模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：第二章 基本放大電路

第二章基本放大電路§2.1放大的概念與放大電路的性能指標§2.2基本共射放大電路的工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定§2.5晶體管放大電路的三種接法§2.6場效應(yīng)管基本放大電路§2.7基本放大電路的派生電路作業(yè)2.12.22.32.42.62.92.102.112.132.142.172.1810學(xué)時

§2.1放大的概念與放大電路

的性能指標放大電路的應(yīng)用：傳感器電路現(xiàn)代通信電路自動控制電路電子測量電路本節(jié)知識點要求：深刻理解電信號放大的對象、本質(zhì)、特征及要求；理解信號源（內(nèi)阻）、負載電阻等概念；理解并掌握放大電路的主要性能指標（增益/放大倍數(shù)、輸入/輸出電阻、通頻帶、線性范圍、效率等）放大電路---保持信號不失真，將微弱信號（電壓、電流、功率）放大，且增益大于1的電子線路

BJT，F(xiàn)ET是構(gòu)成放大電路的核心元件一、放大的概念放大的對象：變化量放大的本質(zhì)：能量的控制與轉(zhuǎn)換放大的特征：功率放大（電壓或電流）放大的基本要求：不失真或失真小于一定值VCC直流電源供電負載信號源放大器通常是由信號源、放大電路及負載構(gòu)成的Rs放大電路

ioii+–uo+–us+–uiRL直流供電

放大器通用小信號模型輸入端口等效為一個電阻，放大電路是信號源的負載輸出端口等效為電壓源和電阻的串聯(lián)，放大電路是負載的信號源放大電路可視為雙口網(wǎng)絡(luò)二、性能指標1.放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù)信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流2.輸入電阻和輸出電阻將輸出等效成電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻空載時輸出電壓有效值帶RL時的輸出電壓有效值輸入電壓與輸入電流有效值之比從輸入端看進去的等效電阻3.通頻帶由于耦合電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，放大電路在信號頻率較低和較高時放大倍數(shù)下降，并產(chǎn)生相移衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力下限頻率上限頻率Rs放大電路

ioii+–uo+–us+–uiRL4.最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值5.最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數(shù)§2.2基本共射放大電路一、電路的組成及各元件的作用二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性三、波形分析四、放大電路的組成原則本節(jié)知識點要求：深刻理解靜態(tài)工作點設(shè)置的必要性；掌握放大電路基本組成與靜態(tài)工作點設(shè)置的原則；理解截止失真與飽和失真；能夠通過（測試）波形判斷靜態(tài)工作點的設(shè)置情況。一、電路的組成及各元件的作用1.電路組成基本共射極放大電路共射VBB、Rb：使UBE＞Uon且有合適的IBVCC：使UCE≥UBERc：將ΔiC

轉(zhuǎn)換成ΔuCE

(uo)動態(tài)信號作用時：2、各元件的作用ui

=0時，晶體管各極的電流、電壓、稱為靜態(tài)工作點Q，記作UBEQ、IBQ、

ICQ、

UCEQ二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性輸出電壓波形必然發(fā)生（嚴重）失真！要解決失真問題，必需設(shè)置合適的靜態(tài)工作點；并且，Q點還影響著所有的動態(tài)參數(shù)！為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要求晶體管有合適的靜態(tài)工作點？

核心器件BJT

偏置電路

輸入、輸出電路

vi=0三、基本共射放大電路的波形分析vi=Vsin

tvCE

=VCC-iC

RC輸出和輸入反相！動態(tài)信號馱載在靜態(tài)之上與iC

變化方向相反飽和失真底部失真截止失真頂部失真不失真，就要在信號的整個周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)靜態(tài)工作點合適：

合適的直流電源、合適的電路（元件）參數(shù)2.動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，負載上

能夠獲得放大了的動態(tài)信號3.對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類少、負載上無直流分量四、放大電路的組成原則直流工作點Q：

IBICVCE+-++-1.靜態(tài)工作點合適+-++-2.能夠加入交流小信號并放大3.解決：共地、電源種類少、負載上無直流分量（1）直接耦合放大電路問題：1.兩種電源2.信號源與放大電路不“共地”共地,并通過Rb1

使信號馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時，動態(tài)時，VCC和ui

同時作用于晶體管的輸入回路將兩個電源合二為一有直流分量有交流損失－＋UBEQ（2）電容耦合放大電路耦合電容的容量足夠大，對交流信號近似為短路。其作用是“隔離直流、通過交流”靜態(tài)時:C1、C2上電壓？C1、C2為耦合電容！＋－UBEQ－＋UCEQ動態(tài)時:uBE

=ui

+UBEQ

信號馱載在靜態(tài)之上,負載上只有交流信號§2.3放大電路的分析方法一、放大電路的直流通路和交流通路二、圖解法三、等效電路法本節(jié)知識點要求：掌握放大電路的直流通路與交流通路的分解等效；理解圖解法分析靜態(tài)工作點、放大倍數(shù)等的原理以及截止失真與飽和失真在圖解分析上的異同點；深刻理解并掌握等效電路分析法（直流模型分析靜態(tài)工作點，交流h參數(shù)模型分析動態(tài)性能指標）一、放大電路的直流通路和交流通路直流通路確定原則：

①

信號

Us=0，保留Rs②電容開路

③電感短路（線圈直流電阻為0）2.交流通路確定原則：

①直流電源短路（內(nèi)阻為0）

②大容量電容短路

③電感開路

放大電路中直流電源和交流信號的作用共存，為簡化分析，將它們分開，引入直流（偏置）通路和交流（信號）通路的概念。電容耦合共射放大電路的直流通路IbRbRCceVccICb

共射極放大電路例：?=80，Rb=300k，

Rc=2k，VCC=12V求：放大電路的Q點。此時

BJT工作在哪個區(qū)域？解：靜態(tài)工作點為Q（40uA，3.2mA，5.6V）BJT工作在放大區(qū)當(dāng)Rb

=100k時，再求Q點

此時BJT工作在哪個區(qū)域？

所以BJT工作在飽和區(qū)VCE最小只能為0

IC的最大電流為：此時，Q（120uA，6mA，0V），解：電容耦合共射放大電路的交流通路交流分析？直流電源對交流信號短路非線性線性電路vCE

1Vic已知BJT的輸入輸出特性曲線二、圖解法

1.圖解分析靜態(tài)工作點

共射極放大電路

首先，畫出直流通路IbRbRCceVccICVCEVBE++--

列輸入回路方程：

VBE=VCC－IBRb

在輸入特性曲線上，作出直線：

VBE=VCC－IBRb

兩線的交點即是Q點得到IBQIBRbRCceVccICVCEVBE++--iC在輸出曲線上，作出直流負載線，與IBQ曲線的交點即為Q點，從而得到VCEQ

和ICQ直流通路

列輸出回路方程（直流負載線）

VCE=VCC－ICRcQIbRbRCceVccICVCEVBE++--2.電壓放大倍數(shù)的分析斜率不變

1.vi

vBE

iB

iC

vCE

|vo|

2.vo

與vi相位相反；

3.可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。3.失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！減小Rb能消除截止失真嗎？tVBB

Q點過低，信號產(chǎn)生截止失真(輸出波形正半周切頂)icvo輸出波形輸入波形ibvCE波形失真非線性失真vi

vbe

ib

ic飽和失真消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，減小VBB，增大VCCRb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑飽和失真（主要）是輸出回路產(chǎn)生的失真最大不失真輸出電壓Uom

：

(UCEQ-UCES)與(VCC-UCEQ)，取其小者，除以

(?)不是好辦法！icvCEib輸入波形vo輸出波形vi

vbe

ib

ic波形失真非線性失真

Q點過高，信號產(chǎn)生飽和失真(輸出波形負半周切頂)電容耦合共射放大電路的交流通路vce=-ic

(Rc

//RL)直流電源對交流信號短路輸出回路方程由交流通路得交流負載線：

共射極放大電路vce=-ic

(Rc

//RL)交流負載線必過Q點，因此過輸出特性曲線上的Q點,做斜率為-1/R

L

的直線，該直線即為交流負載線。R

L=RL∥RC是交流負載電阻

交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡icQ4.直流與交流負載線討論：1.是什么參數(shù)、如何變化使Q1→Q2→Q3→Q4？從輸出電壓上看，哪個Q點最易產(chǎn)生截止失真？哪個Q點最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點下Uom

最大？3.設(shè)計放大電路時，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？ic可輸出的最大不失真信號ibvcevoQ點要設(shè)置在放大區(qū)的中間部位

放大電路的

動態(tài)范圍vi

vbe

ib

ic要有合適的交流負載線

t三、等效電路法半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析復(fù)雜化,等效就是用線性元件建立模型，近似地描述非線性器件的特性1.直流模型：適于Q點的分析求解靜態(tài)工作點，實質(zhì)上是利用了直流模型輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制電流源+-cUceQ+-eUbeQbUonIbQIcQbIbQ2.晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）在交流通路晶體管看成一個二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入輸出回路各為一個端口小信號作用下的關(guān)系式電阻無量綱無量綱電導(dǎo)交流等效模型（按方程畫模型）電阻無量綱無量綱電導(dǎo)h

參數(shù)的物理意義b-e間的動態(tài)電阻內(nèi)反饋系數(shù)交流電流放大系數(shù)c-e間的電導(dǎo)電阻無量綱無量綱電導(dǎo)分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計？簡化的

h

參數(shù)等效電路－交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得Q點越高，rbe

越??！輸入電阻不含Rs

!輸出電阻不含RL!交流等效電路3.放大電路的動態(tài)分析例：已知：求：解：求靜態(tài)Q點

Q（22uA，1.77mA，6.7V）BJT工作在放大區(qū)交流等效模型清華大學(xué)華成英hchya@討論一2.用PNP晶體管組成共射放大電路畫出電路的直流通路和交流通路2.空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？討論二已知ICQ=2.5mAUCES=0.7V1.當(dāng)輸入信號增大時，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？3.增強電壓放大能力的方法？討論三：直接耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析討論五：波形分析失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定一、溫度對靜態(tài)工作點的影響二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理

本節(jié)知識點要求：深刻理解穩(wěn)定靜態(tài)工作點的必要性;理解反饋的基本概念;理解穩(wěn)定靜態(tài)工作點的基本方法(直流反饋與溫度補償)以及注意事項。

ICBO

ICEO

T

IB

IC

IbRbRCceVccICVCEVBE++--一、溫度對靜態(tài)工作點的影響

Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變Q’就是要Q’回到Q二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路

直流通路Ce為旁路電容，在交流通路中視為短路

分壓射極偏置

固定偏置RbRCVcc如果溫度變化時，B點電位能基本不變，可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定b點電位基本不變的條件：

I1>>IBI1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2Reb三、穩(wěn)定工作點原理I1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2ReRLui

b使I1>>IB則：不會隨溫度變化而變化一般取

I1=(5~10)IB，Vb=3V~5V

I1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2ReRLui

bT

IC

IE

IC

VE

、VB不變

VBE

IB

（反饋控制）并且Re可取大些，反饋控制作用更強

I1I2IBRB1VccRCcRB2RE直流通路算法：e

兩種偏置電路的計算靜態(tài)：I1I2IBRb1VccRCC1C2Rb2Re清華大學(xué)華成英hchya@討論一圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點？若采用了措施，則是什么措施？§2.5晶體管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較本節(jié)知識點要求：掌握三種基本放大電路的動態(tài)等效電路分析;了解它們各自的特點。R1VCCR2RE＋－uoRL＋－uiC1C2..沒有RC一、共集放大電路uiuo其交流通路：

VCC

＋－uo

＋－uiC1C2..R1R2RERL＋＋－－uiuoRERLR2.R1交流通路：將BJT用h

參數(shù)模型代替：＋＋－－uiuoRLRBREbibrbeicibieceb.＋＋－－uiuoRERLRB.求:電壓增益＋＋－－

uiuoRLRBRE

bibrbeicibiebec.R1VCCR2RE＋－uoRL＋－

uiC1C2CC放大器又稱為射極跟隨器..放大電流，不放大電壓；有電壓跟隨作用！有功率增益?。?/p>

uiuoRLRBRE

bibrbeicibieRi′Ri比較CE放大器：輸入電阻大.cebii求:輸入電阻＋＋－－uiuoRLRBREbibrbeicibieRo用外加電源法求輸出電阻Ro.ceb求：輸出電阻Roit外加測試電壓

ut＋－utREbibrbeicibieRo.ceb比較CE放大器：輸出電阻小it＋－utREbibrbeicibieRo.cebRs考慮信號源內(nèi)阻uiRCR1VCCR2＋－uoRLC1C2CBuiRE..C的作用？二、共基放大電路靜態(tài)工作點的計算？uouiRCR1VCCR2＋－uoRLC1

C2CBuiRE..＋＋－－

uiuoRCRLRE其交流通路：.沒有

R1R2

？？CB交流通路：＋＋－－

uiuo

RC

RL

RE將BJT用h

參數(shù)模型代替：.＋＋－－

uiuoRLRERCbib

rbeicibiebec.求:電壓增益輸入電阻輸出電阻比較CE放大器：大小相等（同相）ecb＋＋－－

uiuoRLRE

RCbibicibie

rbe.uo比較CE放大器：輸入電阻很小Ri′Ri＋＋－－

uiRLRERCbibrbeicibie.Ro＋＋－－

uiuo

RL

RERCbib

rbeicibebc.輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！

三種組態(tài)的比較電壓增益

Au

輸入電阻

Ri

輸出電阻

Ro

大，反相大，同相

小，同相

中

小

大大大

小CE放大器CB放大器CC放大器討論一：

圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達式接法共射共集共基輸入bbe輸出cec電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路1.Q點怎么算？討論二2.Re有穩(wěn)定Q點的作用嗎？3.電路的交流等效電路？4.V變化時，電壓放大倍數(shù)如何變化？清華大學(xué)華成英hchya@改變電壓放大倍數(shù)§2.6

場效應(yīng)管基本放大電路一、場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法二、場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析本節(jié)知識點要求：掌握場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置的不同方法(原理)

動態(tài)等效（模型)電路分析原理1.

自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓稱為自給偏壓一、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的設(shè)置方法IDSS--結(jié)型場效應(yīng)管在UGS=0

時的

IDN溝道增強型MOSFET放大應(yīng)在g-s、d-s

間加正電壓2.基本共源放大電路為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些or小些？其數(shù)值應(yīng)大些，Ri

才不會因偏置電路減小(分壓式偏置電路)二、場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析近似分析時可認為其為無窮大！與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：1.場效應(yīng)管的交流等效模型2.基本共源放大電路的動態(tài)分析例（2.6.1）電路如圖解：場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)3.基本共漏放大電路的動態(tài)分析基本共漏放大電路輸出電阻的分析若:Rs=3kΩ，gm=2mS，則Ro=?§2.7派生電路一、復(fù)合管二、派生電路本節(jié)知識點要求：了解復(fù)合管的構(gòu)成原則與機理；了解復(fù)合管派生電路的特點。一、復(fù)合管組成：多只管子合理連接等效成一只管子不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于T1管目的：增大β，減小前級驅(qū)動電流討論一：判斷下列各圖是否能組成復(fù)合管在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復(fù)合管√√√√清華大學(xué)華成英hchya@Ri=?Ro=?復(fù)合管放大器組合放大器特別的兩級放大器，由不同組態(tài)放大器級聯(lián)而成，主要用于改善放大器的其它指標或達到其它目的。二、派生電路uoRCR1＋－RLC2CBR2VCCR3RE＋－

uiC1CE...前級是CE后級是CBT1T2前后級間采用直接耦合CE-CB組合放大器其交流通路：＋＋－－uoRCRL＋－uiuo1=ui2RBRB=R2//R3uoRCR1＋－RLC2CBR2VCCR3RE＋－

uiC1CE....交流通路：將BJT用h

參數(shù)模型代替：＋＋－－uoRCRL＋－uiuo1=ui2RB.rbe2ic1=ie2＋－ui＋－uoRLRCb2ib2ic2ib2＋－uo1=vi2RBb1ib1rbe1ib1.rbe2ic1=ie2＋－

ui＋－uoRLRC

b2

ib2ic2ib2＋－uo1=ui2RBb1ib1rbe1ib1Ri.求:電壓增益輸入電阻輸出電阻Ri2rbe2ic1=ie2＋－ui＋－uoRLRCb2

ib2ic2ib2＋－uo1=ui2RBb1ib1rbe1ib1.CE-CB放大器可提高工作頻率rbe2ic1=ie2＋－ui＋－uoRLRCb2

ib2ic2ib2＋－uo1=ui2RBb1ib1rbe1ib1Ro.

觀察法計算增益rbe2ic1=ie2＋－

vi＋－voRLRCb2ib2ic2ib2＋－vo1=vi2RBb1ib1rbe1ib1voib1ic1,ie2ic2vi

=1.二種方法結(jié)果相同

CC-CB組合放大器VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2采用雙電源偏置電路VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2VCCRB

R＋－uiC1-VEE前級是CC放大器.RCVCC

R＋－uoRL＋－uiC2-VEE后級是CB放大器前后級間采用直接耦合..VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2VCCRBRE＋－＋－

uiC1-VEERCuoRLC2其交流通路：＋＋－－uoRC

RL＋－uiuo1=ui2RBRE交流通路：將BJT用h參數(shù)模型代替：＋＋－－uoRC

RL＋－uiuo1=ui