第二章 放大电路的基本原理

第二章

放大电路的基本原理福建师范大学福清分校主要内容1、放大的概念2、单管共发射极放大电路的组成及工作原理3、放大电路的主要技术指标及基本分析方法4、工作点的稳定问题5、放大电路的三种基本组态6、场效应管放大电路7、多级放大电路例如，从收音机天线接收到的信号，或者从传感器得到的信号，有时只有微伏或毫伏数量级，必须经过放大才能驱动嗽叭发出声音，或者驱动动指示设备和执行机构，便于进行观察、记录和控制。放大电路的作用：放大是指在输入信号的作用下，利用有源器件(核心器件是三极管)的控制，将直流电源提供的部分能量转换为与输入信号成比例的输出信号。它的功能是将微弱的电信号进行放大，以满足人们的实际需要。放大的本质是实现能量的控制。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。§2.1放大的概念§2.2单管共发射极放大电路§2.2.1单管共发射极放大电路的组成单管共发射极放大电路的原理图如下:

电路中各元件的功能VT：起放大作用,是该电路的核心元件.VCC：集电极直流电源，为输出信号提供能量。Rc：集电极负载电阻，将电流的变化转换为集电极电压的变化，然后传送到放大电路的输出端。VBB：基极直流电源；Rb：基极电阻VBB和Rb的作用：（1）为三极管的发射结提供正向偏置电压（2）共同决定了当不加输入电压时三极管基极回路的电流，这个电流称为静态基流。§2.2.2单管共射极放大电路的工作原理一、工作原理：假设在放大电路的输入加上一个微小的输入电压变化量，则三极管基极与发射极之间的电压也将随之发生变化，因三极管的发射结处于正向偏置状态，故当发射结电压发生变化时，将引起基极电流产生相应的变化，由于三极管工作在放大区，具有电流放大作用，于是引起集电极电流发生的变化。这个集电极电流的变化量流过集电极负载电阻Rc,使集电极电压也发生相应的变化

。即:二、组成放大电路时必须遵循几个原则：１、外加直流电源必须使三极管工作在放大区，即：发射结正偏，集电结反偏。２、交流输入信号必须输到三极管的基极产生３、输出回路中集电极电流的变化量能够转化为集电极电压的变化量，并输出。三、原理电路存在两个缺点：１、有两个直流电源，既不方便也不经济；２、放大电路的输入电压与输出电压不共地，下面对原来的电路加以改进。电路如下：(b)简化画法(a)完整画法§2.3放大电路的主要技术指标放大电路技术指标测试示意图一、放大倍数1、电压放大倍数：2、电流放大倍数：工程上常用分贝来表示放大倍数称为增益电压增益：电流增益：二、最大输出幅度

Uom输出波形没有明显失真时提供给负载的最大输出电压。三、非线性失真系数D所有的谐波总量与基波成分之比，即四、输入电阻Ri输入电阻大小等于外加正弦输入电压与相应的输入电流之比,即

通常希望放大电路的输入电阻愈大愈好。五、输出电阻RO当输入端信号短路，输出端负载开路时，外加一个正弦输出电压，得到相应的输出电流，二者之比即是输出电阻，

AuBWAum0即和六、通频带BW七、最大输出功率与效率§2.4放大电路的基本分析方法基本分析方法1、静态分析：估算法、图解法2、动态分析：微变等效电路法、图解法§2.4.1直流通路与交流通路

直流通路：只考虑直流信号的分电路。

交流通路：只考虑交流信号的分电路。画图规则:1、在直流通路中，电容相当于开路，电感相当于短路.2、在交流通路中，电容和直流电源相当于短路，电感相当于开路.下面以单管共射放大电路为例,它的直流通路和交流通路分别如图所示。§2.4.2静态工作点的近似估算上例：=（0.1~0.3）V

锗管

硅管

=（0.6~0.8）V一、分析静态任务：用作图的方法确定Q点参数。1.估算、2.用图解法确定、方法是：在输出特性曲线上作一直线，即直流负载线，其方程式为：§

2.4.3图解法该直线与估算的有一个交点，即为Q点图形如下：二、分析动态作法：1、通过Q点作斜率为：K=

的直线，即为交流负载线。如下所示：

3、在输入特性上找到与相应的4、求电压放大倍数：2、在Q点附近找出、、tQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE（1）输入回路例：假设在输入端加上一个小的正弦信号，则其输入回路和输出回路的曲线如下所示：由上面图形可以直接读出、912t0IiC

/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQ（2）输出回路则uo=uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQuo顶部失真静态工作点过低——截止失真三、图解法的应用1、分析非线性失真，如下所示：2、估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC

/mAACBDE交流负载线

Q尽量设AB的中点。则AQ=QB，CD=DE3、分析电路参数对Q点的影响

（a）

改变Rc，保持Rb，VCC，不变；OIBiCuCE

Q1Q2Rc增大，易产生饱和失真

(b)改变，保持Rb，Rc，VCC

不变；OIBiCuCE

Q2Q1增大，易产生饱和失真

（c）

改变Rb，保持VCC，Rc，不变；OIBiCuCE

Q1Rb增大，易产生截止失真Q2

OIBiCuCE

Q1（d）改变VCC，保持Rb，Rc，不变；Q2Vcc增大，直流负载线平行右移，其动态工作范围增大，但三极管的静态功耗也增大．

§2.4.4微变等效电路法iBuBE从输入回路看,信号在Q点附近小范围内近似线性。iB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。1、三极管的等效电路图2.4.10(a)对于小功率三极管：从输出回路看：即输出端相当于一个受ib控制的电流源。↑3、三极管的简化h参数等效电路三极管的简化h参数等效电路cbe

+uBE

+uCEiCiBebcrbe

iB+uBE

+uCEiCiB

4、下面以单管共射电路为例来求：Au、Ri、RO单管共射放大电路的等效电路(a)电路图(b)等效电路4.微变等效电路法的应用例：C1RcRb+VCCC2RL+++VT+Rerbe

bcRcRLRb+Ree+接有发射极电阻的放大电路根据微变等效电路列方程(a)(b)若满足(1+)Re>>rbe则输入电阻：输出电阻：§2.5静态工作点的稳定§2.5.1温度对静态工作点的影响一、温度对UBE的影响其效应是温度升高使输出特性向左移50ºCiBuBE25ºCUBE

的温度系数约为–2mV/C，即温度每升高1C，UBE

约下降2mV。可表示为：三、温度对的影响温度每升高1C，值约增加0.5%--1%，温度系数分散性较大。温度每升高10C，ICBO

大致将增加一倍，说明ICBO

将随温度按指数规律上升.二、温度对ICBO的影响ICBO是基区和集电区的少子形成的：ICBO（T）=ICBO（T0）·2§2.5.2静态工作点稳定电路

一、电路组成：C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分压式工作点稳定电路

T

ICQIEQUEQUBEQ(=UBQ–UEQ)IBQICQRe：射极直流负反馈电阻Ce：交流旁路电容，在交流通路中，Ce将Re短路，Re对交流不起作用。如果去掉Ce，放大倍数减小。二、静态与动态分析

1、静态分析I1I2IBRb1+VCCRCTRb2Re直流通路2、动态分析微变等效电路如下：rbeRCRLR’b微变等效电路

§2.6.1射极输出器(共集电极电路)Rb+VCCRe直流通道§2.6放大电路的三种基本组态C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~1、静态工作点2、动态参数rbeReRLRb微变等效电路Rb+VCCC1C2ReRLuiuo例：已知射极输出器的参数如下：Rb=570k，Re=5.6k，RL=5.6k，=100，VCC=12V1、求Au、

Ri和Ro

。2、设：RS=1k，求：Aus、Ri和Ro3、RL=1k时，求Au解:1、rbeReRLRb微变等效电路2、3、§2.6.2共基极放大电路共基极放大电路的常见形式(b)C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc(a)(1)静态分析（直流通路与静态工作点稳定电路完全相同）(2)动态分析

共基极组态放大电路的交流通路如图2.4.6(a)和微变等效电路(b)图所示:(a)交流通路电流放大倍数：电压放大倍数：Ro=Rc//rcb

Rc输入电阻输出电阻(b)

大(数值同共射电路，但同相)小(小于、近于

1)大(十几~一几百)小大(几十~一百以上)大(几十~一百以上)电路组态性能共射组态共集组态共基组态C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+++C1Rb+VCCC2RL++++Rc§2.6.3三种基本级态的比较

频率响应(几百千欧~几兆欧)(几欧~几十欧)(几十千欧~几百千欧)rce(几欧

~几十欧)(几十千欧以上)(几百欧~几千欧)

rbe组态性能共射组态共集组态共基组态差较好好§2.6.3三种基本级态的比较§2.7场效应管放大电路1、是电压控制元件；2、栅极几乎不取电流，输入电阻非常高；3、是单极型器件，噪声小，受外界温度及辐射影响小，存在零温度系数工作点；4、制造工艺简单，有利于大规模集成；5、存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止烙铁漏电击穿管子；6、跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。§2.7.1场效应管的特点§2.7.2共源极放大电路共源极放大电路原理电路VDD+uOiDVT~+uIVGGRGSDGRD与三极管对应关系：bG,eS,cD

为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：下图为N沟道增强型MOS场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压)一、静态分析两种方法：近似估算法;图解法

当uI=0时：UGSQ=VGG又(当uGS>UT)

(IDO为uGS=2UT时的iD值。)则1、近似估算法2、图解法VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD-iDRD

画出直流负载线。由图可得静态时的IDQ、UDSQ

。场效应管的微变等效电路++——GDS在Q点附近有：图中：二、动态分析1、微变等效电路——场效应管的跨导(毫西门子mS)。——场效应管漏源之间等效电阻。2、共源极放大电路的动态性能微变等效电路如图所示将

rDS

开路，则共源极放大电路的微变等效电路而所以Ro=RD对于MOS管输入电阻高达109

以上。-D++-GSRG+-§2.7.3分压—自偏压式共源放大电路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++电路组成该图优点：1、只用了一路直流电源2、输入电压与输出电压共地一、静态分析1、近似估算法UDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)输入回路：输出回路：2、图解法作法：（1）在转移特性曲线中，作一直线：该直线与曲线的交点即为Ｑ点。（２）在漏极特性曲线中，作一直线：uDS=VDD–iD(RD+RS)该直线与的交点即为Ｑ点UDSQ3

uDS/ViD/mA012152V105uGS4.5V4V3.5VUGSQ3VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ用图解法分析电路的Q

点二、动态分析微变等效电路：—D++—GS+—

由图可知：§2.7.4共漏极放大电路共漏极放大电路又称源极输出器、源极跟随器图2.7.10源极输出器电路如图所示：+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2++RG静态分析与“分压-自偏压式共源电路”类似。动态分析:微变等效电路—D++-GS+—由图可得：Ri=RG+(R1//R2)§2.8多级放大电路§2.8.1多级放大电路的耦合方式三种耦合方式：1、阻容耦合2、直接耦合3、变压器耦合一、阻容耦合阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+第一级第二级优点：(1)静态工作点相互独立；(2)选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。缺点：

(1)不适合传送缓慢变化的信号；(2)无法实现线性集成电路。二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Rb2VT2两个单管放大电路简单的直接耦合前级后级优点：(1)交、直流信号均可放大；(2)便于集成化。(1)各级静态工作点互相影响，基极和集电极电位会随着级数增加而上升；(2)零点漂移。缺点：1、解决合适静态工作点的几种办法改进电路:该电路中接入Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Re2VT2（a）例：VDZRc1