第2章基本放大電路

2基本放大電路2.1放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)2.3放大電路的分析方法2.4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法2.2基本共射極放大電路的工作原理2.6場效應(yīng)管放大電路2.7基本放大電路的派生電路2.1.1放大的概念電壓增益（電壓放大倍數(shù)）電流增益互阻增益互導(dǎo)增益1.放大電路的符號及模擬信號放大——負(fù)載開路時(shí)的電壓增益A.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻由輸出回路得則電壓增益為由此可見即負(fù)載的大小會影響增益的大小要想減小負(fù)載的影響，則希望…？（考慮改變放大電路的參數(shù)）理想情況2.放大電路模型另一方面，考慮到輸入回路對信號源的衰減理想情況有要想減小衰減，則希望…？A.電壓放大模型——負(fù)載短路時(shí)的電流增益B.電流放大模型由輸出回路得則電流增益為由此可見要想減小負(fù)載的影響，則希望…？理想情況由輸入回路得要想減小對信號源的衰減，則希望…？理想情況C.互阻放大模型（自學(xué)）輸入輸出回路沒有公共端D.互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）E.隔離放大電路模型2.1.2放大電路的主要性能指標(biāo)1.輸入電阻2.輸出電阻注意：輸入、輸出電阻為交流電阻3.增益反映放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號能量的能力。其中四種增益常用分貝（dB）表示。4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬電壓增益可表示為在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響應(yīng)?；?qū)憺槠渲性搱D稱為波特圖縱軸：dB橫軸：對數(shù)坐標(biāo)4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬其中普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)4.頻率響應(yīng)B.頻率失真（線性失真）幅度失真：對不同頻率的信號增益不同，產(chǎn)生的失真。4.頻率響應(yīng)B.頻率失真（線性失真）幅度失真：對不同頻率的信號增益不同，產(chǎn)生的失真。相位失真：對不同頻率的信號相移不同，產(chǎn)生的失真。5.非線性失真由元器件非線性特性引起的失真。非線性失真系數(shù):endVO1是輸出電壓信號基波分量的有效值，Vok是高次諧波分量的有效值，k為正整數(shù)。2.2共射極放大電路的工作原理所謂放大,從表面上看是將信號由小變大,實(shí)質(zhì)上,放大的過程是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程。三極管有三個(gè)電極,三極管對小信號實(shí)現(xiàn)放大作用時(shí)在電路中可有三種不同的連接方式。組成原則：1、必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，讓三極管工作在放大。2、要能將需放大的小信號疊加到三極管上，并能將放大信號取出。2.2共射極放大電路的工作原理2.2.1基本共射極放大電路的組成

(組成原則）基本共射極放大電路2.2.2基本共射極放大電路的工作原理1.靜態(tài)(直流工作狀態(tài))輸入信號vi＝0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。直流通路VCEQ=VCC－ICQRc

2.2.2基本共射極放大電路的工作原理2.動(dòng)態(tài)輸入正弦信號vs后，電路將處在動(dòng)態(tài)工作情況。此時(shí)，BJT各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上隨輸入信號作相應(yīng)的變化。

交流通路2.3放大電路的分析方法2.3.1圖解分析法2.3.2小信號模型分析法(等效電路法）1.靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析2.動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析3.非線性失真的圖解分析4.圖解分析法的適用范圍1.BJT的H參數(shù)及小信號模型2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路3.小信號模型分析法的適用范圍2.3.1圖解分析法1.靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。共射極放大電路2.3.1圖解分析法1.靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析列輸入回路方程

列輸出回路方程（直流負(fù)載線）

首先，畫出直流通路直流通路在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到VCEQ和ICQ。在輸入特性曲線上，作出直線

，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到IBQ。根據(jù)vs的波形，在BJT的輸入特性曲線圖上畫出vBE、iB的波形2.動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析根據(jù)iB的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出iC和vCE的波形2.動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析2.動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析共射極放大電路中的電壓、電流波形3.靜態(tài)工作點(diǎn)對波形失真的影響截止失真的波形飽和失真的波形3.靜態(tài)工作點(diǎn)對波形失真的影響4.圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況。缺點(diǎn)：不能分析工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。1．直流通路和交流通路1）直流通路所謂直流通路,是指當(dāng)輸入信號ui=0時(shí),在直流電源UCC的作用下,直流電流所流過的路徑。在畫直流通路時(shí),電路中的電容開路,電感短路。圖所對應(yīng)的直流通路如圖（a）所示。2）交流通路所謂交流通路,是指在信號源ui的作用下,只有交流電流所流過的路徑。畫交流通路時(shí),放大電路中的耦合電容短路;由于直流電源UCC的內(nèi)阻很小,對交流變化量幾乎不

起作用,故可看作短路。圖所對應(yīng)的交流通路如圖(b)所示。圖、基本共射放大電路的交、直流通路(a)直流通路;(b)交流通路1．靜態(tài)（ui=0）工作情況所謂靜態(tài),是指輸入信號為零時(shí)放大電路的工作狀態(tài)。靜態(tài)分析的目的是通過直流通路分析放大電路中三極管的工作狀態(tài)。

圖20基本放大電路的靜態(tài)情況(a)電路;(b)靜態(tài)工作點(diǎn)Q

2．動(dòng)態(tài)工作情況所謂動(dòng)態(tài),是指放大電路輸入信號不為零時(shí)的工作狀態(tài)。當(dāng)放大電路加入交流信號ui時(shí),電路中各電極的電壓、電流都是由直流量和交流量疊加而成的。其波形如圖21所示。圖21放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況

（2.1）（2.2）（2.3）（2.4）（2.5）2.3.2等效電路法1.BJT的H參數(shù)及小信號模型建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路當(dāng)放大電路的輸入信號電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。1.BJT的H參數(shù)及小信號模型H參數(shù)的引出在小信號情況下，對上兩式取全微分得用小信號交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce對于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，已知輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以寫成：BJT雙口網(wǎng)絡(luò)輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻；輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)。其中：四個(gè)參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce1.BJT的H參數(shù)及小信號模型H參數(shù)的引出1.BJT的H參數(shù)及小信號模型H參數(shù)小信號模型根據(jù)可得小信號模型BJT的H參數(shù)模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJT雙口網(wǎng)絡(luò)1.BJT的H參數(shù)及小信號模型H參數(shù)小信號模型H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。受控電流源hfeib，反映了BJT的基極電流對集電極電流的控制作用。電流源的流向由ib的流向決定。hrevce是一個(gè)受控電壓源。反映了BJT輸出回路電壓對輸入回路的影響。1.BJT的H參數(shù)及小信號模型模型的簡化hre和hoe都很小，常忽略它們的影響。

BJT在共射連接時(shí)，其H參數(shù)的數(shù)量級一般為1.BJT的H參數(shù)及小信號模型H參數(shù)的確定一般用測試儀測出；rbe與Q點(diǎn)有關(guān)，可用圖示儀測出。rbe=rbb’+(1+

)re其中對于低頻小功率管rbb’≈200

則

而

(T=300K)

一般也用公式估算rbe

（忽略r’e）2.3.2小信號模型分析法2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路（1）利用直流通路求Q點(diǎn)

共射極放大電路一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，已知。2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路（2）畫小信號等效電路H參數(shù)小信號等效電路2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路（3）求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)根據(jù)則電壓增益為（可作為公式）電壓增益H參數(shù)小信號等效電路2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路（3）求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸入電阻輸出電阻令Ro=Rc所以3.小信號模型分析法的適用范圍放大電路的輸入信號幅度較小，BJT工作在其V－T特性曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內(nèi)。H參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點(diǎn)上求得的。所以，放大電路的動(dòng)態(tài)性能與靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)值的大小及穩(wěn)定性密切相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：分析放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(Av、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時(shí)的分析。缺點(diǎn)：在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及BJT的H參數(shù)均是針對變化量(交流量)而言的，不能用來分析計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。共射極放大電路放大電路如圖所示。已知BJT的?=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：，所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負(fù)值，此時(shí)，Q（120uA，6mA，0V），例題end2.4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題2.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性2.4.2典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路2.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性前節(jié)討論過，溫度上升時(shí)，BJT的反向電流ICBO、ICEO及電流放大系數(shù)或都會增大，而發(fā)射結(jié)正向壓降VBE會減小。這些參數(shù)隨溫度的變化，都會使放大電路中的集電極靜態(tài)電流ICQ隨溫度升高而增加（ICQ=

IBQ+ICEO），從而使Q點(diǎn)隨溫度變化。要想使ICQ基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時(shí)，電路能自動(dòng)地適當(dāng)減小基極電流IBQ。2.4.2典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路（1）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使IC維持恒定。如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。T穩(wěn)定原理：

ICIE

VE、VB不變

VBE

IBIC（反饋控制）1.基極分壓式射極偏置電路(a)原理電路(b)直流通路b點(diǎn)電位基本不變的條件：I1>>IBQ，此時(shí)，VBQ與溫度無關(guān)VBQ>>VBEQRe取值越大，反饋控制作用越強(qiáng)一般取I1=(5~10)IBQ，VBQ=3~5V

1.基極分壓式射極偏置電路（1）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理1.基極分壓式射極偏置電路（2）放大電路指標(biāo)分析①靜態(tài)工作點(diǎn)②電壓增益<A>畫小信號等效電路（2）放大電路指標(biāo)分析②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數(shù)已知，求rbe<C>增益（2）放大電路指標(biāo)分析（可作為公式用）③輸入電阻則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻（2）放大電路指標(biāo)分析④輸出電阻輸出電阻求輸出電阻的等效電路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源置零負(fù)載開路輸出端口加測試電壓其中則當(dāng)時(shí)，一般（）（2）放大電路指標(biāo)分析2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法2.5.1共集電極放大電路1.靜態(tài)分析共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示該電路也稱為射極輸出器由得直流通路①小信號等效電路2.5.1共集電極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析交流通路2.5.1共集電極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：其中一般，則電壓增益接近于1，電壓跟隨器即。2.5.1共集電極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析③輸入電阻當(dāng)，時(shí)，輸入電阻大④輸出電阻由電路列出方程其中則輸出電阻當(dāng)，時(shí)，輸出電阻小2.5.1共集電極放大電路2.動(dòng)態(tài)分析共集電極電路特點(diǎn)：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。2.5.1共集電極放大電路2.5.2共基極放大電路1.靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路與射極偏置電路相同2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：交流通路小信號等效電路②輸入電阻③輸出電阻2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)小信號等效電路2.5.3放大電路三種組態(tài)的比較1.三種組態(tài)的判別以輸入、輸出信號的位置為判斷依據(jù)：信號由基極輸入，集電極輸出——共射極放大電路信號由基極輸入，發(fā)射極輸出——共集電極放大電路信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出——共基極電路2.三種組態(tài)的比較3.三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途共射極放大電路：電壓和電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。共集電極放大電路：只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好?？捎糜谳斎爰?、輸出級或緩沖級。共基極放大電路：只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動(dòng)的功能。2.5.3放大電路三種組態(tài)的比較end2.6場效應(yīng)管放大電路

與三極管一樣,根據(jù)輸入、輸出回路公共端選擇不同,將場效應(yīng)管放大電路分成共源、共漏和共柵三種組態(tài)。本節(jié)主要介紹常用的共源和共漏兩種放大電路。

2.6.1共源放大電路

1.電路組成及直流偏置

圖1場效應(yīng)管共源放大電路由于柵極電阻上無直流電流,因而

圖2分壓偏置式共源放大電路

場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)可用式（3.4）或式（3.5）與式（3.7）或式（3.8）聯(lián)立求出UGSQ和IDQ,漏源電壓UDSQ由下式求得:(3.9)

2.動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)可由微變等效電路求出。1）場效應(yīng)管的微變等效電路

2）共源放大電路的微變等效電路圖3.12場效應(yīng)管微變等效電路（1）電壓放大倍數(shù):(3.10)（2）輸入電阻:

(3.11)

（3）輸出電阻:

(3.12)

圖