第2章模拟电路放大电路

1、1234UCCRSesRBUBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE5UCCRSesRBUBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE6UCCRSesRBUBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE7+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEUCCRSesRBUBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE89+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE直流通路直流通路( IB 、 IC 、 UCE )对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路（即将电

2、容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE10RBRCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作可看作短路。忽略电源的短路。忽略电源的内阻，电源的端电内阻，电源的端电压恒定，直流电源压恒定，直流电源对交流可看作短路。对交流可看作短路。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE短路短路短路短路对地短路对地短路11UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui = 0)时时 uo = 0uBE = UBEuCE = UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEi

3、CiBiE静态静态12ICUCEOIBUBEO结论：结论：QIBUBEQUCEIC13UBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoICui+UCCRBRCC1C2T+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO动态动态14+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析15uitOuotO16放大电路无信号输入（放大电路无信号输入

4、（ui = 0）时的工作状态。）时的工作状态。估算法、图解法。估算法、图解法。各极电压电流的各极电压电流的直流分量直流分量。放大电路的放大电路的直流通路直流通路。 (1)静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE 。静态分析：静态分析：确定放大电路有合适的静态值。确定放大电路有合适的静态值。17BBECCB RUUI 所以所以BCCBRUI 根据电流放大作用根据电流放大作用CBIIU当当UBE UCC时，时，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB18已知：已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：CCBB12=40 A300UIRCB37.5 0.04 1.

5、5mAIICECCCC 12 1.5 46VUUI R +UCCRBRCT+UBEUCEICIB19EECECCCCECCCC()UUI RI RUIRREBBECCB) 1(RRUUI CBIIEEBEBBCCRIURIU EBBEBB) 1 (RIURI 由由KVL可得出可得出由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB20CCEB()Iif u常数uCE = UCC iCRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIBCCBEBQB UUIR21uCE /ViC/mAOCCBEBQBUUIR CtanR1 ICQUCEQCCCRUUCC直流负载线直流负载线Q由由IB确

6、定的那确定的那条输出特性与条输出特性与直流负载线的直流负载线的交点就是交点就是Q点点CCBEBQB UUIRCCEB()Iif u常数uCE = UCC iCRC 22例例1：如图所示电路如图所示电路, 已知已知Rb=280k, Rc=3k, UCC=12V, 三极管的输出特性曲线如图三极管的输出特性曲线如图 (b)所示所示, 试用图解法确定静态工作点。试用图解法确定静态工作点。 23+UCCRBRCT+UBEUCEICIB 由输入回路由输入回路, 计算计算IBQ312 0.7280 100.0440CCBEBQbUUIRmAA解解:24写出直流负载方程写出直流负载方程, 并作出直流负载线并作

7、出直流负载线: 123CECCCCCuUi Ri从图上查出从图上查出IBQ=40 A, ICQ=2mA, UCEQ=6V。4312,0mARcUiuCCCCE ,12 VUuCCCE ,0iC 设：设：252.2.3 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响 1. Rb对对Q点的影响点的影响2. Rc对对Q点的影响点的影响 3. UCC对对Q点的影响点的影响CCCCCERiUuuBE =UCCIBRb26 放大电路的动态分析放大电路的动态分析271. 交流负载线的作法交流负载线的作法首先直流工作点首先直流工作点iC / mANOQ交流负载线交流负载线MuCE / VDUUCEQUC

8、CUCCDI直流负载线直流负载线LcLRRR/ 交流通路交流通路UosRsRbRcRL交流负载交流负载交流负载线交流负载线/LRIUDD过过Q点作点作平行线平行线28 交流负载线具有如下两个特点交流负载线具有如下两个特点: (1) 交流负载线必通过静态工作点交流负载线必通过静态工作点, 因为当输入因为当输入信号信号ui的瞬时值为零时的瞬时值为零时, 如忽略电容如忽略电容C1和和C2的影的影响响, 则电路状态和静态时相同。则电路状态和静态时相同。 (2) 另一特点是交流负载线的斜率由另一特点是交流负载线的斜率由 表示。表示。(3）由于）由于 , 故一般情况下交流负故一般情况下交流负载线比直流负载

9、线陡。载线比直流负载线陡。LRLcLRRR/29QuCE/VttiB/ AIBtiC/mAICiB/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQiCQ1Q2ibuiuo输出端波形输出端波形输入端波形输入端波形30Q2uOUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ131uiuOtiB/ AiB/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE323.3.2 放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真1.由三极管特性曲线非线性引起的失真由三极管特性曲线非线性引起的失真iBIBOQuiib(a) 因输入特性弯曲因输入

10、特性弯曲引起的失真引起的失真uBEiCicICQQUCEQuceUCCuCEOIBQib(b) 输出曲线簇上疏输出曲线簇上疏下密引起的失真下密引起的失真iCICQicQOUCEQuceUCCuCEibIBQ(c) 输出曲线簇上密输出曲线簇上密下疏引起的失真下疏引起的失真332. 工作点不合适引起的失真工作点不合适引起的失真静态工作点不合适产生的非线性失真静态工作点不合适产生的非线性失真QQ交流负载线交流负载线iCtOiCiBuCEuCEt交流负载线交流负载线iCiCiBOtuCEuCEO(a) 截止失真截止失真(b) 饱和失真饱和失真tICQiCOOuCEUCEQICQiCuCEUCEQO34

11、最大不失真输出电压最大不失真输出电压ICQRLO246810121416UCEQiC / mA32BICQ直流负载线直流负载线20 AiB 120 A交流负载线交流负载线DA 0 AuCE / VQCUces最大不失真最大不失真输出波形输出波形失真输出波形失真输出波形40 A60 A80 A100 AUcem=UCEQ-UcesLCQcemRIU 最大不失真输最大不失真输出电压幅值出电压幅值Uom或或峰峰-峰值峰值Up-p。取其中的最小值取其中的最小值35 关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下: (1) 首先作出直流负载线首先作出直流负载线, 求出静态工作点

12、求出静态工作点Q。 (2) 作出交流负载线。作出交流负载线。 根据要求从交流负载根据要求从交流负载线可画出输出电流、线可画出输出电流、 电压波形电压波形, 或求出最大不失或求出最大不失真输出电压值。真输出电压值。 36 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。一个线性元件。 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线

13、近似代替。 利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算放大电路放大电路电压电压放大倍数放大倍数Au、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro等。等。37beE26(mV)300( ) (1)(mA)rI CEBBEbeUIUrD DD D CEbbeUiu O38CEBCUIID DD D CEbcUii BCCEceIIUrD DD D BcceIiu O39ibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +- -rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等

14、效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic= ib等效代替。等效代替。40ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+iCiBiE41ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS42bebirIU LcoRIU beLrRAu LCL

15、/ RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISUrbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS43iii IUr 输输入入电电阻阻irSUSRiIiU44iiIUri beB/rR 时时，当当beBrR bRiBIIU beirr riBRIiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSSU45oooIUr 输输出出电电阻阻：oUSESUoUoESOU46iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRIUr 求求ro的步骤：

16、的步骤：(1) 断开负载断开负载RLoU (3) 外加电压外加电压oI (4) 求求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUI 0 0 cb II所所以以 (2) 令令 或或0i U0S E47源电压放大倍数源电压放大倍数OiOusssiiusiissiiususiUUUAUUUUAUUrURrrAARrLCL/ RRR iUiIbIcIoUbISUrbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS48RB+UCCC1C2RRLui+uo+us+RS49EBBECCB)1(RRUUI BE)1(II EECCCERIUU +UCCRBR+UCE+UBEIIBICRB

17、+UCCC1C2RRLui+uo+us+RS50LEL/ RRR LeoRIU Lb1RI ）（ LebebiRIrIU Lbbeb)1 (RIrI LbbebLb)1()1(RIrIRIAu LbeL)1(1RrR ）（rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISUeIRE51iBi/rRr LbeBi)1 (/RrRr LbebLEebebbii)1 (/RrIRRIrIIUr LEL/RRR irir rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISUeIRE52 1sbeoRrrSBS/RRR RrRr 1/sbe

18、EosbeE) 1 ( RRr 通通常常：orrbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISUeIRE53LbeL) 1 () 1 (RrRAu LbeBi) 1(/RrRr Rrr 1sbeo5455. 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶体管，晶体管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻信号源内阻RS= 100，试求试求: :(1) 静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE； 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) Au、ri 和和 ro 。RB+UCCC1C2R

19、RLui+uo+es+RS56mA035. 0mA260)(12006 . 012) (1EBBECCB RRUUImA14. 2 0.035mA60)(1 )(1BE II V727V142212EECCCE.RIUU +UCCRBR+UCE+UBEIIBIC573 .176010094. 0Sbeo Rrrk94. 024. 1266120026) (1200Ebe Ir LbeBi) 1 (/RrRr k7 .41 LbeL) 1()(1RrRAu 98.0 rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIRE58 阻容耦合放大电路由于存在级间耦合

20、电容、发射阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。59f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅频特性幅频特性f 270 180 90相频特性相频特性 6061 在固定偏置放大电路中，在固定偏置放大电路中，当温度升高时，当温度升高时，UBE 、 、 ICBO 。 上式表明，当上式表明，当UCC和和 RB一定时，一定时，

21、 IC与与 UBE、 以及以及 ICEO 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。CBOBBECCCEOBC)1( IRUUIII 温度升高时，温度升高时， IC将增加，使将增加，使Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。62iCuCEQQ 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使高使 IC 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变点的变化，保持化，保持Q点基本稳定。点基本稳定。O63B2II 若若满满足足： 基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温

22、度变化。不随温度变化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+64VBEBEBECRUVII BEBUV 若若满满足足：EBEBEBEC RVRUVII RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+65从从Q点点稳定的角度来稳定的角度来看似乎看似乎I2、VB越大越好。越大越好。但但 I2 越大，越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。损耗，降低输入电阻。而而VB过高必使过高必使VE也增也增高，在高，在U

23、CC一定时，势一定时，势必使必使UCE减小，从而减减小，从而减小放大电路输出电压的小放大电路输出电压的动态范围。动态范围。I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+66VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定67CC2B1B2BBURRRV EBEBECRUVII CBII VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+IC

24、RSeS+)(ECCCCEECCCCCERRIURIRIUU 68 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R 短路短路， R 不起不起作用作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。如果去掉如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路电容旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+69RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+2B1BB/ RRR iUiIbIcIoUbISEeIBRI70EbeL) 1(RrRAu beLrRAu EbeB2B1i)1 (R/R/Rrr CoRr beBir/Rr CoRr 71RB1RCC

25、1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+？即即： Sos EUAu考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS 时时iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAu SiioEUUU SiEUAu iSiSirRrEU ir72 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点 IB、IC 及及 UCE；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) (3)

26、输入电阻输入电阻ri、ro及及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE273V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8 . 0 mA36 . 032E1EBEBEC RRUVII A16 A500.8CB IIV8 . 4V38 . 068 . 012)(2E1EECCCCCE RRIRIUURB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB74k6Co Rrk86. 18 . 02651200I26) 1(200Ebe rk 15/2B1BB RRR其中其中 1EbeBi) 1 (/RrRr k03.8 1EbeL) 1 (RrRAu 6

27、9. 8 SEiUiIbIcIoUbIeIBRI7576阻容耦合阻容耦合阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路77将前级的输出端直接接后级的输入端。将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE278指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO晶体管参数随温度变化、电源电压晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。波动、电路元件参数的变化。(1) 前后级静态工作点相互影响

28、前后级静态工作点相互影响79 变压器耦合变压器耦合变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路Ui1V1 UCCV2RLRb3Rb2RbC11Re1Ce4Rb4Cb2Re2Ce80两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSUB1R B2R T1T281 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，通路互不相通，。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSU

29、B1R B2R T1T282第一级第一级第二级第二级212ioi1oiouuuAAUUUUUUA 电电压压放放大大倍倍数数2ir1bI2bI1cI2cIrbeRB2RC1EBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiI1oU1b1ISErbeRC2RLEBC+ +- -oU2b2IB1R B2R RB12i1C1L/rRR 1be1L1io11rRUUAu be2L222io2rRUUAu 1iirr 2oorr L2CL2/ RRR SU83 如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1= 2 =50, T1和和T2均为均为3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC

30、2C3CE+24V+OUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 84解解: : (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。A8 . 9mA2750)(110000.624) (1E1B1BECCB1 RRUUImA 49. 0mA 0098. 050)(1)1 (B1E1 II V77. 10V2749. 024E1E1CCCE RIUU RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+OUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 85V26. 843V438224B2B2B1CCB2 RRRUVmA 96. 0mA5 . 751. 06 . 026. 8E2E2BE2B2C2 RRUUI解解: : RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+OUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 86A 2 . 19mA5096. 02