大学模电课件-模电d5j

第二章

放大电路的基本原理2.1放大的概念2.2单管共发射极放大电路2.3放大电路的主要技术指标2.4放大电路的基本分析方法2.5工作点的稳定问题2.6放大电路的三种基本组态2.7场效应管放大电路2.8多级放大电路2.1放大的概念本质：实现能量的控制。在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。小能量对大能量的控制作用称为放大作用。放大的对象是变化量。元件：双极型三极管和场效应管。放大电路RL++Rs+放大电路的示意图2.3放大电路的性能指标1.放大倍数电压增益（电压放大倍数）电流增益表征放大电路对微弱信号的放大能力，又称增益。2.输入电阻ri放大电路一定有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信号源取电流大小的参数。输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，信号源的负担越小。输入电阻放大电路RL++Rs+ri3.输出电阻ro放大电路对负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维宁等效电路，这个戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。ro是衡量放大电路带负载能力的指标。放大电路RL++Rs+－ro＋Aum4、通频带BWfL

fHfL：下限频率fH：上限频率图2.3.22.2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图2.2.1单管共射放大电路的原理电路VT：NPN型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；

RC：当iC

通过Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；

VBB

、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流(静态基流)。2.2.2单管共发射极放大电路的工作原理一、放大作用：图2.2.1单管共射放大电路的原理电路二、组成放大电路的原则：

1.外加直流电源的极性必须使发射结正偏，集电结反偏。则有：

2.输入回路的接法应使输入电压

u

能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量

iB。

3.输出回路的接法应使变化量

iC

能够转化为变化量

uCE，并传送到放大电路的输出端。三、原理电路的缺点：1.双电源供电；2.uI、uO

不共地。四、单管共射放大电路图2.2.2单管共射放大电路C1、C2

：为隔直电容或耦合电容；RL：为负载电阻。该电路也称阻容耦合单管共射放大电路。图2.4.1(b)2.4放大电路的基本分析方法基本分析方法两种图解法微变等效电路法2.4.1直流通路与交流通路图2.2.2(b)图2.4.1(a)2.4.2静态工作点的近似计算bceIBQICQUCEQ图2.4.1(a)硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC【例】图示单管共射放大电路中，VCC=12V，Rc=3k，Rb=280k，NPN硅管的=50，试估算静态工作点。图2.4.3(a)解：设UBEQ=0.7VICQ

IBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQ

Rc

=(12-23)V=6V2.4.3图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程(一)图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值方法：根据uCE=VCC

-

iCRc

式确定两个特殊点输出回路输出特性直流负载线Q图2.4.2由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ

为静态值。图2.4.3(a)

【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k

，集电极直流电源VCC=12V，试用图解法确定静态工作点。解：首先估算IBQ做直流负载线，确定Q

点根据UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=Vcc=12V；uCE=0，iC=Vcc/Rc=4

mA.0iB

=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE

/V由Q

点确定静态值为：iC

/mA图2.4.3(b)VccVcc/Rc(二)

图解分析动态1.交流通路的输出回路图2.4.4输出通路的外电路是Rc

和RL的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：OIBiC

/mAuCE

/VQ静态工作点图2.4.5(b)RBRC⊥+uo+-ui+UCC++C1C2RL-a画交流通路的原则耦合电容C1、C2很大，对交流信号来说，容抗近似为零，可视为短路。直流电源UCC的电压值不会因交流信号的加入而变化，或者说它的交流电压为0。直流电源UCC的一端接地，因此可视为对地短路。⊥a画交流通路的原则耦合电容C1、C2很大，对交流信号来说，容抗近似为零，可视为短路。直流电源UCC的电压值不会因交流信号的加入而变化，或者说它的交流电压为0。直流电源UCC的一端接地，因此可视为对地短路。RBRC⊥+uo+-uiRL-交流通路(二)

图解分析动态2.交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：OIBiC

/mAuCE

/VQ静态工作点图2.4.5(b)RBRC⊥+uo+-uiRL-

【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，RL=3k。画出交流负载线。图2.4.3(a)解：求确定交流负载线为了作图方便，先画一条斜率为的辅助线3.动态工作情况图解分析图2.4.5(a)输入回路工作情况0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQiC图2.4.5(b)输出回路工作情况分析单管共射放大电路当输入正弦波uI

时，放大电路中相应的uBE、iB、iC、uCE、uO

波形。图2.4.6单管共射放大电路的电压电流波形

二、图解法的应用(一)用图解法分析非线性失真

1.静态工作点过低，引起

iB、iC、uCE

的波形失真ibui结论：iB

波形失真OQOttOuBE/ViB/µAuBE/ViB/µAIBQ

——截止失真iC

、uCE

(uo

)波形失真NPN管截止失真时的输出uo

波形。uo=

uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQOIB=0QtOO

NPN管uo波形tiCuCE/VuCE/ViC

/mAuo=

uceib(不失真)ICQUCEQ2.Q点过高，引起

iC、uCE的波形失真—饱和失真(二)用图解法估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC

/mAACBDE交流负载线输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的A、B

所限定的范围。

Q尽量设在线段AB的中点。则AQ=QB，CD=DE(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响

1.改变Rb，保持VCC，Rc

，不变；OIBiCuCE

Q1Rb

增大，Rb

减小，Q点下移；Q点上移；Q2Q3图2.4.9(a)ICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RCVccVcc/Rc(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响ICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RCOIBiCuCE

Q1

2.改变VCC，保持Rb，Rc

，不变；升高VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q2图2.4.9(b)VccVcc/Rc(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响ICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC

3.改变Rc，保持Rb，VCC，不变；增大Rc

，直流负载线斜率改变，则Q点向饱和区移近。OIBiCuCE

Q1Q2图2.4.9(c)VccVcc/Rc(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响ICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC

4.改变，保持Rb，Rc

，VCC

不变；OIBiCuCE

Q1Q2增大，ICQ增大，UCEQ减小，则Q点移近饱和区。图2.4.9(d)VccVcc/Rc图解法小结

1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；

2.方便估算最大输出幅值的数值；

3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响；

4.有利于对静态工作点Q

的检测等。2.4.4微变等效电路法晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。微变等效条件研究的对象仅仅是变化量信号的变化范围很小一、简化的

h参数微变等效电路(一)

三极管的微变等效电路iBuBE晶体管的输入特性曲线rbe

：晶体管的输入电阻。在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用rbe

等效代替。1.输入电路Q点附近的工作段近似地看成直线可认为uBE

与iB

成正比QOiB

uBE

图2.4.10(a)2.输出电路假设在

Q

点附近特性曲线基本上是水平的(iC

与uCE无关)，数量关系上，iC

比iB

大

倍；iBiB从三极管输出端看，可以用iB

恒流源代替三极管；该恒流源为受控源；为iB

对iC

的控制。uCE

QiC

O图2.4.10(b)3.三极管的简化参数等效电路

注意：这里忽略了uCE

对iC与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。图2.4.11

三极管的简化h参数等效电路cbe

+uBE

+uCEiCiBebcrbe

iB+uBE

+uCEiCiB4.电压放大倍数Au；输入电阻Ri、输出电阻ROC1RcRb+VCCC2RL+++VT+Ri=

rbe//Rb

，Ro=Rcrbe

ebcRcRLRb++图2.4.12

单管共射放大电路的等效电路(二)

rbe

的近似估算公式rbb：基区体电阻。reb：基射之间结电阻。低频、小功率管rbb

约为300。UT：温度电压当量。c

beiBiCiE图2.4.13电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论

1.当IEQ

一定时，

愈大则

rbe

也愈大，选用值较大的三极管其Au

并不能按比例地提高；因：

2.当值一定时，IEQ愈大则rbe

愈小，可以得到较大的Au，这种方法比较有效。

(三)

等效电路法的步骤(归纳)

1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点Q

。

2.求出静态工作点处的微变等效电路参数

和rbe

。

3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。

4.列出电路方程并求解。例4.4电路如图所示。已知三极管的UBE=0.7V，β=50，Rb=377kΩ，Rc=6kΩ，RL=3kΩ，Rs=100Ω，VCC=12V。试计算：1、电路的静态工作点Q。2、电压放大倍数Au、Aus。3、输入电阻ri、输出电阻ro。IBQ解：1、求静态工作点Q根据直流通路，有则IC=βIB

=500.03=1.5（mA）

UCE=VCC－ICRc

=12－1.56=3V2、电压放大倍数Au、Aus画出小信号等效电路。Rb=377kΩ，Rs=100Ωrbe=1kΩ，Au=－83.33、输入电阻ri、输出电阻rori=Rb//rbe≈1kΩro=Rc=6kΩ例：接有发射极电阻的单管放大电路，计算电压放大倍数和输入、输出电阻。C1RcRb+VCCC2RL+++VT+Rerbe

bcRcRLRb+Ree+图2.4.14

接有发射极电阻的放大电路rbe

bcRcRLRb+Ree+根据微变等效电路列方程引入发射极电阻后，降低了。若满足(1+)Re>>rbe与三极管的参数、rbe

无关。2.放大电路的输入电阻引入Re后，输入电阻增大了。3.放大电路的输出电阻rbe

ebcRcRLRb++Rerbe

bcRcRbRee将放大电路的输入端短路，负载电阻RL

开路，忽略c、e之间的内电阻rce

。RL图2.4.14(b)2.5工作点的稳定问题2.5.1温度对静态工作点的影响三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：

1.UBE

改变。UBE

的温度系数约为–2mV/C，即温度每升高1C，UBE约下降2mV。

2.改变。温度每升高1C，值约增加0.5%~1%，

温度系数分散性较大。

3.ICBO改变。温度每升高10C，ICBQ

大致将增加一倍，说明ICBQ

将随温度按指数规律上升。温度升高将导致IC

增大，Q上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20C

T=50C图2.5.1

温度对Q

点和输出波形的影响2.5.2静态工作点稳定电路一、电路组成——分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图2.5.2

分压式工作点稳定电路由于UBQ

不随温度变化，——电流负反馈式工作点稳定电路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ说明：

1.Re

愈大，同样的IEQ产生的UEQ愈大，则温度稳定性愈好。但Re

增大，UEQ

增大，要保持输出量不变，必须增大VCC。C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图2.5.2

分压式工作点稳定电路说明：C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB

2.接入Re

，电压放大倍数将大大