第八章 分立元件放大电路(一)

1、第八章第八章 分立元件放大电路分立元件放大电路1第八章第八章 分立元件放大电路分立元件放大电路8.08.0 放大的概念与放大电路的性能指标放大的概念与放大电路的性能指标8.1 8.1 双极型三极管基本放大电路双极型三极管基本放大电路8.2 8.2 场效应管放大电路场效应管放大电路8.3 8.3 多级放大电路多级放大电路8.4 8.4 功率放大电路功率放大电路28.0 8.0 放大的概念与放大电路的性能指标放大的概念与放大电路的性能指标一、一、 放大的概念放大的概念二、二、 放大电路的性能指标放大电路的性能指标增益增益最大输出幅度最大输出幅度非线性失真系数非线性失真系数输入电阻输入电阻输出电阻输

2、出电阻最大输出功率最大输出功率效率效率3放大的概念放大的概念u放大对象：交流量（即变化量）放大对象：交流量（即变化量）u放大要求：幅度放大，波形不失真放大要求：幅度放大，波形不失真u放大本质：实现能量的转换与控制放大本质：实现能量的转换与控制V VCCCC4放大电路的性能指标放大电路的性能指标 反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力信号能量的能力1 1、增益、增益电压增益电压增益Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRLioVVAV 电流增益电流增益ioIIAI 互阻增益互阻增益)(io IVAR互导增

3、益互导增益)S(ioVIAG 信号源信号源负载负载5放大电路的性能指标放大电路的性能指标2 2、最大输出幅度、最大输出幅度 表示在表示在输出波形没有明显失真输出波形没有明显失真的情况下，放大电路能够提的情况下，放大电路能够提供的负载的最大输出电压（或最大输出电流），一般指电压的供的负载的最大输出电压（或最大输出电流），一般指电压的有效值，以有效值，以 表示。也可以用峰表示。也可以用峰- -峰值表示，正弦信号的峰峰值表示，正弦信号的峰- -峰值等于其有效值的峰值等于其有效值的 。omU223 3、非线性失真系数、非线性失真系数 由于由于放大器件输入、输出特性的非线性放大器件输入、输出特性的非线性

4、，因此放大电路的，因此放大电路的输出波形不可避免地产生或多或少的非线性失真。当输入单一输出波形不可避免地产生或多或少的非线性失真。当输入单一频率的正弦波信号时，输出波形中除基波成分外，还将含有一频率的正弦波信号时，输出波形中除基波成分外，还将含有一定数量的谐波。所有的谐波总量与基波成分之比，定义为非线定数量的谐波。所有的谐波总量与基波成分之比，定义为非线性失真系数，符号为性失真系数，符号为D D，即，即12322.UUUD 式中式中 、 、 等分别表示输入信号中基波、二次谐波、三次谐波等分别表示输入信号中基波、二次谐波、三次谐波等的幅值。等的幅值。2U1U3U6放大电路的性能指标放大电路的性能

5、指标对于信号源对于信号源VsVs来说，放大来说，放大器相当于它的负载。器相当于它的负载。从放大电路的输入端看进从放大电路的输入端看进去的等效电路称为放大电去的等效电路称为放大电路的输入电阻，输入电阻路的输入电阻，输入电阻定义为外加输入电压与输定义为外加输入电压与输入电流之比。即入电流之比。即iiiIVR4 4、输入电阻、输入电阻输入电阻描述了放大电路对信号源索取电流的大小。输入电阻描述了放大电路对信号源索取电流的大小。通常希望放大电路的输入电阻通常希望放大电路的输入电阻越大越好越大越好电阻越大，说明放大电路对信号源索电阻越大，说明放大电路对信号源索取的取的电流越小电流越小。7放大电路的性能指标

6、5 5、输出电阻、输出电阻输出电阻是从放大器输输出电阻是从放大器输出端看进去的电阻。如出端看进去的电阻。如图，对负载来说，放大图，对负载来说，放大器相当于它的信号源，器相当于它的信号源，而而RoRo正是该信号源的内正是该信号源的内阻。根据戴维南定理，阻。根据戴维南定理，放大器的输出电阻定义放大器的输出电阻定义为为R Ro o是一个表征放大器带负载能力的参数是一个表征放大器带负载能力的参数0TTosVIVR8ROTVTI放大电路的性能指标6 6、最大输出功率与效率、最大输出功率与效率放大电路的输出功率，是指在输出信号不产生明显失真放大电路的输出功率，是指在输出信号不产生明显失真的前提下，能够向负

7、载提供的最大输出功率，通常用符的前提下，能够向负载提供的最大输出功率，通常用符号号P Pomom表示。表示。放大的本质是能量的控制，负载上得到的输出功率，实放大的本质是能量的控制，负载上得到的输出功率，实际上是利用放大器件的控制作用将直流电源的功率转换际上是利用放大器件的控制作用将直流电源的功率转换成交流功率而得到的，因此就存在一个成交流功率而得到的，因此就存在一个功率转换的效率功率转换的效率问题。问题。放大电路的效率放大电路的效率定义为最大输出功率定义为最大输出功率P Pomom与直流电源与直流电源消耗的功率消耗的功率P PV V之比，即之比，即VomPP98.1 双极型三极管基本放大电路一

8、、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路二、分压偏置放大电路二、分压偏置放大电路三、共射放大电路三、共射放大电路四、共集放大电路四、共集放大电路五、共基放大电路五、共基放大电路10一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路1 1、基本共射放大电路、基本共射放大电路给发射结给发射结加正偏压加正偏压R RB B限流保证限流保证I IB B在在一定值范围内一定值范围内E EC C给集电结给集电结加反向偏置加反向偏置R Rc c将集电极电将集电极电流转换为电压流转换为电压变化，再送到变化，再送到输出端输出端信号源信号源隔断直流隔断直流沟通交流沟通交流11简化画法的简化画法的固定偏置放大电路固定偏置放大电路

9、一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路2 2、对原理电路的简化、对原理电路的简化1213一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路2 2、对原理电路的简化、对原理电路的简化一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路3 3、电路分析、电路分析放大电路分析静态分析静态分析（确定放大器件（确定放大器件的工作状态）的工作状态）求求I IB B，I IC C和和U UCECE估算法图解法动态分析（分析放大电路的性能）求求AuAu，r ri i和和r ro o图解法微变等效电路法14一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路静态分析静态分析直流通路直流通路电容开路电容开路电感短路电感短路15一、固定偏置放大电

10、路一、固定偏置放大电路静态分析静态分析 之之 估算法估算法CCBEBbCBCECCCcUUIRI IUUI R一般硅管一般硅管U UBEBE=0.7V=0.7V，锗管，锗管U UBEBE=0.2V=0.2V。16例题例题1.1.已知已知Ucc=6V，RB=200k，RC=2k，三极管的，三极管的=50，UBE=0.7V(1) 求放大电路的静态值求放大电路的静态值(2) 要使静态时三极管的要使静态时三极管的UCE为为2V，基极电阻，基极电阻RB应调应调为多少？为多少？17 例 2-3图示放大器，VCC = 12 V，Rb = 270 k，Rc = 3 k ，三极管 VT 为硅管、 = 50。试估

11、算该放大器的静态工作点。解：三极管为硅管，因此 V70on)BE(.V A40 k270/V)0.7V(12 / bBE(on)CCBQ RVVImA2A0450BQCQ II V6k3mA2V12cCQCCCEQ RIVV18一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路静态分析静态分析 之之 图解法图解法1.1. 画出直流等效电路画出直流等效电路2. 2. 由输入方程求出三极管静态基极电流由输入方程求出三极管静态基极电流IBCCBEBbUUIR3. 3. 在三极管输出特性曲线中，找到在三极管输出特性曲线中，找到IB所对应的那条输出特性曲线所对应的那条输出特性曲线19一、固定偏置放大电路一、固定偏

12、置放大电路静态分析静态分析 之之 图解法图解法4. 4. 列输出回路方程列输出回路方程（直流负载线直流负载线） U UCECE= =U UCCCCi iC CR Rc c5. 5. 交点交点Q Q为为静态工作静态工作点点 书书P212P212，例，例8.1.28.1.220例例 在左图电路中，若在左图电路中，若R RB B=560k,=560k,R RC C=3k,=3k,U UCCCC=12V=12V，晶，晶体管的输出特性曲线右图所示，试用图解法确定直流体管的输出特性曲线右图所示，试用图解法确定直流工作点。工作点。21解解 取取U UBEQBEQ=0.7V=0.7V，在输出特性上找两个特殊点

13、：在输出特性上找两个特殊点：当当u uCECE=0=0时，时，i iC C= =U UCCCC/ /R RC C=12/3=12/3=4mA4mA，得，得M M点；点；当当i iC C =0 =0时，时，u uCECE= =U UCCCC= =12V12V，得，得N N点。点。连接以上两点便得到图中的直流负载线连接以上两点便得到图中的直流负载线MNMN，它与，它与I IB B= =20A20A的一条特性曲线的交点的一条特性曲线的交点Q Q，即为直流工作点。，即为直流工作点。由图中由图中Q Q点的坐标可得，点的坐标可得，I ICQCQ= =2mA,2mA,U UCEQCEQ= =6V6V。 um

14、RUUIBBEQCCBQ2002. 05607 . 01222一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路R RB B,R,RC C对静态工作点对静态工作点Q Q的影响的影响R RB B，I IBQBQ，Q Q（在原直（在原直流负载线上）向下移动成流负载线上）向下移动成Q1Q1R RB B，I IBQBQ，Q Q（在原直（在原直流负载线上）向上移动成流负载线上）向上移动成Q2Q2R RC C，I IC C，M M点下移，直点下移，直流负载线变成，流负载线变成，Q Q向左向左移动为移动为Q3Q3R RC C，I IC C，M M点上移，直点上移，直流负载线变成，流负载线变成，Q Q向左移向左移动为动

15、为Q4Q423一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 图解法图解法1.1. 根据根据U Us s的波形，在三极管的的波形，在三极管的输入特性曲线输入特性曲线 图上画出图上画出u uBEBE 、i iB B 的波形的波形2. 2. 根据根据i iB B的变化范围在的变化范围在输出特性曲线图输出特性曲线图上画上画 出出i iC C和和u uCECE 的波形的波形 i iC C 和和u uCECE的关系的关系: : 交流负载线交流负载线：过静态点，斜率为：过静态点，斜率为-1/(-1/(R RC C /R RL L ) )CEC()/CECCLuUiIRR 注意区分注意区分u

16、 uCECE( (交、直流交、直流) )， U UCECE ( (纯直流纯直流) )和和u ucece ( (纯纯交流交流) )24一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路iB B( (m mA A) )t1.1.根据根据U Us s的波形，在三极管的的波形，在三极管的输入特性曲线输入特性曲线图上画出图上画出u uBEBE 、i iB B 25一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路cit2.2.根据根据i iB B的变化范围在的变化范围在输出特性曲线图输出特性曲线图上画出上画出i iC C和和u uCECE 的波形的波形26一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路tVsinsms vbBsB

17、BBERiV vvcCCCCERiV v动态分析动态分析 之之 图解法图解法27负载开路时：一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路tuituBEUBEQiBtIBQiCtICQuCEtUCEQuo000000t (1)(1)放大器输入交变电压时，晶体管各极放大器输入交变电压时，晶体管各极电流的方向和极间电压的电流的方向和极间电压的极性始终不变极性始终不变，只是围绕各自的静态值，按输入信号规律只是围绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性变化。近似呈线性变化。 (2)(2)晶体管各极电流、电压的瞬时波形晶体管各极电流、电压的瞬时波形中，只有交流分量才能反映输入信号的变中，只有交流分量才能反映输

18、入信号的变化，因此，化，因此，需要放大器输出的是交流量需要放大器输出的是交流量。 (3) (3)将输出与输入的波形对照，可知两者将输出与输入的波形对照，可知两者的变化规律正好相反，通常称这种波形关的变化规律正好相反，通常称这种波形关系为系为反相反相或或倒相倒相。 动态分析动态分析 之之 图解法图解法28一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 图解法图解法直流工作点的直流工作点的位置如果设置位置如果设置不当，会使放不当，会使放大器输出波形大器输出波形产生明显的产生明显的非非线性失真线性失真。以三角波为例以三角波为例一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路截止失真截止失真3

19、0消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？t一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路31饱和失真饱和失真消除方法：消除方法：增大增大Rb，减小减小Rc，减小减小，减小减小VBB，增大增大VCC。 Q QRb或或VBB Rc或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。2 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。这可不是好办法！波形的失真饱和失真截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，

20、管，输出电压表现为输出电压表现为底部失真底部失真。 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为输出电压表现为顶部失真顶部失真。 注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路32一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路放大电路想要获得放大电路想要获得最大的不失真输出幅度最大的不失真输出幅度： 1. 1.工作点工作点Q Q要设置在输出特性曲线放大区的中要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；间部位； 2.2.要有合适的

21、交流负载线。要有合适的交流负载线。 动态分析动态分析 之之 图解法图解法33一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路适用范围适用范围：幅度较大而工作频率不太高的情况：幅度较大而工作频率不太高的情况优点优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，：不能分析工作频率较

22、高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。动态性能指标。动态分析动态分析 之之 图解法图解法34一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法意义意义：当放大电路的输入信号当放大电路的输入信号电压很小电压很小时，就可以把三时，就可以把三极管极管小范围内小范围内的特性曲线近似地用的特性曲线近似地用直线直线来代替，来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作当作线性电路线性电路来处理。来处理。35一、固定偏置放大电路一、固

23、定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法输入回路等效电路36一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法输出回路等效电路37一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法固定偏置放大电路的微变等效电路38一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法基本放大电路动态分析基本放大电路动态分析，所求的交流参数包括：所求的交流参数包括：1.1.电压放大倍数电压放大倍数2.2.输入电阻输入电阻3.3.输出电阻输出电阻39一、固定偏置放大电

24、路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法ib beui r()()ocCLbCLui RRi RR ()CLouibeRRuAur 1.1.电压放大倍数电压放大倍数40一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法2. 2. 输入电阻输入电阻iiiuri定义为：定义为：由图可知：由图可知：i/ /BbeberRrr41一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法3. 3. 输出电阻输出电阻戴维南定理等效内阻戴维南定理等效内阻电压源短路电压源短路( (u ui i为为0

25、)0) + +输出负载断开输出负载断开( (去掉去掉R RL L) )iCrR42一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路定义为输出电压定义为输出电压U Uo o与信号源电压与信号源电压U Us s的比值，即的比值，即oussuAe动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法4. 4. 源电压放大倍数源电压放大倍数A AususiisisissiioiusuisisiiruerRrReururAArRrRur43一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路动态分析动态分析 之之 微变等效电路法微变等效电路法适用范围适用范围：输入信号幅度很小，且频率为低频：输入信号幅度很小，且频率为低频优点

26、优点：分析放大电路的动态性能指标：分析放大电路的动态性能指标(Au (Au 、riri和和roro等等) )非常方便。非常方便。缺点缺点：不能用来分析计算静态工作点：不能用来分析计算静态工作点44一、固定偏置放大电路一、固定偏置放大电路固定偏置放大电路解题要点固定偏置放大电路解题要点1.1. 求静态工作点求静态工作点-两个回路方程加上关系：两个回路方程加上关系：I IC C= =I IB B ，求工，求工作点，判断设置正确性，求作点，判断设置正确性，求r rbebe。2.2. 从电路图中画出小信号模型分析电路（直流电源和隔直电从电路图中画出小信号模型分析电路（直流电源和隔直电容短路）容短路）3

27、.3. 求放大器三要素（放大倍数，输入输出电阻）求放大器三要素（放大倍数，输入输出电阻）- - 放大倍数放大倍数- -加载信号源加载信号源- -写出输出电压关于写出输出电压关于i ib b的式子和输的式子和输入电压关于入电压关于i ib b的式子，两式相除约去的式子，两式相除约去i ib b，获得放大倍数。，获得放大倍数。 输入电阻：输入端加电压算电流，电压电流相除得出输入电阻：输入端加电压算电流，电压电流相除得出输入电阻输入电阻 输出电阻：负载电阻开路信号源去掉，输出端加电压输出电阻：负载电阻开路信号源去掉，输出端加电压算电流，电压电流相除得出输入电阻。算电流，电压电流相除得出输入电阻。例

28、2-4在图示电路中，电源电压和电路参数同例 2-3，试计算：（1）电压增益 Av；（2）放大器的输入电阻 ri ；（3）放大器的输出电压 ro ；（4）输出端接负载电阻 RL =3 k 时的电压增益。解：（1）由例 2-3 可知mA2CQ I k1950 mAmV/22650030 mV26300CQbeI/r k1bebi r/Rrk3co Rrk51LcL.R/RR 75k1k5150beL /.r/RAv 150k1/k350/bec rRAv 46 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在

29、哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）固定偏流电路bBECCBQRVVI 求静态工作点：BQCQII CQcCCCEQIRVV 47 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求：共射极放大电路（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI3.2mAA4080BQCQ II5.6V3.2mA2kV12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为Q（40A，3.2mA，5.6V）。40A3.2mA5.6V12V6mA固定偏流电路48共射极放大电路 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求：（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降