1、第二章 放大电路基础,本章概述：1.本章的教学内容是模拟电子技术中最基本的部分，称之为“基础之基础”，十分重要；,2.本章基本概念：放大的本质、静态 和动态、直流通路和交流通路、工作点、负载线、非线性失真、放大倍数、输入电阻和输出电阻等。,3.本章分析的“单管放大电路”：是组成其他各种复杂电路的基础；,4.本章介绍两种基本分析方法（图解法、微变等效电路法），是模拟电子电路最基本的、最常用的分析方法。,附：电路中有关符号规定,直 流 量：,大写字母、大写脚码 如 IB、VCE,交流瞬时量：,小写字母、小写脚码 如 ib、vce,交流有效量：,大写字母、小写脚码 如 Ib、Vcce,交直流总量：,
2、小写字母、大写脚码 如 iB、vCE,正弦量相量：,大写字母上面加“”、小写脚码 如：,2.3放大电路的等效电路分析法（微变等效电路法）,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。,微变等效条件,研究的对象仅仅是变化量,信号的变化范围很小,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管
3、是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。, BJT的小信号建模,输入特性:,输出特性:,1. 三极管的h参数微变等效电路 三极管处于共e极状态时, 输入回路和输出回路各变量之间的关系由以下形式表示:,输入特性:,用全微分形式表示 uBE和 iC， 并引入h参数(hybrid），则有：,输出特性:,简化的 h 参数微变等效电路,的物理意义：输出端交流短路时管子的输入电阻。在小信号共射电路中，对于低频、小功率三极管，如果没有特别说明:,h参数等效电路,（1） 画出实际电路的交流通道。（2）把交流通道中的晶体管用h参
4、数等效电路代替。,简化h参数等效电路,（1） 画出实际电路的交流通道。（2）忽略影响小的次要因素。（3）把交流通道中的晶体管用简化h参数等效电路代替。,2.3.1. 晶体管的h参数及其小信号等效电路,*小信号模型的应用注意事项：, h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 h参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 h参数与静态工作点Q有关。,2. h参数的确定, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,3.晶体管输入电阻rbe 的计算,rbb ：基区体电阻。,reb ：基射之间结电阻。,UT ：温度电压当量,对低频、小功率管, rbb
5、约为200-300 ，故得 rbe 的近似估算公式：,2.3.2 用h参数小信号等效电路分析基本放大电路,-用h参数等效电路分析法分析共射放大电路画出交流通路和微变等效电路,2. 求出：电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO,Ri = rbe +RB,Ro = Rc,单管共射放大电路的等效电路,二. 单电源放大电路，画出微变等效电路，求出：电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO,Ri = rbe / Rb ，,Ro = Rc,单管共射放大电路的等效电路,微变等效电路法步骤小结：,1.估算静态工作点：首先利用图解法(已知输出特性曲线)或近似估算法（已知）确定放大电路的静态
6、工作点 Q ，确定静态工作点处参数 。2.估算rbe： 确定微变等效电路参数 和 rbe 。3. 画出放大电路的微变等效电路： 可先用h参数等效电路替代三极管，然后画出放大电路其余部分的交流通路，得到放大器微变等效电路。（也可先画出交流通道再用h参数等效电路替代三极管）4. 列出电路方程并求解有关动态量：Au、Ri、Ro。,微变等效电路分析法举例1,例1：电路及参数如图所示，已知=50，rbb=300，C1、C2足够大，试求：（1）Q点；（2）估算rbe；（3）求Au；（4）求Ri和Ro；（5）求Aus=Uo/Us,解（1）IBQ=VCC/RB=10/49020A ICQ=IBQ=2050=1
7、mA UCEQ=VCC-ICRc=7.8v,交流通路,微变等效电路分析法举例1,例1：电路及参数如图所示，已知=50，rbb=300，C1、C2足够大，试求：（1）Q点；（2）估算rbe；（3）求Au；（4）求Ri和Ro；（5）求Aus=Uo/Us,解（1）IBQ=VCC/RB=10/49020A ICQ=IBQ=2050=1mA UCEQ=VCC-ICRc=7.8v （2）rbe=300+(1+)26mv/ICQ=1.6k （3） Au=-RL/rbe-34 （4） Ri=Rb/rberbe=1.6k Ro=Rc=2.2k,uo,交流通路,例1：电路及参数如图所示，已知=50，rbb=300
8、，C1、C2足够大，试求：（1）Q点；（2）估算hie；（3）求Au；（4）求Ri和Ro；（5）求Aus=Uo/Us,解：（5）求Aus=Uo/Us,电路的输入电阻越大越好。,已求得 Ri=Rb/rberbe=1.6k,微变等效电路分析法举例2,例2：放大电路如图所示，已知晶体管的=100，ICEO0，UCE（sat）=0.5，UBE=0.7v。1、 该电路的电压放大倍数Au？2、 为得到尽可能大的不失真输出电压幅值，电阻RB应该为多大？,解：1、 该电路的电压放大倍数Au？画出直流通路，求得 IB=(20-0.7)/1.2M=16AIEIC=IB=1.6mA rbe=200+(1+)26mv
9、/1.6=1841 画出微变等效电路，空载：Au=-Rc/rbe-543,例2：放大电路如图所示，已知晶体管的=100，ICEO0，UCE（sat）=0.5，UBE=0.7v。2、 为得到尽可能大的不失真输出电压幅值，电阻RB应该为多大？,为得到尽可能大的不失真输出电压幅值，Q点应设置在交流负载线除去UCE(sat)部分的中点（在RL=时，交、直流负载线重合）。,即 UCEQ=(VCC-UCE(sat)/2=9.75v ICQ=(VCC-UCEQ)/RC1mA,IBQ=ICQ/=10A Rb=(VCC-0.7)/IBQ=1.93M,2.3.3 带RE的(无旁路电容CE) 共发射极放大电路的分析
10、,2.3.3 带RE的(无旁路电容CE)共发射极放大电路的分析,问题：如果电路如图所示，如何分析？P121:2-10,静态分析：,直流通路,动态分析：,交流通路,固定偏置电路与分压式偏置稳定电路的比较,共射极放大电路,固定偏置电路与分压式偏置稳定电路的比较,固定偏流共射极放大电路,Ro = Rc,2.4 放大电路工作点的稳定,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，静态工作点与UBE、 和ICEO 有关，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,2.
11、4.1温度变化 对静态工作点的影响-（对固定偏置电路）,三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：,1. UBE 改变。UBE 的温度系数约为 2 mV/C。当温度升高时，集电极电流增大： T UBEIBIC,2. 改变。温度每升高 1C， 值约增加 0.5% 1 %， 温度系数分散性较大。 T IC,3. ICBO 改变。温度每升高 10C ，ICBQ 大致将增加一倍。T ICBO ICEO IC,一、温度对UBE的影响,T,少子漂移加剧,UBE,二、温度对ICBO的影响,ICBO是基区和集电区的少子形成的,又： ICEO=（1+）ICBO T ICEO,三、温度
12、对 值的影响,扩散与复合的比例,输出特性的间距,固定偏置电路的Q点是不稳定的。 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。,温度变化对工作点的影响（对固定偏置电路）：,（1）ICBO、UBE随温度的升高，都集中表现在Q点的IC增大。（2）硅管的ICBO小，因此对硅管来说，温度对UBE和的影响是主要的。（3）锗管的ICBO大，因此对锗管来说，温度对ICBO的影响是主要的。（4）除了温度变化引起管子工作不稳定外，通常还需要从管子参数的不一致来考虑问题。,小结：,2.4.2
13、 分压式偏置稳定电路（Q点稳定的电路）,1.电路形式：,即UB由Rb2的分压确定，与管子参数基本无关，从而保证了基极对地有一个稳定的电压，此时要求I2IB即Rb1，Rb2较小。,利用Rb1和Rb2组成的分压器固定基极电位UB 使 I2IB UB=I2Rb2=,Q点稳定电路,利用Rb1和Rb2组成的分压器固定基极电位UB 使 I2IB UB=I2Rb2=,利用Re将IE的变化转化为电压的变化。（UE=IERe） 则： UBE=UB-UE UE=ReIE,Re形成了负反馈,利用Re将IE的变化转化为电压的变化:UE=IERe,2.稳定工作点的原理：,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过
14、程,在条件：UB固定,利用Rb1和Rb2组成的分压器固定基极电位UB,3. 工作点稳定的条件：,（1）条件：IRIB UBUBE,UB不能太大：UBUEUCE放大器的动态范围变窄（2） CE的作用：使ui几乎不受损失地加到be之间 此外和Re配合，保持发射极一定的直流电位,注意：参数Rb1，Rb2 大小要合适。Rb1，Rb2太小出现问题： （I）使电流大耗电多；（II）Rb1，Rb2的分流使输入电阻变小。,IR=（510）IB UB=（510）UBE,Q点稳定电路 4.Q值的计算方法:,分压偏置电路（Q点稳定电路）举例:,例：电路的形式及参数如图所示 (rbb=300) ，试： （1）确定Q点
15、（2）估算rbe （3）计算Au、Ri和Ro,ui,解（1） 求Q点：,ICIEUB/Re=4v/2k=2mAUCE=VCC-ICRC-IERE=3vIB=IC/=2mA/40=50A,（2）估算rbe：,rbe=300+（1+）,（3）计算Au,ui,求Ri和Ro Ri=Rb1/Rb2/rberbe=833 Ro=Rc=2.5k,RL=RC/RL=2.55/(2.5+5)=1.66k 则,ui,讨论：1.若没有电容Ce，再求解上题。,此时，Q点和保持不变， 而,=11.5k,（没有电容Ce ，导致Au减小了！，Ri增大了！）,2. 如果有信号源内阻 Rs=100，求Aus=Uo/Vs,ui,
16、Aus=-79.70.89=-71.16 （Rs导致了电压放大倍数减小）,而,则,引言：放大电路的三种基本组态,三种基本接法,共射组态(CE),共集组态(CC),共基组态(CB),共集电极放大电路 共基极放大电路,思考:如何画等效电路？,(a)电路图,(a)电路图,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：,画出共集电极放大电路的微变等效电路：,2.5 共集电极放大电路 射极输出器,电路图,一、电路组成,二、静态分析,由直流通路求得静态工作点Q：,由基极回路列KVL:,图 共集电极放大电路,求得静态基极电流,则,三、动态分析：画出共集电极放大电路的微变等
17、效电路：,先求出:管子输入端口的戴维宁等效电路US串RS;输出端口等效电阻Re=Re/RL,三、动态分析：画出交流通路和微变等效电路，求出：电压放大倍数 Au、输入电阻 Ri、输出电阻 RO,共集电极放大电路为射极输出器,(b)等效电路,思考:如何画等效电路？,(a)电路图,1、电流放大倍数,所以,2、电压放大倍数,结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近 1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。,3、输入电阻,输入电阻较大，且与负载电阻大小有关。,Ri,注意：该电阻没有计入Rb，是从管子的输入端口看进去的等效电阻。,4、输出电阻“加压求流法”,输出电阻低，故带载能力比较强。,Ro,图 2.
18、6.2求射极输出器 Ro 的等效电路“加压求流法”,2.5.4 射极输出器主要特点和应用,1、特点：（1）Au小于1而接近于1，且Uo与Ui同相，即输出电压与输入电压差不多，故又称为射极跟随器。（2）射极跟随器有电流放大能力。（3） 输入电阻高、输出电阻低。,2、 应用射极跟随器通常用作隔离级，以及多级放大器的输入级和输出级。,例1：图示电路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）画出直流通路，用估算法计算静态工作点,射极输出器举例分析：,*(略)射极输出器举例分析：,例2：电路参
19、数如图，作出直流负载线，试计算静态工作点Q.,（1）作直流负载线由输出端：UCE=VCC-ICRE 得IC=0时，UCE=VCC=24v UCE=0时，IC=VCC/RE=30mA作出直流负载线MN,（2） Q点,IC=IB=500.4=20mAUCE=VCC-ICRE=24-200.8=8v,2.6共基极放大电路,(a)原理电路,VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。,(b)实际电路,实际电路采用一个电源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分压提供基极正偏电压。,直流通路：静态分析 ：计算Q点,共基极放大器h参数等效电路,共基极放大电路,微变等效电路：,共基极放大器
20、,共基极放大器交流通路1,共基极放大器交流通路2,2.6 共基极放大电路,一、电路形式 ：,二、静态分析 ：计算Q点,三、动态分析 ：,Ib,三、动态分析 ：,（1）电压放大倍数 Au=Uo/Ui, Uo=-Ic RL,（2）电流放大倍数 Ai=Io/Ii Io=-Ic=-Ib Ii=-Ie=-(Ib+Ic)=-(1+)Ib Ai=/(1+)=1,（3）求Ri Ri=Ui/ (-Ie)=-Ibrbe/-(1+) Ib=rbe/(1+),（4）求Ro 当输入端短路时，电流源Ib不再输出电流，故 Ro=RC,四、共基极放大电路特点 ：,（1）uo与ui同相，Au的大小与共发射极电路Au的大小相同。
21、(2)输入电阻小，输出电阻大（3）工作频带宽，适用于高频电路。,三种基本组态的比较,三种基本组态的比较,2.7单管放大电路的频率特性,由于放大电路中存在电抗性元件，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。,2.7.1放大电路频率特性的概念,电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。,即, 单管共射放大电路的幅频特性和相频特性,下限频率、上限频率和通频带,fL ：下限频率；,fH ：上限频率,BW ：通频带,BW = fH - fL,单管共射放大电路的频率响应,定性分析：,中频段：各种电抗影响忽略，Au 与 f 无关；,低频段： 隔直电容压降增大， Au 降低。与电路中电阻
22、构成 RC 高通电路；,高频段：三极管极间电容并联在电路中， Au 降低。而且，构成 RC 低通电路。,2.8多级放大电路,2.8.1多级放大电路的耦合方式,三种耦合方式,阻容耦合,直接耦合,*变压器耦合,一、阻容耦合,阻容耦合放大电路,第 一 级,第 二 级,优点：,(1) 前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；(2) 选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。,不足：,(1) 不适合传送缓慢变化的信号；(2) 无法实现线性集成电路。,二、直接耦合,两个单管放大电路简单的直接耦合,特点：,(1) 可以放大交流和缓慢变化及直流信号；(2)
23、便于集成化。,(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；(4)零点漂移。,2.8.2多级放大电路的电压放大倍数,一、电压放大倍数,总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即,其中， n 为多级放大电路的级数。,二、 输入电阻和输出电阻,通常，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。,具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。,（1）第一级输出电阻RO1=第二级信号源内阻RS2（2）第二级输入电阻Ri2=第一级负载电阻RL1依次类推。,第 一 级,第 二 级,例1： 下图所示两级放大电路中，设晶体管T1、T2
24、的1,2为已知,UBEQ=0.7V。（1）试说明T1、T2各属什么组态的放大电路；（2）试写出ICQ1，ICQ2的表达式；（3）试写出Ri， Ro， Au的表达式。,多级放大电路举例分析：(类比2-17),（1）T1为共射组态T2为共集电极组态,（2）T1、T2管子：,例1： 下图所示两级放大电路中，设晶体管T1、T2的1,2为已知,UBEQ=0.7V。（1）试说明T1、T2各属什么组态的放大电路；（2）试写出ICQ1，ICQ2的表达式；（3）试写出Ri， Ro， Au的表达式。,多级放大电路举例分析: (类比2-17),（3）,例1： 下图所示两级放大电路中，设晶体管T1、T2的1,2为已知
25、,UBEQ=0.7V。（1）试说明T1、T2各属什么组态的放大电路；（2）试写出ICQ1，ICQ2的表达式；（3）试写出Ri， Ro， Au的表达式。,多级放大电路举例分析：(P124：2-17),（1）T1为共射组态T2为共集电极组态,（2）T1、T2管子：,例1： 下图所示两级放大电路中，设晶体管T1、T2的1,2为已知,UBEQ=0.7V。（1）试说明T1、T2各属什么组态的放大电路；（2）试写出ICQ1，ICQ2的表达式；（3）试写出Ri， Ro， Au的表达式。,多级放大电路举例分析: (类比2-17),（3）,问题的提出：直接耦合放大电路-零点漂移,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：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。零点漂移：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。,
