《电路与电子技术》课件

1、基本放大电路基本放大电路 一、放大电路的组成一、放大电路的组成1.组成框图组成框图直流电源直流电源信信号号源源RS+usRSis放大放大电路电路负负载载RL信号输入信号输入第第一一级级第第二二级级第第三三级级信号输出信号输出2.多级放大电路多级放大电路3.放大电路的四端网络表示放大电路的四端网络表示1 22 +us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioiius 信号源电压信号源电压Rs 信号源内阻信号源内阻RL 负载电阻负载电阻ui 输入电压输入电压uo 输出电压输出电压ii 输入电流输入电流io 输出电流输出电流二、二、 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标11 22 +us放大放

2、大电路电路RS+ui+uoRLioii电压增益电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|1. 放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 Au = uo/ui电流放大倍数电流放大倍数 Ai = io/ ii功率放大倍数功率放大倍数 Ap = po/ pi电流增益电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|功率增益功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|2.输入电阻输入电阻1 +usRS+uiiiRiiSisiRRRuu Ri 越大，越大， ui 与与 us 越接近越接近iiiiuR 例例 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较比较不同不同 Ri 时时的的 ii 、ui。

3、Riiiui6 000 3 A18 mV600 16.7 A10 mV60 30 A1.82 mV3.输出电阻输出电阻放大电路的输出相当于放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。内阻称为电路的输出电阻。计算计算： 0Lso RuiuRi22 11 usRS+u放大放大电路电路= 0Ro测量测量：LoLotoRRRuu Looto)1(RuuR uot 负载开路时的输出电压；负载开路时的输出电压；uo 带负载时的输出电压，带负载时的输出电压， Ro 越小，越小，uot 和和 uo 越接近越接近。22 11 +usRS+ui+uoRLRo+uot

4、Ri4. 通频带通频带电抗元件电抗元件( (主要是电容主要是电容) )使放大电路对不同频率使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在输入信号的放大能力不同，反映在：Au( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性（1） 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性)( )()j (ffAfAuu fAu(f)OfO)( f （2）频带宽度）频带宽度( (带宽带宽) )BWAum2/muAfLfH下下限限频频率率 上限上限频率频率 中频段中频段低频段低频段高频段高频段BW0.7BW0.7 = fH fL ( (Band Width) )5.最大输出功率和效率最大输出功率和效率效率效

5、率 =最大输出功率最大输出功率Pom直流提供功率直流提供功率PDC三、放大电路中的符号规定三、放大电路中的符号规定（a a）直流电流；（）直流电流；（b b）交流电流；（）交流电流；（c c）叠加电流）叠加电流电流波形图电流波形图1.1.直流分量直流分量 图（图（a a）所示波形）所示波形BI2.2.交流分量交流分量3.3.总变化量总变化量图（图（b b）所示波形）所示波形 bi图（图（c c）所示波形）所示波形 BBbiIi9.2 共发射极放大共发射极放大电路的工作原理电路的工作原理 在生产和科研中，经常需要在生产和科研中，经常需要，以便有效地进行观察、测量、控制和调节。，以便有效地进行观察

6、、测量、控制和调节。的主要用途之一是利用其放大作用的主要用途之一是利用其放大作用uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极一、晶体管电路的三种连接方式一、晶体管电路的三种连接方式iC+ uBE +uCE ECRBEBRC+ui + RSus+uo C2RL+C1+iB基本放大电路（基本放大电路（共发射极共发射极）iC+ uBE +uCE ECRBRC+ui + RSus+uo C2RL+C1+iBiC+ uBE +uCE +VCCRBRC+ui + RSus+uo C2RL+C1+iB+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C

7、1+iB+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C1+iB 放大元件。放大元件。保证发射结处于正保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏向偏置、集电结处于反向偏置，为输出信号提供能量。置，为输出信号提供能量。将电流的将电流的变化变换为电压的变化，以变化变换为电压的变化，以实现电压放大。实现电压放大。 使发射结处于正向偏置、提供大小适使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。当的基极电流。用来隔断直流、耦合交流。用来隔断直流、耦合交流。电容值电容值应足够大，以保证在一定应足够大，以保证在一定 的频率范围内，电容上的交的频率范围内，电容上的交流压降可以忽略不计，即对交流

8、信号可视为短路。流压降可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C1+iB 在静态的基础上加入在静态的基础上加入输入信号时的工作状态称输入信号时的工作状态称为为。IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQUBEQ uBE Ot9.3 放大电路的分析放大电路的分析基本思想基本思想 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。分析三极管电路的基本思想和方法分析三极管电路的基本思想和方法直流

9、通路直流通路( (ui = 0) )分析分析。 交流通路交流通路( (ui 0) )分析分析，只考虑变化的电压和电流只考虑变化的电压和电流基本方法基本方法9.3.1 静态分析静态分析 静态分析的目的：静态分析的目的：确定放确定放大电路的大电路的(直流值直流值) IBQ ， ICQ ，UCEQ+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C1+iB 一、 直流通路 画直流通路原则：画直流通路原则：（1）电容视为开路；）电容视为开路；（2）电感线圈视为短路；）电感线圈视为短路；（3）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。 分析方法：分析方法：利用利用计

10、算放大电路的静态工作点。计算放大电路的静态工作点。+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C1+iBIC+ UBE +UCE +VCCRBRCIBCCBECCBQBBVUVIRRCQBIICEQCCCCQUVR I二、静态工作点例例 在在共发射极基本交流放大共发射极基本交流放大电路中电路中,已知已知VCC =12V，RC =4k ，RB =300k 试求试求放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点。5 .37 解：解：mA5 . 1mA04. 05 .37BC II A40A10300123BCCB RVI+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+

11、C1+iB6VV)105 . 110412(33CCCCCE IRVU确定放大电路的电压放大倍数确定放大电路的电压放大倍数 ，输，输入电阻和输入电阻。入电阻和输入电阻。微变（小信号）等效电路分析法。微变（小信号）等效电路分析法。一、一、晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路+uce+ube ibicCBE从输入端口看进去，相当于电阻从输入端口看进去，相当于电阻 rbeOIB UBE IB QIBUBEBBEbeIUr bbeiu )mA()mV(26)1()(300EI 9.3.2 动态分析动态分析从输出端口看进去为一从输出端口看进去为一个个受受 ib 控制的电流源控制的电流源+uce+ub

12、e ibicCBEQiC ICUCEuCE IBICIC ic = ib rbe Eibic ib+ube +uce BCBBcceCCEceIIiuIUr ICUCE阻值很高，约几十千欧阻值很高，约几十千欧几百千欧，几百千欧，。二、二、放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路画交流通路原则：画交流通路原则：1. 直流电压源视为短路；直流电压源视为短路；2. 视电容对交流信号短路。视电容对交流信号短路。 微变等效电路是对微变等效电路是对而言，先画放大电而言，先画放大电路的路的，将将交流通路中的晶体管用其交流通路中的晶体管用其微变等微变等效电路来代替，即得到放大电路效电路来代替，即得到放大电

13、路的的ECRBRC+ui + RSus+uo C2RL+C1+ui + RSusRBRC+uo RL交流通路交流通路ECRBRC+ui + RSus+uo C2RL+C1+ui + RSusRBRC+uo RL+uo + ibicRBRCRLuSRS+ui +uo + RBRLRSrbe Eibic ibBCusRC+ui 三、三、动态性能指标的计算动态性能指标的计算1. 电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算+uo + RBRLRSrbe Eibic ibBCusRC+ui 当输入的是正弦信号当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可时，各电压和电流都可用相量表示。用相量表示。bbeiIrUbLc

14、LoIRIRU 电压放大倍数电压放大倍数beLiorRUUAu LCL/ RRR LR+ + RBRLRSrbe EBCusRC+ cIbIOUiU bI开路时电压放大倍数开路时电压放大倍数beCiorRUUAu 2. 放大器输入电阻的计算放大器输入电阻的计算iiIUri Ri+ RBRLrbe EBCRC+ cIbIOUiU bIiIbeB/rR ber 3. 输出电阻的计算输出电阻的计算 ro RCRo000bcbi IIIU ，时，时，当当 RC一般为几千欧，因此，这种基本放大电路一般为几千欧，因此，这种基本放大电路的输出电阻较高。的输出电阻较高。受控源相当于开路。受控源相当于开路。晶体

15、管的输入电阻晶体管的输入电阻rbe比较小，所以基本放比较小，所以基本放大电路的输入电阻不大电路的输入电阻不高。高。例例 在在共发射极基本交流放共发射极基本交流放大电路中大电路中,已已 知知VCC =12V，RC =RL=4k ，RB =300k 试试求求电压放大倍数、输入电阻、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。输出电阻。5 .37 解：解：mA5 . 1mA04. 05 .37BCE III A40A10300123BCCB RVI)mA()mV(26)1()(300EbeIr k967. 0)mA(5 . 1)mV(26)15 .37(3006 .77967. 025 .37beL rRAu

16、 k967. 0/bebeBirrRrro RC=4k +ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C1+iBRL9.4 放电电路静态工放电电路静态工作点的稳定与设置作点的稳定与设置1. 温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。2. 温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。BEuBiOT1T2 iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。输出特性

17、曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。OQ1Q2温度升高，静态温度升高，静态工作点向上移。工作点向上移。分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+ui +us + uo VCC( (直流电源直流电源) )： 使发射结正偏，集电结反偏使发射结正偏，集电结反偏 向负载和各元件提供功率向负载和各元件提供功率C1、C2( (耦合电容耦合电容) )： 隔直流、通交流隔直流、通交流RB1 、RB2( (基极偏置电阻基极偏置电阻) )： 提供合适的基极电流提供合适的基极电流RC( (集电极负载电阻集电极负载电阻) ): 将将 IC UC ，使电流放大，使电流放大

18、 电压放大电压放大RE( (发射极电阻发射极电阻) )： 稳定静态工作点稳定静态工作点“Q ”CE( (发射极旁路电容发射极旁路电容) )： 短路交流，消除短路交流，消除 RE 对电压放大倍数的影响对电压放大倍数的影响二、直流分析二、直流分析+VCCRCRERB1RB2+ UBEQ +UCEQ IBQI1ICQIEQ要求：要求：I1 (5 10)IBQUBQ (5 10)UBEQ估算估算CCB2B1B2BQVRRRU EBEQBQEQRUUI EQCQII /EQBQII )(ECCQCCCEQRRIVU 一、稳定一、稳定“Q”的原理：的原理：T IC UE UBE IB IC 三、性能指标分

19、析三、性能指标分析+us +VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+uo RCRB1RB2+ui +uo RLibicii交流通路交流通路小信号等效电路小信号等效电路rbe ib1. 电压放大倍数电压放大倍数iouuAu beLbebLb rRriRi 源电压放大倍数源电压放大倍数uuAuuuuuuuuAsisiiosos isiRRARu 2. 输入电阻输入电阻RiiiiiuR beB2B1/rRR 3. 输出电阻输出电阻RoRo = RC当没有旁路电容当没有旁路电容 CE 时：时：小信号等效电路小信号等效电路1. 电压放大倍数电压放大倍数iouuAu )1( EbebLbRri

20、Ri 源电压放大倍数源电压放大倍数isiiosisosRRARuuuuuuAuu 2. 输入电阻输入电阻3. 输出电阻输出电阻Ro = RC交流通路交流通路RCRB1RB2+ui +uo RLibiciiRERCRB1RB2+ui +uo RLibiciirbe ibRERiR i)1(/EbeBiRrRR 例例 = 100，RS= 1 k ，RB1= 62 k ，RB2= 20 k , RC= 3 k ，RE = 1.5 k ，RL= 5.6 k ，VCC = 15 V。求：求：“Q”，Au，Ri，Ro。 解解 1) )求求“Q”)V( 7 . 362201520BQ U)mA( 25 .

21、17 . 07 . 3EQCQ IIA)( 20mA)( 02. 0100 /2BQ I)V( 6)5 . 13(215CEQ U+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us +uo +VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us +uo 2) )求求 Au，Ri，Ro ， Aus A)( 20BQ I 5001 02. 0/26200 /26200BQbe Ir1305 . 13/5.6 100 beL rRAu )k( 36. 15 . 1/62/20/beB2B1i rRRR7536. 11)130(36. 1uSiisis ARRRAuuAuuRo = RC

22、= 3 k 去掉旁路电容去掉旁路电容 CE 时：时：+VCCRCC1C2RLRE+RB1RB2RS+us +uo 1) )静态工作点静态工作点“Q”不变不变2) )求求 Au、Aus 、Ri、RoRCRB1RB2+ui +uo RLibiciirbe ibREEbeL)1( RrRAu 3 . 15 . 11015 . 1/5.63 100 2 . 18 .131)3 . 1(8 .13siis uuARRRA)1(/Ebe B2B1iRrRRR 5 . 11015 . 1 /62/20 )(k 8 .13 Ro = RC = 3 k 既稳定既稳定“Q”，Au 又较大的电路又较大的电路uBE/

23、ViB/ A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceO OO OO OO O0 00 0 放大电路设置了合适的静态工作点，当加入合适放大电路设置了合适的静态工作点，当加入合适的输入信号时，输出信号会随输入信号而变化，不会的输入信号时，输出信号会随输入信号而变化，不会产生失真。产生失真。是指输出信号的波形不像输入信号的波形。是指输出信号的波形不像输入信号的波形。放大电路的非线性失真放大电路的非线性失

24、真 因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。线性失真。1. “Q” 过低引起过低引起NPN 管：管： uCE顶部顶部失真为失真为。PNP 管：管： uCE底部底部失真为失真为。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线2. “Q” 过高引起过高引起ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：uCE底部底部失真为失真为。PNP 管：管： uCE顶部顶部失真为失真为

25、。uCEiCt OOiCO tuCEQV CC9.5 共集电极放大电共集电极放大电路（射极输出器）路（射极输出器）+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us+UCE +VCCRBREIBIEUBE+ EBBECCB)(1RRUVI EECCCEIRVU BBBCBE)(1IIIIII EBBEBBEEBEBBCC)(1RIURIRIURIV 二、性能指标分析二、性能指标分析交流通路交流通路RsRB+ +uo RLibiciiRE)1(/ )1( LbeBLbeiBiii iiRrRRruRuuiuR 小信号等效电路小信号等效电路usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+

26、 R L = RE / RL电压放大倍数：电压放大倍数：LbeLLEbbebLEbio)1()1(/)1(/1RrRRRiriRRiuuAu ）（ 1输入电阻：输入电阻： 0LoS RiuRu输出电阻：输出电阻：usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+ RBibiciirbe ibRERsus = 0+u iiRESbeE)1(RruRu R S = Rs / RBi = iRE ib ib 1)(/)1/()(SbeESbeEoRrRRruRuuiuR射极输出器射极输出器特点特点Au 1 输入输出同相输入输出同相Ri 高高Ro 低低用途：用途：输入级输入级 输出级输出级 中间隔

27、离级中间隔离级例例 =120，RB = 300 k ，r bb= 200 ，UBEQ = 0.7 VRE = RL = Rs = 1 k ，VCC = 12V。求：。求：“Q ”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us 解解 1) )求求 “Q”IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE = (12 0.7) / 300 +121 1 27 ( A)IEQ I BQ = 3.2 (mA)UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V)2) )求求 Au，Ri，RoRbe = 200 + 26 / 0.

28、027 1.18 (k )98. 0)1()1(LbeL RrRAu Ri = 300/(1.18 121) = 51.2 (k )( 18 1)(/SbeEo RrRRRL = 1 / 1 = 0.4 (k )无无 C3、RB3： Ri = (RB1 / RB2) / rbe + (1 + ) RERi = 50 / 510 = 45 (k )Ri = (RB3 + RB1 / RB2) / rbe + (1+ )RERi = (100 + 50) / 510 = 115 (k )无无 C3 有有 RB3 ：接接 C3 ：RB3 / rbe rbeRi = rbe+ (1 + ) (R B/

29、 RE) = (1 + ) (R B / RE )Ri = 51 50 / 10 = 425 (k )提高提高 Ri 的电路：的电路：+C1RSRERB1+VCCC2+uo+us+RB2RB3C3 = 50100 k 100 k 100 k 10 k R B+uo ibiciirbe ibRE+ ui RB39.6 共基极放大电共基极放大电路路一、求一、求“Q”( (略略) )二、性能指标分析二、性能指标分析beLbebLbio rRriRiuuAu RiR i 1)1(be bbebeiiririiuR)1(/beEi rRRRoRo = RC特点：特点：1. Au 大小与共射电路相同。大小

30、与共射电路相同。2. 输入电阻小，输入电阻小，Aus 小。小。RCRERS +us RL+uo RCRERS+us RLrBEioicieiiib ib+ui +VCCRCC2C3RLRE+RB1RB2RS +us +uo C19.7 多级放大电路多级放大电路直接直接耦合耦合第一级第一级第二级第二级电路简单，能放大交、直流信号，电路简单，能放大交、直流信号，“Q” 互相影响，零点漂移严重。互相影响，零点漂移严重。阻容阻容耦合耦合第一级第一级第二级第二级各级各级 “Q” 独立，只放大交流信独立，只放大交流信号，号，信号频率低时耦合电容容抗大。信号频率低时耦合电容容抗大。变压变压 器器耦合耦合第一

31、级第一级第二级第二级用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。第一级第一级第二级第二级末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii输入级输入级中间级中间级输出级输出级第一级第一级第二级第二级ioUUAu nUUUUUUioi2o2i1o. 考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理理!rirori = ri1ro = ron第一级第一级第二级第二级末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiunuuuAAAA 321C1R

32、SRE1RB1C2+us +VCCRC2C3RLRE2+CE2+R B1R B2例例 用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示。已知：如下图所示。已知：VCC =12V， 1 =60，RB1 =200k ，RE1=2k ，RS =100 。RC2=2k ， RE2=2k ， R B1 =20k ， R B2 =10k ， RL=6k ， 2=37.5，试求试求：(1)前后级前后级放大电路放大电路的的静态值；静态值；(2)放大电路放大电路的的输入电阻输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro ；(3)各级各级电压电压放大倍数放大倍数

33、 及总电压放大倍数及总电压放大倍数。 解：解： (1) 第一级第一级静态工作点静态工作点E11B1BE1CCB1)(1RRUVI 0.035mAA102)601(102000.61233 2.14mA0.035mA60)(1)(1B11E1C1 III7.72V)V102.14102(1233 E1E1CCCE1IRVU C1RSRE1RB1C2+us +VCCRC2C3RLRE2+CE2+R B1R B2第二级第二级静态工作点静态工作点V4V12102010CCB2B1B2B2 VRRRVmA7 . 1A1026 . 043E2BE2B2E2C2 RUVIImA045. 0mA5 .377 . 12C2B2 II V2 . 5V107 . 110)22(1233 C2E22CCCCE2)(IRRVU (2) 放大电路放大电路的的输入电阻输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro L11be1B1i1i)1(/RrRrr i2E1L1/rRR 0.62k0.8920.892L1 RE11be126)1(300Ir 4k0 .12.142660)(1300 k89. 0)mA(7 . 1)mV(26)5 .371(003 E22b