模擬電子技術(shù)(江曉安)(第三版) 第2章

1、第二章 放大電路分析基礎(chǔ)第二章第二章 放大電路分析基礎(chǔ)放大電路分析基礎(chǔ)2.1 放大電路工作原理放大電路工作原理 2.2 放大電路的直流工作狀態(tài)放大電路的直流工作狀態(tài) 2.3 放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)分析 2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路 2.5 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.1 放大電路工作原理放大電路工作原理2.1.1 放大電路的組成原理放大電路的組成原理圖2-1 共發(fā)射極基本放大電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ) (1) 為保證三極管V工作在放大區(qū), 發(fā)射結(jié)必須正向運(yùn)用; 集電結(jié)必須反向運(yùn)用。圖中Rb, UBB即保證e結(jié)正向運(yùn)用;

2、Rc, UCC保證c結(jié)反向運(yùn)用。(2)既然我們要放大信號(hào),那么電路中應(yīng)保證輸入信號(hào)能加至三極管的e結(jié),以控制三極管的電流。 （3）圖中Rs為信號(hào)源內(nèi)阻；Us為信號(hào)源電壓；Ui為放大器輸入信號(hào)。電容C1為耦合電容, 其作用是: 使交流信號(hào)順利通過加至放大器輸入端，同時(shí)隔直流, 使信號(hào)源與放大器無直流聯(lián)系。C1一般選用容量大的電解電容, 它是有極性的, 使用時(shí), 它的正極與電路的直流正極相連, 不能接反。C2的作用與C1相似, 使交流信號(hào)能順利傳送至負(fù)載, 同時(shí), 使放大器與負(fù)載之間無直流聯(lián)系。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 2 單電源共發(fā)射極放大電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.1.2 直流通路和

3、交流通路直流通路和交流通路當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí),電路只有直流電流;當(dāng)考慮信號(hào)的放大時(shí),我們應(yīng)考慮電路的交流通路。所以在分析、計(jì)算具體放大電路前,應(yīng)分清放大電路的交、直流通路。由于放大電路中存在著電抗元件,因而直流通路和交流通路不相同。對(duì)于直流通路來說,電容視為開路,電感視為短路;對(duì)于交流通路,電容和電感應(yīng)作為電抗元件處理,當(dāng)其電抗與其所在回路的串聯(lián)電阻相比,可忽略其作用時(shí),電容一般按短路處理,電感按開路處理。直流電源因?yàn)槠鋬啥穗妷褐倒潭ú蛔?內(nèi)阻視為零,故在畫交流通路時(shí)也按短路處理。根據(jù)上述原則,圖22電路的直流通路和交流通路可畫成如圖23(a)、(b)所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 3 基

4、本共e極電路的交、直流通路第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 放大電路的分析主要包含兩個(gè)部分: 直流分析, 又稱為靜態(tài)分析, 用于求出電路的直流工作狀態(tài), 即基極直流電流IB; 集電極直流電流IC; 集電極與發(fā)射極間直流電壓UCE。 交流分析, 又稱動(dòng)態(tài)分析, 用來求出電壓放大倍數(shù)、 輸入電阻和輸出電阻三項(xiàng)性能指標(biāo)。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.2 放大電路的直流工作狀態(tài)放大電路的直流工作狀態(tài)2.2.1 解析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)解析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)由圖2 - 3(a)所示, 首先由基極回路求出靜態(tài)時(shí)基極電流IBQ: bBECCBQRUUI硅管VVUBE7 . 0,8 . 06 . 0取VVUBE2 . 0,

5、3 . 01 . 0取鍺管(2-1)(2-2)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)cCCCCEQBQCQRIUUII 根據(jù)三極管各極電流關(guān)系, 可求出靜態(tài)工作點(diǎn)的集電極電流ICQ：再根據(jù)集電極輸出回路可求出UCEQ(2-3)(2-4)第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 【例1】 估算圖2 - 2放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)UCC=12 V, Rc=3k, Rb=280k, 。 解解 根據(jù)公式(2 - 1)、(2 - 3)、 (2 - 4)得VUmAIAmAICEQCQBQ63212204. 05040040. 02807 . 012第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.2.2 圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 將圖2 -

6、 3(a)直流通路改畫成圖2 - 4(a)。 由圖a、 b兩端向左看, 其iCuCE關(guān)系由三極管的輸出特性曲線確定, 如圖2 - 4(b)所示。由圖a、 b兩端向右看, 其iCuCE關(guān)系由回路的電壓方程表示: uCE=UCC-iCRc第二章 放大電路分析基礎(chǔ)uCE與iC是線性關(guān)系, 只需確定兩點(diǎn)即可: 令iC=0,uCE=UCC,得M點(diǎn);令uCE=0,iC=UCC/Rc,得N點(diǎn)。將M、N兩點(diǎn)連接起來,即得一條直線,因?yàn)樗从沉酥绷麟娏?、電壓與負(fù)載電阻Rc的關(guān)系，所以稱為直流負(fù)載線,如圖2-4(c)所示。 由于在同一回路中只有一個(gè)iC值和uCE值,即iC、uCE既要滿足圖2-4(b)所示的輸出特

7、性,又要滿足圖2-4(c)所示的直流負(fù)載線,所以電路的直流工作狀態(tài),必然是IB=IBQ的特性曲線和直流負(fù)載線的交點(diǎn)。只要知道IBQ即可,一般可通過(2-1)式直接求出。Q點(diǎn)的確定如圖2-4(d)所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖圖2 4 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 由上可得出用圖解法求Q點(diǎn)的步驟: (1) 在輸出特性曲線所在坐標(biāo)中, 按直流負(fù)載線方程uCE=UCC-iCRc, 作出直流負(fù)載線。 (2) 由基極回路求出IBQ。 (3) 找出iB=IBQ這一條輸出特性曲線, 與直流負(fù)載線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)。讀出Q點(diǎn)坐標(biāo)的電流、電壓值即為所求。第二章 放大電路分析基礎(chǔ)

8、【例2】如圖2 - 5(a)所示電路, 已知Rb=280k, Rc=3k, UCC=12V, 三極管的輸出特性曲線如圖2 - 5(b)所示, 試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。 圖2 5 例 2 電路圖第二章 放大電路分析基礎(chǔ)解解 首先寫出直流負(fù)載方程, 并作出直流負(fù)載線: CCCCCERiUu.,4312, 0;,12, 0即得直流負(fù)載線連接這兩點(diǎn)點(diǎn)得點(diǎn)得NmARUiuMVUuicCCCCECCCEC然后, 由基極輸入回路, 計(jì)算IBQAmARUUIbBECCBQ4004. 0102807 . 0123 直流負(fù)載線與iB=IBQ=40A這一條特性曲線的交點(diǎn), 即為Q點(diǎn), 從圖上查出IBQ=40 A,

9、 ICQ=2mA, UCEQ=6V, 與例1結(jié)果一致。第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.2.3 電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 1. Rb對(duì)對(duì)Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 為明確元件參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)的影響,當(dāng)討論Rb的影響時(shí),固定Rc和UCC。Rb變化,僅對(duì)IBQ有影響,而對(duì)負(fù)載線無影響。如Rb增大,IBQ減小,工作點(diǎn)沿直流負(fù)載線下移;如Rb減小,IBQ增大,則工作點(diǎn)將沿直流負(fù)載線上移,如圖26(a)所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 6 電路參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)的影響第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2. Rc對(duì)對(duì)Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 Rc的變化, 僅改變直流負(fù)載線的N點(diǎn), 即僅改變直流負(fù)載線的斜率。 Rc減小

10、, N點(diǎn)上升, 直流負(fù)載線變陡, 工作點(diǎn)沿iB=IBQ這一條特性曲線右移。 Rc增大, N點(diǎn)下降, 直流負(fù)載線變平坦, 工作點(diǎn)沿iB=IBQ這一條特性曲線向左移。如圖2 - 6(b)所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 3. UCC對(duì)對(duì)Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響 UCC的變化不僅影響IBQ, 還影響直流負(fù)載線, 因此, UCC對(duì)Q點(diǎn)的影響較復(fù)雜。 UCC上升, IBQ增大, 同時(shí)直流負(fù)載線M點(diǎn)和N點(diǎn)同時(shí)增大, 故直流負(fù)載線平行上移, 所以工作點(diǎn)向右上方移動(dòng)。 UCC下降, IBQ下降, 同時(shí)直流負(fù)載線平行下移。所以工作點(diǎn)向左下方移動(dòng)。如圖2 - 6(c)所示。 實(shí)際調(diào)試中, 主要通過改變電阻Rb來改變靜態(tài)

11、工作點(diǎn), 而很少通過改變UCC來改變工作點(diǎn)。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.3 放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)分析2.3.1 圖解法分析動(dòng)態(tài)特性圖解法分析動(dòng)態(tài)特性1. 交流負(fù)載線的作法交流負(fù)載線的作法圖圖2 7 交流負(fù)載線的畫法交流負(fù)載線的畫法第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 交流負(fù)載線具有如下兩個(gè)特點(diǎn): (1) 交流負(fù)載線必通過靜態(tài)工作點(diǎn), 因?yàn)楫?dāng)輸入信號(hào)ui的瞬時(shí)值為零時(shí), 如忽略電容C1和C2的影響, 則電路狀態(tài)和靜態(tài)時(shí)相同。 (2) 另一特點(diǎn)是交流負(fù)載線的斜率由 表示。 LR第二章 放大電路分析基礎(chǔ)過Q點(diǎn), 作一條 的直線, 就是交流負(fù)載線。/LRIU 具體作法如下: 首先作一條 的輔助線(此

12、線有無數(shù)條), 然后過Q點(diǎn)作一條平行于輔助線的線即為交流負(fù)載線, 如圖2 - 7所示。 由于 , 故一般情況下交流負(fù)載線比直流負(fù)載線陡。 交流負(fù)載線也可以通過求出在uCE坐標(biāo)的截距, 再與Q點(diǎn)相連即可得到。/LRIULcLRRR/LCQCEQCCRIUU連接Q點(diǎn)和 點(diǎn)即為交流負(fù)載線。 CCU(2-5)第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 【例3】作出圖2 - 5(a)的交流負(fù)載線。已知特性曲線如圖2- 5(b)所示, UCC=12V, Rc=3k, RL=3k, Rb=280k。 解解 首先作出直流負(fù)載線, 求出Q點(diǎn), 如例2所示。 為方便將圖2 - 5(b)重畫于圖2 - 8。 顯然作一條輔助線, 使其

13、取U=6 V、I=4mA, 連接該兩點(diǎn)即為交流負(fù)載線的輔助線, 過Q點(diǎn)作輔助線的平行線, 即為交流負(fù)載線。可以看出 相一致。與按 kRRRLcL5 . 1/kRIUL5 . 1VUCC9VRIUULCCEQCC95 . 126相一致。第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 8 例 3 中交流負(fù)載線的畫法第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2. 交流波形的畫法交流波形的畫法表 2-140604020402321264.567.56tAiB/mAiC/VuCE/021232第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 仍以例3為例, 設(shè)輸入加交流信號(hào)電壓為ui=Uimsint, 則基極電流將在IBQ上疊加進(jìn)ib, 即iB=IBQ+Ibms

14、int, 如電路使Ibm=20A,則)(sin2040AtiB圖圖2-9 基極、基極、 集電極電流和電壓波形集電極電流和電壓波形第二章 放大電路分析基礎(chǔ)由以上可看出,在放大電路中,三極管的輸入電壓uBE、電流iB,輸出端的電壓uCE、電流iC均含直流和交流成分。交流是由信號(hào)ui引起的,是我們感興趣的部分。直流成分是保證三極管工作在放大區(qū)不可少的。在輸入端,直流成分疊加交流成分,然后進(jìn)行放大;在輸出端,用電容將直流隔掉,取出經(jīng)放大后的交流成分。它們的關(guān)系式為 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)sinsinsinsinBEBEQbeBEQbemBBQbBQbmCCQCCQcmCECEQceCEQcemuUu

15、UUtiIiIItiIiIItuUuUUt由圖29可看出,基極、集電極電流和電壓的交流成分保持一定的相位關(guān)系。ic、ib和ube三者相位相同;uce與它們相位相反。即輸出電壓與輸入電壓相位是相反的。這是共e極放大電路的特征之一。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.3.2 放大電路的非線性失真放大電路的非線性失真1.由三極管特性曲線非線性引起的失真由三極管特性曲線非線性引起的失真這種失真主要表現(xiàn)在輸入特性的起始彎曲部分,輸出特性間距不勻,當(dāng)輸入信號(hào)又比較大時(shí),將使ib、uce和ic正負(fù)半周不對(duì)稱,即產(chǎn)生了非線性失真,如圖210所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 10 三極管特性的非線性引起的失真第二

16、章 放大電路分析基礎(chǔ)2.工作點(diǎn)不合適引起的失真工作點(diǎn)不合適引起的失真當(dāng)工作點(diǎn)設(shè)置過低,在輸入信號(hào)的負(fù)半周,工作狀態(tài)進(jìn)入截止區(qū),因而引起iB、iC和uCE的波形失真,這稱為截止失真。由圖211(a)可以看出,對(duì)于NPN三極管共e極放大電路,對(duì)應(yīng)截止失真,輸出電壓uCE的波形出現(xiàn)頂部失真。如果工作點(diǎn)設(shè)置過高,則在輸入信號(hào)的正半周,三極管工作狀態(tài)會(huì)進(jìn)入飽和區(qū),此時(shí),iB繼續(xù)增大而iC不再隨之增大,因此引起iC和uCE的波形失真,這稱為飽和失真。由圖211(b)可看出,對(duì)于NPN三極管共e極放大電路,當(dāng)產(chǎn)生飽和失真時(shí),輸出電壓uCE的波形出現(xiàn)底部失真。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖圖2 11 靜態(tài)工作點(diǎn)

17、不合適產(chǎn)生的非線性失真靜態(tài)工作點(diǎn)不合適產(chǎn)生的非線性失真第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 放大電路存在最大不失真輸出電壓幅值Umax或峰-峰值Up - p。 最大不失真輸出電壓是指: 當(dāng)工作狀態(tài)已定的前提下, 逐漸增大輸入信號(hào), 三極管尚未進(jìn)入截止或飽和時(shí), 輸出所能獲得的最大不失真輸出電壓。如ui增大首先進(jìn)入飽和區(qū), 則最大不失真輸出電壓受飽和區(qū)限制, Ucem=UCEQ-Uces; 如首先進(jìn)入截止區(qū), 則最大不失真輸出電壓受截止區(qū)限制, Ucem=ICQR, 最大不失真輸出電壓值, 選取其中小的一個(gè)。 如圖2 - 12所示, ),(cesCEQLCQUURI所以LCQcemRIU第二章 放大電路分析

18、基礎(chǔ)圖2 12 最大不失真輸出電壓第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 關(guān)于圖解法分析動(dòng)態(tài)特性的步驟歸納如下: (1) 首先作出直流負(fù)載線, 求出靜態(tài)工作點(diǎn)Q。 (2) 作出交流負(fù)載線。 根據(jù)要求從交流負(fù)載線可畫出輸出電流、 電壓波形, 或求出最大不失真輸出電壓值。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.3.3 微變等效電路法微變等效電路法1.物理等效電路物理等效電路三極管的微變等效電路，可從電路知識(shí)引入h參數(shù)微變等效電路。下面我們從管子工作原理直接得出簡(jiǎn)化微變等效電路。電路如圖213(a)所示。對(duì)信號(hào)而言三極管發(fā)射結(jié)是信號(hào)源的負(fù)載，它向信號(hào)索取電流Ib，如在信號(hào)源間接入電阻rbe，如圖213(b)所示，此時(shí)信號(hào)源

19、也向rbe提供電流Ib，則稱rbe是三極管be間的等效電阻，即三極管be間可用電阻rbe等效；根據(jù)三極管輸出特性，只要三極管工作在放大區(qū)，三極管就可視為電流源，輸出電流ICIb,它是一個(gè)受控電流源，其大小和方向均受基極電流Ib的控制。故三極管ce間可用受控電流源Ib等效，如圖214所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖213三極管電路及其be間等效電路 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)綜合上述結(jié)論，三極管的微變等效電路可用圖215所示。該等效電路稱為三極管的簡(jiǎn)化微變等效電路，因?yàn)樗鼪]考慮ce間的電壓變化引起的基區(qū)寬度變化，從而使基極電流Ib變化(有時(shí)稱此為基區(qū)寬變效應(yīng))。由于該影響較小，一般情況下均將此影

20、響忽略。而ce間的等效電路中，沒考慮電阻rce，由于其數(shù)值較大，一般在數(shù)十千歐到數(shù)百千歐，遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，其影響也很小，故也將此影響忽略。在放大電路指標(biāo)分析和計(jì)算中，一般均采用簡(jiǎn)化等效電路。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖214三極管輸出特性及ce間等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2-15三極管的簡(jiǎn)化等效電路 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)rbe如何計(jì)算呢?畫出三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,如圖2-16(a)所示,基極與發(fā)射極之間由三部分電阻組成:基區(qū)體電阻rbb,對(duì)于低頻小功率管， rbb約為300,對(duì)于高頻小功率管， rbb約為幾十100；re為發(fā)射區(qū)體電阻,由于重?fù)诫s,故re很小,一般可忽略；re為發(fā)射

21、結(jié)電阻?；鶚O和集電極之間,rc為集電結(jié)電阻,rc為集電區(qū)體電阻,Ib是受控電流源。一般由于集電結(jié)反向運(yùn)用,rc很大,可視為開路，則輸入等效電路如圖2-16(b)所示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2-16rbe估算等效電路 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)分析輸入等效電路可以寫出 bebe ebbUI rI r又 Ie=(1+)Ib 則 bebe ebe(1)(1) bbbbUI rI rI rr故 bee(1)bebbbUrrrI第二章 放大電路分析基礎(chǔ)其中,發(fā)射結(jié)動(dòng)態(tài)電阻re可由公式(1-5)求出，即 26(mV)26( )(mV)eEQEQrII所以 26(1)( )bebbEQrrI(IEQ取m

22、A)第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 2. 三極管的三極管的h參數(shù)微變等效電路參數(shù)微變等效電路 三極管處于共e極狀態(tài)時(shí), 輸入回路和輸出回路各變量之間的關(guān)系由以下形式表示: 輸入特性: ),(CEBBEuifu輸出特性:),(CEBCuifi 式中iB、 iC、 uBE、uCE代表各電量的總瞬時(shí)值, 為直流分量和交流瞬時(shí)值之和, 即ceCEQCEcCQCbeBEBEbBQBuUuiIiuuuiIi,(2-7)(2-8)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)用全微分形式表示uBE和iC， 則有CEICECBUBCCCEICEBEBUBBEBEduuudiiididuuudiiuduBQCEQBQCEQ（2-9）（2-

23、10）第二章 放大電路分析基礎(chǔ)22211211huihiuhiuhiuBQCEQBQCEQICECUBCICEBEUBBE令(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)則(2 - 9)、 (2 -10)式可寫成11122122dddddBEBCECBCEuh dihuihihu（2-15）（2-16）則式(2 - 15)、 (2 - 16)可改寫成cebccebbeUhIhIUhIhU22211211（2-17）（2-18）第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 17 完整的h參數(shù)等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)*3. h參數(shù)的意義和求法參數(shù)的意義和求法三極管輸出交流短路時(shí)的

24、輸入電阻(也可寫成hie)CEQCEQUBBEUBBEiuiuh11BQBQICEBEICEBEuuuuh12三極管輸入交流開路時(shí)的電壓反饋系數(shù)(也可寫成hre）第二章 放大電路分析基礎(chǔ)三極管輸出交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)(也可寫成hfe）CEQCEQUBCUBCiiiih21BQBQICECICECuiuuh22三極管輸入交流開路時(shí)的輸出導(dǎo)納(也可寫成hoe)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 18 從特性曲線上求出h參數(shù)第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 由于h12、h22是uCE變化通過基區(qū)寬度變化對(duì)iC及uBE的影響, 一般這個(gè)影響很小, 所以可忽略不計(jì)。這樣(2 - 16)、 (2-17)式又可簡(jiǎn)化為

25、bebbeIhIIhU2111(2-19)(2-20)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.3.4 三種基本組態(tài)放大電路的分析三種基本組態(tài)放大電路的分析1. 放大電路的性能指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)(1) 電壓放大倍數(shù)Au。iOuUUA sOusUUA (2-21)(2-22)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(2) 電流放大倍數(shù)Ai。oiiIAI(3) 功率放大倍數(shù)Ap。iuiiOOiOPAAIUIUPPA(2-23)(2-24)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(4) 輸入電阻ri。iiiIUr (5) 輸出電阻ro。22IUro(2-25)(2-26)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 19 ro測(cè)量原理圖第二章 放大電路分析

26、基礎(chǔ) 實(shí)際中, 也可通過實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得ro, 測(cè)量原理圖如圖2- 17 所示。 第一步令RL時(shí), 測(cè)出放大器開路電壓Uo。 第二步接入RL, 測(cè)得相應(yīng)電壓為Uo。而LOOoLOLoOLLoOORUUrRURrURRrUU1)(2-27)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2. 共共e極放大電路極放大電路電路如圖2-20(a)所示,畫出其微變等效電路如圖2-20(b)所示。畫微變等效電路時(shí),把電容C1、C2和直流電源UCC視為短路。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 20 共e極放大電路及其微變等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iOuUUA LcLLbORRRRIU/式中beLube

27、birRArIU由圖2-20(b)等效電路得 (2-28) 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(2) 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) iOiIIA iOiIIA考慮Rb的作用, 電流在輸入端存在分流關(guān)系?？紤]負(fù)載Rc、RL的影響, 電流在輸出端也存在一個(gè)分流關(guān)系。由等效電路圖2 20(b)可得IiIb, 流過負(fù)載的電流為輸出電流Io，則 IoIc=Ib, 所以Lc|LRRR第二章 放大電路分析基礎(chǔ) (3) 輸入電阻輸入電阻ri: 由圖2 - 18(b)可直接看出ri=Rbri, 式中biiIUr 由于 Ui=Ibrbe，所以 ri=rbe。當(dāng)Rbrbe時(shí), 則ri=Rbrberbe(2-30)第二章 放大電路

28、分析基礎(chǔ) (4) 輸出電阻輸出電阻ro: 由于當(dāng)Us=0時(shí), Ib=0, 從而受控源Ib=0, 因此可直接得出 ro=Rc。 注意, 因ro常用來考慮帶負(fù)載RL的能力, 所以, 求ro時(shí)不應(yīng)含RL, 應(yīng)將其斷開。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)uisiusisisiusiiOsisOusArRrArRrUUAUUUUUUUUA(5) 源電壓放大倍數(shù)源電壓放大倍數(shù)usosUAU(2-31)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)3. 共共c極放大電路極放大電路電路如圖2-21(a)所示,信號(hào)從基極輸入,射極輸出,故又稱為射極輸出器。圖2-21(b)為其微變等效電路。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 21 共c極放大電路

29、及其微變等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(1) 電壓放大倍數(shù):iOuUUA beeebeeiOubebebiLeeebOrRRrRUUAIRrIURRRRIU)1 ()1 ()1 ()1 (/)1 (2-32)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(2) 電流放大倍數(shù)iOiIIA )1 ()1 (,bbbeibieOIIIIAIIII流過Re=ReRL的電流為Io，則 所以 (2-33) 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(3) 輸入電阻輸入電阻ri: )1 (/)1 (/ebebiebebiiibiRrRrRrIUrrRr共c極放大電路輸入電阻高, 這是共c極電路的特點(diǎn)之一。 因 故 (2-34)第二章 放大電路分

30、析基礎(chǔ)(4) 輸出電阻ro: 按輸出電阻計(jì)算方法,信號(hào)源Us短路,在輸出端加入U(xiǎn)2,求出電流I2,則 22IUro其等效電路如圖2-22所示。由圖可得 222ebsbeIIIIUIRUIIRr 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 22 求ro等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)/.ssbRRR式中1/)1 (22222beseobeserRRIUrrRURUI則2bsbeUIIRr 第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 綜上所述, 共c極放大電路是一個(gè)具有高輸入電阻、低輸出電阻、電壓增益近似為1的放大電路。所以共c極放大電路可用來作輸入級(jí)、 輸出級(jí), 也可作為緩沖級(jí), 用來隔離它前后兩級(jí)之間的相互影響。 第二章 放

31、大電路分析基礎(chǔ)4. 共共b極放大電路極放大電路圖2 23 共b極放大電路及其微變等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(1) 電壓放大倍數(shù)iOuUUA ：bebiLcLLbOrIURRRRIU,/,beLurRA(2-36)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(2) 輸入電阻ri: 11/1)1 (,/bebeeibeibeibebiiiiieirrRrrrIIIrIUIUrrRr與共e極放大電路相比, 其輸入電阻減小到rbe/(1+)。(2-37)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(3) 輸出電阻ro: 故時(shí)當(dāng), 0, 0,0bbsIIUcORr (4) 電流放大倍數(shù):iOiIIA ,OciecicIIIIIAI (2

32、-38)(2-39) 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)表表2-2三種基本放大器的比較三種基本放大器的比較 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路 (1) 溫度上升, 反向飽和電流ICBO增加, 穿透電流ICEO=(1+)ICBO也增加。 反映在輸出特性曲線上是使其上移。 (2) 溫度上升, 發(fā)射結(jié)電壓UBE下降, 在外加電壓和電阻不變的情況下, 使基極電流IB上升。 (3) 溫度上升, 使三極管的電流放大倍數(shù)增大, 使特性曲線間距增大。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)綜合起來,溫度上升,將引起集電極電流IC增加,使靜態(tài)工作點(diǎn)隨之升高。我們知道,靜態(tài)工作點(diǎn)選擇

33、過高,將產(chǎn)生飽和失真,如圖2-24所示;反之亦然。顯然,不解決此問題,三極管放大電路難于應(yīng)用,冬天設(shè)計(jì)的電路,夏天可能工作不正常;北方的電路,南方用不成。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 24 溫度對(duì)Q點(diǎn)和輸出波形的影響實(shí)線: 20時(shí)的特性曲線虛線: 50時(shí)的特性曲線第二章 放大電路分析基礎(chǔ)解決辦法應(yīng)從兩個(gè)方面入手:使外界環(huán)境處于恒溫狀態(tài),把放大電路置于恒溫槽中,但這樣所付出的代價(jià)較高,因而此方法只用于一些特殊要求的地方。再有一個(gè)辦法就是本節(jié)所介紹的從放大電路自身去考慮,使其在工作溫度變化范圍內(nèi),盡量減小工作點(diǎn)的變化。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 25 電流反饋式偏置電路第二章 放大電路分析基

34、礎(chǔ)我們知道,工作點(diǎn)的變化集中在集電極電流IC的變化。因此,工作點(diǎn)穩(wěn)定的具體表現(xiàn)就是IC的穩(wěn)定。為了克服IC的漂移,可將集電極電流或電壓變化量的一部分反過來饋送到輸入回路,影響基極電流IB的大小,以補(bǔ)償IC的變化,這就是反饋法穩(wěn)定工作點(diǎn)。反饋法中常用的電路有電流反饋式偏置電路、電壓反饋式偏置電路和混合反饋式偏置電路三種,其中最常用的是電流反饋式偏置電路,如圖2-25所示。該電路利用發(fā)射極電流IE在Re上產(chǎn)生的壓降UE,調(diào)節(jié)UBE,當(dāng)IC因溫度升高而增大時(shí),UE將使IB減小,于是便減小了IC的增加量,達(dá)到穩(wěn)定工作點(diǎn)的目的。由于IEIC,因而只要穩(wěn)定IE,IC便穩(wěn)定了。為此，電路上要做到下述兩點(diǎn)。

35、第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(1) 要保持基極電位UB恒定, 使它與IB無關(guān), 由圖2 - 23可得CCbbbBbbCCRBRbRbBRCCURRRURRUIIIRIRIIU2112112)(此式說明UB與晶體管無關(guān), 不隨溫度變化而改變, 故UB可認(rèn)為恒定不變。(2-40)(2-41)第二章 放大電路分析基礎(chǔ) (2) 由于IE=UE/Re, 所以要穩(wěn)定工作點(diǎn), 應(yīng)使UE恒定, 不受UBE的影響, 因此要求滿足條件eBeBEBeEEBEBRURUURUIUU穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程可表示如下: TIEIEReUBEIE(2-42)(2-43)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)實(shí)際中公式(2 - 40)、 (2 -

36、42)滿足如下關(guān)系:BEBBRUUII)105()()105(硅管可以更小對(duì)硅管, UB=35V; 鍺管, UB=13V。 (2-44)第二章 放大電路分析基礎(chǔ)對(duì)圖2 - 25所示靜態(tài)工作點(diǎn), 可按下述公式進(jìn)行估算: )(1211ecCQCCCEQEQBQCQeEEQBEBECCbbbBRRIUUIIIRUIUUUURRRU(2-45) 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)如要精確計(jì)算, 應(yīng)按戴維寧定理, 將基極回路對(duì)直流等效為2112/1bbbCCbbbBBRRRURRRU如圖2 - 26所示, 然后按下式計(jì)算直流工作狀態(tài): )()1 (ecCCCCEBCebBEBBBRRIUUIIRRUUI第二章 放

37、大電路分析基礎(chǔ)圖2 26 利用戴維寧定理后的等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 27 圖2 - 25的微變等效電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 - 25的動(dòng)態(tài)分析如下所述: (1) 電壓放大倍數(shù):iOuUUA beLubebiLcLLbOrRArIURRRRIU/其中 所以 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(2) 輸入電阻ri: 由圖2 - 25可得bebbirRRr/21(3) 輸出電阻ro: coRr 第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 【例4】設(shè)圖2 25中UCC=24V, Rb1=20k, Rb2=60k, Re=1.8 k, Rc=33k,=50 , UBE=0.7V，求其靜態(tài)工作點(diǎn)。 VRRIUU

38、AIImARUIVUUUVURRRUecCCCCEQEQBQeEEQBEBECCbbbB21. 91 . 59 . 224)(5819 . 28 . 13 . 53 . 57 . 0662426020121第二章 放大電路分析基礎(chǔ)【例5】圖2-28(a)、(b)為兩個(gè)放大電路,已知三極管的參數(shù)均為=50,rbb=200,UBEQ=0.7V,電路的其它參數(shù)如圖所示。(1)分別求出兩個(gè)放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。(2)如果三極管的值均增大1倍,分析兩個(gè)電路的Q點(diǎn)各將發(fā)生什么變化。(3)三極管的值均增大1倍,兩個(gè)放大電路的電壓放大倍數(shù)如何變化? 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2-28例5電路

39、圖第二章 放大電路分析基礎(chǔ)解解(1)圖2-28(a)是共發(fā)射極基本放大器,圖2-28(b)是具有電流負(fù)反饋的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。它們的微變等效電路如圖2-29(a)、(b)所示。圖2-29圖2-28的微變等效電路 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)為求出動(dòng)態(tài)特性參數(shù),首先得求出它們的靜態(tài)工作點(diǎn)。在圖2-28(a)所示放大電路中，有 3120.70.02mA560 1050 0.021mA12 1 57VCCBEBQbCQBQCEQCCCQcUUIRIIUUIR 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)121CCCQce20 123.4V20503.40.72.7V2.71mA2.7(R )12 1 7.74.3V10.02

40、mA50bBbbEBBEECQEQeCEQCCCQBQR UURRUUUUIIRUUIRII 在圖2-28(b)所示放大電路中，有 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)兩個(gè)電路靜態(tài)工作點(diǎn)處的ICQ(IEQ)值相同,且rbb和也相同,則它們的rbe值均為 2651 26(1)2001.5k1bebbEQrrI由微變等效電路可求出圖2-29(a)所示電路的下列參數(shù)： 50 (5/5)83.31.5/560/1.51.5k5LubeibbeocRArrRrrRk 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)同理求得圖2-29(b)所示電路的參數(shù)如下： 1250 (5/5)83.31.5/1.5/20/501.36k5Lubeibe

41、bbocRArrrRrrRk 可見上述兩個(gè)放大電路的Au和ro均相同,ri也近似相等。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(2)當(dāng)由50增大到100時(shí),對(duì)于圖2-28(a)所示放大電路,可認(rèn)為IBQ基本不變,即IBQ仍為0.02mA,此時(shí), ICQ=IBQ=1000.02=2mAUCEQ=UCC-ICQRc=12-25=2V 可見,值增大后,共e極基本放大電路的ICQ增大,UCEQ減小,Q點(diǎn)移近飽和區(qū)。對(duì)本例,如再增大,則三極管將進(jìn)入飽和區(qū),使電路不能進(jìn)行放大。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 圖2-29(b)所示的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中,當(dāng)值增大時(shí),UB、UE、IEQ、ICQ、UCEQ均沒有變化,電路仍能正常工作

42、,這也正是工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的優(yōu)點(diǎn)。但此時(shí)IBQ將減小，如 BQ10.01mA100CQII上述Q點(diǎn)變化情況,可用圖2-30表示。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2-30增大時(shí)兩種共射放大電路Q點(diǎn)的變化情況 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)(3)從上述兩電路中其電壓放大倍數(shù)表達(dá)式可以看出兩者是相同的,均為Au=-RL/rbe,似乎上升,其Au均應(yīng)同比例增大。實(shí)際并非如此,因?yàn)?EQ26(1)bebbrrI與工作點(diǎn)電流IEQ有關(guān)。對(duì)于圖2-29(a),當(dāng)=100時(shí),IEQ=2mA,則 101 262001.5k2ber10 (5/5)1671.5LubeRAr 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)與=50相比,rbe幾乎沒

43、變,而Au基本上增大了1倍。對(duì)于圖2-29(b),當(dāng)=100時(shí),IEQ基本不變,仍為1mA,則 101 2620028262.8k1100 (5/5)89.32.8beLuberRAr 與=50相比,rbe增大了,但Au基本不變。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.5 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路 2.5.1 多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路的耦合方式 常用的耦合方式有三種, 即阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。 1. 多級(jí)放大電路的組成多級(jí)放大電路的組成圖2 31 多級(jí)放大電路組成的方框圖第二章 放大電路分析基礎(chǔ)對(duì)輸入級(jí)的要求與信號(hào)源的性質(zhì)有關(guān)。例如,當(dāng)輸入信號(hào)源為高內(nèi)阻電壓源時(shí),則要求輸入級(jí)也必須有

44、高的輸入電阻,以減少信號(hào)在內(nèi)阻上的損失。如果輸入信號(hào)源為電流源,為了充分利用信號(hào)電流,則要求輸入級(jí)有較低的輸入電阻。中間級(jí)的主要任務(wù)是電壓放大,多級(jí)放大電路的放大倍數(shù)主要取決于中間級(jí),它本身就可能由幾級(jí)放大電路組成。輸出級(jí)是推動(dòng)負(fù)載。當(dāng)負(fù)載僅需要足夠大的電壓時(shí),則要求輸出具有大的電壓動(dòng)態(tài)范圍。更多場(chǎng)合下,輸出級(jí)推動(dòng)揚(yáng)聲器、電機(jī)等執(zhí)行部件,需要輸出足夠大的功率,常稱為功率放大電路。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2. 阻容耦合阻容耦合通過電阻、電容將前級(jí)輸出接至下一級(jí)輸入,如圖2-32所示。通過電容C1與輸入信號(hào)相連,通過電容C2連接第一級(jí)和第二級(jí),通過電容C3連接至負(fù)載RL,考慮輸入電阻,則每一個(gè)電

45、容都與電阻相連,故這種連接稱為阻容耦合。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)在于:由于前、后級(jí)是通過電容相連的,因而各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立的,不互相影響,這給放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了很大的方便。而且,只要將電容選得足夠大,就可使得前級(jí)輸出信號(hào)在一定頻率范圍內(nèi)幾乎不衰減地傳送到下一級(jí)。所以阻容耦合方式在分立元件組成的放大電路中得到廣泛的應(yīng)用。第二章 放大電路分析基礎(chǔ)但是阻容耦合也存在不足之處。首先,它不適用于傳送緩慢變化的信號(hào),因?yàn)殡娙莸娜菘购艽?使信號(hào)衰減很大。至于直流信號(hào)的變化,則根本不能傳送。其次，大容量電容在集成電路中難于制造,所以,阻容耦合在線性集成電路中無法被采用。 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖

46、2 32 阻容耦合放大電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 33 直接耦合放大電路3. 直接耦合直接耦合第二章 放大電路分析基礎(chǔ)圖2 34 直接耦合方式實(shí)例第二章 放大電路分析基礎(chǔ)4. 變壓器耦合變壓器耦合圖2 35 變壓器耦合放大電路第二章 放大電路分析基礎(chǔ)2.5.2 多級(jí)放大電路的指標(biāo)計(jì)算多級(jí)放大電路的指標(biāo)計(jì)算1. 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iOuUUA 32312OOOiOiUUUUUU、由于則上式可寫成32133221uuuiOiOiOuAAAUUUUUUA加以推廣到n級(jí)放大器nuuuuuAAAAA 321(2-48)(2-49) 第二章 放大電路分析基礎(chǔ)關(guān)于每一級(jí)放大倍數(shù)的計(jì)算,已在2.3節(jié)中講過。不過,在計(jì)算每一級(jí)放大倍數(shù)時(shí),必須考慮前、后級(jí)之間的相互影響。一般是將后級(jí)作為前一級(jí)的負(fù)載考慮。如求圖2-36第一級(jí)放大倍數(shù)時(shí),將第二級(jí)的輸入電阻ri2作為第一級(jí)的交流負(fù)載,如圖2-37(a)所示。