《模拟电子技术》ch2 电压放大器

模块2电压放大器2.1放大器的基本组成及主要性能指标2.2放大电路的组成及工作原理2.3

放大电路的分析方法2.4

放大器的三种基本组态2.5

场效应管放大电路2.1放大器的基本组成及主要性能指标2.1.1三极管放大电路的组成原则

1.放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。2.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。3.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。2.1.2电压电流表示方法IB/UB大写字母、大写下标，表示直流量。iB/uB小写字母、大写下标，表示全量。iB/uB小写字母、小写下标，表示交流分量。uBub全量交流分量tUB直流分量2.1.3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。二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。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。AuIi~USUi三、输出电阻roAu~US放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。~roUS'如何确定电路的输出电阻ro

？步骤：1.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。方法二：测量。Uo1.测量开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。~roUs'RLUo'步骤：3.计算。四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线2.2放大电路的组成及工作原理2.2.1

单管共射放大电路的组成放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RL2.2.2基本共射放大电路的工作原理使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo单电源供电可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共发射极放大电路的实用电路2.3

放大电路的分析方法静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。直流通路：耦合电容可视为开路。2.3.1等效电路法1.放大电路的静态分析（1）估算IB（UBE

0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=IB例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级UBE

0.7VRb+VCCRC(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。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？

放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。动态是指放大电路在接入交流信号后，电路中的各处电流、电压的变化情况，动态分析是为了了解放大信号的传输过程和波形变化。结论在动态工作时,放大电路中的各处电流、电压都是在静态(直流)工作点的基础上叠加一个正弦交流分量。电路中同时存在直流分量和交流分量，这是放大电路的特点。2.放大电路的动态分析

-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符号说明ωtUCEωtωtωtωtωtURCURCiB(e)管压降的波形(d)RC上压降的波形(c)集电极电流波形uCEuceuRCurcICiciCibIB000000000000ωtωtωtωtωtωtωt(b)基极电流波形ui0(a)输入信号电压波形0uoωt(f)输出信号电压波形交流通路：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。用微变等效法分析放大电路基本思路把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。（1）三极管的微变等效电路输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化ΔUBE时，基极电流变化ΔIB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：微变等效电路法输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化ΔIC仅与基极电流的微小变化ΔIB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：（2）放大电路的微变等效电路++－+uoCeReRb1VC2C1RLRcRb2+ui－RsΒibRb1uo+－ieicibRcRb2RL+us－riui－+RcRbrs－+bcicrbeibuoRLro放大电路的微变等效电路①电压放大倍数式中RL'=RC//RL。当RL=∞（开路）时动态性能指标②输入电阻Ri输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。③输出电阻对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40μA）。（2）根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压UCE的关系式UCE=UCC－ICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为－1/RC

，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40μA的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。1.静态图解法2.3.2图解法

IB=40μA的输出特性曲线由UCE=UCC－ICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。2.动态图解法从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL'也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q"进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。非线性失真

2.4放大器的三种基本组态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温度对静态工作点的影响温度升高UBE减小ICBO增大β增大IC增大2.4.1共射放大器（静态工作点的稳定电路）Q变T变IC变UBICEO变温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBE曲线左移IBIC温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。总之：TIC常采用分压偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。为此，需要改进偏置电路，当温度升高时,能够自动减少IB，IBIC，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。条件：I2>>IB，则与温度基本无关。调节过程：静态工作点稳定的放大电路直流通道及静态工作点估算IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

UBE0.7V

+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路,画出直流通道电容短路,直流电源短路，画出交流通道交流通道及微变等效电路Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuoBEC交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微变等效电路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算Ri=

Rb1//Rb2//rbeRo=

RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC//RL电容CE的作用：例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：（1）用估算法计算静态工作点（2）求电压放大倍数（3）求输入电阻和输出电阻Rb+VCCC1C2ReRLuiuo2.4.2共集电极放大器静态分析直流通道及静态工作点分析：VCC=IBRb+UBE+IERe

=IBRb+UBE+(1+

）IBReRb+VCCReIBIEUBEUCEIC=IB动态分析交流通路及微变等效电路RB+ECC1C2RERLuiuo交流通路及微变等效电路rbeReRLEBCRbReRLuiuoBCE=LbbebLbRI)1(rIRI)1(¢b++¢b+···电压放大倍数rbeRERLRLIeuA=UoUi1、所以2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器，或者射极跟随器。讨论输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。Au输入电阻rbeReRLIRBRi=Ui

Ibrbe+(1+)RL=Ri=UiIi=Rb//[rbe+(1+)RL]RiRi输出电阻用加压求流法求输出电阻。rbeRERsro置0保留RsrbeRe输出电阻ro=Re//rbe1+当RS=0时（加电压求流法）ro=Re//rbe1+当RS=0时rob++=1Rr//RsbeE射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。[例]在射极输出器中

已知UCC=12V，

RB=240kΩ，

RE=3kΩ，

RL=6kΩ，

RS=150Ω，

β=50。RSuS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCC+－uO（1）静态工作点IB=————————=—————————=0.029mAUCC－UBE12－7RB+（1+β）RE240+（1+50）×3IE=（1+β）IB=（1+50）×0.029=1.48mAUCE=UCC－REIE=12－3×1.48=7.56VRSuS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCC+－uO（2）Au、ri

和r0ri=RB//［rbe+（1+β）R'L

］=240//［1.2+

（1+50）（2//6）

］=72.17kΩrO=————=——————=26.47Ωrbe

+RS1+β1200+1501+50...UO

RSRERLeb

cIb

Ie

.IC

rberir'iUS

.Ii

.βIb

RB+－+－...Uo

.=1.20kΩrbe

=300+（1+50）×——261.48例：图示电路，已知UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：（1）用估算法计算静态工作点2.4.3共基放大器如图（a）所示电路，信号由发射极输入，由集电极输出，从其交流通路(b)所示，输入与输出回路的公共端为基极，所以称为“共基极放大电路”。

图2-21共基极放大电路

共基极放大电路的微变等效电路如图所示图

共基极放大电路的微变等效电路对共基极放大电路进行分析，可知共基极放大电路无电流放大作用，但电压放大倍数较大，所以仍有功率放大作用；输出电压和输入