第2章基本放大電路

第二章基本放大電路2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)

一.放大的基本概念

放大電路主要用于放大微弱的電信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，這里主要講電壓放大電路。二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。（1）電壓放大倍數(shù)定義為:AU=UO/UI（2）電流放大倍數(shù)定義為:AI=IO/II

（3）互阻增益定義為:Ar=UO/II（4）互導(dǎo)增益定義為:Ag=IO/UI2.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻iiui輸入電阻：Ri=ui/iiRi~uSRS信號源一般來說，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號源有內(nèi)阻時，Ri越大，ui就越接近uS。Au輸入端輸出端Au~uS3.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。輸出端~Rouso輸出端

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。

輸出電阻的定義：4.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線3dB帶寬2.2基本共射放大電路的工作原理一．三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→

Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RL二.單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用共射放大電路組成使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基極電源與基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸b+VCCVBBRCC1C2TRL耦合電容：電解電容，有極性，大小為10

F~50

F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo單電源供電可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRb單電源供電+VCCRCC1C2TRLRb+VCCRCC1C2Tui=0時由于電源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB無信號輸入時1.靜態(tài)工作點(diǎn)——Ui=0時電路的工作狀態(tài)

三.靜態(tài)工作點(diǎn)Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB靜態(tài)工作點(diǎn)(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。開路Rb+VCCRCC1C2RL畫出放大電路的直流通路

2.靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路的畫法：開路Rb+VCCRC直流通道（1）估算IB（UBE

0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（IB、UBE、IC、UCE）（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=

IB例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級

UBE

0.7V一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負(fù)載線由估算法求出IB，IB對應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC2.3放大電路分析方法IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么變化？1.交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號ui靜態(tài)工作點(diǎn)二.用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況ICUCEicuCE也沿著負(fù)載線變化uCEUCE與Ui反相！Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示結(jié)論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時量方向始終不變（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零2.放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/

C0

將直流電壓源短路，將電容短路。交流通路——分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法：RbRCRLuiuo交流通道Rb+VCCRCC1C2RL3.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q影響動態(tài)！交流負(fù)載線RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC//RL）=-icRL交流量ic和uce有如下關(guān)系：這就是說，交流負(fù)載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流負(fù)載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②經(jīng)過Q點(diǎn)。

交流負(fù)載線的作法ICUCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②經(jīng)過Q點(diǎn)。

注意：（1）交流負(fù)載線是有交流輸入信號時工作點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。

（2）空載時，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。iCuCEuo可輸出的最大不失真信號（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib4．非線性失真與Q的關(guān)系iCuCEuo（2）Q點(diǎn)過低→信號進(jìn)入截止區(qū)稱為截止失真信號波形iCuCEuo（3）Q點(diǎn)過高→信號進(jìn)入飽和區(qū)稱為飽和失真信號波形動畫演示截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”三、放大電路的微變等效電路分析法思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路條件：交流小信號1、三極管的h參數(shù)等效電路首先考察輸入回路iBuBE當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。

uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。becrbeibbeubeubeib對于小功率三極管：rbe的量級從幾百歐到幾千歐?？疾燧敵龌芈穒CuCE輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。近似平行且電流源兩端還要并聯(lián)一個大電阻rce。iCuCEiCuCErce的含義ubeibuceicuberbeibibrceuceicrce很大，一般忽略。畫出三極管的h參數(shù)等效電路2.三極管的簡化微變等效電路等效ebcebcrbeic=ib請注意如下問題：⑴電流源為一受控源，而不是獨(dú)立的電源。⑵電流源的流向不能隨意假定，而是由ib決定。⑶該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。3放大器的交流分析(一)畫出放大器的微變等效電路動畫演示（1）畫出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替(二)電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRbRCRL電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRbRCRL(三)輸入電阻的計(jì)算：根據(jù)輸入電阻的定義：當(dāng)信號源有內(nèi)阻時：rbeRbRC所以：用加壓求流法求輸出電阻：00(四)輸出電阻的計(jì)算：根據(jù)定義求：1.靜態(tài)工作點(diǎn)。2.電壓增益AU、輸入電阻Ri、輸出電阻R0。3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真，是截止還是飽和失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？解：1.IcVCE2.思路：微變等效電路AU、Ri

、R0對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBE

ICEO變T變IC變2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定1.溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移?？傊篢IC常采用射極偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高時,能夠自動減少IB，IBIC，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。動畫演示I1I2IB2.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器I2=（5~10）IB∴I1

I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分壓式偏置電路Re射極直流負(fù)反饋電阻Ce交流旁路電容ICIERb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IB靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過程TUBEICICIEUEUBE=UB-UE=UB-IEREUB被認(rèn)為較穩(wěn)定ICIEIB由輸入特性曲線本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程ECB演示直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)估算IB=IC/

UCE=VCC-ICRC-IEReIC

IE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

UBE0.7V

+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE電容開路,畫出直流通道Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuo電容短路,直流電源短路，畫出交流通道交流通道及微變等效電路BEC交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微變等效電路及電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計(jì)算Ri=

Rb1//Rb2//rbeRo=

RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC//RL電容CE的作用：例題：（2）求電壓放大倍數(shù)：一.共集電極放大電路Rb+VCCC1C2ReRLuiuo1.結(jié)構(gòu)：2.5放大電路的三種基本組態(tài)2.直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)分析：VCC=IBRb+UBE+IERe

=IBRb+UBE+(1+

）IBReRb+VCCReIBIEUBEUCEIC=IB3.動態(tài)分析交流通道及微變等效電路RB+ECC1C2RERLuiuo交流通道及微變等效電路rbeReRLEBCRbReRLuiuoBCELbbebLbRI)1(rIRI)1(￠b++￠b+=···（1）電壓放大倍數(shù)rbeRERLRLIeuA=UoUi1、所以2、輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。討論輸出電壓與輸入電壓近似相等，電壓未被放大，但是電流放大了，即輸出功率被放大了。Au（2）輸入電阻rbeReRLIRBRi=UiIbrbe+(1+)RL=Ri=UiIi=Rb//[rbe+(1+)RL]RiRi3、輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rbeRERsro置0保留RsrbeRe輸出電阻ro=Re//rbe1+

當(dāng)RS=0時（加壓求流法）射極輸出器的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。演示：二.共基極電路1.靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路與射極偏置電路相同2.動態(tài)指標(biāo)①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：2.動態(tài)指標(biāo)②輸入電阻③輸出電阻3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：一.直流偏置電路：保證管子工作在飽和區(qū)，輸出信號不失真

2.6場效應(yīng)管放大電路（1）自偏壓電路vGSvGS=-iDR

注意：該電路產(chǎn)生負(fù)的柵源電壓，所以只能用于需要負(fù)柵源電壓的電路。計(jì)算Q點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)已知VP，由-iDR可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS

（2）分壓式自偏壓電路VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS計(jì)算Q點(diǎn)：已知VP，由該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負(fù)，所以適用于所有的場效應(yīng)管電路。二.場效應(yīng)管的交流小信號模型

與雙極型晶體管一樣，場效應(yīng)管也是一種非線性器件，而在交流小信號情況下，也可以由它的線性等效電路—交流小信號模型來代替。

其中：rgs是輸入電阻，理論值為無窮大。

gmvgs是壓控電流源，它體現(xiàn)了輸入電壓對輸出電流的控制作用。稱為低頻跨導(dǎo)。rd為輸出電阻，類似于雙極型晶體管的rce。三.放大電路1.共源放大電路分析：（1）畫出共源放大電路的交流小信號等效電路。

（2）求電壓放大倍數(shù)（3）求輸入電阻（4）求輸出電阻忽略rd由輸入輸出回路得則則由于rgs=∞（2）電壓放大倍數(shù)（3）輸入電阻得分析：（1）畫交流小信號等效電路。

由2.共漏放大電路（4）輸出電阻所以由圖有2.7多級放大電路功率放大輸出一.多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)點(diǎn)：

各級放大器靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立。

輸出溫度漂移比較小。缺點(diǎn)：

不適合放大緩慢變化的信號。

不便于作成集成電路。2.直接耦合優(yōu)點(diǎn)：

各級放大器靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。

輸出溫度漂移嚴(yán)重。缺點(diǎn)：

可放大緩慢變化的信號。

電路中無電容，便于集成化。二.多級放大器的分析?

前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?

后級的輸入阻抗是前級的負(fù)載1.兩級之間的相互影響2.電壓放大倍數(shù)注意：在算前級放大倍數(shù)時，要把后級的輸入阻抗作為前級的負(fù)載。3.輸入電阻4.