模拟电子技术课程(第二章)

1、1 第二章 放大电路分析基础模拟电子技术模拟电子技术2第二章 放大电路分析基础 基本概念 直流和交流通路 静态和动态工作点 直流和交流负载线 饱和和截止失真 放大倍数 输入电阻 输出电阻 分析计算方面 直流静态工作点的计算（图解法和解析法） 放大电路指标计算（图解法和微变等效电路法） 非线性失真的类型判断和消除办法（图解法) 32.1 放大电路工作原理 电子学中提到的放大是指将幅值很微弱的电子学中提到的放大是指将幅值很微弱的变化信号变化信号放大放大到可以测量和利用的程度，其实质是能量的转换，即由一到可以测量和利用的程度，其实质是能量的转换，即由一个能量很小的输入信号控制直流电源，使之转换成交流

2、能个能量很小的输入信号控制直流电源，使之转换成交流能量输出，驱动负载。量输出，驱动负载。 三极管具有电流放大的特性，因此可用来组成放大电路。三极管具有电流放大的特性，因此可用来组成放大电路。三极管放大电三极管放大电路有三种形式路有三种形式共射放大电路共射放大电路共基放大电路共基放大电路共集放大电路共集放大电路以共射放大以共射放大器为例讲解器为例讲解工作原理工作原理42.1.1 放大电路的组成原理ui输入输入uo输出输出Rb+UCCUBBRcC1C2T为保证三极管为保证三极管工作工作在放大区，就必须在放大区，就必须要集电结反偏，发要集电结反偏，发射结正偏射结正偏。52.1.1 放大电路的组成原理

3、Rb+UCCUBBRcC1C2T基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻作用：作用：使发射结使发射结正偏，并提供适正偏，并提供适当的静态工作点。当的静态工作点。集电极电源，为集电极电源，为电路提供能量，电路提供能量，并保证集电结反并保证集电结反偏。偏。集电极电阻，将变集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压化的电压。62.1.1 放大电路的组成原理Rb+UCCUBBRcC1C2T耦合电容：耦合电容：通常是通常是电解电容，有极性电解电容，有极性大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔离输入隔离输入输出与电路直流输出与电路直流的联系，同时能的联系，同时能使使变化信号变化信号顺利顺利地

4、输入输出地输入输出+7Rb+UCCUBBRcC1C2T+单电源供电电路单电源供电电路+UCCRcC1C2TRb双电源供电电路双电源供电电路合并合并共射极基本放大电路的改进8放大电路中各点的波形放大电路中各点的电压或电流可看作放大电路中各点的电压或电流可看作是直流分量和交流分量累加的结果是直流分量和交流分量累加的结果ui=0ui=Vsin t92.1.2 直流通路和交流通路 直流通路直流通路 只考虑直流信号的分电路只考虑直流信号的分电路 由于电容对交、直流的作用不同。如果电容容由于电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流量足够大，可以认为它对交流不起作用，

5、即对交流短路，而对直流可以看成开路。这样，交直流所走短路，而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通道是不同的。的通道是不同的。 交流通路交流通路 只考虑交流信号的分电路只考虑交流信号的分电路电容视为开路电容视为开路电感视为短路电感视为短路电容视为短路电容视为短路电感视为开路电感视为开路电压源视为短路电压源视为短路10例：求该电路的直流通路例：求该电路的直流通路开路开路开路开路Rb+UCCRcC1C2T直流通路直流通路Rb+UCCRc11短路短路短路短路Rb+UCCRcC1C2TRbRcRLuiuo交流通道交流通道接地接地RL例：求该电路的交流通路例：求该电路的交流通路122.1.2 直流通路

6、和交流通路信号的不同分量可以分别在不同的通道分析信号的不同分量可以分别在不同的通道分析 直流分析直流分析 用于求出电路的直流工作状态，即基极直流用于求出电路的直流工作状态，即基极直流电流、集电极直流电流和集射极直流电压、又电流、集电极直流电流和集射极直流电压、又称称静态分析静态分析 交流分析交流分析 用来求放大电路的动态性能指标，即电压放用来求放大电路的动态性能指标，即电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，又称大倍数、输入电阻和输出电阻，又称动态分析动态分析13放大放大电路电路分析分析方法方法静态分析静态分析动态分析动态分析计算机仿真计算机仿真解析法（估算法）解析法（估算法）图解法图解法微变等效电

7、路法微变等效电路法图解法图解法放大电路分析方法142.2.1 解析法确定静态工作点2.2.2 图解法确定静态工作点2.2.3 电路参数对静态工作点的影响2.2 放大电路的直流工作状态15静态工作点ui=0时时ICQRb+UCCRcC1C2TIBQUCEQ电路处于电路处于静态静态时，三极时，三极管各极的电压、电流在管各极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，特性曲线上确定为一点，称为称为静态工作点静态工作点，又称，又称为为Q点。用点。用IBQ 、ICQ 和和UCEQ表示表示16静态工作点静态工作点静态工作点在输入和输出特性曲线上的图示在输入和输出特性曲线上的图示IBUBEQIBQUBEQUCEIC

8、UCEQUCEQICQIb17静态工作点IBUBEQICUCEuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化ibtictuitic与与ib 、ui同同相相ibt18直流负载线uce相位如何相位如何 u ucece与与u ui i反相！反相！ICUCEictucetQuCE的变化沿一条直线的变化沿一条直线进行，称为进行，称为直流负载线直流负载线192.2.1 解析法确定静态工作点ICQUCEQ直流通道直流通道Rb+UCCRcIBQ 采用该方法，必须已知三极管的采用该方法，必须已知三极管的 值值cCQCCCEQBQCQbBECCBQRIUUIIRUUI202.2.1 解析法确定静

9、态工作点UCEQICQRb+UCCRcIBQ 例一：例一：mA04. 030012BCCBQRUImA204. 050BQCQIIV44212CCQCCCEQRIUU解：解：已知已知: UCC=12V，Rc=4k ， =50，Rb=300k ，求该电路静态工作点求该电路静态工作点212.2.2 图解法确定静态工作点IBQ直流通道直流通道Rb+UCCRc在输入特性曲线上，作直线在输入特性曲线上，作直线 uBE =UCCiBRb 该线与特性曲线的交点即是该线与特性曲线的交点即是Q点点 根据其坐标值可得到根据其坐标值可得到IBQ22直流通道直流通道Rb+UCCRcIBQ斜率斜率 -1RcQICQIB

10、QRcVCCVCCvCEiC在输出特性曲线上，作出在输出特性曲线上，作出直流负载线直流负载线 uCE=UCCiCRc，该线与该线与 IB=IBQ 曲线的交点即为曲线的交点即为Q点，点，根据其坐标值可得到根据其坐标值可得到UCEQ 和和ICQ直流直流负载线负载线图解法求直流负载线ICQUCEQ232.2.3 电路参数对静态工作点的影响直流通道直流通道Rb+UCCRcIBQ Rb 变化对静态工作点的影响变化对静态工作点的影响ICQUCEQ24ICQUCEQ直流通道直流通道Rb+UCCRcIBQ Rc 变化对静态工作点的影响变化对静态工作点的影响2.2.3 电路参数对静态工作点的影响25ICQUCE

11、Q直流通道直流通道Rb+UCCRcIBQ UCC 变化对静态工作点的影响变化对静态工作点的影响2.2.3 电路参数对静态工作点的影响* 在实际应用中，不通过在实际应用中，不通过Ucc来改变静态工作点。来改变静态工作点。262.3.1 图解法分析动态特性2.3.2 放大电路的非线性失真2.3.3 微变等效电路2.3.4 三种基本组态放大电路的分析2.3 放大电路的动态工作状态27复习复习对交流信号（输入信号对交流信号（输入信号ui）短路短路短路短路接地接地Rb+UCCRcC1C2TRbRcRLuiuo交流通道交流通道282.3.1 图解法分析动态特性交流通道交流通道RbRcRLuouiicuce

12、 交流负载线交流负载线 交流通道中交流通道中uce 与与ic 的关的关系曲线称为交流负载线，它系曲线称为交流负载线，它是交流信号输入时工作点的是交流信号输入时工作点的运动轨迹运动轨迹 通过静态工作点通过静态工作点 满足以下方程式满足以下方程式uce= - ic (Rc /RL)RL= RcRL 称为交流负载电阻称为交流负载电阻29斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC交流通道交流通道RbRcRLuouiicuce斜率斜率 -1Rc斜率斜率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC图解法求交流负载线 在输出特性上做直流负载在输出特性上做直流负载 线

13、，得到线，得到Q点点 过过Q点做一条斜率为点做一条斜率为-1/R L 的直线，就得到交流负载线的直线，就得到交流负载线302.3.2 放大电路的非线性失真 在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非非线性失真线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入

14、截止区或饱和区，则造成非线性失真，即止区或饱和区，则造成非线性失真，即截止失真截止失真和和饱和失真饱和失真。31iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号ibQ不失真波形32iCuCEuo由于放大电路由于放大电路的工作点达到的工作点达到了三极管的截了三极管的截止区而引起的止区而引起的非线性失真称非线性失真称为为截止失真。截止失真。输出波形输出波形输入波形输入波形ib对于对于NPN管共射极管共射极放大电路，输出电压放大电路，输出电压表现为顶部失真表现为顶部失真Q截止失真波形33iCuCEib输入输入波形波形uo输出波形输出波形由于放大电路由于放大电路的工作点达到的工作点达到了三极

15、管的饱了三极管的饱和区而引起的和区而引起的非线性失真称非线性失真称为为饱和失真。饱和失真。对于对于NPN管共射极管共射极放大电路，输出电压放大电路，输出电压表现为底部失真表现为底部失真饱和失真波形Q342.3.3 微变等效电路建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。处理。

16、 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。35H参数小信号模型的引出),(CEBBEuifu在小信号情况下，对上式在小信号情况下，对上式取全微分取全微分CECEBEBBBEBEBCEduuudiiuduIU用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示ube= hieib+ hreuceic= hfeib+ hoeuce三极管的输入输出特性曲线如下：三极管的输入输出特性曲线如

17、下：iB=f(uBE) uCE=constiC=f(uCE) iB=const可以写成可以写成),(CEBCuifi CECECBBCBCEduuidiiidiIUCuBEuCEiBcebiC36四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）参数）Ube= hieIb+ hreUceIc= hfeIb+ hoeUceCEBBEie Uiuh输出端交流短路时的输入电阻输出端交流短路时的输入电阻( (欧姆欧姆) )；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数（无量纲）；大系数（无量纲）；输入端交流开路时的反向电压传输

18、比（无量输入端交流开路时的反向电压传输比（无量纲）纲） ；输入端交流开路时的输出电导（输入端交流开路时的输出电导（S S西门子）。西门子）。CEBCfe UiihBCEBEre IuuhBCECoe IuihH参数小信号模型的引出37根据根据Ube= hieIb+ hreUceIc= hfeIb+ hoeUceuBEuCEiBcebiCH参数小信号模型的引出 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数 H H参数与工作点有关，在放大区基本不变参数与工作点有关，在放大区基本不变 H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析参数都是微变参数，所以只

19、适合对交流信号的分析hfeIbIcUceIbUbehreUcehiehoe可得可得H参数小信号模型电路图参数小信号模型电路图38hfeIbIcUceIbUbehreUcehiehoeH参数小信号模型的简化一般采用习惯符号一般采用习惯符号hie= rbe , hfe = hre=uT , 1/hoe= rce IbIcUceIbUbeuT Ucerberce39H参数小信号模型的简化 IbIcUceIbUbeuT UcerberceUT 很小，一般很小，一般为为10-3 10-4rce很大，很大，约约为为100k Ube= rbeIbIc= Ib最后得到三极管简化等效电路及模型最后得到三极管简化

20、等效电路及模型40一般用公式估算一般用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQTeIIVr而而 (T=300K) H参数的计算412.3.4 三种基本组态放大电路的分析 放大电路性能指标一、电压放大倍数一、电压放大倍数 AuiouUUA |Ui 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值或幅值的有效值或幅值uiuoAu42放大电路性能指标二、输入电阻二、输入电阻 ri 放大电路由前级（信号源）为其提供信号，因此要从信

21、放大电路由前级（信号源）为其提供信号，因此要从信号源取电流。号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。它表明了放大电路对信号源的影响。小的参数。它表明了放大电路对信号源的影响。AuUSiiiIUrri 越大，越大，Ii 就越小，就越小，ui 就越接近就越接近uSiIiU43放大电路性能指标放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是等效电路的内阻就是输出电阻输出电阻。AuUS三、输出电阻三、输出电阻 ror

22、oUS44输出电阻计算方法roUS方法一：方法一：UI1. 输入信号源置零（电流源开路）输入信号源置零（电流源开路）2. 输出端加电压并测量输入电流输出端加电压并测量输入电流IUro45输出电阻计算方法方法二：方法二：Uo1. 测量开路电压测量开路电压roUs2. 测量接入负载后的输出电压测量接入负载后的输出电压LoooRUUr) 1(roUsRLUo462.3.4 三种基本组态放大电路的分析 共射极放大电路性能指标uirbe ibibiiicuoRbRcRLRb+UCCRcC1C2TRLRbRcRLuiuo47共射极放大电路的指标计算一、电压放大倍数的计算一、电压放大倍数的计算bebirIU

23、LboRIUbeLurRALcLRRR/rbeRbRcRLiUiIbIcIoUbI 特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小负载电阻越小，放大倍数越小48共射极放大电路的指标计算rbeRbRcRLiUiIbIcIoUbIbebrR /beriiiIUr二二、输入电阻的的计算输入电阻的的计算49共射极放大电路的指标计算三三、输出电阻的的计算输出电阻的的计算coooRIUr用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：oUrbeRbRciIbIbI0cI0oI因因r0常用来考虑带负载的常用来考虑带负载的能力，因此求能力，因此求r0时不考虑时不考虑负载负载RL，应将其断开应将其断开502.3.4 三

24、种基本组态放大电路的分析 共集极放大电路性能指标Rb+UCCC1C2ReRLuiuoRbReRLuiuorbeiUbIReRLRboUcIbIiI51共集极放大电路的指标计算一、电压放大倍数的计算一、电压放大倍数的计算LeoRIULbRI）（1LebebiRIrIULbbebRIrI)1 (LbbebLbuRIrIRIA)1 ()1 (LbeLRrR)1 (1）（rbeiUbIReRLRboUcIbIiI52共集极放大电路的指标计算LbeLuR)(rRA11）（,)1 (LbeRr所以所以，1uA一般：一般：因为共集极电路电压放大倍数略小于因为共集极电路电压放大倍数略小于1，且输入，且输入输出

25、电压同相，故称输出电压同相，故称射极跟随器（电压跟随器）射极跟随器（电压跟随器）53共集极放大电路的指标计算二二、输入电阻的的计算输入电阻的的计算rbeiUbIReRLRboUcIbIiIRBI射极跟随器的输入电阻较大，当作为前一级负射极跟随器的输入电阻较大，当作为前一级负载时，对前一级放大倍数的影响较小载时，对前一级放大倍数的影响较小 RBbiIII)1(/(LbebiiiRrRIUrbiRBRUI,)1 (LbeibRrUI54共集极放大电路的指标计算三三、输出电阻的的计算输出电阻的的计算robIiIrbeReRbcIbISURsrbeReRbRsUIesbesbeebbRURrURrUI

26、IIIbssRRR/电源置电源置0)11/(1esbeoRRrIUrbIbIeI55共集极放大电路的指标计算三三、输出电阻的的计算输出电阻的的计算IUro)11/(1esbeRRr1/sbeeRrR一般：一般：1sbeERrR所以：所以：1sbeoRrr射极跟随器的输出电阻很小，带负载能力强射极跟随器的输出电阻很小，带负载能力强所谓所谓带负载能力强带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。数基本不变。56共集极放大电路的应用特点1.1.放在多级放大电路的输入级，可以提高输入电阻。放在多级放大电路的输入级，可以提高输入电阻。2.2.放在多级放大电路的输出级，可以

27、降低输出电阻，放在多级放大电路的输出级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。提高带负载能力。3.3.放在多级放大电路的中间级，可以起到电路的匹放在多级放大电路的中间级，可以起到电路的匹配作用，隔离前后级之间的影响。配作用，隔离前后级之间的影响。 共集极放大电路是一个具有高输入阻抗、共集极放大电路是一个具有高输入阻抗、低输出电阻、电压增益近似为低输出电阻、电压增益近似为1的放大电路的放大电路572.3.4 三种基本组态放大电路的分析 共基极放大电路性能指标58共集极放大电路的指标计算一、电压放大倍数的计算一、电压放大倍数的计算bebirIVbeLbebLbiourRrIRIVVALbLcoRIRI

28、VLcL/ RRR 59共集极放大电路的指标计算二二、输入电阻的的计算输入电阻的的计算1)(1bebbebeiebirIrIIVrR11/bebeeebeiiirrRrRIVr60共集极放大电路的指标计算三三、输出电阻的计算输出电阻的计算coRr 61三种基本放大电路的性能比较电压增益电压增益:beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR 大大小小大大输入电阻：输入电阻：beb/rR )/)(1(/LebebRRrR 1/beerR大大中中小小输出电阻：输出电阻：cR 1)/(/bebserRRRcR大大小小大大62三种基本放大电路的性能比较632

29、.4 静态工作点的稳定及其偏置电路为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，半导体器件受温度影响稳定的静态工作点。但是，半导体器件受温度影响比较大。比较大。温度对静态工作点的影响主要体现在以下温度对静态工作点的影响主要体现在以下方面：方面：UBE ICEOTQ64uoRb1+UCCRcC1C2Rb2CeReRLuiI1I2IBRb1+UCCRcTRb2Re直流通路直流通路2.4.1 分压偏置电路静态分析射极直流负射极直流负反馈电阻反馈电阻交流交流旁旁路电容路电容65温温度度UBEICUEIBIC本电路稳压的原理是由于本电路稳压的

30、原理是由于加入加入Re形成了形成了负反馈负反馈过程过程偏置电路稳压工作原理ICUEIBRb1+UCCRcTRb2Reebc66偏置电路静态工作点算法eEBEbCCRIURIU11I1I2IBRb1+UCCRcTRb2Re直流通路直流通路算法一：算法一：eEBEbRIURI22BIII21BEII)1 (上述四个方程联立，可求出上述四个方程联立，可求出IE ，进而，可求出进而，可求出UCE 。本算法比较麻烦，通常采用下本算法比较麻烦，通常采用下面介绍的算法二、三。面介绍的算法二、三。67I1I2IBRb1+UCCRCTRb2Re直流通路直流通路+UCC方框中部分用戴维南定理等效为方框中部分用戴维南定理等效为RbUBB21/bbbRRR CCbbbBBURRRU212ebBEBBBRRUUI)1 (进而，可求出进而，可求出IE 、UCE算法二：算法二：偏置电路静态工作点算法68偏置电路静态工作点算法I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路直流通路BII 22121bbCCRRUII22bBRIV CCbbbURRR212eEBEBBERIVVVUeBeBEBECRURUUIIeECCCCCERIRIUU算法三（估算法）算法三（估算法）：692.4.2 分压偏置电路动态分析uoRb1+UCCR