放大电路的基本原理和分析方法

1、第一章  放大电路的基本原理和分析方法（二）   五、单管放大电路的三种基本组态放大电路有三种基本组态，或称三种接法 共射组态、共集组态和共基组态。三种组态电路的性能比较见教材 65 页表 1 一 1 。    【  例 9  】共集电极电路如图 1 6 ( a ) 所示。已知三极管=100 , rbb´= 300, UBEQ = 0 . 7V , R b= 430k, Rs = 20k, Vcc = 12V , Re = 7 . 5k, RL= 1 . 5k。    

2、60;                             图十六( 1 ) 画出电路的微变等效电路； ( 2 ) 求电路的电压放大倍数 Au和 Aus： ; ( 3 ) 求电路的输入电阻 Ri 和输出电阻 R0 。   解： ( 1 ) 电路的微变等效电路见图 16 ( b )。&#

3、160; 【 说明 】本题练习共集电极电路动态参数的计葬方法。   【 例 10 】 在图 17 ( a ) 所示的放大电路中，已知三极管的= 50 , UBEQ = 0 . 6V , rbb ' = 300，电路其它参数如图中所示。                            图十七( 1

4、 ) 画出电路的直流通路和微变等效电路；  ( 2 ) 若要求静态时发射极电流 IEQ = 2mA ，则发射极电阻 Re应选多大？ ( 3 ) 在所选的 Re之下，估算 IBQ 和 UcEQ 值； ( 4 ) 估算电路的电压放大倍数 Au、输入电阻 Ri和输出电阻 R0 。   解: ( 1 ) 画出电路的直流通路和微变等效电路，见图 1 7( b )和( c )所示。 ( 2 ) 根据图( b )的直流通路，可列出   【 说明 】 本题练习共基极放大电路的分析方法。   六、场效应管放大电路   （一

5、）场效应管放大电路的特点场效应管与双极型三极管一样，也可作为放大元件，但它本身又具有自己的 特点：( 1 ) 场效应管是一种电压控制元件，它是利用栅极与源极之间的电压 UGS 的变化来控制漏极电流 iD 的变化的；( 2 ) 场效应管的共源输入电阻很高，其等效电阻 rGs 可达 1010以上，所以静态时场效应管的栅极基本不取电流； ( 3 )为使放大电路正常工作，应设置合适的静态工作点。对于场效应管来说，应预先设置一个静态偏置电压UGSQ；( 4 )场效应管是利用一种极性的多数载流子导电，故有单极型三极管之称，它的性能受温度变化的影响较小。而晶体三极管是利用两种极性的载流子参与导电，

6、故被称做双极型三极管。   （二）场效应管放大电路性能比较现将各种场效应管放大电路的性能比较列于表中（略）（电路请参阅教材）。    【  例 11  】在图 18(a) 所示的放大电路中，已知场效应管的输出特性如图（b）。                           &

7、#160;      图十八   ( l ) 画出直流负载线，确定静态工作点；     ( 2 ) 确定静态工作点处的跨导gm；   ( 3 ) 估算电压放大倍数Au和输出电阻R0；    ( 4 ) 若已知UTN =2V ，试用估算法求静态工作点处的 UGsQ , IDQ和UDSQ值。  解:( 2 ) 根据定义 gm= iD/uGS, 在Q点附近取 iD 便有相应的 uGS见图（b），   【 说明 】本题练习基

8、本共源电路的综合分析方法。    【  例 12  】在图1 9( a )所示的共源极放大电路中,场效应管的漏极特性见图（c）。                                    

9、         图十九 ( 1 ) 画出电路的微变等效电路；  解：（1）放大电路的微变等效电路见图20所示。                                &#

10、160;                   图二十  （2）图解发求Q和gm： 连接这两点，得到直流负载线 AB ，见图 1 9( c )。 作转移特性曲线：由输出特性可以看出，当 uGs = 0 时，ID2 . 2mA (a ) ,连接 a , b , c , 各点得到转移特性曲线，见图 19 ( b )。连接这两点，得到转移特性的负载线。 转移特性和直流负载线的交点便是静态工作点 Q ，且可

11、对应得到 IDQ= lmA , UGsQ =2V ，和确定输出特性上的静态工作点Q，得到 UDsQ 12V .    【 说明 】本题练习分压自偏压式共源电路的综合分析方法。     【 例 1 3 】 效应管放大电路如图 21( a )所示，已知VDD =12V , RG=12M，R1= l00k , R2 = 300k , RS = 12k, RL = ，电容 C1, C2足够大，效应管在工作点处的跨导 g m=0 .9mS, rDs 很大，可忽略。       

12、;     ( l ) 列出静态工作点处的 UGSQ , UDsQ 和IDQ的表达式；            ( 2 ) 画出电路的微变等效电路；            ( 3 ) 求电路的 Au，Ri和R0值；            ( 4 ) 求当 R L

13、=12k时的Au值。                                                &#

14、160;     图二十一     解：本题练习共漏放大电路的分析方法。       ( 1 ) 根据公式列出                    （2）微变等效电路见图 21 ( b )。   【 说明 】本题练习共漏放大电路的分析方法。 

15、60; 七、放大电路的频率响应   （一）频率响应的一般概念前面各章的讨论，均是假设在输入信号的中频范围内，即忽略了电路中各种电抗性元件的作用的情况下进行的。但是在实际中，随着信号频率的变化，放大电路的放大倍数要随之变化并产生一定的相位移。因此，放大电路的电压放大倍数和相位是频率的函数，称之为放大电路的频率特性。前者称之为幅频特性，后者称之为相频特性。             图22电路的频率特性。在低频段，由于信号频率很低，使祸合电容的容抗增大，三极管极

16、间电容的作用可忽略，输入电压 uBE 减小，电压放大倍数降低。同时C1放大电路输人电阻Ri构成RC 高通电路，产生超前的相位移，在高频段，由于信号频率较高，三极管极间电容的作用不可忽略（串联电容的作用可忽略），它将部分电流分走，使流入管子的电流减小，电压放大倍数降低，同时形成的 RC 低通回路产生滞后的相位移。图 22 ( a ) 为幅频特性，图（b）为相频特性。   （二）单管共射放大电路的频率响应图 22 ( a )是单管共射放大电路，图（b）是其完整的混合等效电路。       ( l ) 中频电压放大倍数在

17、中频段，隔直电容和管子极间电容的作用均可忽略，经推导，其电压放大倍数为：                  （1）( 2 ) 低频电压放大倍数设 C2 C1, C2的作用可忽略（不考虑极间电容的影响），经推导，其电压放大倍数的表达式为         （2）       

18、0;                                   图二十二               

19、0;                                            图二十三 ( 3 ) 高频电压放大倍数设 C' C'

20、', C''和R'L的时间常数小于C'和输入电阻的时间常数，在前者可以忽略的条件下（不考虑藕合电容的影响），经推导，其电压放大倍数的表达式为              （3）   （三）波特图波特图是一种采用对数坐标来绘制放大电路频率特性曲线的一种图形。即频率的坐标用其对数 lgf 表示，幅频特性的纵坐标用放大倍数的模取对数后乘以 20 来表示，即 20lgÀu，单位为分贝（dB）。相频特性的纵坐

21、标为放大倍数的相角。采用对数坐标的优点是可开阔视野，在较短的坐标轴上表示出较宽频带范围内的情况。根据式 1 3 可画出单管共射放大电路的波特图，见图24所示。                                 图二十四 在中频段， Ausm是一个与频率无关的常数，因

22、此它是一条水平线，且是最大值，由于三极管的倒相作用，相位差180o在低频段，频率每下降 10 倍，电压放大倍数就下降 20dB ，即斜率为 20dB / 10 倍频程，并经 f = fL这一点，相位移在180o的基础上超前最多不会超过 90o                              

23、;     在高频段，频率每升高10 倍，电压放大倍数就下降 20dB ，即斜率为20dB / 10 倍频程，并经过 f = fhhHHHHH这一点，相位移在180o的基础上滞后最多不超过 90o完整的电压放大倍数表达式为：                 （四）上限频率 fH和下限频率 fL 的计算方法一般来说，fL 、 fH的计算方法通常采用时间常数法。当信号频率较低求算fL时，我们忽略三极管极间电容的作用，突出

24、藕合电容 C 1, C2 的作用；当信号频率较高，求算fH时，我们忽略藕合电容的作用而突出管子极间电容的影响，一般步骤是：       ( 1 ) 分别画出放大电路低频等效电路和高频时混合等效电路； ( 2 ) 计算电容单独作用时（低频时，其它耦合电容短路；高频时，其它极间电容开路）回路的时间常数值； ( 3 ) 比较各值。低频时选值小，高频时选值大的作为该电路的低频时间常数和高频时间常数；( 4 )  f = 换算出下限频率fL限频率 fH .在求算fL和fH时，一般来说fH的计算比较麻烦。可根据上面有关公式和给定的已知条

25、件求得。                fT的数值有时需从手册中查得。【 例 14 】放大电路如图25所示。已知 Vcc = 6 . 7V , Rb 300k, Rc2k，三极管的 100 , rbe = 300 , UBEQ = 0.7V , Cl = C2 = 5 F 。( 1 ) 求中频电压放大倍数 Aum； ( 2 ) 求下限频率fL；( 3 ) 若设上限频率 fH = 300kHz ，试画出波特图。解：本题练习中频电压放大倍数 Aum，

26、下限频率fL的计葬方法及波特图的画法。 ( 1 ) 本题虽然要求的是动态参数，但有时却要从静态分析开始。                                           

27、           图二十五              根据上面所给公式可得：( 3 ) 画波特图，关键是要抓住以下几点： 求出电路中频电压放大倍数 Aum ( Aum）。该值为常数且最大值，是一水平直线。对于单管共射放大电路来说，其相位为180o。 求电路的上限频率fH和下限频率fL 在低频段，幅频特性：按20dB / 10 倍频程的斜率变化（即频率增加 10 倍，幅值增加

28、 20dB ）。相频特性：在180o的基础上，相位超前最大不超过 90o。一般认为频率在 10fL至 0.1fL 范围按90o 的斜率变化，且fL正好发生在180o + 45o135o处。 在高频段，幅频特性按20dB/10倍频程的斜率变化（即频率增加 10 倍，幅值减少 20dB ）。相频特性：在180o的基础上，相位滞后最大不超过 90o，一般认为频率在 0.1fH 至 10fH 介范围内，按90o的斜率变化，且fH正好发生在180o 45o 225o处。已知 |Aum| = 125 ，则 20lg|Aum| 42dB , fL = 20Hz ，fH 300kHz，画出其波特图，见图26所

29、示。                                         图二十六    八、多级放大电路    （一）多级放大电路的藕合

30、方式将若干级单管放大电路级连起来就构成了多级放大电路。级与级之间的连接方式常用的有三种直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。三种耦合方式的比较见教材 105 页表 12 。    （二）多级放大电路的静态分析直接藕合放大电路因无电容隔直，各级静态工作点互不独立，分析时比较麻烦。一般都要找好突破口，通过关键支路的电压电流关系求解联立方程得到。阻容祸合和变压器藕合电路因有隔直作用，故各级静态工作点互相独立，只要按前面学过的分析方法，一级一级地计算就可以了。    （三）多级放大电路的动态分析     &#

31、160; 1、中频电压放大倍数的估算多级放大电路的电压放大倍数 Au应是各级电路电压放大倍数之乘积，即         其中：为多级放大电路的级数，其中每级的电压放大倍数可用单级放大电路的公式来计算。单管基本共射、共集、共基电路电压放大倍数的公式见以下各式            要特别注意的是，公式中的 Ri ，不仅是本级电路输出端的等效电阻，还应包含下级电路等效至输入端的电阻，即前一级输出端往后看总的等效电阻。 &

32、#160;       2 、输入电阻的估算多级放大电路的输入电阻一般来说就是输入级电路的输入电阻，即                             3 输出电阻的估算多级放大电路的输出电阻一般来说就是输出级电路的输出电阻，即：  

33、0;                                          【  例 15  】两级放大电路如图27所示。已知rbb1 = rbb2 = 300, UBEQ0,

34、R130k, R2 = 150k, R3 =10k, R4 =3 . 6k, R5= 20k, R6= 10k, R7= 5 . 6K,1 =2 = 50 , VcC = 1 2V 。      ( 1 ) 试求电路的静态工作点；       ( 2 ) 画出电路的微变等效电路；        ( 3 ) 求电路中频时的电压放大倍数 Au、输入电阻 Ri和输出电阻 Ro ,      &

35、#160;                                         图二十七        &#

36、160;                                            图二十八      解: ( 1 ) 静态工

37、作点两级是互相独立的，单独计算即可。第一级放大电路为分压式工作点稳定电路，第二级为共集电极电路。                      ( 2 ) 微变等效电路见图28 所示。           ( 3 )  Au Aul ×Au2    &#

38、160;       式中：           代入数据，可得                 【 说明 】本题练习阻容藕合放大电路的综合分析方法。    【  例 16  】 两级放大电路如图 29所示，求电路静态工作点、电压放大倍数、

39、输入电阻和输出电阻的表达式。     解：                                             图二十九

40、画出图29电路的直流通路和微变等效电路，见图30所示。                                              &#

41、160;  图三十                              【 说明 】本题练习共射一共基组态电路的分析方法。   （四）多级放大电路的频率响应         l、幅频特性已知多级放大电路总的电压放大

42、倍数是各级放大电路放大倍数的乘积，则其对数幅频特性便是各级对数幅频特性之和，即          见图 31 ( a )。       2、相频特性多级放大电路总的相位移为各级放大电路相位移之和，即                     

43、   见图 31 ( b )。                                              图三十一 

44、0;       3、上限频率和下限频率多级放大电路的上限频率由下式决定：               若各级放大电路的上限频率相等，均为fH1，则两级放大电路总的上限频率fH64fH1。多级放大电路的下限频率由下式决定：               

45、; 若各级放大电路的下限频率相等，均为fL1，则两级放大电路总的下限频率fL1 . 55 fL1。    【  例 l7  】两级放大电路如图32( a )所示。已知 Vcc = 12V , UCEQI = 6V ，1= 100 ，2= 50 , rbe1=1.5k, rbe2 =1k, Rb1= Rb21=R b22 =100M, Rc1= Rc2 = RL = 3k, Re2=1k, Rs = 1k, C1=1F , C2=10F , C3和Ce很大，其容抗可忽略。试计算中频电压放大倍数 Ausm ，下限频率fL。     解：其微变等效电路见图（ b ）所示。               &#