电子线路PPT(梁明理)第五版第二章1

1、第二章 放大电路基础2.1 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理1. 电路组成电路组成A.核心器件核心器件BJTB.偏置电路偏置电路提供放大外部条件提供放大外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。C.输入、输出电路输入、输出电路vi 的引入，的引入，vo 引出引出T123RBRCBECbIUVBBBE+UIUB+IVCC0ucCiI00uuT23RbRCCVBBVCC0uciIUbi2. 简单工作原理vi=0vi =Vsin tvCE = VCC -iC RC3. 简化电路及习惯画法习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路共射极基本放大电路 静态：静态：输入信号为零（

2、输入信号为零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）时，放大电路的工作状态，也）时，放大电路的工作状态，也称称直流工作状态直流工作状态。 电路处于静态时，三极管各电极的电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为称为静态工作点静态工作点，常称为，常称为Q点。一般用点。一般用IBQ、ICQ、和、和VCEQ 、VBEQ 表示。表示。 直流通路直流通路 共射极放大电路共射极放大电路输入信号为零（输入信号为零（v vi i接地）；电容开路接地）；电容开路静态等效电路静态等效电路 动态：动态：输入信号不为零时，放大输入信号不

3、为零时，放大电路的工作状态，也称电路的工作状态，也称交流工作状交流工作状态态。交流通路交流通路 共射极放大电路共射极放大电路电容、直流电源电容、直流电源 VCC 短路短路动态等效电路动态等效电路icvce+-bBBRVRVVIbBEQBBBQ直流通路直流通路交流通路交流通路例例求求Q Q点：点：cCQCEQRIVVCCBQCQ IIvivivovovivo2.1.2 放大器的性能指标放大器的性能指标 1.电压放大倍数电压放大倍数vA电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数电压放大倍数ioIIAAiii电流放大倍数电流放大倍数ioIvAR互阻放大倍数互

4、阻放大倍数iovIAG互导放大倍数互导放大倍数iovvAAvuuvivo2.2.输入电阻输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻R0iiiIvR oR 从输入端看进从输入端看进去的等效电阻去的等效电阻 将输出等效成有将输出等效成有内阻的电压源，内内阻的电压源，内阻就是输出电阻。阻就是输出电阻。 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。放大电路带负载的能力越强，反之则差。 LooLoooo) 1(RvvRvvvR 空载时输出电空载时输出电压有效值压有效值 带带RL时的输出时的输出电压有效值电压有效值工程上工程上的求法的求

5、法vivoov3.3.通频带通频带BWn衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。4.4.非线性失真系数非线性失真系数D122AADnn输出信号输出信号相对于相对于输入信号输入信号总存在一定的失真。总存在一定的失真。下限频率上限频率LHffBW 由于电容、及放大管由于电容、及放大管PNPN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。2.2放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析输

6、入交流信号时的图解分析 2.2.1 用用图解法确定静态工作点图解法确定静态工作点 2.2.2 2.2.2 用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况 2.2.3 用图解法分析放大电路的非线性失真用图解法分析放大电路的非线性失真采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。 首先，画出直流通路首先，画出直流通路 2.2.1 用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点在在vi=0=0时，确定静态工作点，时，确定静态工作点，IB、VBE、IC、VCE四个量。四个量。bBBBBERiVv输入回路方程：输入回路方程：BBB

7、EBV时，v当i 0CCCcCERV时，i当V 0输出回路方程：输出回路方程：CCCCCERiVVCCCECV时，V当i 0bBBBBERV时，i当V 0在输入特性曲线上作出输入回路负载线在输入特性曲线上作出输入回路负载线在输出特性曲线上作出在输出特性曲线上作出输出回路负载线输出回路负载线TRbRCVBBVCCoCECEvVvciIUbiBEvvi 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VBBIBRb，两线的交点即是，两线的交点即是Q点，点，得到得到IBQ和和VBEQ 。 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRC，与与I

8、BQ曲线的交点曲线的交点即为即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。CR直流负流负载线斜1输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线BBBEBV时，v当i 0bBBBBERV时，i当V 0CCCcCERV时，i当V 0CCCECV时，V当i 0 2.2.2用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况1.不接负载不接负载RL时时bbiBBbeRiuVviBBbebuV时，v当i 0biBBBBERuV时，i当v 0得虚线得虚线QQTRbRCVBBVCCoCECEvVvciIUbiBEvvi 2.接负载接负载RL时时由交流通路得纯交流负载线：由交流通路得纯交流负载线

9、： 共射极放大电路共射极放大电路交流通路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL)1).交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1Rc斜率斜率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC由于交流负载线必过由于交流负载线必过Q点，因此，点，因此，过过输出特性曲线上的输出特性曲线上的Q点点,做一条斜率为做一条斜率为- -1/R L 直线，该直线即为交流负载线直线，该直线即为交流负载线。 RL= RLRc， 是交流负是交流负载

10、电阻。载电阻。 交流负载线是有交流输入信号时工交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。作点的运动轨迹。3. 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 共射极放大电路共射极放大电路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQ

11、vCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uA通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo与与vi相位相反；相位相反； 3. 3. 由图读出峰值由图读出峰值Vim、Vom，算出电压放大倍数；算出电压放大倍数； 4. 4. 可以确定最大不失真输出幅度可以确定最大不失真输出幅度。符号为“”。反相，与给定uomuAvvVuuAvviivIoimIooCECBIV)(

12、 2.2.32.2.3用图解法分析放大电路的非线性失真用图解法分析放大电路的非线性失真1. BJT的三个工作区的三个工作区QQ1Q2vCE/ViC/mA放放大大区区0iB=40uA80uA120uA160uA200uA饱饱和和区区截截止止区区当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：饱和区特点： iC不再随不再随iB的增加而线性增加，即的增加而线性增加，即BCii 此时此时CBii 截止区特点：截止区特点：iB=0， iC= ICEOvCE= VCES ，典型值为，典型值为0.3V直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-iCv

13、CEvo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号（1）合适的静态工作点）合适的静态工作点ib2非线性失真与非线性失真与Q Q的关系的关系n截止失真截止失真u消除方法：减小消除方法：减小Rb（2）Q点过低点过低信号进入截止区信号进入截止区bBBRVRVVIbBEQBBBQ最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom ：比较：比较UCEQ与（与（ VCC UCEQ ），取其小者），取其小者（3）Q点过高点过高信号进入饱和区信号进入饱和区u消除方法：增大消除方法：增大Rbn饱和失真2.4 放大电路工作点的稳定放大电路工作点的稳定 固定偏流电路固定偏流电路 温度变化对工作点的的影响温度变化对工作点的

14、的影响 稳定工作点原理稳定工作点原理2.4.1 温度变化对工作点的影响温度变化对工作点的影响2.4.2 分压式偏置稳定电路分压式偏置稳定电路2.4.1 温度变化对工作点的影响温度变化对工作点的影响1). 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2). 温度变化对温度变化对VBE门坎电压的影响门坎电压的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3). 温度变化对温度变化对 的影响的影响温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大T (0.51)%/ 1BEVT (门限电压)（1.82.5）mV/1QvCE/ViC/mAiB =0IBQ

15、11 温度变化对工作点的影响温度变化对工作点的影响AACBOIT温度（反向饱和电流） 1倍/8 硅：0.1锗：10总之总之 ICBO ICEO T 同同VBE IB IC vBE2. 固定偏置电路固定偏置电路bBEQCCBQRVVICBOBQCQIII)1 (CQCBOIITCQBQBEIIVT CEQCQVI 使使Q Q点沿负载线上移，接近饱和区。点沿负载线上移，接近饱和区。 共射极放大电路共射极放大电路固定偏置放大电路不具备稳定固定偏置放大电路不具备稳定Q Q点的能力。点的能力。CCCCCERIVV2.4.2 稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C

16、维持恒定。维持恒定。稳定原理：稳定原理：T IC IE IC VE 、VB不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制）条件：条件：I1 IB ，CCb2b1b2BVRRRV 引入引入ReRe，对于变，对于变化的化的i iC C，也将有同，也将有同样的作用样的作用A AV V下降。下降。ReRe上并联上并联CeCe后，电后，电容隔直通交，容隔直通交，ReRe上上不存在交流电压降不存在交流电压降, ,交流无负反馈作用，交流无负反馈作用，A AV V不下降。不下降。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 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通路中可视为短

17、路2.3 放大电路的等效电路分析法放大电路的等效电路分析法 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，从而可以把三极管这个非线性器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处理。件所组成的电路当作线性电路来处理。2.3.1 晶体管晶体管h参数及其小信号等效电路参数及其小信号等效电路vbevcevbevce1. H参数的导出参数的导出),(CEBBEvifv 在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEd

18、vvvdiivdvIV 用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于对于BJT双口网络，我们已经知道双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：输入输出特性曲线如下：vBE=f(iB) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：),(CEBCvifi CECECBBCCBCEdvvidiiidiIvvBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络2.3.1 晶体管的晶体管的h参数及其小信号等效电路参数及其小信号等效电路CEBBEie Vivh 输出端交流短路时的输出端交流短路时的输入电阻；输

19、入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大电流放大系数；系数；输入端交流开路时的反向电压传输比或输入端交流开路时的反向电压传输比或电压反馈电压反馈系数；系数；输入端交流开路时的输入端交流开路时的输出电导。输出电导。其中：其中：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 H参数）。参数）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV CECECBBCCBCEdvvid

20、iiidiIVbeBBECErivhvieBCEBEIrevvhCEBCvfeiihceCEC1Brvihioeb-e间的动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间的电导3. H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络4. 简化的简化的h参数小信号等效电路参数小信号等效电路hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe= hie = hfe VT = hre

21、 rce= 1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeVT vcerberce VT很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 ， rce很大，很大，约为约为100k 。故一般可忽故一般可忽略它们的影响，得到简化电路略它们的影响，得到简化电路 ib 是受控源是受控源 ，且为电流控制电，且为电流控制电流源流源(CCCS)。 电流方向与电流方向与ib的方向是关联的。的方向是关联的。 VT 温度的电压当量温度的电压当量5. 晶体管输入电阻晶体管输入电阻的计算的计算 为晶体管参数；为晶体管参数； rbe 与与Q点有关点有关一般可用公式估算一

22、般可用公式估算 rbe bebbbebbbeebbbbeirririririrv)1 ( )1 ( bbebeivr ebbbbeberrivr)1 (er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数发射区体电阻数值小可忽略值小可忽略其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr (mA)I(mV)(mA)I(mV)VrEQEQTe26而而 (T=300K) ebbbbeberrivr)1 (基区体电阻查阅手册基区体电阻查阅手册 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，与工作点

23、有关。与工作点有关。2.3.2 2.3.2 用用H H参数小信号等效电路分析基本放大电路参数小信号等效电路分析基本放大电路H参数等效电路参数等效电路交流通路交流通路1. 画出画出放大电路放大电路的交流等效电路的交流等效电路vivovivovovi)()(bebbbebiirRIrRIvccoRIvbebcio rRRvvAubebiiirRIvRcoRR 2. 计算电压放大倍数计算电压放大倍数3. 计算输入电阻和输出电阻计算输入电阻和输出电阻vovi4.4.固定偏置共发射极放大电路的分析固定偏置共发射极放大电路的分析 共射极放大电路共射极放大电路1）. 利用直流通路求利用直流通路求Q点点bCC

24、RVRVVIbBECCBQ一般硅管一般硅管VBE=0.7V， 锗管锗管VBE=0.2V， 已知已知。BCQIIcCCCCEQRIVV 求求Q点、电压放大倍数、输入电点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。阻和输出电阻。直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-bIcIbIbIcIbI2 2）. . 画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRCRLiVbIcIOVbIH参数小信号等效电路参数小信号等效电路3). 3). 求电压放大倍数求电压放大倍数根据根据Rb

25、viRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV 则电压放大倍数则电压放大倍数bebLcciO)/(rIRRIVVAV（可作为公式）（可作为公式）如果没有接负载如果没有接负载RLbecrRAVbeLcbebLcb)/()/(rRRrIRRI4 4）. .求输入电阻和输出电阻求输入电阻和输出电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIberrRRbebi/RbRcRLiVbIcIOVbIRoRo = Rc 5).5).计算源电压放大倍数计算源电压放大倍数beLciO)/(rRRVVAViovvvA sovsvvAsisiivRRRvvisiiosisovsARRR

26、vvvvvvAisivsRRRrRRAbeLc)/(设源信号内阻为设源信号内阻为RsSRvsvi问题：问题：Av和和Avs的关系如何？的关系如何？电容开路电容开路,画画出直流通道出直流通道2.3.3 带带Re的共发射极放大电路的分析（电阻分压式偏置）的共发射极放大电路的分析（电阻分压式偏置）例例1：求：求Q点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE解解 1）. 求求Q点点CCb2b1b2BVRRRVIC IE =（VB- VBE）/ Re IB=IC/ VCE = VCC IC(RC +Re)VBE 0.7V I1

27、I2IBRb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoICIEvovi电容短路电容短路,直流电源短路，直流电源短路，画出交流通画出交流通路路2 2）. .画出等效电路画出等效电路viRb1+VCCRCC1C2Rb2CERERLvoBECRb1RCRb2RLViVoBECibiciii2i1rbeRCRLiVoVbI Rb1Rb2iI bI cIBEC微变等效电路微变等效电路交流通路交流通路beLvrRARi= Rb1/ Rb2/ rbeRo= RCRL= RC / RL)()(26)1 ()(200mAImVrEbe3）. 求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻求电压放大倍数、输入电阻、输出

28、电阻RiROrbeRCRLiVoVbI Rb1Rb2iI bI cIBEC问题问题1 1：如果去掉：如果去掉C CE E，如何分析？，如何分析？CeCeCe在交流通路中，将在交流通路中，将ReRe短路，短路，ReRe对交流不起作用，放大倍数对交流不起作用，放大倍数不受影响。不受影响。IBRb1+VCCRCC1C2Rb2ReRLuiuoICIEvovivovirbeRCRLiv ov bI Rb1Rb2iI bI cI BECI1I2Re解解 1）. 求求Q 点同上点同上ebeLebbebLbiouRrRRiriRivvA)1 ()1 ()1 (/(/21ebebbiRrRRRcoRR 2 2）

29、. .画出等效电路画出等效电路3）. 求电压放大倍数求电压放大倍数4）. 求输入电阻、输出电阻求输入电阻、输出电阻rbeRCRLiv ov bI Rb1Rb2iI bI cI BECI1I2Revovivovivovivovi2.5.1、静态工作点、静态工作点eEQBEQbBQCCRIVRIV2.5.2、电压放大倍数、电压放大倍数LebebLeioRIrIRIvvAv共集电极放大电路共集电极放大电路IBQIEQ+C1RS+vi RERB+VCCC2RL+vo+vseEQCCCEQBQEQebBEQCCBQ)1()1(RIVVIIRRVVIvsRB+vo RLibiciirbe ibRERs+

30、+vi RsRB+ +vo RLibiciiRE+vi LbeL)1 ()1 ( RrRLbeLvRrRRrRALbeL)1 ()1 ( 。，即则，）若（ 1 1iobe/vvArRvLLbei)1 (RrR2.5.3. 求输入电阻、输出电阻求输入电阻、输出电阻SbeRRrrRRrRvRvvIIvIvRvv1 )1 (0beSebeSoeooeooooose，则，在输出端加令RB+vo ibierbeibRERsio大！大！小！小！小大、R、RAOvi12.5.4. 主要特点主要特点只放大电流，不放大电压！只放大电流，不放大电压！vsRB+vo RLibiciirbe ibRERs+ +vi

31、2.6. 共基极放大电路共基极放大电路求求Q Q点点 与共射组态相同。CCb2b1b2BVRRRVeBRVRVVIIeBEBEC)(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 2. 6.1 电压放大倍数电压放大倍数电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：bebirIV 电压放大倍数：电压放大倍数：beLbebLbioVrRrIRIVVA LbLcoRIRIVLcL/ RRR 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻1)(1bebbebeiebirIrIIVrR 11/bebeeebeiiirrRrRIVRcoRR 3. 三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：输入电阻：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRcR下限频率上限频率LHffBW 由于由于耦合电容耦合电容C1、C2，旁路旁路电容电容Ce影影响，使频率较低时响，使频率较低时A。 放大管的放大管的结电容结电容影响影响，使频率较高时，使频率较高时A，并产生相移。，并产生相移。耦合电容耦合电容造成造成三极管结电三极管结电容造成容造成1、阻容耦合、阻容耦合2.8 2.8.1