第3章放大器基础(第1讲)

1、 l放大电路的功能及性能指标放大电路的功能及性能指标l共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成 l放大电路的工作原理放大电路的工作原理3.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 （1）放大电路功能简介放大电路功能简介 放大电路是放大信号的一种装置。它的功能放大电路是放大信号的一种装置。它的功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）放是将微弱的电信号（电压、电流、功率）放大到所需要的数值，从而使电子设备的终端大到所需要的数值，从而使电子设备的终端执行元件（如继电器、扬声器、仪表等）有执行元件（如继电器、扬声器、仪表等）有所动作或显示。所动作或显示。 图图5-1是放大电路功能的方框图。是放大电

2、路功能的方框图。1.放大电路的功能及性能指标放大电路的功能及性能指标 放大电路功能简介放大电路功能简介放放大大器器RsusRLVK开关开关图图5-1放大电路的功能框图放大电路的功能框图信号源信号源负载负载直流电源直流电源向放大器提供向放大器提供输入的电信号输入的电信号提供放大提供放大所需能源所需能源提供足够的放大能提供足够的放大能力并尽可能减小失力并尽可能减小失真真终端执终端执行元件行元件 l 放大电路的主要性能指标有：放大电路的主要性能指标有：放大倍数放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻最大不失真输出电压幅值最大不失真输出电压幅值非线性失真系数非线性失真系数通频带通频带最大输出功率和效率

3、等最大输出功率和效率等 放大电路的性能指标放大电路的性能指标 3.2 基本组态放大电路基本组态放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路usuo共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路RsRbVBBTRcVCCRLuiuBEiEiBiCbceuCE输入回路输入回路输出回路输出回路放大电路组放大电路组成的原则成的原则l发射结正偏，集发射结正偏，集电结反偏；保证电结反偏；保证T处于放大区。处于放大区。l输入信号得到足输入信号得到足够的放大和顺利够的放大和顺利地传送。地传送。三极管三极管T：实现电流放实现电流放大。大。VBB 、VCC :确保确保 三极管三极管工作在放大工作在放大状态状态Rb :为放大

4、为放大电路提供静电路提供静态工作点态工作点将将T集电极电集电极电流的变化转流的变化转变为电压变变为电压变化，以实现化，以实现电压放大电压放大3.2.1 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 l直接耦合放大电路直接耦合放大电路:直接耦合放大电路常直接耦合放大电路常见于集成放大器的内部电路，以及放大见于集成放大器的内部电路，以及放大缓慢变化信号的直流放大器。缓慢变化信号的直流放大器。l阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路:阻容耦合放大电路常阻容耦合放大电路常见于分立元件构成的放大交流信号的交见于分立元件构成的放大交流信号的交流放大器中。流放大器中。1.阻容耦合基本共射极放大电路阻容耦合基本共射极放大电路

5、l电容电容C1和和C2把把放大电路与信号放大电路与信号源及负载连接起源及负载连接起来。来。C1和和C2叫做叫做耦合电容，亦称耦合电容，亦称隔直电容。隔直电容。l隔离直流隔离直流l传送交流。传送交流。Rb+_+VCCTRc+_(a) 放大电路+UsRsRLUoUi_C1C2 静态工作点的计算静态工作点的计算 l 直流通路如图直流通路如图 (b)所示。据所示。据直流通路可以写出直流通路可以写出 RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路 bBEQCCBQRUVIICQ =IBQ UCEQ = VCCICQRc 性能指标的计算性能指标的计算 l 由于电容由于电容C1和和

6、C2的容量大，在信号频率足够大的容量大，在信号频率足够大的情况下，可以认为对交流信号来说容抗非常的情况下，可以认为对交流信号来说容抗非常小，同与之串联的电阻（小，同与之串联的电阻（Ri、RL）相比可以忽）相比可以忽略不计，近似看作短路。再令直流电源略不计，近似看作短路。再令直流电源VCC短短路，就能够画出交流通路。路，就能够画出交流通路。l 将晶体管用简化将晶体管用简化h参数等效电路来代换，就得参数等效电路来代换，就得到如图到如图(c)所示的微变等效电路。根据该电路来所示的微变等效电路。根据该电路来计算放大电路的性能指标。计算放大电路的性能指标。性能指标的计算性能指标的计算 Rb+_+VCCT

7、Rc+_(a) 放大电路+UsRsRLUoUi_C1C2微变等效电路rbeebcIcIbIbRcRL+_Uo+_IiUi+_UsRb 电压放大倍数电压放大倍数l 据微变等效电路可得据微变等效电路可得 bebirIU)/(LcboRRIURoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiIbIcIRbUo+_式中的负号表示输出信号电压 与输入信号电压 反相。oUiUbebirIU)/(LcboRRIUbeLbebLbiourRrIRIUUA式中RL= Rc / RL， 。EQbbbe26)1 (Irr 电压放大倍数电压放大倍数 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 l 输入电阻输入电阻R

8、i bebbebbeibiibRiiiibrRrRrURUUIIUIURRoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiIbIcIRbUo+_Ri = Rb / rbe 一般情况下都能满足一般情况下都能满足Rb rbe，则，则 Ri rbe l输出电阻输出电阻Ro令交流信号源令交流信号源 ，负载电阻开路，负载电阻开路(RL = )，则，则可以从微变等效电路的输出回路直接观察得到可以从微变等效电路的输出回路直接观察得到0sURo = Rc 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 电流放大倍数电流放大倍数 bebibRi/brRUIIILiuLooRUARUIRoRLRiRsRbrbeRc

9、+_+_UiIbUsIoIiIbIcIRbUo+_bebibRi/brRUIIILiuLooRUARUILiuibebLiuioi/RRAUrRRUAIIARi = Rb / rbe 电流放大倍数电流放大倍数 考虑信号源内阻时的电压放大倍数考虑信号源内阻时的电压放大倍数 )/(/bebsbebbeLisiusiiosousrRRrRrRRRRAUUUUUUA在Rbrbe的条件下，有 besLbesbebeLusrRRrRrrRA 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 l 应用图解法分析电路的最应用图解法分析电路的最大输出电压幅值。由直流大输出电压幅值。由直流通路的输出回路可以列出通路的输出回路可以

10、列出电压方程：电压方程：VCC = UCEQ + ICQRcl由此方程在晶体管由此方程在晶体管T的输出特性曲线上画出的输出特性曲线上画出直流负载线，它的斜率是直流负载线，它的斜率是-1/Rc。RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_直流通路 LcceRIURL = Rc / RL l由微变等效电路列出方程由微变等效电路列出方程： l据此方程画出交流负据此方程画出交流负载线，其斜率载线，其斜率-1/RL。 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiIbIcIRbUo+_-1/RL-1/RcuCEIBQiCUCEQURUFUCES

11、QRFICQ0Ucemax=minUR，UF而输出信号电压 。故ceoUUUomax = minUCEQUCES，ICQRL 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 图图(a)是共射极放大电路。是共射极放大电路。T为为PNP锗管，锗管，=60，UBE =0.2V，UCES=0.5V。其他参数如图示。其他参数如图示。求：求： ，Ri，Ro及在不失真的情况下，信号源的及在不失真的情况下，信号源的最大幅值最大幅值 是多少？是多少？usAsUUoRb+_-VCCTRc+_(a) 放大电路+UsRsRLUi_C1C21k400k3k3k30F30F(-12V)例例1例例1 图图(a)是共射极放大电路。是共射极

12、放大电路。T为为PNP锗管，锗管，=60，UBE =0.2V，UCES=0.5V。其他参数如图示。求：。其他参数如图示。求： ，Ri，Ro及在不失真的情况下，信号源及在不失真的情况下，信号源 的最大幅值的最大幅值 是多少？是多少？usAsUUoRb+_-VCCTRc+_(a) 放大电路+UsRsRLUi_C1C21k400k3k3k30F30F(-12V)例例1l 画出直流通路如图 (b)所示。由于是PNP管，所以电流方向设为与实际方向一致，而电压参考方向与NPN管一样。由直流通路可列出RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路 VCC = IBQRb + UBE

13、QUBEQ = 0.2 (V)mA(03. 04002 . 012bBEQCCBQRUVIICQ=IBQ = 600.03= 1.8(mA)UCEQ = VCC(ICQRc) = 12+1.83 = 6.6(V)IEQ = ICQ + IBQ = 1.83(mA)k(17. 183. 1266130026)1 (EQbbbeIrrl画出放大电路的微变等效电路，如图画出放大电路的微变等效电路，如图 (c)所示。所示。RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路 9 .76beLiourRUUARi = Rb / rbe = 400 / 1.17 1.17(k) Ro

14、= Rc = 3 (k)RLRiRsRbrbeRcRo+_+_UiIbUsIoIiIbIcUo+_l对信号源电压 的放大倍数为sU5 .4117. 115 . 160besLisiusousrRRRRRAUUAceoUU所以Uomax = min|UCEQ|UCES|，ICQRL = min6.60.5，1.81.5= 2.7V l因为PNP型晶体管电路的电压参考方向使得电压值为负值，故公式中代入绝对值。则)mV(655 .417 . 2usomaxsmaxAUUl电路是固定偏流共射极放大电路，l在不发生失真的条在不发生失真的条件下，信号源的幅件下，信号源的幅值不应超过值不应超过65mV。 2

15、. 稳定工作点的放大电路稳定工作点的放大电路 放大器要求放大器要求Q点稳定点稳定 放大器正常工作时，需要有一个合适的静放大器正常工作时，需要有一个合适的静 态工作点，如在运行时，工作点不稳定，态工作点，如在运行时，工作点不稳定， 则放大器的性能就不会稳定。则放大器的性能就不会稳定。 放大器静态工作点不稳定的原因放大器静态工作点不稳定的原因环境温度的变化环境温度的变化(主要原因主要原因)晶体管的更换晶体管的更换电路元件的老化电路元件的老化电源的波动电源的波动变化对变化对Q点的影响点的影响l 当温度升高时当温度升高时值增大，在输出特性上表现为特性曲线值增大，在输出特性上表现为特性曲线的间隔增宽。的

16、间隔增宽。(a) 变化对Q点的影响iC (mA)uCE (V)QICQ80604020iB = 0A0VCCRCVCC80ICQ1Q1l在温度升高后，在温度升高后，ICQ增大，增大，UCEQ减减小。静态工作点向小。静态工作点向饱和区移动。饱和区移动。 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响804020iB = 0A60Q2Q0uCE (V)4020iB = 0A6080iCVCCRC(b) ICBO变化的影响l温度升高，温度升高，ICQ增大，增大，UCEQ减小，减小，工作点向饱和区工作点向饱和区移动。移动。 ICBO的变化对的变化对Q点的影响点的影响Q3IBQ0.675iBuBEIBQ0

17、.7Q25(c) UBE变化的影响l在外电路参数不变时，在外电路参数不变时，输入回路所确定的直流输入回路所确定的直流负载线也不变。负载线也不变。l那么那么Q点移到点移到Q3点，点，IBQ将增加到将增加到IBQ的，显的，显然也要使然也要使ICQ增加。增加。l反之，温度降低将使反之，温度降低将使ICQ减小。减小。 UBE变化对变化对Q点的影响点的影响l结论：结论：l 综上所述，温度升高之后晶体管参数综上所述，温度升高之后晶体管参数、ICBO、UBE的变化都的变化都使使ICQ增大，静态工作点向饱和区移动。增大，静态工作点向饱和区移动。l 如果温度降低，则将使如果温度降低，则将使ICQ减小，静态工作点

18、向截止区移动。减小，静态工作点向截止区移动。采取措施采取措施l 为了稳定静态工作点，通常可以采取以下三种为了稳定静态工作点，通常可以采取以下三种措施。措施。q还有一种是在偏置电路中采取温度补偿措施。q一种是将放大器置于恒温装置中但造价太高。q另一种是在直流偏置电路中引入负反馈来稳定静态工作点。 分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路CCb2b1b2BVRRRURb=Rb1/Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQecb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l 分压式电流负反馈偏置电路

19、在设计时，适当分压式电流负反馈偏置电路在设计时，适当选择电阻选择电阻Rb1和和Rb2的阻值，使之满足下面两的阻值，使之满足下面两个条件。个条件。(Rb1和Rb2近似串联) BQRbIIUBQ UBEQ 式中 为流过基极分压电阻Rb1与Rb2的电流。bRIUBQ不变TICQ(IEQ) (IEQRe) UBEQIBQICQCCb2b1b2BQVRRRUUBEQ=UBQ-UEQ +VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l Re把与把与ICQ成正比的电压成正比的电压IEQRe引回到输入回路，引回到输入回路，来调节基来调节基-射极

20、电压射极电压UBEQ，从而稳定，从而稳定ICQ。这种。这种作用称为作用称为电流负反馈电流负反馈。l 因此，这种偏置电路称为分压式电流负反馈偏因此，这种偏置电路称为分压式电流负反馈偏置电路。置电路。 工作原理工作原理l 根据图根据图 (a)的直流偏置电路可得：的直流偏置电路可得： eBEQBQEQRUUI在电路同时满足式在电路同时满足式 ，UBQ UBEQ的条件下的条件下,那么那么BQRbIIeBQEQRUIlUBQ近似恒定，那么晶体管的静态工作电流近似恒定，那么晶体管的静态工作电流IEQ近似恒定。近似恒定。 由式由式 可知，可知，CCb2b1b2BQVRRRU+VCCRcICQIEQUCEQ

21、Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l 当电路参数满足以上两个条件时，静态电流当电路参数满足以上两个条件时，静态电流IEQ将将主要由外电路的参数主要由外电路的参数VCC、Rb1、Rb2、Re来确定，来确定，而与晶体管参数而与晶体管参数、ICBO、UBE几乎无关。因而大几乎无关。因而大大提高了静态工作点的稳定性。大提高了静态工作点的稳定性。l 习惯上把上面两式叫做工作点稳定条件。习惯上把上面两式叫做工作点稳定条件。BQRbIIUBQ UBEQ 工作原理工作原理l 为了兼顾放大电路几方面的性能，通常采用下为了兼顾放大电路几方面的性能，通常采用下列经验数据

22、来选择电路参数。列经验数据来选择电路参数。（锗管）（硅管）（BQBQR2010105bIII（锗管）（硅管）VVU3153BQ 工作原理工作原理射极偏置电路的分析计算射极偏置电路的分析计算l 在图在图(a)的射极偏置电路中，如果电路参数满足的射极偏置电路中，如果电路参数满足稳定条件时可以近似估算。因而可以列出稳定条件时可以近似估算。因而可以列出CCb2b1b2BQVRRRUeBQeBEQBQEQRURUUIBQCQEQBQ1IIII，UCEQ = VCCICQRcIEQRe VCCICQ(Rc+Re)+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UB

23、Q 稳定工作点的共射极放大电路稳定工作点的共射极放大电路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路 UiUo 电压放大倍数电压放大倍数 l 从图从图 (a)所示的微变等效电路可得所示的微变等效电路可得)1 (ebebeebebiRrIRIrIULbLcbo)/(RIRRIURL=Rc / RL ebeLiou)1 (RrRUUAIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a) 微变等效电路rbe+_+_l 电路的电压放大倍数比固定偏流偏置电路接成的共射电路的电压放大倍数比固定偏流偏置电路接成的共射极放大电路的电压放大倍数小得多。极

24、放大电路的电压放大倍数小得多。l 这是由于输入信号中有相当一部分降落到这是由于输入信号中有相当一部分降落到Re上。仅有上。仅有一部分加在基一部分加在基-射极转换成和输出。射极电阻射极转换成和输出。射极电阻Re越大，越大，稳定工作点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。稳定工作点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。l 为了解决放大倍数下降的问题，通常在为了解决放大倍数下降的问题，通常在Re的两端并联的两端并联上一个大容量电容（约为几十到几百微法）。上一个大容量电容（约为几十到几百微法）。l 电容电容Ce对交流信号呈现很小的容抗，对交流电流近似对交流信号呈现很小的容抗，对交流电流近似起短路作用，所以

25、电容起短路作用，所以电容Ce称为称为射极旁路电容射极旁路电容。ebeLiou)1 (RrRUUA 电压放大倍数电压放大倍数 +VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路 UiUoCe 电压放大倍数电压放大倍数 beLurRA 电压放大倍数电压放大倍数 IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb(b) 有Ce时电路的微变等效电路+_+ 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 l 对于有旁路电容对于有旁路电容Ce的情况，的情况，从微变等效电路可得从微变等效电路可得 在Rb1 /Rb2 rbe时 Ri = Rb1 / Rb2 / rbe Ri rbe l用直

26、接观察的用直接观察的方法可知输出方法可知输出电阻电阻 Ro = Rc IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb(b) 有Ce时电路的微变等效电路+_+ 最大输出电压幅值最大输出电压幅值Uomaxl 用图解法来分析最大输出电压幅值。对于有旁路用图解法来分析最大输出电压幅值。对于有旁路电容电容Ce的情况，在晶体管的输出特性所在坐标系的情况，在晶体管的输出特性所在坐标系中画出直流负载线和交流负载线，如图所示。中画出直流负载线和交流负载线，如图所示。l 直流负载线根据直流通路得出的方程直流负载线根据直流通路得出的方程 UCE =VCCIC(Rc+Re)作出，其斜率为作出，其斜率为 1

27、/(Rc+Re)。 l交流负载线根据从微变等效电路得到的方程交流负载线根据从微变等效电路得到的方程作作出出LcceRIU(RL=Rc/RL) ，其斜率为，其斜率为1/RL。 Ucemax = minUCEQUCES，ICQRL) -1/RL用图解法求UomaxuCEURIBQQUFiCICQ0VCC1/(Rc+Re)VCCRc+ReceoUU 最大输出电压幅值最大输出电压幅值Uomax例例2电路如图电路如图 (a)所示。晶体管所示。晶体管T的的UBE=0.7V，=50。求：静态工作点；电压放大倍数求：静态工作点；电压放大倍数 ；最大；最大输出电压幅值；不接电容输出电压幅值；不接电容Ce时的时的

28、 。若选用。若选用=100的晶体管，重新估算、两项。的晶体管，重新估算、两项。uAuA+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_R eUiUo20k2k4k2k10k30F30F100FC2(a) 放大电路解： )V(410201210b2b1CCb2BQRRVRU)mA(65. 127 . 04eBEBQEQRUUI)A( 3 .325165. 11EQBQIIICQ =IBQ=500.0323=1.62(mA)UCEQVCCICQ ( Rc + Re) = 121.624 = 5.5(V) )( 1 . 165. 1265130026)1 (EQbekIrrbb6 .601 . 1)4/

29、2(50beLurRAIiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb (b) 微变等效电路+_+ UR =UCEQUCES = 5.51 = 4.5(V) UF = ICQRL = 1.62( 2 / 4 ) = 2.16(V) 故 Uomax = minUR，UF= 2.16 (V) 当不接当不接Ce时时 65. 02511 . 133. 150)1 (ebeLuRrRA可见，在不接旁路电容Ce时 很小。 uA若换一个若换一个=100的晶体管，则的晶体管，则)V(410201210b2b1CCb2BQRRVRU)mA(65. 127 . 04eBEBQEQRUUI)A(3 .1610165. 11EQBQIIICQ =IBQ =1010.0163 = 1.63(mA) UCEQVCCICQ ( Rc + Re) = 121.634 = 5.46(V)l 可见更换