放大電路的基本原理和分析方法

1、第一章  放大電路的基本原理和分析方法（二）   五、單管放大電路的三種基本組態(tài)放大電路有三種基本組態(tài)，或稱三種接法 共射組態(tài)、共集組態(tài)和共基組態(tài)。三種組態(tài)電路的性能比較見教材 65 頁表 1 一 1 。    【  例 9  】共集電極電路如圖 1 6 ( a ) 所示。已知三極管=100 , rbb´= 300, UBEQ = 0 . 7V , R b= 430k, Rs = 20k, Vcc = 12V , Re = 7 . 5k, RL= 1 . 5k。    

2、60;                             圖十六( 1 ) 畫出電路的微變等效電路； ( 2 ) 求電路的電壓放大倍數(shù) Au和 Aus： ; ( 3 ) 求電路的輸入電阻 Ri 和輸出電阻 R0 。   解： ( 1 ) 電路的微變等效電路見圖 16 ( b )。&#

3、160; 【 說明 】本題練習(xí)共集電極電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)葬方法。   【 例 10 】 在圖 17 ( a ) 所示的放大電路中，已知三極管的= 50 , UBEQ = 0 . 6V , rbb ' = 300，電路其它參數(shù)如圖中所示。                            圖十七( 1

4、 ) 畫出電路的直流通路和微變等效電路；  ( 2 ) 若要求靜態(tài)時(shí)發(fā)射極電流 IEQ = 2mA ，則發(fā)射極電阻 Re應(yīng)選多大？ ( 3 ) 在所選的 Re之下，估算 IBQ 和 UcEQ 值； ( 4 ) 估算電路的電壓放大倍數(shù) Au、輸入電阻 Ri和輸出電阻 R0 。   解: ( 1 ) 畫出電路的直流通路和微變等效電路，見圖 1 7( b )和( c )所示。 ( 2 ) 根據(jù)圖( b )的直流通路，可列出   【 說明 】 本題練習(xí)共基極放大電路的分析方法。   六、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路   （一

5、）場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型三極管一樣，也可作為放大元件，但它本身又具有自己的 特點(diǎn)：( 1 ) 場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制元件，它是利用柵極與源極之間的電壓 UGS 的變化來控制漏極電流 iD 的變化的；( 2 ) 場(chǎng)效應(yīng)管的共源輸入電阻很高，其等效電阻 rGs 可達(dá) 1010以上，所以靜態(tài)時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極基本不取電流； ( 3 )為使放大電路正常工作，應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管來說，應(yīng)預(yù)先設(shè)置一個(gè)靜態(tài)偏置電壓UGSQ；( 4 )場(chǎng)效應(yīng)管是利用一種極性的多數(shù)載流子導(dǎo)電，故有單極型三極管之稱，它的性能受溫度變化的影響較小。而晶體三極管是利用兩種極性的載流子參與導(dǎo)電，

6、故被稱做雙極型三極管。   （二）場(chǎng)效應(yīng)管放大電路性能比較現(xiàn)將各種場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的性能比較列于表中（略）（電路請(qǐng)參閱教材）。    【  例 11  】在圖 18(a) 所示的放大電路中，已知場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性如圖（b）。                           &

7、#160;      圖十八   ( l ) 畫出直流負(fù)載線，確定靜態(tài)工作點(diǎn)；     ( 2 ) 確定靜態(tài)工作點(diǎn)處的跨導(dǎo)gm；   ( 3 ) 估算電壓放大倍數(shù)Au和輸出電阻R0；    ( 4 ) 若已知UTN =2V ，試用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)處的 UGsQ , IDQ和UDSQ值。  解:( 2 ) 根據(jù)定義 gm= iD/uGS, 在Q點(diǎn)附近取 iD 便有相應(yīng)的 uGS見圖（b），   【 說明 】本題練習(xí)基

8、本共源電路的綜合分析方法。    【  例 12  】在圖1 9( a )所示的共源極放大電路中,場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性見圖（c）。                                    

9、         圖十九 ( 1 ) 畫出電路的微變等效電路；  解：（1）放大電路的微變等效電路見圖20所示。                                &#

10、160;                   圖二十  （2）圖解發(fā)求Q和gm： 連接這兩點(diǎn)，得到直流負(fù)載線 AB ，見圖 1 9( c )。 作轉(zhuǎn)移特性曲線：由輸出特性可以看出，當(dāng) uGs = 0 時(shí)，ID2 . 2mA (a ) ,連接 a , b , c , 各點(diǎn)得到轉(zhuǎn)移特性曲線，見圖 19 ( b )。連接這兩點(diǎn)，得到轉(zhuǎn)移特性的負(fù)載線。 轉(zhuǎn)移特性和直流負(fù)載線的交點(diǎn)便是靜態(tài)工作點(diǎn) Q ，且可

11、對(duì)應(yīng)得到 IDQ= lmA , UGsQ =2V ，和確定輸出特性上的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，得到 UDsQ 12V .    【 說明 】本題練習(xí)分壓自偏壓式共源電路的綜合分析方法。     【 例 1 3 】 效應(yīng)管放大電路如圖 21( a )所示，已知VDD =12V , RG=12M，R1= l00k , R2 = 300k , RS = 12k, RL = ，電容 C1, C2足夠大，效應(yīng)管在工作點(diǎn)處的跨導(dǎo) g m=0 .9mS, rDs 很大，可忽略。       

12、;     ( l ) 列出靜態(tài)工作點(diǎn)處的 UGSQ , UDsQ 和IDQ的表達(dá)式；            ( 2 ) 畫出電路的微變等效電路；            ( 3 ) 求電路的 Au，Ri和R0值；            ( 4 ) 求當(dāng) R L

13、=12k時(shí)的Au值。                                                &#

14、160;     圖二十一     解：本題練習(xí)共漏放大電路的分析方法。       ( 1 ) 根據(jù)公式列出                    （2）微變等效電路見圖 21 ( b )。   【 說明 】本題練習(xí)共漏放大電路的分析方法。 

15、60; 七、放大電路的頻率響應(yīng)   （一）頻率響應(yīng)的一般概念前面各章的討論，均是假設(shè)在輸入信號(hào)的中頻范圍內(nèi)，即忽略了電路中各種電抗性元件的作用的情況下進(jìn)行的。但是在實(shí)際中，隨著信號(hào)頻率的變化，放大電路的放大倍數(shù)要隨之變化并產(chǎn)生一定的相位移。因此，放大電路的電壓放大倍數(shù)和相位是頻率的函數(shù)，稱之為放大電路的頻率特性。前者稱之為幅頻特性，后者稱之為相頻特性。             圖22電路的頻率特性。在低頻段，由于信號(hào)頻率很低，使禍合電容的容抗增大，三極管極

16、間電容的作用可忽略，輸入電壓 uBE 減小，電壓放大倍數(shù)降低。同時(shí)C1放大電路輸人電阻Ri構(gòu)成RC 高通電路，產(chǎn)生超前的相位移，在高頻段，由于信號(hào)頻率較高，三極管極間電容的作用不可忽略（串聯(lián)電容的作用可忽略），它將部分電流分走，使流入管子的電流減小，電壓放大倍數(shù)降低，同時(shí)形成的 RC 低通回路產(chǎn)生滯后的相位移。圖 22 ( a ) 為幅頻特性，圖（b）為相頻特性。   （二）單管共射放大電路的頻率響應(yīng)圖 22 ( a )是單管共射放大電路，圖（b）是其完整的混合等效電路。       ( l ) 中頻電壓放大倍數(shù)在

17、中頻段，隔直電容和管子極間電容的作用均可忽略，經(jīng)推導(dǎo)，其電壓放大倍數(shù)為：                  （1）( 2 ) 低頻電壓放大倍數(shù)設(shè) C2 C1, C2的作用可忽略（不考慮極間電容的影響），經(jīng)推導(dǎo)，其電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式為         （2）       

18、0;                                   圖二十二               

19、0;                                            圖二十三 ( 3 ) 高頻電壓放大倍數(shù)設(shè) C' C'

20、', C''和R'L的時(shí)間常數(shù)小于C'和輸入電阻的時(shí)間常數(shù)，在前者可以忽略的條件下（不考慮藕合電容的影響），經(jīng)推導(dǎo)，其電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式為              （3）   （三）波特圖波特圖是一種采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)來繪制放大電路頻率特性曲線的一種圖形。即頻率的坐標(biāo)用其對(duì)數(shù) lgf 表示，幅頻特性的縱坐標(biāo)用放大倍數(shù)的模取對(duì)數(shù)后乘以 20 來表示，即 20lgÀu，單位為分貝（dB）。相頻特性的縱坐

21、標(biāo)為放大倍數(shù)的相角。采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是可開闊視野，在較短的坐標(biāo)軸上表示出較寬頻帶范圍內(nèi)的情況。根據(jù)式 1 3 可畫出單管共射放大電路的波特圖，見圖24所示。                                 圖二十四 在中頻段， Ausm是一個(gè)與頻率無關(guān)的常數(shù)，因

22、此它是一條水平線，且是最大值，由于三極管的倒相作用，相位差180o在低頻段，頻率每下降 10 倍，電壓放大倍數(shù)就下降 20dB ，即斜率為 20dB / 10 倍頻程，并經(jīng) f = fL這一點(diǎn)，相位移在180o的基礎(chǔ)上超前最多不會(huì)超過 90o                              

23、;     在高頻段，頻率每升高10 倍，電壓放大倍數(shù)就下降 20dB ，即斜率為20dB / 10 倍頻程，并經(jīng)過 f = fhhHHHHH這一點(diǎn)，相位移在180o的基礎(chǔ)上滯后最多不超過 90o完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為：                 （四）上限頻率 fH和下限頻率 fL 的計(jì)算方法一般來說，fL 、 fH的計(jì)算方法通常采用時(shí)間常數(shù)法。當(dāng)信號(hào)頻率較低求算fL時(shí)，我們忽略三極管極間電容的作用，突出

24、藕合電容 C 1, C2 的作用；當(dāng)信號(hào)頻率較高，求算fH時(shí)，我們忽略藕合電容的作用而突出管子極間電容的影響，一般步驟是：       ( 1 ) 分別畫出放大電路低頻等效電路和高頻時(shí)混合等效電路； ( 2 ) 計(jì)算電容單獨(dú)作用時(shí)（低頻時(shí)，其它耦合電容短路；高頻時(shí)，其它極間電容開路）回路的時(shí)間常數(shù)值； ( 3 ) 比較各值。低頻時(shí)選值小，高頻時(shí)選值大的作為該電路的低頻時(shí)間常數(shù)和高頻時(shí)間常數(shù)；( 4 )  f = 換算出下限頻率fL限頻率 fH .在求算fL和fH時(shí)，一般來說fH的計(jì)算比較麻煩?？筛鶕?jù)上面有關(guān)公式和給定的已知條

25、件求得。                fT的數(shù)值有時(shí)需從手冊(cè)中查得。【 例 14 】放大電路如圖25所示。已知 Vcc = 6 . 7V , Rb 300k, Rc2k，三極管的 100 , rbe = 300 , UBEQ = 0.7V , Cl = C2 = 5 F 。( 1 ) 求中頻電壓放大倍數(shù) Aum； ( 2 ) 求下限頻率fL；( 3 ) 若設(shè)上限頻率 fH = 300kHz ，試畫出波特圖。解：本題練習(xí)中頻電壓放大倍數(shù) Aum，

26、下限頻率fL的計(jì)葬方法及波特圖的畫法。 ( 1 ) 本題雖然要求的是動(dòng)態(tài)參數(shù)，但有時(shí)卻要從靜態(tài)分析開始。                                           

27、           圖二十五              根據(jù)上面所給公式可得：( 3 ) 畫波特圖，關(guān)鍵是要抓住以下幾點(diǎn)： 求出電路中頻電壓放大倍數(shù) Aum ( Aum）。該值為常數(shù)且最大值，是一水平直線。對(duì)于單管共射放大電路來說，其相位為180o。 求電路的上限頻率fH和下限頻率fL 在低頻段，幅頻特性：按20dB / 10 倍頻程的斜率變化（即頻率增加 10 倍，幅值增加

28、 20dB ）。相頻特性：在180o的基礎(chǔ)上，相位超前最大不超過 90o。一般認(rèn)為頻率在 10fL至 0.1fL 范圍按90o 的斜率變化，且fL正好發(fā)生在180o + 45o135o處。 在高頻段，幅頻特性按20dB/10倍頻程的斜率變化（即頻率增加 10 倍，幅值減少 20dB ）。相頻特性：在180o的基礎(chǔ)上，相位滯后最大不超過 90o，一般認(rèn)為頻率在 0.1fH 至 10fH 介范圍內(nèi)，按90o的斜率變化，且fH正好發(fā)生在180o 45o 225o處。已知 |Aum| = 125 ，則 20lg|Aum| 42dB , fL = 20Hz ，fH 300kHz，畫出其波特圖，見圖26所

29、示。                                         圖二十六    八、多級(jí)放大電路    （一）多級(jí)放大電路的藕合

30、方式將若干級(jí)單管放大電路級(jí)連起來就構(gòu)成了多級(jí)放大電路。級(jí)與級(jí)之間的連接方式常用的有三種直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。三種耦合方式的比較見教材 105 頁表 12 。    （二）多級(jí)放大電路的靜態(tài)分析直接藕合放大電路因無電容隔直，各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不獨(dú)立，分析時(shí)比較麻煩。一般都要找好突破口，通過關(guān)鍵支路的電壓電流關(guān)系求解聯(lián)立方程得到。阻容禍合和變壓器藕合電路因有隔直作用，故各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立，只要按前面學(xué)過的分析方法，一級(jí)一級(jí)地計(jì)算就可以了。    （三）多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析     &#

31、160; 1、中頻電壓放大倍數(shù)的估算多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù) Au應(yīng)是各級(jí)電路電壓放大倍數(shù)之乘積，即         其中：為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù)，其中每級(jí)的電壓放大倍數(shù)可用單級(jí)放大電路的公式來計(jì)算。單管基本共射、共集、共基電路電壓放大倍數(shù)的公式見以下各式            要特別注意的是，公式中的 Ri ，不僅是本級(jí)電路輸出端的等效電阻，還應(yīng)包含下級(jí)電路等效至輸入端的電阻，即前一級(jí)輸出端往后看總的等效電阻。 &

32、#160;       2 、輸入電阻的估算多級(jí)放大電路的輸入電阻一般來說就是輸入級(jí)電路的輸入電阻，即                             3 輸出電阻的估算多級(jí)放大電路的輸出電阻一般來說就是輸出級(jí)電路的輸出電阻，即：  

33、0;                                          【  例 15  】?jī)杉?jí)放大電路如圖27所示。已知rbb1 = rbb2 = 300, UBEQ0,

34、R130k, R2 = 150k, R3 =10k, R4 =3 . 6k, R5= 20k, R6= 10k, R7= 5 . 6K,1 =2 = 50 , VcC = 1 2V 。      ( 1 ) 試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；       ( 2 ) 畫出電路的微變等效電路；        ( 3 ) 求電路中頻時(shí)的電壓放大倍數(shù) Au、輸入電阻 Ri和輸出電阻 Ro ,      &

35、#160;                                         圖二十七        &#

36、160;                                            圖二十八      解: ( 1 ) 靜態(tài)工

37、作點(diǎn)兩級(jí)是互相獨(dú)立的，單獨(dú)計(jì)算即可。第一級(jí)放大電路為分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，第二級(jí)為共集電極電路。                      ( 2 ) 微變等效電路見圖28 所示。           ( 3 )  Au Aul ×Au2    &#

38、160;       式中：           代入數(shù)據(jù)，可得                 【 說明 】本題練習(xí)阻容藕合放大電路的綜合分析方法。    【  例 16  】 兩級(jí)放大電路如圖 29所示，求電路靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、

39、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。     解：                                             圖二十九

40、畫出圖29電路的直流通路和微變等效電路，見圖30所示。                                              &#

41、160;  圖三十                              【 說明 】本題練習(xí)共射一共基組態(tài)電路的分析方法。   （四）多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)         l、幅頻特性已知多級(jí)放大電路總的電壓放大

42、倍數(shù)是各級(jí)放大電路放大倍數(shù)的乘積，則其對(duì)數(shù)幅頻特性便是各級(jí)對(duì)數(shù)幅頻特性之和，即          見圖 31 ( a )。       2、相頻特性多級(jí)放大電路總的相位移為各級(jí)放大電路相位移之和，即                     

43、   見圖 31 ( b )。                                              圖三十一 

44、0;       3、上限頻率和下限頻率多級(jí)放大電路的上限頻率由下式?jīng)Q定：               若各級(jí)放大電路的上限頻率相等，均為fH1，則兩級(jí)放大電路總的上限頻率fH64fH1。多級(jí)放大電路的下限頻率由下式?jīng)Q定：               

45、; 若各級(jí)放大電路的下限頻率相等，均為fL1，則兩級(jí)放大電路總的下限頻率fL1 . 55 fL1。    【  例 l7  】?jī)杉?jí)放大電路如圖32( a )所示。已知 Vcc = 12V , UCEQI = 6V ，1= 100 ，2= 50 , rbe1=1.5k, rbe2 =1k, Rb1= Rb21=R b22 =100M, Rc1= Rc2 = RL = 3k, Re2=1k, Rs = 1k, C1=1F , C2=10F , C3和Ce很大，其容抗可忽略。試計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù) Ausm ，下限頻率fL。     解：其微變等效電路見圖（ b ）所示。               &#