第二章基本放大电路

1、第二章第二章基本放大电路基本放大电路一、放大的概念一、放大的概念放大的对象：变化量放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真，放大的前提放大的基本要求：不失真，放大的前提判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。任何放大电路均可看成为二端口网络。二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标ioXXA 放大倍数：输出量与输入量之比放大倍数：输出量与输入量之比输入电压与输入输

2、入电压与输入电流有效值之比电流有效值之比LooLoooo) 1(RUURUUUR 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源，内阻就压源，内阻就是输出电阻。是输出电阻。空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值VCCRSuiRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE2.1.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用基本共射放大电路的组成及各元件的作用VCCRSuiRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEcCQCCCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVI二、设置静态工作点的必要性二、设置

3、静态工作点的必要性 输出电压必然失真！输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点点几乎影响着所有的动态参数！几乎影响着所有的动态参数！ 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？时有合适的直流电流和极间电压？ICUCEOIBUBEO电流电流QIBUBEQUCEICUBEQIBQ无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEQuCE = UCEQ？ uo 0uBE = UBEQ+ uiuCE = UCEQ+ uoIC

4、QuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEQuotO基本共射放大电路的工作原理与波形分析基本共射放大电路的工作原理与波形分析 加上输入信号电压后，各电极电流的大小均发生了变化，加上输入信号电压后，各电极电流的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+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iCtOiCtICQOiCticO静态分析静态分析 输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180，即共发射，即共发射 极电路具有反相作用。极电路具有反相作用。uitOu

5、otO2.1.2 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。引入直流通路和交流通路的概念。直流通路：直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，无信号时电流（直流电流）的通路， 用来研究静态工作点。用来研究静态工作点。交流通路：交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来研究电压放大倍数、输入用来研究电压放大倍数、输入 输出电

6、阻等动态参数。输出电阻等动态参数。1. 信号源视为短路，但应保留其内阻；信号源视为短路，但应保留其内阻；画直流通路原则：画直流通路原则：2. 电容视为开路；电容视为开路；3.电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为0）1. 固定不变的电压源都视为短路固定不变的电压源都视为短路(内阻为内阻为0)；画交流通路原则：画交流通路原则：2. 固定不变的电流源都视为开路；固定不变的电流源都视为开路；3. 视电容对交流信号短路视电容对交流信号短路0j/1 C cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVI VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IB

7、Q的误差越小。的误差越小。基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，作为已知条件，令令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。直流通路直流通路( IBQ 、 ICQ 、 UCEQ )对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+VCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+VCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiECCQCCCEQBQCQBBEQCCBQ RIVUIIRUVIRB

8、RCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作短路。可看作短路。忽略电源的内阻，电源的忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。交流可看作短路。短路短路短路短路对地短路对地短路+VCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE练习练习画出图示电路的直流通路和交流通路。画出图示电路的直流通路和交流通路。将将uS短路，即为直流通路。短路，即为直流通路。2.3.1图解法图解法bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线负载线uotiB B/ AiB B/ AuBE/

9、VtuBE/VUBEQOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCEQQ2uoUCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1饱和失真产生于晶体管的输出回路！饱和失真产生于晶体管的输出回路！ 建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路CECEBEBBBEBEBCEduuudiuiuduICECECBBCBCEduuidiuiidICice12b11beIUhhUce22b21cIUhhI二、二、h参数等效模型参数等效模型h参数的物理意义参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间的间的

10、动态电阻动态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导分清主次，合理近似！什么情况下分清主次，合理近似！什么情况下h12和和h22的作用可忽略不计？的作用可忽略不计？h参数都是小信号参数，即微变参数都是小信号参数，即微变 参数或交流参数。参数或交流参数。h参数与工作点有关，在放大参数与工作点有关，在放大 区基本不变。区基本不变。ce11b11beIUhhUce22b21cIUhhI1） 模型的简化模型的简化h21ibicuceibubeh12uceh11h21即即 rbe= h11 = h21 rce= 1/h22一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数

11、模型为参数模型为 h12很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 ，rce很大，很大，约为约为100k 。故故 一般可忽略它们的影响，一般可忽略它们的影响， 得到简化电路得到简化电路 ib 是受控源是受控源 ，且为电流控，且为电流控制电流源。制电流源。 电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联的。的。 2 2) )r rbebe的近似表达式的近似表达式EQTbbebbbbbebe)1 ( IUrrrIUr查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得在输入特性曲线上，在输入特性曲

12、线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！一般用测试仪测出一般用测试仪测出三、三、放大电路的动态分析放大电路的动态分析)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路beLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRRuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR 阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRIUR求求R Ro的步骤：的步骤：1)

13、 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 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 E2.4.1 温度对静态工作温度对静态工作点的影响点的影响 所谓所谓Q点稳定，是指点稳定，是指ICQ和和UCEQ在温度变化时基本不变，在温度变化时基本不变，这是靠这是靠IBQ的变化得来的。的变化得来的。T（ ）ICQQ 若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，则只有减小则只有减小IBQICEO若若UCEQ不变不变IBQQ 1. 电电路组成路组成直流通路？直流通路？Ce为旁路电容，在交流为旁路电容，在交流通路中可视为短路

14、通路中可视为短路2.4.2 典型的静态工作点稳定电路典型的静态工作点稳定电路CCb21b1bBQVRRRUeBEQBQEQ RUUI2. 稳定原理稳定原理 为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此基本不随温度变化。基本不随温度变化。TUBEQIBQICQUEQICQUBQ 固定固定Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念：关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为施称为反馈反馈。 直流通路中的反馈称为

15、直流通路中的反馈称为直流反馈直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈负反馈，反之称，反之称为为正反馈正反馈。IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小eBEQBQEQCCb21b1bBQRUUIVRRRU分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路什么条件下成立？什么条件下成立？)( ecEQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVUEQBQIIb21bbCCb21b1bBBRRRVRRRVeBQBEQBQeBQBEQbBQeEQBEQbBQBB)1 ()1

16、 (RIUURIURIRIURIV利用戴维宁定理等效变换后求解利用戴维宁定理等效变换后求解Q点点Rb上静态电压上静态电压可忽略不计！可忽略不计！CCb21b1bBQbe )1 ( VRRRURR，则若 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R 短路短路， R 不起作用不起作用， Au，Ri，Ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。旁路电容旁路电容Rb2RcC1C2Rb1CEReRL+VCCuiuo+eS+beLio rRUUAubeb2b1irRRRcoRR Rb2RCC1C2Rb1CEReRL+VCCuiuo+eS+去去)1 (ebeb2b1iRrRRR利?弊?eLbee)1 (RR

17、ArRu，则若如果去掉如果去掉CE ，Au，ri，ro ？ee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAuRB1RCC1C2RB2CERE1RL+VCCuiuo+RE2V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8 . 0 mA36 . 03EBEBEC RUVII A16 A500.8CB IIV8 . 4V38 . 068 . 012)(1E1EECCCCCE RRIRIUURB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVBk6Co RRk86. 18 . 02651200I26) 1(200Ebe rk 15/2B1BB RRR其其中中Ebe

18、Bi) 1 (/RrRRk03.8 EbeL) 1 (RrRAu69. 8 iUiIbIcIoUbISEeIBRI2.4.3 稳定静态工作点的方法稳定静态工作点的方法 引入直流负反馈引入直流负反馈 温度补偿：利用对温度温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。化时直接影响输入回路。 例如，例如，Rb1或或Rb2采用热敏采用热敏电阻。电阻。 Rb1应具有负温度应具有负温度系数，系数， Rb2应具有正温度应具有正温度系数。系数。Bb1CBBEEC )(URIIUUIT 2.1 放大的概念和放大电路的性能指标放大的概念和放大电路的性能指标2.2 基本共射放大电

19、路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.5.1 共集放大电路共集放大电路1. 电路组成电路组成2. 静态分析静态分析eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1 ()1 (RIVUIIRRUVI3. 动态分析：电压放大倍数动态分析：电压放大倍数ebebe

20、eebebbeeio)1 ()1 ( )(RrRRRIrRIRIUUAu。，即，则）若（ 1 1iobebeUUArRRu故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui3. 动态分析：输入电阻的分析动态分析：输入电阻的分析ebebbiiii)1 (RrRIUIURRi与负载有关！与负载有关！RL)/)(1 (LebebiRRrRR带负载电阻后带负载电阻后3. 动态分析：输出电阻的分析动态分析：输出电阻的分析1 )1 (bebebeboeooeooooerRRrRURUUIIUIURRRo与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！4. 特点特点 输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；输入电阻

21、大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！在一定条件下有电压跟随作用！oU令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，得：，得： 1. 因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。可以提高输入电阻，减轻信号源负担。 2. 因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。可以降低输出电阻，提高带负载能力。3. 利用利用 Ri 大、大、 Ro小以及小以及 Au 1 的特点，也可将射极输出的特点，也可将

22、射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVUCCBEQCEQeCQBBeEQBEQVUURIVRIU2.5.2 共基放大电路共基放大电路1. 静态分析静态分析2. 动态分析动态分析3. 特点：特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！)1 (beeirRRcoRR ebecbebeeccio)1 ( RrRrIRIRIUUAu2.5.3 三种接

23、法的比较：空载情况下三种接法的比较：空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1. Q为多少？为多少？2. Re有稳定有稳定Q点的作用吗？点的作用吗？3. 电路的交流等效电路？电路的交流等效电路？4. V 变化时，电压放大倍数如何变化？变化时，电压放大倍数如何变化？练习)(1 ()(DebeLcRrRrRRAuuuArVrrRRArRRDDbeLcDe)1 ()(，时，当2.1 放大的概念

24、和放大电路的性能指标放大的概念和放大电路的性能指标2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。 场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的

25、发场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。射极、集电极、基极。场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，包括静态分析和动态分析。包括静态分析和动态分析。一、场效应管放大电路的三种基本接法一、场效应管放大电路的三种基本接法按照输入输出回路公共端的不同，场效应管放大电路也分按照输入输出回路公共端的不同，场效应管放大电路也

26、分为为共源共源、共漏共漏和和共栅共栅三种组态。三种组态。分析步骤为：分析步骤为： （1）求静态工作点）求静态工作点 画直流通路；画直流通路； 求静态工作点。求静态工作点。 （2）求交流性能）求交流性能 画交流通路；画交流通路； 画交流等效电路；画交流等效电路； 求交流性能。求交流性能。二、场效应管静态工作点的设置方法二、场效应管静态工作点的设置方法 1. 基本共源放大电路基本共源放大电路 根据场效应管工作在恒流区的条件，在根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间间加极性合适的电源加极性合适的电源dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ) 1(RIVUUVIIVU2. 自给偏压电路自给偏压电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU ，2GS(off)GSQDSSD)1 (UUII)(sdDQDDDSQRRIVU由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压称为自给偏压称为自给偏压3. 分压式偏置电路分压式偏置电路sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU2GS(th)