05第五讲放大电路的组成和工作原理

1、学时数：学时数：163.1 放大的概念放大的概念 3.2 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标 3.3 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路 3.4 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法 3.5 静态工作点的稳定问题静态工作点的稳定问题 3.6 bjt放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 3.7 fet放大电路放大电路 3.8 多级放大电路多级放大电路2-1 放大电路的基本组成和工作原理放大电路的基本组成和工作原理一、放大电路概述一、放大电路概述四、放大电路的直流通路和交流通路四、放大电路的直流通路和交流通路二、放大电路的基本组成原则二、放大电路的基本组成原则三、电

2、压放大器的放大原理三、电压放大器的放大原理五、电压放大器的三种基本组态五、电压放大器的三种基本组态一、放大电路概述一、放大电路概述1 1、放大的概念、放大的概念3 3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标2 2、基本放大电路及其模型、基本放大电路及其模型问题问题：1、“放大放大”的作用和实质是什么？的作用和实质是什么？2、放大电路有哪些基本类型？各适用于什么场合？、放大电路有哪些基本类型？各适用于什么场合？3、放大电路有哪些主要的性能指标？、放大电路有哪些主要的性能指标？各指标是如何定义的？如何测试这些指标？各指标是如何定义的？如何测试这些指标？1 1、放大的概念、放大的概念放大的作

3、用：放大的作用： 把微弱的电信号放大把微弱的电信号放大至负载所需的数值。至负载所需的数值。放大的实质：放大的实质：小能量对大能量的控制。小能量对大能量的控制。由小能量的输入信号去控制放大电路中的直流电源，由小能量的输入信号去控制放大电路中的直流电源，使之输出较大的能量，然后推动负载。使之输出较大的能量，然后推动负载。放大的对象：放大的对象：变化量。变化量。放大的特征：放大的特征：功率放大：功率放大：xixo放放大大器器信信号号源源负负载载1 信信号号提提供供的的功功率率负负载载获获得得的的功功率率扬声器扬声器（执行机构）（执行机构）例：例： 扩音系统扩音系统放大电路放大电路声音声音声音声音话筒

4、话筒（传感器）（传感器）e放大的基本要求：放大的基本要求：不失真放大的前提。不失真放大的前提。2 2、基本放大电路及其模型、基本放大电路及其模型按输入信号与输出信号的按输入信号与输出信号的不同组合方式，放大电路不同组合方式，放大电路有四种基本类型：有四种基本类型：iouoiouo输出信号输出信号xo跨导增益跨导增益ui跨导放大器跨导放大器跨阻增益跨阻增益ii跨阻放大器跨阻放大器电流增益电流增益ii电流放大器电流放大器电压增益电压增益ui电压放大器电压放大器增益增益 ( 放大能力放大能力)输入信号输入信号xi类型类型iouuua/ ioiiia/ ioriua/ ioguia/ 通过本知识点的学

5、习，了解四种放大器的电通过本知识点的学习，了解四种放大器的电路模型以及它们之间的区别和联系。路模型以及它们之间的区别和联系。xixo放放大大器器信信号号源源负负载载2 2、基本放大电路及其模型、基本放大电路及其模型+ui- -+uo- -iiio信号源内阻信号源内阻信号源信号源输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流rsusriu ororl输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻输入电阻输入电阻ri： 从放大电路输入端看进去的等效电阻。从放大电路输入端看进去的等效电阻。输出电阻输出电阻ro：描述放大电路带负载能力的指标。描述放大电路带负载能力的指标。,/iiiiur xixo

6、放放大大器器信信号号源源负负载载负载负载2 2、基本放大电路及其模型、基本放大电路及其模型（1）电压放大器：）电压放大器：输入是电压信号，输出输入是电压信号，输出也是电压信号，是一种也是电压信号，是一种电压控制电压源电压控制电压源。 loliuoorrruau rsusriauouirorl+ui-+uo-iiio电压增益电压增益au：loluoiourrrauua 当当rl =时，时，au=auo ，auo称为开路电压增益；称为开路电压增益；ro越小，越小， au越稳定，放大器的带负载能力越强。越稳定，放大器的带负载能力越强。,sisiiurrru 为使为使ui尽可能接近尽可能接近us 提高

7、电源利用率，提高电源利用率，ri越大越好。越大越好。为提高电源利用率和带负载能力，设计电压放大器时应满足为提高电源利用率和带负载能力，设计电压放大器时应满足rors。理想电压放大器的条件是理想电压放大器的条件是ro=0和和ri = ，此此时，时，au恒等于恒等于auo ，而其电流增益和功率增益恒等于无穷大。，而其电流增益和功率增益恒等于无穷大。 2 2、基本放大电路及其模型、基本放大电路及其模型（2）电流放大器：）电流放大器：输入信号是电流，输出输入信号是电流，输出信号也是电流，是一种信号也是电流，是一种电流控制电流源电流控制电流源。 looiioorrriai 电流增益电流增益ai：当当rl

8、 =0时，时，ai=aio ， aio称为短路电流增益称为短路电流增益ro越大，越大， ai越稳定，放大器的带负载能力越强。越稳定，放大器的带负载能力越强。,sissiirrri 为使为使ii尽可能接近尽可能接近is 提高电源利用率，提高电源利用率，ri越小越好。越小越好。rsisriaioiirorl+uo-+ui-iiiolooioioirrraiia 为提高电源利用率和带负载能力，设计电流放大器时应满足为提高电源利用率和带负载能力，设计电流放大器时应满足rorl，rirs。理想电流放大器的条件是理想电流放大器的条件是ro= 和和ri = 0，此时，此时，ai恒等于恒等于aio ，而其电压

9、增益和功率增益恒等于无穷大。，而其电压增益和功率增益恒等于无穷大。 2 2、基本放大电路及其模型、基本放大电路及其模型（3）跨阻放大器：）跨阻放大器：跨阻增益跨阻增益ar：,sissiirrri 为使为使ii尽可能接近尽可能接近is 提高电源利用率，提高电源利用率，ri越小越好。越小越好。输入信号是电流，输出输入信号是电流，输出信号是电压，是一种信号是电压，是一种电流控制电压源电流控制电压源。 iiiorlrsisriaroiiro+ui-+uo-,loliroorrriau lolroiorrrraiua 当当rl = 时，时，ar = aro ，aro称作开路跨阻增益称作开路跨阻增益 ro

10、越小，越小， ar越稳定，放大器的带负载能力越强。越稳定，放大器的带负载能力越强。设计跨阻放大器时，应设法满足设计跨阻放大器时，应设法满足rorl，rirl，rirs 。 ,sisiiurrru 当当rl =0时，时，ag = ag o , ag o称作短路跨导增益称作短路跨导增益 ,looigoorrruai loogoiogrrrauia iiiorsusriagouirorl+uo-+ui-（5）四种基本放大器的区别和联系）四种基本放大器的区别和联系区别是：区别是：增益的量纲不同增益的量纲不同对输出电阻的要求不同对输出电阻的要求不同对输入电阻的要求不同对输入电阻的要求不同以电压作为输出量

11、的放大器要求以电压作为输出量的放大器要求ro rl以电压作为输入量的放大器要求以电压作为输入量的放大器要求ri rs以电流作为输入量的放大器要求以电流作为输入量的放大器要求ri rs适用场合不同适用场合不同电压放大器和跨阻放大器适用于负载电阻较大的场合，电压放大器和跨阻放大器适用于负载电阻较大的场合， 多用于信号的前置放大和中间放大。多用于信号的前置放大和中间放大。电流放大器和跨导放大器适用于负载电阻较小的场合，电流放大器和跨导放大器适用于负载电阻较小的场合， 多用于电子系统的输出级或执行机构的驱动电路。多用于电子系统的输出级或执行机构的驱动电路。联系是：联系是： 四种模型电路的参数之间可以相

12、互转换。四种模型电路的参数之间可以相互转换。 一般电压增益更容易测一般电压增益更容易测量，其他增益可以由电量，其他增益可以由电压增益换算得到。压增益换算得到。 +ui-+ui-iiiorlrsisriaroiiro+uo-iiiorsusriagouirorl+uo-+ui-rsisriaioiirorl+uo-iiio电流增益：电流增益：liuiiloioirraruruiia /跨阻增益：跨阻增益：跨导增益：跨导增益：电电流流放放大大跨跨阻阻放放大大跨跨导导放放大大iuiioiorraruuiua /luiloioirauruuia /（5）四种基本放大器的区别和联系）四种基本放大器的区别

13、和联系说到放大你最关说到放大你最关心什么心什么?能放多大能放多大?象不象象不象 ?对信号源影对信号源影响有多大响有多大 ?带负载能带负载能力如何力如何 ?1、放大倍数（增益）、放大倍数（增益）2、输入电阻、输入电阻3、输出电阻、输出电阻4、通频带、通频带5、非线性失真系数、非线性失真系数6、动态范围、动态范围xixo放放大大器器信信号号源源负负载载频率响应频率响应 ?3 3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标交交流流指指标标能够输出的最能够输出的最大电压大电压?（1）放大倍数（增益）放大倍数（增益） 描述放大电路放大能力的指标。描述放大电路放大能力的指标。放大倍数放大倍数输出量输出

14、量输入量输入量电压放大器：电压放大器：电流放大器：电流放大器：跨阻放大器：跨阻放大器：跨导放大器：跨导放大器：iouuua/ ioiiia/ ioriua/ ioguia/ 电压增益（无量纲）电压增益（无量纲）电流增益（无量纲）电流增益（无量纲）跨阻增益（跨阻增益（ ）跨导增益（跨导增益（s）（是复数，反映两者的幅值比和相位差）（是复数，反映两者的幅值比和相位差）放大倍数（增益）的放大倍数（增益）的“分贝分贝”表示方法：表示方法：放大倍数也常用分贝作单位，其换算关系为：放大倍数也常用分贝作单位，其换算关系为：)( |lg20)(dbadbauu )( |lg20)(dbadbaii )( |l

15、g10)(dbadbapp 是最常被研究是最常被研究和测试的参数和测试的参数,1000| ua?)( dbau?| ua,3)(dbdbau ,100 ua?)( dbau3 3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标（2）输入电阻）输入电阻ri 用来描述放大电路对信号源索取电流的大小，用来描述放大电路对信号源索取电流的大小，也表示放大器对信号源的影响程度。也表示放大器对信号源的影响程度。输入为电压源：输入为电压源：iiiiur ri ，ii ，ui就越接近就越接近us，输入信号的利用率越高。输入信号的利用率越高。usrsuiuoauiiio（ ri越大越好）越大越好）输入为电流源：输

16、入为电流源：ri ，irs ，ii就越接近就越接近is，输入信号的利用率越高。输入信号的利用率越高。（ ri越小越好）越小越好）is rsri从放大电路输入端看进去的等效电阻。从放大电路输入端看进去的等效电阻。3 3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标（3）输出电阻）输出电阻ro描述放大电路带负载能力的指标。描述放大电路带负载能力的指标。放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们可以用戴维南而言，相当于信号源，我们可以用戴维南定理将之等效为一个电压源，电压源的内阻就是输出电阻。定理将之等效为一个电压源，电压源的内阻就是输出电阻。usrsrou o以电压作为输出量的放大

17、器：以电压作为输出量的放大器：ro 越小越好。越小越好。以电流作为输出量的放大器：以电流作为输出量的放大器：ro越大越好。越大越好。3 3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标如何获得电路的输出电阻如何获得电路的输出电阻ro ？（1 1）将信号源置零）将信号源置零 ，保留内阻，保留内阻( (保留受控源保留受控源) )。（2 2）将负载开路，在输出端加一个电压）将负载开路，在输出端加一个电压uo ，得到输出电流，得到输出电流io 。方法方法1 1：加压求流法（外加激励法）：加压求流法（外加激励法）iouo（3 3）计算。）计算。* *注意注意! !计算输出电阻时必须将独计算输出电阻时必

18、须将独立信号源置零并保留内阻。立信号源置零并保留内阻。输出电阻与负载无关！输出电阻与负载无关！保留内阻保留内阻 lr su0oooiur usrsrou s方法方法2 2：实验测量法：实验测量法usrsrou s（1） 将负载开路，测量开路（空载）输出电压将负载开路，测量开路（空载）输出电压u s。（2） 在输出端接入一个已知负载，测输出电压在输出端接入一个已知负载，测输出电压ul。（3） 计算。计算。solllurrru rlulllsoruur)1( 如何获得电路的输出电阻如何获得电路的输出电阻ro ？（4）通频带）通频带bw描述放大电路对不同频率信号的放大能力。描述放大电路对不同频率信号

19、的放大能力。f|au|0由于电路中的电抗元件以及放大管的由于电路中的电抗元件以及放大管的pn结电容效应，结电容效应，使放大电路在信号频率较低或较高时的电压放大倍数使放大电路在信号频率较低或较高时的电压放大倍数下降，并产生相移。描述放大倍数的幅值随频率变化下降，并产生相移。描述放大倍数的幅值随频率变化的曲线，称为幅频特性曲线。的曲线，称为幅频特性曲线。中频区中频区|aum|中频中频增益增益0.7 |aum|3db高高频频区区低低频频区区flfh下限频率下限频率上限频率上限频率通频带通频带bw = fh fl3db带宽带宽3 3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标（5）非线性失真系数）

20、非线性失真系数d 描述放大电路的失真程度。描述放大电路的失真程度。（6）动态范围）动态范围uo(p-p)放大电路的最大输出幅度。放大电路的最大输出幅度。表示非线性失真系数表示非线性失真系数d在允许范围时，放大器能够在允许范围时，放大器能够输出的最大电压的值，一般用输出电压的峰峰值输出的最大电压的值，一般用输出电压的峰峰值或有效值表示。或有效值表示。思考题思考题 ：1. 测量放大器输入电阻、输出电阻应该用什么信号？测量放大器输入电阻、输出电阻应该用什么信号？2. 测量放大器的通频带用什么信号？测量放大器的通频带用什么信号？3. 测量放大器的动态范围用什么信号？测量放大器的动态范围用什么信号？3

21、3、放大电路的主要性能指标、放大电路的主要性能指标中频区正弦小信号宽频率范围的小信号中频信号，加较大信号1、基本放大电路的组成及各元件的作用、基本放大电路的组成及各元件的作用二、放大电路的基本组成和工作原理二、放大电路的基本组成和工作原理2、设置静态工作点的必要性、设置静态工作点的必要性3、放大电路的组成原则、放大电路的组成原则rc ecebrb+- -usuo+-共射共射1 1、基本放大电路的组成及各元件的作用、基本放大电路的组成及各元件的作用eb , rb:使使发射结正偏发射结正偏，且有合适的，且有合适的ib。（不用（不用rb可以吗？）可以吗？）ec :使使集电结反偏，同时提供能量。集电结

22、反偏，同时提供能量。rc :将将ic转化为转化为uce (uo ）。）。rc ecebrb+- -usuo+-bjt :电流的控制和放大作用。电流的控制和放大作用。信号源作用时：信号源作用时：)(ocercbbesuuuiiuuc 信号源为信号源为us0时，时，bjt的各极电流和极间电压均为直流量，的各极电流和极间电压均为直流量，称为静态工作点称为静态工作点q，即为：，即为：),(ceqbeqcqbquuiiq（对（对rc的取值有要求吗？）的取值有要求吗？）静态工作点设置是否合适，对放大器性能的影响至关重要。静态工作点设置是否合适，对放大器性能的影响至关重要。放大的对象是变化量放大的对象是变化

23、量rcrb+ecuo+-2 2、设置静态工作点的必要性、设置静态工作点的必要性rc ecebrb+- -usuo+-为什么放大的对象是动态信号，却需要晶体管为什么放大的对象是动态信号，却需要晶体管在信号为在信号为0 0时有合适的直流电流和极间电压呢？时有合适的直流电流和极间电压呢？分析没有基极偏置的情况：分析没有基极偏置的情况：+- -usubeib0uonust一般的输入信号不足以使一般的输入信号不足以使bjt导通，导通， uo =ec，即使输入信号足够大，也只有在输入信号大于即使输入信号足够大，也只有在输入信号大于uon时，输出才有变化，产生严重时，输出才有变化，产生严重失真失真！结果：输

24、出电压必然产生失真结果：输出电压必然产生失真!设置合适的静态工设置合适的静态工作点，首先要解决作点，首先要解决失真问题，但是失真问题，但是q点的位置几乎影响点的位置几乎影响着放大电路所有的着放大电路所有的动态参数。动态参数。3、放大电路的组成原则放大电路的组成原则（1 1）要设置合适的静态工作点：）要设置合适的静态工作点：合适的直流电源：合适的直流电源：对于对于bjtbjt放大电路，电源的极性和大小应使晶放大电路，电源的极性和大小应使晶体管发射结正偏，集电结反偏，保证体管发射结正偏，集电结反偏，保证bjtbjt工作在放大区；对于工作在放大区；对于fetfet放放大电路，电源的极性和大小应为大电

25、路，电源的极性和大小应为fetfet的栅的栅- -源之间、漏源之间、漏- -源之间提供源之间提供合适的电压，使之工作在恒流区。合适的电压，使之工作在恒流区。合适的电路参数：合适的电路参数： 电阻取值适当，与电源配合，使放大管有合电阻取值适当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。适的静态工作电流。（2 2）要有）要有“通畅通畅”的交流通路：的交流通路：输入信号必须能够作用于放大管的输入回路：输入信号必须能够作用于放大管的输入回路：对于对于bjt，输入信，输入信号必须能够作用于发射结，产生号必须能够作用于发射结，产生ube(或或ib)；对于；对于fet，输入信号，输入信号必须能够改变栅必须能

26、够改变栅-源电压，产生源电压，产生ugs。输出信号必须能顺利输出：输出信号必须能顺利输出：当负载接入时，必须保证放大管输出当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。多的信号电流或信号电压。（3 3）对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能）对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能 少、负载上无直流分量。少、负载上无直流分量。共地：共地：输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端。输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端。rb1rb2rcrl+e

27、cus+-t4、两种实用的放大电路两种实用的放大电路（1 1）直接耦合放大电路）直接耦合放大电路rc ecebrb+- -usuo+-存在问题：存在问题： 两种电源；两种电源； 信号源与放大电路不共地；信号源与放大电路不共地；输入信号和放大电路、负载和放大电路直接连接。输入信号和放大电路、负载和放大电路直接连接。 输出含有直流分量。输出含有直流分量。存在问题：存在问题： 输入的交流信号在电输入的交流信号在电 阻上有损耗；阻上有损耗； 输出含有直流分量输出含有直流分量电源正极标电源正极标出电位出电位（2 2）阻容耦合放大电路）阻容耦合放大电路c1，c2为耦合电容！为耦合电容！耦合电容的特点：耦合

28、电容的特点：耦合电容的容耦合电容的容量应足够大，在放大电路的通频量应足够大，在放大电路的通频带内，对于交流信号近似为短路，带内，对于交流信号近似为短路，其作用是其作用是“隔断直流、通过交隔断直流、通过交流流”。rb1rb2rcrl+ecus+-c1c2输入信号和放大电路、负载和放大电路通过电容连接。输入信号和放大电路、负载和放大电路通过电容连接。静态时静态时c1、c2上的电压？上的电压？动态时：动态时：sbeqbeuuu 信号驮载在静态之上。信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。耦合电容没有动态损耗。耦合电容没有动态损耗。缺点：当信号频率较低时，电容上的交流损耗变大。缺点

29、：当信号频率较低时，电容上的交流损耗变大。 cequ bequ（注意电容的极性）（注意电容的极性）c1c2ce rb1rb2 rerlrc rsus ec+旁路旁路电容电容4、两种实用的放大电路两种实用的放大电路三、放大电路的直流通路和交流通路三、放大电路的直流通路和交流通路 通常放大电路中直流电源和交流信号的作用共存，并且由于电路中通常放大电路中直流电源和交流信号的作用共存，并且由于电路中电抗元件的存在，交流电流和直流电流流过的通路是不一样的。为简化电抗元件的存在，交流电流和直流电流流过的通路是不一样的。为简化分析，在分析时将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。分析，在分析时将它们分

30、开作用，引入直流通路和交流通路的概念。1、直流通路、直流通路直流电源作用的通路，解决静态工作点问题。直流电源作用的通路，解决静态工作点问题。2、交流通路、交流通路交流信号源作用的通路，反映交流信号的传输问题。交流信号源作用的通路，反映交流信号的传输问题。交流信号源置零，保留内阻；交流信号源置零，保留内阻； 电容开路；电容开路；适用的频率范围：放大电路的中频区适用的频率范围：放大电路的中频区电感短路（线圈电阻近似为电感短路（线圈电阻近似为0）。）。大电容（耦合电容、旁路电容）相当于短路；大电容（耦合电容、旁路电容）相当于短路；直流电源相当于短路；直流电源相当于短路；电感相当于开路。电感相当于开路

31、。rb1rb2rcrl+ecui+-tcben直接耦合放大电路的直流通路和交流通路直接耦合放大电路的直流通路和交流通路rb2rcrl+ectrb1rcrltrb2+-uirb1直流直流通路通路交流交流通路通路rb1rb2rcrl+ecui+-tcberb1 rbrcrl+ecui+-tc1c2cbe rbrc+ectrb1 rbrcrl+ecui+-tc1c2cbercrltrb+-ui直流直流通路通路交流交流通路通路n阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路n带发射极电阻的阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路带发射极电阻的阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路c

32、1c2cerb1rb2rfrlrcrsus+ec+-rerb1rb2rfrc+ecrercrltrb2+-usrfrb1rs【例题例题】判断图中各电路能否实现电压放大？判断图中各电路能否实现电压放大？判断方法：判断方法：1. 是否有合适的静态偏置。是否有合适的静态偏置。2. 交流信号能否加到交流信号能否加到bjt输入端，能否输出。输入端，能否输出。 （看电源极性，隔直电容位置）（看电源极性，隔直电容位置）（看旁路电容）（看旁路电容）c2rbrcc1ecrcecrbc1c2rbc1c2ecrbrcc1c2ec例题例题判断图中各电路能否实现电压放大？判断图中各电路能否实现电压放大？+ecrcrb1

33、c1c2rb2+ +- -uo+ +- -ui+ecrcrbc1c2+ +- -uo+ +- -ui+ecrcrb+ +- -uo+ +- -ui+ecrcrb+ +- -uo+ +- -ui+ecrcrb+ +- -uo+ +- -ui判断方法：判断方法：1. 是否有合适的静态偏置。是否有合适的静态偏置。2. 交流信号能否加到交流信号能否加到bjt输入端，能否输出。输入端，能否输出。 （看电源极性，隔直电容位置）（看电源极性，隔直电容位置）（看旁路电容）（看旁路电容）四、放大电路的三种基本组态四、放大电路的三种基本组态根据放大电路的输入、输出信号所接电极的不同，放大电路根据放大电路的输入、输出信号所接电极的不同，放大电路可分为三种基本组态：可分为三种基本组态：共射共射组态、组态、共集共集组态和组态和共基共基组态。组态。c1rb1rerlrs