基本放大电路 晶体管基本放大电路的派生电路课件

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2.2 基本共射放大电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法2.4 放大电路静态工作点的稳定2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6 场效应管放大电路2.7晶体管基本放大电路的派生电路放大电路是模拟电子电路基础,在日常生活和科学研究等工作中经常遇到.根据使用场合、目的的不同，性能指标会有不同的要求，因此，基本电路形式，所选用的元器件一般是不同的，但作用和工作原理都是一样的，而单管放大电路又是构成复杂电路的基础基本单元，所以我们首先研究分析单管放大电路，大家要着重领会其基本概念，基本原理和基本分析方法，以便问以后的学习大好基础！

2、本章学习目的：2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标2.1.1 放大的概念 放大概念: 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.放大对象均为变化量放大电路放大的本质是能量的控制和转换 基本特征: 功率放大图2.1.1 扩音机示意图 话筒将微弱的声音转换成电信号,经放大电路放大成足够强的电信号后,驱动扬声器,使其发出较原来强得多的声音.性能指标可以分成三种类型第一类,对应于一个幅值已定,频率已定的信号输入时 的性能,是放大电路的基本性能.1、放大倍数输出量 与输入量之比电压放大倍数为输出电压与输入电压之比，即：电流放大倍数为输出电流与输入电流之比，即：另外， 表示输出电压对输

3、入电流之比，也称互阻放大倍数.表示输出电流对输入电压之比，也称互导放大倍数、输入电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻,即:3、输出电阻从放大电路输出端看进去的等效内阻.输入电压有效值输入电流有效值第三类,对应于一个频率不变而幅值改变的信号输入时的性能、非线性失真系数由于放大器件均有非线性特性，他们的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、最大不失真输出电压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以有效值表示，也可以用峰峰值表示，、最大输出功率与效率最大输出功率输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率功率：电源消耗功率2.2.1

4、基本共射放大电路的组成及各元件的作用共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路一、组成原则： 必须根据所用放大管的类型提供直流电源，以便 设置合适的静态工作点，并作为输出的能源 电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的 静态工作电流 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路 当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态 电流能够作用于负载晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。基极电源VBB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极

5、电流。共发射极基本电路VCCRSesRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE集电极电源VCC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路VCCRSesRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE2.2.2 基本共射放大电路的工作原理UBEIBICUCE无输入信号(ui = 0)时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiE

6、uBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论： (1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。 (IB、UBE) 和(IC、UCE)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。QIBUBEQUCEIC结论：(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析结论：(3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。(4) 输出电压与输入电压在相位上相差

7、180， 即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO2.2.3 设置静态工作点的必要性 当输入信号为零时，放大电路的静态工作点 若ui峰值小于b-e间开启电压on,晶体管截止，UCE无变化, 输出电压uo为零。 若ui峰值足够大，晶体管也只能在信号正半周大于on的时间间隔内导通，输出必然严重失真。2. 放大电路的分析方法电子电路的分析计算中要注意的问题:要处理的信号通常是交直流的混合量, 在计算时可以将交直流量统一考虑,也可以分开 三极管是非线性的元件，对放大电路分析时，通常采用两个方法：图解法；微变等效电路法。 在电路中有非线性器件,在计算中要正确 处理. 放大电路是一个交直流共存的电路。

8、2.3.1 直流通路和交流通路 因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路， 用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。直接耦合共射放大电路直流通路视为短路直接耦合共射放大电路交流通路视为接地直接耦合共射放大电路交流通路RBRCuiuORLRSes+2、对交流信号(有输入信号ui时的交流分量) XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源

9、对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路 用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE2.3.2 图解法 图解法的关键是利用晶体管的特性曲线来表示其电压与电流的关系，电路的电压与电流的关系也用曲线或直线来表示，然后利用作图的方法来求解！一静态工作点的分析基本共射放大电路虚线将晶体管和外电路分开,得到输入和输出部分.一静态工作点的分析输入回路情况: 由图可得回路方程:静态时 UI=0于是作出曲线 及直线可得：输出回路情况: 由图可得回路方程:静态时，作出此直线与曲线：输出回路情况: 由图可得回路方程:动态时，

10、UI0 作出：输入回路情况: 由图可得回路方程:动态时 UI0作出此直线：二、动态分析图解法（当输入ui为正弦波时）QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL= 由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。通过图解分析，可得如下结论： 1. uii uBE iB iC uCE |-uo| 2. uo与ui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。直流负载线与交流负载线由阻容耦合放大电路的交流通路得：因此可得交流负载线：()分析

11、易得：对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线和交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路情况，只有在空载的情况下，两条直线才合二为一二、动态分析图解法电压放大倍数将减小。QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicibuiuoRL三、 非线性失真 如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，动画 晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo 适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1三、 非线性失真若Q设置过低，动画

12、晶体管进入截止区工作，造成截止失真。 适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。图解法的使用范围：由于以下原因生产厂家一般不提供特性曲线作图求解易产生较大误差信号变化较快时，上述关系不再正确存在负反馈时，图解法分析也不好不便于求Ri、Ro等 图解法一般多使用于分析输出幅度比较大而工作频率不太高时的情况比如最大不失真输出幅度、失真情况等2.3.3 三极管放大电路的分析方法：等效电路法1、 小信号建模2、 共射极放大电路的小信号模型分析 H

13、参数的引出 H参数小信号模型 模型的简化 H参数的确定 利用直流通路求Q点 画小信号等效电路 求放大电路动态指标建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路 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件所组成的电路当作线性电路来处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是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。1、 BJT的小信号建模H参数的引出用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于BJT双口网络，我们已经知道输入

14、输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce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。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce H参数小信号模型根据可得小信号模型BJT的H参数模型hfeibicvc

15、eibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络 H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。各h参数的物理意义和求法根据2-19式定义分析反相电压传输系数，是晶体管内部反馈，无量纲模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerberce uT

16、很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路 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。 b、e间有三个电阻体电阻，与杂质浓度等制造工艺有关，是固定值；与工作状态无关。对高频小功率硅管：=几十几百 欧 几欧IB 此时，不随温度变化而变化。2. 静态工作点2. 放大电路指标分析输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数已知，求rbe增益 求电路的输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 求电路的输出电阻网络内独立源置零（Vi=0）负载开路（去掉RL）输出端口加测试电压2. 放大电路指标

17、分析放大电路的输出电阻不包含电路的负载问题：射极偏置电路和基本的共射极放大电路相比，放大倍数明显降低。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？2.5 晶体管单管放大电路的三种基本方法共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态2.5.1 共集电极电路1. 电路分析该电路也称为射极输出器求静态工作点电压放大倍数输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数 已知，求rbe增益一般，则电压增益接近于1，即输入电阻输出电阻该电路高，低，可使输

18、入信号源提供的电流较小，减小信号源的功率容量使放大电路带动负载的能力增强所以，射极输出器多用来作为多级放大器的输入和输出极计算得：2.5.2 共基放大电路2.5.2 基本共基极放大电路1. 静态工作点2.动态分析交流等效电路交流通路由输入回路由输出回路2.动态分析输入与输出电阻推导(2-32)分母0相当于开路oRiR代入数据：解：结论：但方向不同，共射电路共基电路输入电阻比共射电路小输出电阻与共射电路一样共基电路的频率响应好(下节讲)，在要求频率特性高的场合多采用共基电路2.5.3 三种接法的比较 共射用得最多，在没有特殊要求的地方用于放大信号。 共集 共基常用于宽频带放大器。应用广泛，常应用

19、于输入、输出级CECCCBAv Ai Ri Ro 大1大大大1中大小大小大共射、共集和共基放大电路的性能比较2.6.1 场效应管放大电路的三种接法返回2.6 场效应管放大电路2.6.2 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. 基本共源放大电路输入回路 VGGUGS(th)输出回路加VDD使漏-源电压大于预夹断电压作为负载的能源Rd: 将漏极电流iD变化转换成电压uDS的变化， 从而实现电压放大。图解法求解基本共源放大电路的静态工作点二、 基本共漏放大电路基本共漏放大电路利用输入回路方程和场效应管的电流方程联立管压降静态分析由输入回路：UG=0,UGSQ=-IDQRS由电流方程：UGSQ、IDQ输出回路：UDSQ=VDD-IDQ(Rd+Rs)三、自偏压电路1. 自偏给压电路2、分压