磁路，把初级线圈的交流信号传到次级线圈，直流电压或电流无法通过变压器传给次级。,变压器在传递信号同时， 能实现阻抗变换。 变压器耦合的缺点是： 体积大， 不能实现集成化， 此外， 由于频率特性比较差，一般只应用于低频功率放大和中频调谐放大电路中。 2. 共电耦合在多级放大器中，各级由同一直流电源供电，如图2.4.6（a）所示，图中， R是直流电源的交流内阻。其交流通路如图2.4.6 (b)所示。由图2.4.6（b）可见，输出信号电压Uo在R上产生的压降将被耦合到V
32、1和V2管的输入端。这种通过直流电源内阻将信号经输出端向各级输入端的传送称为共电耦合。,如果传送到某一级输入端的电压与输入信号源在该级输入端产生的电压有相同的极性，那么该级的合成输入电压便增大， 使放大器输出电压Uo增大，而增大了的输出电压通过共电耦合加到后级输入端的电压也增大，使Uo进一步增大，如此循环下去将产生振荡。这样，就破坏了放大器对信号的正常放大作用。 为了消除共电耦合的影响，我们应加强电源滤波， 在放大器各级电源供电端接入RC滤波元件，如图2.4.7中的R7、 R8、C6、 C7、 C8。接入C6后，电源内阻R上的信号电压被旁路，即使残留很小的信号电压，通过R7、 C7和R8、C8
33、的滤波作用，信号电压也可进一步被滤除。 ,3. 多级放大器的增益在多级放大器中， 如各级电压增益分别为Au1= 如图2.4.8 所示， 则由于Ui2=Uo1，Ui3=Uo2， ， Uin=Uo(n-1), 因而总电压增益为 ,即总电压增益为各级增益的相乘积。,例 2.4.1试计算图2.4.2所示电路的电压放大倍数。 已知 Rb1=Rb2=280k，Rc1=Rc2=3k，RL=3 k，UCC=12V， V1、V2为3DG8，=50。 解（1） 求静态工作点。 因为两级电路参数相同， 所以两级直流工作点相同， 即,ICQIBQ=500.04=2mA,（2） 求电压放大倍数。rbe1=rbe2300
34、+ =300+50 =950RL1=Rc1ri2= ,所以,所以Au=Au1Au2=(-38)(-79)=3002,2.4.2组合放大电路根据前面的分析可以看到，三种基本组态电路的性能各有不同的特点。就增益而言，共基极电路的电压增益远大于1， 但电流增益小于1；而共集电极电路的电流增益远大于1，但电压增益小于1；唯有共发射极电路的电压增益和电流增益均远大于1。因此，在放大设备中，增益主要由共发射极放大器提供，如果采用有源负载，则共发射极电路还可提供更大的增益。 就输入和输出电阻而言，共基极电路的输入电阻很小，而输出电阻很大；共集电极电路的输入电阻很大，而输出电阻很小；共发射极电路的输入和输出电
35、阻则居共基、共集电路之中。,如果根据三种组态电路的不同特点，将其中任两种组态进行组合，构成相应的放大电路，就可发挥各自特点，使它更适合实际工作的需要。下面介绍几种常用的组合放大电路。 1. 共发-共基组合放大电路 共发-共基组合放大器的交流通路如图2.4.9所示。图中，V1管接成共发射极组态，V2管接成共基极组态。 由于共基极电路的电流增益接近于1，它在组合电路中的作用类似于一个电流接续器，将共发射极电路的输出电流几乎不衰减地接续到输出负载RL上。因此组合电路的电压增益相当于负载为RL的一级共发射极电路的增益。此外，这种组合电路的输入电阻取决于共发射极组态，输出电阻取决于共基极组态。,实际上，
36、在这种两级串接的组合电路中，后级的输入电阻就是前级的输出负载电阻，由于后级共基极组态的输入电阻很小，致使前级共发射极组态的电压增益很小，因此，组合电路的电压增益主要由共基极组态提供。下面在分析这种组合电路的频率特性时将会看到，利用接入共基极电路使共发射极组态的电压增益小的特点，使这种组合电路特别适宜于高频工作。 2. 共集-共发组合放大电路共集-共发组合放大器的交流通路如图2.4.10所示。 图中， V1管接成共集电极组态，V2管接成共发射极组态。 这种组合电路又称为达林顿电路，它的电压增益由共发射极组态提供，而共集电极组态主要用来提高组合电路的输入电阻。,*2.5 放大电路的频率特性, 我们
37、前面讨论分析电路时，都把电路看成纯电阻性的， 放大倍数与信号频率无关。 而在实际电路里，三极管本身就具有电容效应， 电路中通常也含有电抗元件。在交流通路中, 电抗元件对交流信号具有阻碍作用，使电压有损耗，还能旁路电流， 使通路电流减小，影响放大倍数；同时，电抗元件能使电流、 电压相位发生变化。电抗元件电抗大小与本身值有关，与交流信号频率也有关。因而放大器对不同频率的交流信号有不同的放大倍数和相位移。放大电路输出电压幅值和相位都是频率的函数，分别称为幅频特性和相频特性，合称为频率特性。,图2.5.1（a）是共发射极放大电路的幅频特性曲线。由图可见，在一个较宽频率范围内，频率特性曲线是平坦的，放大
38、倍数不随信号频率变化， 这段频率范围称为中频，其放大倍数， 用Aum表示，我们把放大倍数下降到 Aum时对应的频率叫做下限频率fL和上限频率fH，夹在上限频率和上限频率间的频率范围称作通频带fBW。 fBW=fH-fL （2.5.1）上式表征了放大电路对不同频率输入信号的响应能力。,从图2.5.1(b)所示的相频特性曲线可知， 对不同的频率， 相位移不同，中频段为-180，低频段比中频段超前， 高频段比中频段滞后。 为了反映出放大器的频率特性，我们可以把电压放大倍数用复数量表示。电压放大倍数模与频率的关系用Au(f)表示，输出电压与输入电压之间的相差与频率的关系用(f)表示。那么有电压放大倍数
39、,对于共发射极放大电路， 电流放大倍数可用复数量表示为,式中， 为中频放大倍数；f为截止频率，它是 =0/ 时的频率。通过以上分析可知，由于放大电路的通频带有一定限制， 当输入信号含有丰富的谐波时，不同频率分量得不到同等放大， 就会改变各谐波之间的振幅比例和相位关系，输出波形将产生失真。 ,由放大器对不同频率信号的放大倍数大小不同所产生的失真叫幅频失真，如图 2.5.2(a)所示；由放大器对不同频率信号的相位移不同所产生的失真叫相频失真，如图2.5.2(b)所示。 这两种失真统称为频率失真。,1. 放大器中频段的增益1) 混合型等效电路h参数等效电路用于高频输入信号下的晶体管时， 四个参数是与
40、频率有关的复数，用起来很不方便。将晶体管内部各极间存在的电容效应包括在内， 形成一个新等效电路，这就是混合型等效电路, 如图 2.5.3 所示。图中，rbb代表基区体电阻，rbe为发射区的体电阻与发射结的结电阻之和，rbc为集电区的体电阻与集电结的结电阻之和，Cbe为发射结电容，C bc为集电结电容。ube为发射结上的交变电压，受控恒流源g mube表示了输入回路对输出回路的控制作用，其中gm表示单位的u be电压在集电极回路所引起的电流变化，称为跨导,在图2.5.3（b）中，因为集电结处于反向偏置，所以r bc很大，可以看作开路，因而得到简化的混合型等效电路如图2.5.4（a）所示。rce通
41、常比放大电路中集电极负载电阻Rc大得多，可以看作开路，而在中频段可不计频率影响， 故可以去掉Cbe和Cbc，最后得到如图2.5.4（b）所示的等效电路。将其与图 2.5.4(c)所示简单等效电路相比较，并结合式(2.2.16)， 可有 rbe=r bb+r berbb+,及,式（2.5.6)和式（2.5.7)表明，r be、gm等参数与工作点电流有关, ICQ愈大，则rbe愈小，gm愈大；对于小功率管，rbb约为几十几百欧姆，r be为千欧姆数量级，gm约为几十毫安/伏。 Cbc可以从手册上查到；C be可按下式计算：,式中, fT为三极管的特征频率, 可从手册中查到在进行电路分析时，我们希望
42、把电路分为输入回路和输出回路，可用密勒效应把图2.5.4(a)中Cbc等效为两个电容，如图2.5.5所示。 一个电容在输入回路为,另一个电容在输出回路为,上式中,设集电极负载为Rc，则,其中,2) 共发射极放大电路的中频增益共发射极放大电路的混合型等效电路如图2.5.6所示，其中， Cbe=C be+(1+k)Cbc。 在中频段C1的容抗远小于串联回路中的其它电阻，Cbc和 Cbc的容抗又远大于并联支路的其它电阻， 可以看成对交流开路。所以图2.5.6电路可简化为如图2.5.7所示的电路形式。,在图2.5.7所示电路中输入电阻,ri=Rb(rbb+rbe) (2.5.11) 设 p= (2.5
43、.12) 则 u be=pui (2.5.13)uo=-gmubeRc=-g m puiRc,又,所以,中频电压放大倍数Ausm=,上式表明， 中频电压放大倍数与频率无关。 2. 放大器的低频段频率特性所谓低频段，是指工作频率已低到电容C1和C2的容抗不能再忽略的程度，在电路中共发射极电路的输入阻抗小，C1的容抗不可忽略；而C2的容抗相对于输出电阻仍然可以忽略。另外，Cbe和 C bc的容抗大，仍可当作开路，所以，共射极放大电路低频段的等效电路可简化为如图2.5.8所示的电路。 根据图2.5.8电路， 用分析中频的方法可得,时间常数,L= (rs+ri)C1 (2.5.16),下限频率,则低频
44、放大倍数,由（2.5.18）式可得低频增益与中频增益的比,上式又可用幅值和相移形式分别表示如下:,当,有,fL为下限频率，f=fL时输出电压相位比中频输出电压相位超前45，比输入电压滞后135。由（2.5.18）和(2.5.19)两式可知, f愈低，增益愈低；时间常数愈大，fL愈低，放大器低频响应愈好。这与共发射极放大电路的频率特性图(图2.5.1)是一致的。 3. 放大器的高频段频率特性在高频段时，由于电容的容抗减小，在电容C1上压降可以忽略，但在并联支路的C bc和Cbe的影响变得突出了，必须考虑，所以在高频段，共射极放大电路的等效电路可简化为如图2.5.9所示的电路。 ,为了简化电路，
45、先比较输入回路与输出回路的时间常数， 对输入回路=rberbb+(RbRs)Cbe （2.5.20） C是根据密勒效应将Cbe和C bc结合到输入回路的等效电容。对输出回路 =Rc Cbc ,一般情况下，所以相比之下 Cbc可忽略，再利用戴维南定理将输入电路进行简化，则图2.5.9电路又可简化为如图2.5.10所示的电路。,R=rberbb+(rsRb)p与ri的意义前面(2.5.11)及(2.5.12)式已说明,又,放大倍数,上限频率,则,当,得,f=fH,fH为上限频率。f=fH时，输出电压相位比中频输出电压相位滞后45，比输入电压滞后225，依（2.5.23）和(2.5.24)式可知,
46、f愈高， 增益愈低； 时间常数越小，fH愈高，放大器高频响应愈好。这也与图2.5.1所示的共射极放大电路的频率特性相一致,例 2.5.1在图2.5.11所示电路中, 已知三极管为3DG8D, 它的C bc=4pF，fT=150MHz, =50。rs=2k，Rc=2k, Rb=1 k，C1=0.1F; UCC=5V。 试计算中频电压放大倍数,上限截止频率, 下限截止频率及通频带。设C2的容量足够大, 对交流可视为短路，UBEQ=0.6V；三极管的rce无穷大。解(1) 求静态工作点。,(2) 计算中频电压放大倍数Ausm,rbe=r be+r bb1.3+0.3=1.6 kri=Rb(r bb+
47、rbe)rbb+rbe=300+1300=1600 k =1.6k ,p=,gm= =0.0385mA/mV=38.5mA/V,所以中频电压放大倍数Ausm=-,(3) 计算上限频率。C be C be(1+k)=,其中 k=gmRL=38.51.67=64.5 所以 Cbe=41+(1+64.3)4=302pFR=r ber bb+(RsRb),其中RsRb= =2kr bb+(RsRb)0.3+2=2.3kr be=1.3k,所以H=RCbe=0.8310330210-12=0.2510-6s=0.25s所以上限频率,fH=,（4） 计算下限频率。L=(Rs+ri)C1=(2+1.6)10
48、30.110-6=3.610-4s=0.36ms所以下限频率fL=,（5） 计算通频带。fBW=fH-fL=0.63-44010-60.63MHz,2.6 放大电路设计举例,2.6.1 固定偏置放大电路的设计固定偏置放大器的设计，是按要求的技术指标，选择电路中各元件型号和参数。 1. 选择三极管三极管是电路中的核心元件，根据给定指标对放大倍数的要求，选择值较大的管子。但太大稳定性不好，一般取=50100，并且要选ICEO较小的管子。根据给定指标对带宽的要求，选择的三极管截止频率f要高于上限频率fH, 一般取f（23）fH。同时，最大管耗满足PCM(1.52)Pcmax=(1.52)ICQ ，管子最大反压U(BR)CEOUCC。 ,
