模拟电子电路原理与设计基础：2 基本放大电路

1、基本放大电路放大电路基本接法基本共射放大电路放大电路的分析基本共基基本共集静态工作点的稳定简化电路静态工作点动态分析性能指标概念放大条件直流通路和交流通路静态分析动态分析温度的影响射极偏置电路复合管放大电路共集共基放大电路共射共基放大电路派生电路图解法小信号模型法场效应管放大电路三种接法比较目录与固定偏置的比较放大电路的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuoAu放大电路的概念和主要指标Exit放大电路的性能指标一、电压放大倍数AuUi 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值

2、。二、输入电阻ri 输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIiUSUi主要指标Exit三、输出电阻ro 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们将它等效为戴维南等效电路，这里的内阻就是输出电阻。AuUSroUS主要指标放大电路的性能指标Exit如何确定电路的输出电阻ro？步骤：所有的电源置零 (将独立源置零， 保留受控源)。2. 加压求流法。UI方法一：计算放大电路的性能指标Exit方法二：测量Uo1. 测量开路电压。roUs2. 测量接入负载后的输出电压。roUsRLUo步骤：3. 计算如何确定电路的输出电阻ro？放大电路

3、的性能指标Exit四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fHfL放大倍数随频率变化曲线主要指标放大电路的性能指标Exit三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理基本共射放大电路Exit简化电路及习惯画法 共射极基本放大电路习惯画法基本共射放大电路Exitui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+ECRCC1C2T静态工作点基本共射放大电路ExitIBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T静态工作点基本共射放大电路Exit

4、(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ静态工作点静态工作点基本共射放大电路Exit1. 输入交流信号时的图解分析 电路图动态分析基本共射放大电路 共射极放大电路Exit通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。 # 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？1. 输入交流信号时的图解分析动态分析基本共射

5、放大电路Exit2. 各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB动态分析基本共射放大电路动态分析Exit1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。实现放的大条件基本共射放大电路Exit放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真放大电路的分析Exit放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。如果电容容量足够大，可以认为它对交

6、流短路,而对直流开路。交流通道：只考虑交流信号的分电路。直流通道：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。直流通路和交流通路放大电路的分析Exit必须已知三极管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路1. 用图解分析法确定静态工作点 画直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-静态分析放大电路的分析Exit 列输入回路方程： VBE =VCCIBRb 列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc直流通路IBVBE+-ICVCE+-1. 用图解分析法确定静态工作点静态分析放大电路的分析Exit 在输入特性曲线上，作直线 VBE =VCCIBRb，两 线的交点即是Q点

7、，得到IBQ。 在输出特性曲线上，作直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，得到VCEQ 和 ICQ。1. 用图解分析法确定静态工作点静态分析放大电路的分析Exit 共射极放大电路2. 用近似估算法求静态工作点根据直流通路可知：必须已知三极管的 值。一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。静态分析放大电路的分析直流通路IBVBE+-ICVCE+-共射极放大电路直流通路Exit静态分析直接耦合共射放大电路2. 用近似估算法求静态工作点静态分析放大电路的分析Exit 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：（

8、1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？解： 静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。 例题 共射极放大电路静态分析放大电路的分析Exit当Rb=100k时，所以BJT工作在饱和区。 VCE0，故IC的最大电流为：此时，Q（120uA，6mA，0V）， （2）当Rb=300k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降） 放大电路如图所示。已知BJT的=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求： 例题静态分析放大电路的分析 共射极放大电路解：Exit1.静态工作点的分析 单击放映动态分析（图解法）动态分析放大电路

9、的分析一、图解法2.电压放大倍数的分析图1图2Exit由交流通路得纯交流负载线:（图）vce= -ic (Rc /RL)3.交流通路及交流负载线交流负载线：过输出特性曲线上Q点的一条斜率为-1/RL 的直线。（图）RL= RLRc， 是交流负载电阻。 交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。 动态分析一、图解法放大电路的分析 共射极放大电路交流通路icvce+-电路图通路图ExitExit饱和失真截止失真4. 波形失真 动态工作时的工作点到达了三极管的饱和区Q1 动态工作时的工作点到达了三极管的截止区Q2# 进入失真后,输出波形如何?A03302A03305动态分析放大电路的分析一、图解法

10、动态分析放大电路的分析一、图解法5. 输入交流信号时的图解分析 （单击放映）6. 放大电路的动态范围 放大电路获得最大的不失真输出幅度： 工作点Q要设置在输出特性 曲线放大区的中间部位 要有合适的交流负载线A03306图2图1Exit例2.3.1 Exit建模的意义建模的思路 当输入信号电压很小时，把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管所组成的电路当作线性电路来处理。 将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。二、小信号模型法BJT的小信号建模动态分析放大电路的分析Exit1. 晶体管的直流模型 当 UBEQ=常数时：则be间等效为直流恒压源。晶体管输入特

11、性如图(a)。 说明：ICQ仅决定于IBQ而与UCEQ无关.即输出特性曲线为横轴的平行线.如图(b)。晶体管直流模型二、小信号模型法ExitUi= hiIi+ hrUoIo= hfIi+ hoUoUiUoIiIo四端口网络2. H参数概念输出端短路时的输入电阻；输出端短路时的正向电流传输系数；输入端开路时的反向电压传输系数；输入端开路时的输出电导； 对一个四端口网络，可以有H、Y、Z、G四种参数描述。其中，H参数的描述公式为： 四个参数量纲各不相同，故称为混合参数(H参数)。二、小信号模型法Exit在小信号情况下，对上两式取全微分得: BJT双口网络，有输入特性和输出特性曲线:iB=f(vBE

12、) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：BJT双口网络vBEvCEiBcebiC3. BJT的H参数定义二、小信号模型法Exit输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。对照H参数的公式可知：用小信号交流分量表示:vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce注意：字母大小写以示区别3. BJT的H参数定义二、小信号模型法Exit可得小信号模型根据: vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce H参数是小信号参数，即微变

13、参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数只适合对交流信号的分析。BJT的H参数模型H参数小信号模型BJT双口网络vBEvCEiBcebiC3. BJT的H参数定义二、小信号模型法Exit4. h参数的物理意义及求解方法 hie: 当Uce=UCEQ时,uBE对iB的偏导数.即Q点处切线斜率的倒数.be间的动态电阻. 如图(a): hre: 当IB=IBQ时uBE对uCE的偏导数. 称内反馈系数. 如图(b):二、小信号模型法vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceExit hfe : 当Uce=UCEQ时,Q点附近的电流放大倍数.如图(c)

14、: hoe : 当IB=IBQ时,ic对uCE的偏导数. 即IB=IBQ的那条输出特性曲线上Q点处的导数.ce间的动态电导. 如图(d):4. h参数的物理意义及求解方法二、小信号模型法vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceExit记 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe则BJT的H参数模型 如图(b)：5. 模型的简化BJT的H参数模型 (a)二、小信号模型法 ibicvceibvbeT vcerberceBJT的H参数模型 (b) T很小，一般为10-310-4 rce很大，约为100k。忽略它们的影响，得到简化电路。图说明

15、ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。 Exit 一般用测试仪测出； rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。也可用公式估算： rbe= rb + (1+ ) re其中对于低频小功率管 rb200 则 而 (T=300K) 6. H参数的确定工程上BJT H参数的确定二、小信号模型法ExitRbviRbRbviRcRbviRcRLH参数小信号等效电路(1) 画小信号等效电路 共射极放大电路交流通路icvce+-二、小信号模型法7. 小信号模型法的分析思路共射放大电路图交流通路图Exit根据RbviRcRL则电压增益为 求电压增益(2) 求放大电路动态指标

16、二、小信号模型法7. 小信号模型法的分析思路ExitRbRcRLRi 求输出电阻令Ro = Rc 所以 求输入电阻(2) 求放大电路动态指标二、小信号模型法7. 小信号模型法的分析思路Exit 1. 电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。 解：例题动态分析（小信号法）例题二、小信号模型法Exit 解：（1）2. 放大电路如图所示。试求： （1）Q点； （2）已知=50。动态分析（小信号法）例题例题二、小信号模型法、。Exit2. 放大电路如图所示。试求： （1）Q点； （2）已知=50。例题二、小信号模型法、。 解：（2）Exit1. 对ICBO的影响2. 对输入特性曲线的影响温度T 输出

17、特性曲线上移温度T 输入特性曲线左移3. 对 的影响温度每升高1,要增加0.5%1.0%温度T 输出特性曲线族间距增大总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 温度对工作点的影响静态工作点的稳定Exit1. 稳定工作点原理目标：温度变化时，IC维持恒定。 如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理： IC IEIC VE、VB不变 VBE IB（反馈控制）b点电位基本不变的条件：I1 IB ，此时，不随温度变化而变化。VB VBE 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 射极偏置电路静态工作点的稳定Ex

18、itI1I2IBRB1+VCCRCC1TRB2RE1RE2直流通路一、静态分析静态工作点的稳定射极偏置电路阻容耦合分压式偏置电路RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo图Exit可以认为与温度无关。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。I1I2IBRB1+VCCRCC1TRB2RE1RE2直流通路一、静态分析静态工作点的稳定射极偏置电路ExitTUBEIBICUEIC 本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程I1I2IBRB1+VCCRCC1TRB2RE1RE2直流通路一、静态分析静态工作点的稳定射极偏置电路Exit 画小信

19、号等效电路 确定模型参数已知，求rbe。二、电压增益静态工作点的稳定射极偏置电路Exit输出回路：输入回路：电压增益： 增益二、电压增益静态工作点的稳定射极偏置电路Exit根据定义：由电路列出方程则输入电阻三、输入电阻静态工作点的稳定射极偏置电路Exit求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路输出端口加测试电压四、输出电阻静态工作点的稳定射极偏置电路Exit四、输出电阻静态工作点的稳定射极偏置电路输出电阻 若考虑rce的影响时，对回路1和2列KVL方程其中：则当时，一般（）Exit静态：固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路静态工作点的稳定Exit 固定偏流共射极放大电路Rbvi

20、RcRL固定偏流电路的小信号等效电路Ro = Rc # 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？b动态固定偏流电路与射极偏置电路的比较静态工作点的稳定Exitbb改进1静态工作点的稳定射极偏置电路等效电路等效电路改 进 电 路Exit1改进2静态工作点的稳定Exit单管放大电路的三种基本接法RB+VCCC1C2RERLuiuoRB+VCCRE直流通道基本接法（基本共集）基本共集放大电路Exit一、静态分析IBIERB+VCCRE直流通道单管放大电路的三种基本接法基本共集放大电路ExitRB+VCCC1C2RERLuiuorbeRERLRB微

21、变等效电路二、动态分析单管放大电路的三种基本接法基本共集放大电路Exit1. 电压放大倍数rbeRERLRB单管放大电路的三种基本接法基本共集放大电路Exit1.所以但是，输出电流Ie增加了。2. 输入输出同相，输出电压跟随输入电 压，故称电压跟随器。结论：1. 电压放大倍数基本共集放大电路单管放大电路的三种基本接法Exit2. 输入电阻 输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。基本共集放大电路单管放大电路的三种基本接法rbeRERLRBExit用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置03. 输出电阻基本共集放大电路单管放大电路的三种基本接法E

22、xit3. 输出电阻基本共集放大电路单管放大电路的三种基本接法设：rbeRERBRSExit一般：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。3. 输出电阻基本共集放大电路单管放大电路的三种基本接法Exit射极输出器的使用1. 将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能。3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。基本共集基本共集放大电路单管放大电路的三种基本接法Exit1. 静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同基本共基放大电路单管放大电路的三种基本接法Exit2. 动态指标基本共基放大电路单管放大电路

23、的三种基本接法Exit 电压增益输出回路：输入回路：电压增益：基本共基放大电路单管放大电路的三种基本接法2. 动态指标Exit 输出电阻 输入电阻基本共基放大电路单管放大电路的三种基本接法2. 动态指标Exit电压增益：输入电阻：输出电阻：三种组态的比较Exit作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe复合管也称为达林顿管晶体管基本放大电路的派生电路Exit复合管放大电路复合管放大电路复合管共射放大电路晶体管基本放大电路的派生电路 采用复合管后，增强了电流放大能力，从而减小了对信号源驱动电流的要求；若驱动电流不变，输出电流将增大约倍。Exit复合管共集放大电路晶体管基本放大电路的派生电路 输入电阻

24、Ri中与Rb相并联的部分大大提高，而输出电阻Ro中与Re相并联的部分大大降低，使共集放大电路Ri大、 Ro小的特点得到进一步的发挥。Exit复合管放大电路复合管共射共基放大电路晶体管基本放大电路的派生电路共射共基放大电路的交流通路 共基电路输入电阻小，使共射电路的高频特性得到改善。Exit共射共基复合管共集共基放大电路晶体管基本放大电路的派生电路共集共基放大电路的交流通路 特点：电路具有较宽的通频带。Exit共集共基1. 电路特点FET的直流偏置电路 栅极只需要偏压，不需要偏流 各类FET的偏置极性区别： N沟道器件加正漏源偏压； P沟道器件加负漏源偏压； 耗尽型器件加反极性栅压； 增强型器件加同极性栅压； 采用偏置稳定电路场效应管放大电路Exit(1)自偏压电路(2) 分压式自偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS =- iDR2. 典型电路FET的直流偏置电路场效应管放大电路图ExitVGS =VDS =VDD-