基本放大电路

1、第二章基本放大电路2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标放大的概念以扩音机为例说明一下问题：如图所示：一、放大电路放大的本质 是能量的控制和转换。二、电子电路放大的基本特征 是功率放大。三、放大电路组成的必要条件 是存在能够控制能量的元件，即有源元件。四、放大的 前提 是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。五、放大电路的 测试信号 为正弦波，因为任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号的叠加。放大电路的性能指标一、二、放大电路示意图： （图）任何一个放大电路都可以看成一个两端口网络，大电路作为负载相当于一个电阻，作为前级相当于电源。放大倍数解释放AuuAuU 0AiiAiI 0Au

2、iU 0AiuI 0U iI iI iU i注： （1）在实测时，只有在不失真的情况下才有意义。（2）当输入信号为缓慢变化量或直流变化量时，输入、输出量都用表示， 如： uI 、i I。三、输入电阻RiU iI i四、输出电阻（图 2.1.3）U 0'R01 RL ， U 0 与 U 0 分别代表空载和带负载时的输U 0出电压的有效值。解释输入、输出电阻在多级放大电路中的作用。五、通频带（图）1通频带产生原因：放大电路中存在电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件。2通频带的定义：fbwf Hf L上限截止频率、下限截止频率。3通频带的意义：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。4通

3、频带的宽窄根据实际情况而定。六、非线性失真系数1 产生原因：放大器件具有非线性特性，线性放大范围有一定的限度，当输入信号幅度超过一定值后，输出电压将会产生非线性失真。2定义：输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比，22A2A3DA1A1七、最大不失真输出电压1 定义：当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。2 实测：输出波形的非线性失真系数刚刚达到额定值时的输出电压。3 表示法：有效值Uom、峰峰值U opp八、最大输出功率与效率1 最大输出功率Pom：在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率。2 效率：直流能量的利用率九、各参数测试条件PomPV1Ri、 Ro 中

4、频段小幅值输入信号。2f L 、 f H 、 f bw 频率范围宽小幅值输入信号。3Uom 、 Pom、 、 D 中频段大幅值输入信号。2.2 基本共射放大电路的工作原理2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用（图2.2.1）一、输入信号 ui 为正弦波电压，当 ui 为 0 时，放大电路处于静态。二、基极电源 VBB ：使发射结正偏，并与基极电阻共同决定基极电流。三、集电极电源 VCC ：使集电结反偏，提供集电极电流及输出所需的能量。四、ui 不为 0 时，产生动态基极电流，动态集电极电流，集电极电阻使得电流变化转换成为电压变化。五、三极管：控制器件，放大电路的核心作用。设置静态工作

5、点的必要性一、静态工作点1. 定义：当 ui 为 0 时， I BQ 、 I CQ 、 U BEQ 、 U CEQ 称为放大电路的静态工作点。2. 估算基础：硅管 U BEQ 取 0.7V ；锗管取 0.2V 。3. 静态工作点表达式：自推二、设置静态工作点的原因（图）保证三极管处于线性放大的工作区域。基本共射放大电路的工作原理及波形分析一、工作原理（图）（加入电工学中的原理讲解ppt）二、总结：1. 利用晶体管的电流放大作用， 并依靠集电极电阻将电流的变化转化成电压的变化来实现电压信号的放大。2. 设置合适的静态工作点， 保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会

6、产生非线性失真。放大电路的组成原则一、组成原则1. 根据放大管的类型，选取合适的直流电源提供输出能量，并保证静态工作点；2. 电阻取值保证放大管有合适的静态工作电流；3. 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路；4. 当负载接入时，保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载。二、常见的两种共射放大电路1. 直接耦合共射放大电路 (图（ 1）电路定义： 信号源与放大电路、 放大电路与负载电阻均直接连接， Rb1必不可少（如输入短接，则导致发射结截止），防干扰共地。（ 2）静态工作点： I BQVBBU BEQU BEQRb2Rb12. 阻容耦合共射放大电路 (图（ 1）电路定义：通过耦合电容连接

7、。耦合电容定义（容量足够大，设定在输入信号频率范围内容抗很小，相当于短路）。（ 2）优点：输入信号在一定频率范围内几乎毫无损失地加到放大管的输入回路。（ 3）静态工作点：2.3 放大电路的分析方法直流通路与交流通路一、直流通路1定义：在直流电源的作用下直流电流流经的通路。2规则：（ 1）电容视为开路；（ 2）电感线圈视为短路；（ 3）信号源视为短路，但应保留其内阻。3应用：研究静态工作点。二、交流通路1定义：在输入信号的作用下交流信号流经的通路。2规则：（ 1）容量大的电容视为短路；（ 2）无内阻的直流源视为短路。3应用：研究动态参数。三、举例分析：（直流通路及交流通路）1基本共射放大电路（图

8、）（图）2直接耦合共射放大电路（图）3阻容耦合共射放大电路（图）（图）四、分析放大电路的原则： “先静态，后动态” ，静态工作点合适，动态分析才有意义。图解法一、图解法：已知放大管的输入、输出特性以及各元件参数，利用作图的方法对放大电路进行分析的方法。二、静态工作点的分析（图、图）针对直接耦合讲解1输入回路负载线：输入回路方程所确定的直线。（列方程）2输出回路负载线：输出回路方程所确定的直线。（列方程）三、电压放大倍数的分析（针对直接耦合讲解）1分析过程：（ 1）对于输入信号uI 用输入回路方程与输入特性曲线求i B ；（ 2）输出特性曲线求i C ；（ 3）输出特性曲线求uCE（ 4）Auu

9、CEu0u Iu I2 Q 点对放大倍数的影响：（ 1）VBB 愈大、 Q 点愈高、曲线愈陡、放大倍数愈大；（ 2） Rc 愈小、负载线愈陡、放大倍数愈小。四、 波形非线性失真的分析（针对直接耦合讲解）1 Q 点正常时的波形分析（图2.3.6）2 Q 点过低：截止失真（图2.3.7）消除方法（增大基极直流电源）3 Q 点过高：饱和失真（图2.3.8）消除方法（增大基极电阻、减小集电极电阻、减小 ）4 最大不失真输出电压min VCCU CEQ , U CEQU CESUom 的求法： U om（图22.3.6）五、直流负载线与交流负载线（针对阻容耦合讲解）图，图1直流负载线：直流信号遵循的负载

10、线；2交流负载线：动态信号遵循的负载线，过 Q 点、斜率由集电极电阻与负载电阻决定；3阻容耦合交流、直流负载线不一样，而直接耦合却一样。 （输出回路的直流与交流通路是否一样，决定了负载线是否一样）六、图解法的适用范围输出幅值较大、信号频率不太高；Q 点位置；最大不失真输出电压；失真情况。七、例基本共射放大电路（图2.2.1）中，电路参数变化使静态工作点产生（图2.3.10）的变化。等效电路法一、定义：在一定条件下，将晶体管的特性线性化，用线性电路来等效晶体管电路的分析方法。二、晶体管的直流模型及静态工作点的估算法在估算的情况下，有以下各等效模型：1由 U BEQ 取固定数值，可以将 b e 间

11、等效为直流恒压源； （如图 2.3.11a）2由ICQI BQ ，可得输出特性曲线是横轴的平行线，而集电极电流等效为流控电流源；（如图）3使用条件：晶体管工作在放大状态。三、晶体管共射h 参数等效模型（微变等效电路法）1定义及应用条件：(查看电路书、理解h 参数、双口网络的含义)（ 1）应用条件：共射接法，低频小信号；（ 2）定义：利用 h 参数（混合参数）来表示输入、输出的电压与电流的相互关系，将晶体管看成一个线性双口网络的等效电路。2h 参数等效模型的由来（图）（1）将晶体管看成一个双口网络，根据如图所示的特性，可以得出下列关系式：uBEf (i B , uCE )i Cf (i B ,u

12、CE )（2）将上面瞬时量方程全微分，可得变化量的关系方程：duBEuBEuBEduCEdi Bi BU CEuCEI BdiCiCdi BiCduCEi BuCE I BU CE（3）用 交 流 分 量 来 代 替 式 中 的 微 分 ， 可 得 h 参 数 方 程 ：U beh11e I bh12eU ce 式中 e 表示共射接法。I ch21eI bh22eU ce（4）输入端的等效：电阻h11e 与一个压控电压源h12eU ce 的串联；（5）输出端的等效：电导h22 e 与一个流控电流源h21e I b 的并联。3 h 参数的物理意义（图2.3.13）（1）h11e (uBE)表示小

13、信号作用下b e 间的动态电阻 rbe ，其值与 Q 点有关；iB（2）h12e (uBE)内反馈系数，表示输出电压变化量对输入电压变化量的影uCE响，当 uCE1V 时，影响非常小，小于0.01;（ 3）（ 4）hh21e22e(iC)表示晶体管在 Q 点附近的电流放大系数；i B(iC)表示 c e 间动态电阻 rCE 的倒数，非常小。 0.00001uCE4 简化的 h 参数等效模型（1）管子的内反馈忽略不计；（2）ce 间电压变化对集电极电流影响很小，rCE 无穷大；（3）当负载电阻的阻值与rCE 可比时，应考虑rCE 的影响。（4）简化等效模型（图2.3.14）5 rbe 的近似表达

14、式（图2.3.15）（1）rbe 的等效电路（2）rberbb'(1)rb'e'u1di E ，因此 rb'e'U T（3）i EI S (eU T1) ，rb eduI EQ（4）rberbb'(1)U TI EQ（5）Q 点愈高， rbe 愈大。四、共射放大电路动态参数的分析（图）1电压放大倍数AuU oU i2输入电阻 RiU iI iU o3输出电阻Ro 或 RoI o五、利用等效电路进行动态分析的步骤1静态分析求等效电阻；2交流通路；3等效晶体管；4整理电路；5求解；例（图） p98例（图）交流等效电路（图）2.4 放大电路静态工作点的

15、稳定静态工作点稳定的必要性一、静态工作点所影响的参数：1电压放大倍数、输入电阻等；2决定电路的失真与否。二、静态工作点不稳定的主要原因：1温度；（讲解环境温度上升所带来的饱和趋势）（图 ）2电源电压波动；3元件的老化。三、静态工作点的稳定方法：使基极静态电流在温度变化时，产生与集电极静态电流相反的变化，从而使Q 点在晶体管输出特性坐标平面中的位置基本不变。典型的静态工作点稳定电路一、电路组成和Q 点稳定原理（图）1讲解稳定方法；条件I1I BQ2反馈：将输出量通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量的措施。3负反馈：反馈的结果使输出量的变化减小。4直流负反馈：出现在直流通路之中的负反馈。5此电

16、路名称：分压式电流负反馈Q 点稳定电路。二、静态工作点的估算1估算法：基极电位不变；2戴维宁定理。（图 ）（图 ）三、动态参数的估算（图）1阻容式耦合有旁路电容：2阻容式耦合无旁路电容：例（图） p104稳定静态工作点的其他措施（图）一、利用二极管的反向特性进行温度补偿：I RbVCC U BEQVCC 认为 I Rb 恒定；RbRb二、利用二极管的正向特性进行温度补偿：温度升高时，二极管内电流基本不变，其压降减小，使得基极电位减小；另外还有发射极电阻的直流负反馈作用。2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法基本共集放大电路（图）一、电路的组成：以集电极为公共端，通过基极电流对发射极电流的控制作

17、用实现功率的放大。射极输出器二、静态分析三、动态分析（图2.5.2 ）（输出电阻的计算图2.5.3）四、例 2.5.1p109（图 2.5.1）基本共基放大电路（图）一、电路组成：以基极为公共端，通过发射极电流对集电极电流的控制作用，实现电压放大，从而实现功率放大。二、静态分析：三、动态分析四、例三种接法的比较一、共射电路：1放大信号：电压与电流；2电压相位：相反；3输入电阻：居中；4输出电阻：较大；5频带：较窄；6用途：低频电压放大电路的单元电路；二、共集电路：1放大信号：电流；2电压相位：相同；3输入电阻：最大；4输出电阻：最小；5频带：居中；6用途：电压放大电路的输入级和输出级，功放电路

18、的输出级；三、共基电路：1放大信号：电压；2电压相位：相同；3输入电阻：小；4输出电阻：同共射；5频带：宽；6用途：宽频带放大电路；2.6 晶体管基本放大电路的派生电路目的：改善放大电路的性能。方法：用多只晶体管构成复合管；将两种基本接法组合起来。复合管放大电路一、复合管的组成及其电流放大系数1复合管组成原则（ 1）正确的外加电压、各极电流有合适的通路、工作在放大区；（ 2）第一只管的集电极、发射极接第二只管的基极。2复合管举例（如图所示）（ 1）两只 NPN 型管构成的 NPN 型管；（讲解电流放大倍数）（ 2）两只 PNP 型管构成的 PNP 型管；（3）两只不同类型管构成的PNP 型管；

19、（4）两只不同类型管构成的NPN 型管；3问题：（ 1）结电容的作用使得高频特性变坏；（ 2）ce 间的直流电压足够大。二、复合管共射放大电路(如图 2.6.2 所示 )1 交流等效电路2 动态分析参数：（1）Au1212RC / RLrbe11rbe21（2）Ri Rb / rbe111rbe2（3）如果近似计算：放大倍数与单管相当，单输入电阻增大，电流放大。三、复合管共集放大电路（如图所示）分析动态参数，输入电阻进一步增大，输出电阻进一步减小。共射共基放大电路如图 2.6.4 所示 AuI c1U 0U iI e 2特点：较好的电压放大能力及较好的高频特性。共集共基放大电路如图所示特点：输入电阻较大、一定的电压放大能力、较宽的通频带。分析方法参考2.7 场效应管放大电路场效应管放大电路的三种接法（图）场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算一、总原则：保证场效应管工作在恒流区二、基本共源放大电路（图）1组成：各元器件的作用；2静态分析：（ 1）用图解法（图）：先定 U GSQ ，再在输出特性曲线上作负载线，求出Q；（ 2）电流方程法：利用电流方程iD三、自给偏压电路（图）1组成：因为耗尽型场效应管可以工作在源提供一个负的偏压；2静态分析： U GSQI DQ RS ， i DuGS2I DO1 求出 I DQ ，再求其他。U GS(th )U GS 小于零时