1、第 2 章 基本放大电路,2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 放大电路静态工作点的稳定 2.5 晶体管单管放大电路的三种接法 2.6 晶体管基本放大电路的派生电路 2.7 场效应管放大电路,2.1.1.放大电路的基本概念,放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。,2.1 概述,放大电路概念：放大电路放大的本质是能量的控制和转换。 在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因此，电子电路放大的
2、基本特征是功率放大。 a.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 b.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管或场效应管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。因此，在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件。,放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。注：晶体管和场效应管是放大电路的核心元 件，只有它们工作在合适的区域（晶体管工作在放大区、场效应管工作在恒流区），才能使输出量与输入量始终保持线性关系，即电路不会产生失真。,2.1.2 放大电路的性能指标,不同放大电路在Us和RL相同的条件下Ii、Uo、Io将不
3、同，说明不同放大电路从信号源所取的电流不同，且对同样的信号的放大能力也不同；同一放大电路在不同幅值相同、频率不同Us作用下，Uo也将不相同，即对不同频率的信号同一放大电路的放大能力存在差异。为了反映放大电路的各方面性能，引出如下指标：,1.放大倍数表示放大器的放大能力,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器 可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,（1）电压放大倍数定义为: AU=UO/UI（重点）,（2）电流放大倍数定义为: AI=IO/II,（3）互阻增益定义为: Ar=UO/II,（4）互导增益定义为: Ag=IO/UI,2. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电
4、阻,一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。,输入端,Ri,uS,RS,信号源,Au,输出端,3. 输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。,Au,uS,Ro,uso,输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,0,.,o,.,o,o,S,L,=,=,=,U,R,I,U,R,输出电阻的定义：,4. 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,f,A,Am,0.7Am,fL,下限截止频率,fH,上限截止频率,通频带越宽，表明放
5、大电路对不同频率信号的适应能力越强,2.2 晶体管放大电路的组成及其工作原理,2.2.1 共射基本放大电路的组成及其工作原理,2. 2.1电路组成及各部分的作用:,(1)三极管T: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。,(3)RC：将iC的变化转换为vo的变化，一般几K几十K。VCE=VCC-ICRC RC ，VCC 同属集电极回 路。,(2)VCC：为JC提供反偏电压，一般几 几十伏;,(4)VBB：为发射结提供正偏。,(5)Rb：一般为几十K几千K，Rb ,Vbb 属基极回路,一般，硅管VBE=0.7V锗管VBE=0.2V,2.2.2 设置静态工作点的必要性,背景
6、知识： 静态：当放大电路没有输入信号时，电路中 各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。 b. 动态：当放大电路输入信号后，电路中各处 的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。,一、静态工作点Q:,静态工作点的表达式：,为什么要设置静态工作点？,现将加在基极的直流电压去掉。电路如图： 当加入输入电压ui，若其峰值小于be间开启电压，则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，因而输出电压无变化。即使ui的幅值足够大，晶体管也只可能在信号正半周大于be间开启电压时间间隔内导通，所以输出电压必然严重失真。,对于放大电路的最基本的要求： （1）
7、不失真（2）能够放大因此：如果波形失真，那么放大就无意义了。只有信号在整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会失真。结论：为保证放大电路不产生失真，就必须设置合适的静态工作点。放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。,静态工作点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路所有的动态系数。,2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析,工作原理：,输入信号加在三极管的发射结于是有下列过程：,三极管放大作用,与 变化的方向相反,变化的 通过 转变为 变化的输出,波形分析,以上分析可知: 对于基本共射放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮
8、载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个周期内，始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。,2.2.4 放大电路的组成原则,组成原则： 1提供直流电源，为电路提供能源。 2电源的极性和大小应保证BJT基极与发射极之间处于正向偏置；而集电极与基极之间处于反向偏置，从而使BJT工作在放大区。 3电阻取值与电源配合，使放大管有合适的静态点。 4输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 5当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。,1.直接耦合共射放大电路,可以省去,Rb,+VCC,VBB,RC,C2,T,单电源
9、供电,放大电路中的信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连，故称为直接耦合。,解决了“共地”问题,2. 阻容耦合共射放大电路,为了使输入信号完全加到放大管的输入回路。电路变为：,电容C1用于连接信号源与放大电路，电容C2用于连接放大电路与负载。在电子电路中起连接作用的电容称为耦合电容。,作用：隔直通交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。,作业1.4,电路如图P1.4所示，已知ui5sint (V)，二极管导通电压UD0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。,作业1.5,电路如图P1.5（a）所示，其输入电压uI1和uI2的波形如图（b）所示，二极管导通电压UD0
10、.7V。试画出输出电压uO的波形，并标出幅值。,作业1.9,解：（1）当UI10V时，若UOUZ6V，则稳压管的电流为4mA，小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。故,当UI15V时，稳压管中的电流大于最小稳定电流IZmin，所以UOUZ6V 同理，当UI35V时，UOUZ6V。（2）29mAIZM25mA，稳压管将因功耗过大而损坏。,作业 1.13,有两只晶体管，一只的200，ICEO200A；另一只的100，ICEO10A，其它参数大致相同。你认为应选用哪只管子？为什么？解：选用100、ICEO10A的管子，因其适中、ICEO较小，因而温度稳定性较另一只管子好。,2.3 晶体管放大电路的分
11、析方法,2.3.2 图解法,2.3.1 直流通路和交流通路,2.3.1 等效电路法,2.3.1 直流通路与交流通路,直流通路(ui = 0)分析静态。,交流通路(ui 0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。,静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变（直流工作状态）。,动态：只考虑交流信号，即vi不为0，各点电位变化（交流工作状态）。,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须遵循“先静态、后动态”的原则，求解静态工作点利用直流通路，求解动态参数时利用交流通道。正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。,直流通路,用来研究静态工作点,（1）电容视为开路 （2）
12、电感线圈视为短路 （3）信号源视为短路,交流通路,交流通路： 能通过 交流的电路通道。从C、 B、E向外看，有等效的 交流负载电阻， Rc/RL 和偏置电阻Rb 。,画交流通路原则：,1.无内阻的直流电源视为短路；,2. 视电容对交流信号短路,习题2.3,画出交流通路,画直流通路,基极回路和集电极回路电路分为线性和非线性两部分,求VBE、IB的方法同二极管图解分析,输入特性,VBE=VBB-IBRb,输出特性,VCE=VCC-ICRC,静态工作点的分析,2.3.2 图解法,(a) 作输入特性曲线 iB=f(vBE),vCE(v),i C (mA),2,1,2,4,6,8,0,10,M,N,IB
13、,VCC/Rc,iB/,A,O,(d) 作线性部分的伏安特性曲线直流负载线VCE=VCC - ICRC用两点法做直线M(VCC,0)，N(0,VCC/Rc),(e)直线MN与IB曲线的交点Q就是静态工作点Q,1. 交流放大原理（设输出空载）,假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,用图解法确定动态工作情况,uCE也沿着负载线变化,UCE与Ui反相！,uCE怎么变化,？,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,对交流信号(输入信号ui),2.放大器的交流负载线,1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路分析动态工作情况 交流通路的画法：,交流负载线,输出端接入负
14、载RL：不影响Q 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,这就是说，交流负载线的斜率为：,交流负载线的作法： 斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）,经过Q点。,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,经过Q点。,注意： （1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,例 2.3.3,硅管，ui = 10 sin t (mV)，RB = 176 k， RC = 1 k， VCC = VBB = 6 V，图解分析各电压、电流值。,解,令 ui = 0，求静态电流 IBQ,u
15、BE/V,iB/A,0.7 V,30,Q,ui,IBQ,(交流负载线),6,直流负载线,6,ICQ,Ucem,O,O,O,O,O,O,当 ui = 0uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ,当 ui = Uim sin tib = Ibmsin tic = Icmsin tuce = Ucem sin tuo = uce,iB = IBQ + Ibmsin t iC = ICQ + Icmsin t uCE = UCEQ Ucem sin t= UCEQ +Ucem sin (180 t),放大电路的非线性失真问题,因工作点不合适或者信号太大使放大电路的
16、工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。,1. “Q”过低引起截止失真,NPN 管： 顶部失真为截止失真。,PNP 管： 底部失真为截止失真。,不发生截止失真的条件：IBQ Ibm 。,交流负载线,2. “Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管：底部失真为饱和失真。,PNP 管：顶部失真为饱和失真。,IBS 基极临界饱和电流。,不接负载时，交、直流负载线重合，V CC= VCC,不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBS,最大不失真电压Uom,当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。可以从输出特性曲线的图解分析中得到最大不失真电压的峰值。,方
17、法是以UCEQ为中心，取“VCC UCEQ”和“UCEQUCES”这两段距离中的最小值。若除以 则得到其有效值。,选择工作点的原则：,当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设得低一些；,为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；,为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。,2.3.3 等效电路法,2.3.2 H参数小信号模型,2.3.1 H参数的引出,引 言,一 建立小信号模型的意义,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是在一定的条件下（工作点附近）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。,由于研究对象的多样性和复杂性，往往把
18、对象的某些特征提取出来，用已知的、相对明了的单元组合来说明，并作为进一步研究的基础，这种研究方法称为建模。,引 言,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。,二 建立小信号模型的思路,2.3.1 H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,对于BJT双口网络， 我们已经知道输入 输出特性曲线如下：,uBE=f(iB，vCE),iC=g(iB ，vCE),vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,能构成电路图吗,由于微分形式代表着变化的部分，因此可以把上
19、式用小信号交流分量表示：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,2.3.2 H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。,输出端交流短路时的输入电阻；也就是表示小,其中：,信号作用下不be间的动态电阻。Q点越高，输入特性曲线越陡，值也就越小。,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；从输出特性曲线上看，当小信号作用时，它表示晶体管在Q点附近的电流放大系数 .,输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比。从输入特性曲线上看，就是IBIBQ的情况下，uCE对uBE的影响，因此也称为内反馈系数。当ce
20、 间电压足够大时，它的值很小，可忽略不计。,输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。从输出特性上看，它是在IBIBQ的那条曲线上Q点的导数。由于大多数管子工作在放大区时曲线都很平，所以它的值很小。,1 模型的简化,即 rbe= hie = hfeuT = hre rce= 1/hoe,一般采用习惯符号,则BJT的H参数模型为, uT很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路, ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。,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
21、般也用公式估算 rbe,rbe= rb + (1+ ) re,其中对于低频小功率管 rb(100300）,则,1、电压放大倍数的计算：,3 、 H参数的应用,共 射 极 放 大 电 路,负载电阻越小，放大倍数越小。,画微变等效电路,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。,2、输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,当信号源有内阻时：,所以：,用加压求流法求输出电阻：,3、输出电阻的计算：,根据定义,4 晶体三极管交流分析,步骤：, 分析直流电路，求出“Q”，计算 rbe。, 画电路的交流通路 。, 在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。, 分析计算
22、叠加在“Q”点上的各极交流量。,求：1. 静态工作点。,例,2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0 。,3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ，是截止还是饱和失,真？应调节哪个元件？如何调节？,解：1 .,2. 思路：微变等效电路,AU、Ri 、R0,例 = 100，uS = 10sin t (mV)，求叠加在“Q” 点上的各交流量。,12 V,12 V,510,470 k,2.7 k,3.6 k,解,令 ui = 0，求静态电流 IBQ, 求“Q”，计算 rbe,ICQ = IBQ = 2.4 mA,UCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V),uce, 交流通路,ube,
23、小信号等效, 分析各极交流量, 分析各极总电量,uBE = (0.7 + 0.0072sint )V,iB = (24 + 5.5sint) A,iC = ( 2.4 + 0.55sint ) mA,uCE = ( 5.5 0.85sint ) V,2.4.1 静态工作点稳定的必要性,2.4 射极偏置放大电路,当环境温度,静态工作点的位置发生变化的原因,1 温度对晶体管参数的影响,TICBO,温度每升高10oC, ICBO一倍,TUBE,温度每升高1oC, UBE2.5mv,T,温度每升高1oC,/ 0.51%,2 温度对静态工作点的影响,ICQ=IBQ+(1+) ICBO,IBQ=（Vcc-
24、 UBE）/ RB TICQQ饱和失真,3 工作点上移时输出波形分析,“Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管：底部失真为饱和失真。,不接负载时，交、直流负载线重合,静态是基础，动态是目的,2.4.2 电路组成及稳定静态工作点的原理,特点：RB1上偏流电阻、RB2下偏流电阻、RE发射极电阻 共发射极电路,电路组成,+UBEQ,IBQ,I1,IEQ,二 稳定静态工作点的原理,1.直流通路,ICQ,直流通路的画法,若电路调整适当，可以使ICQ基本不变。,2.稳定过程（原理）,TICQICQREUB固定UBEIBQICQ,3.稳定的条件 UB固定 UB=VCCRB2 / (RB1+RB2),（1）
25、I1 IB 硅管I1=（5-10）IBQ锗管I1=（10-20）IBQ （2）UB UBE 硅管UB=（3-5）V 锗管UB=（1-3）V,三、静态工作点的估算求Q点（IBQ、ICQ 、UCEQ） 求法：画出直流通路求解,说明Q是否合适,利用戴维南定理（同学自己做）,动态分析求AU、Ri、RO一 画出放大电路的微变等效电路1.画出交流通路,2.画出放大电路的微变等效电路,二 计算动态性能指标,1.计算Au,“-”表示Uo和Ui反相。Au的值比固定偏流放大电路小了。,2.计算输入电阻,Ri，同时说明公式的记法和折合的概念。,uo在RE两端的电压可以忽略不计，因此RoRc 。,3. 计算输出电阻R
26、oRo=uo/io Us=0RL=,2.5.1 共集电极放大电路 (射极输出器),一、电路组成与静态工作点,2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法,IBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ ) RE,ICQ = I BQ,UCEQ = VCC ICQ RE,交流通路,二、性能指标分析,交流通路,小信号等效电路,RL = RE / RL,电压放大倍数：, 1,输入电阻：,输出电阻：,us = 0,+ u ,i,iRE,RS = Rs / RB,i = iRE ib ib,射极输出器特点,Au 1 输入输出同相,Ri 高,Ro 低,用途：输入级 输出级 中间隔离级,例 2.5.1 =
27、120，RB = 300 k，rbb= 200 ， UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k，VCC = 12V。 求：“Q ”，Au，Ri，Ro。,解,1)求 “Q”,IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE= (12 0.7) / 300 +121 1 27 (A),IEQ I BQ = 3.2 (mA),UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V),2)求 Au，Ri，Ro,Rbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k),Ri = 300/(1.18 121) = 51.2 (k),RL= 1
28、/ 1 = 0.4 (k),提高 Ri 的电路：,无 C3、RB3：,Ri = (RB1 / RB2) / rbe + (1 + ) RE,Ri = 50 / 510 = 45 (k),Ri = (RB3 + RB1 / RB2) / rbe + (1+ )RE,Ri = (100 + 50) / 510 = 115 (k),无 C3 有 RB3 ：,接 C3 ：,RB3 / rbe rbe,Ri = rbe+ (1 + ) (RB/ RE) = (1 + ) (RB / RE ),Ri = 51 50 / 10 = 425 (k),10 k,2.5.1 共基极放大电路,2.5.1 共基极放大
29、电路,一、求“Q”(略),二、性能指标分析,Ri,Ri,Ro,Ro = RC,特点：,1. Au 大小与共射电路相同。,2. 输入电阻小，Aus 小。,2.5.3 三种接法的比较,共射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。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级输出的形式。 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，频率特性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大电路。,
30、2.7 场效应管放大电路,2.7.2 场效应管电路小信号等效电路分析法,2.7.1 场效应管放大电路的组态,2.7.1 场效应管放大电路的组态,三种组态：,共源、共漏、共栅,特点：,输入电阻极高， 噪声低，热稳定性好,一、直流偏置电路,1. 自给偏压电路,栅极电阻 RG 的作用：,(1)为栅偏压提供通路,(2)泻放栅极积累电荷,源极电阻 RS 的作用：,提供负栅偏压,漏极电阻 RD 的作用：,把 iD 的变化变为 uDS 的变化,UGSQ = UGQ USQ = IDQRS,2. 分压式自偏压电路,调整电阻的大小，可获得：,UGSQ 0,UGSQ = 0,UGSQ 0,例 2.8.1 耗尽型
31、N 沟道 MOS 管，RG = 1 M，RS = 2 k，RD= 12 k ，VDD = 20 V。IDSS = 4 mA，UGS(off) = 4 V，求 iD 和 uO 。,iG = 0, uGS = iDRS,iD1= 4 mA,iD2= 1 mA,uGS = 8 V, UGS(off),增根,uGS = 2 V,uDS = VDD iD(RS + RD) = 20 14 = 6 (V),uO = VDD iD RD = 20 14 = 8 (V),在放大区,例 2.8.2 已知 UGS(off)= 0.8 V，IDSS = 0.18 mA，求“Q”。,解方程得：IDQ1 = 0.69
32、mA，UGSQ = 2.5V (增根，舍去),IDQ2 = 0.45 mA ， UGSQ = 0.4 V,2.7.2 场效应管电路小信号等效电路分析法,小信号模型,从输入端口看入，相当于电阻 rgs()。,从输出端口看入为受 ugs 控制的电流源。,id = gmugs,一 、场效应管等效电路分析法,例 2.8.3gm= 0.65 mA/V，ui = 20sint (mV)，求交流输出 uo。,10 k,4 k,交流通路,小信号等效电路,ui = ugs+ gmugsRS,ugs= ui / (1 + gmRS),uo = gmui RD / (1 + gmRS),= 36sin t (mV),二、性能指标分析,1. 共源放大电路,有 CS 时：,无 CS 时：,RS,Ri、Ro 不变,2. 共漏放大电路,io,Ro,
