《电路与电子技术》课件 5 基本放大电路

5.1放大的概念及放大电路的性能指标5.2基本放大电路的组成及工作原理5.3放大电路的分析5.4放大电路静态工作点的稳定5.5单管放大电路其他接法简介5.6绝缘栅型场效应管放大电路5.7多级放大电路简介第5章基本放大电路放大：指将电信号由小变大放大的实质是实现能量的控制和转换。即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源提供的能量转化为负载获得的能量。物理量传感器放大器执行机构典型测量控制系统框图放大电路是电子设备中最基本的组成部分。5.1

放大的概念及放大电路的性能指标5.1.1放大的概念信号源负载基本放大电路:由一个放大管构成的简单放大电路，又称单管放大电路.放大电路的框图：5.1.2

放大电路的性能指标(1)电压放大倍数：输出电压与输入电压的比值信号源负载Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。（2）输入电阻Ri

：输入端口特性可以等效为一个电阻。Ri输入回路要使输入的有效信号ui大，则希望…？理想输入电阻是衡量一个放大电路向信号源索取信号大小的能力。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。即：ri越大，Ii就越小，ui就越接近uS(3)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'——负载开路时的电压放大倍数输出回路由输出回路得则电压增益为由此可见即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望…？理想情况输出电阻是衡量一个放大电路带负载能力的指标。输出电阻越小，放大电路带负载能力越强。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。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。基本放大电路的组成原则1、要有工作在放大状态的放大元件。2、输入、输出信号要有耦合通路。加直流偏置，使三极管发射结正偏、集电结反偏输入信号能够加至放大电路的输入端放大后的信号电压能够输出至负载5.2

基本放大电路的组成及工作原理5.2.1单管共射放大电路的组成基本共射交流放大电路的结构BCETRbUBBRCUCC

放大元件为三极管

加直流偏置，使三极管工作在放大状态，即：

UBE>0，UCB>0

交流输入信号ui经耦合电容C1加至放大电路的输入端。C1ui+-

经耦合电容C2可获得放大后的交流输出信号uo。C2uo+-耦合电容作用：隔直流、通交流大小：几到几十微法，采用电解电容。++--基本共射放大电路的简化结构BCETRbUBBRCC1ui+-C2uo+-++--UCC+UCCRbUCC

实际放大电路中，两个电源往往合并为一个电源，并采用电位表示电源的简化结构。输入回路输出回路放大电路中电压、电流符号说明

由于放大电路中同时存在直流与交流量，因此在对其进行分析时，为了表达明确，特对电压、电流符号作如下规定（以三极管基极电流为例）：IB：符号与下标均大写，表示直流分量。Ib：符号大写、下标小写，表示交流分量的有效值。iB：符号小写、下标大写，表示直流与交流的总量瞬时值，即：iB=IB+ibib：符号与下标均小写，表示交流分量的瞬时值。UBEIBICUCE无输入信号(ui

=0)时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCEui+UCCRBRCC1C2T+++–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO静态ui=05.2.2放大电路的工作原理ICUCEOIBUBEO静态时，三极管各电极的电压和电流都是恒定的。

(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。QIBQUBEQQUCEQICQUBEIB无输入信号(ui

=0)时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui

≠0)时

uCE=UCC－iC

RCuBE=UBE+uiuCE=UCE+uo

uo

0IC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO动态ui≠0．结论：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。+集电极电流直流分量交流分量iCtOiCtICOiCticO5.2.3直流通路与交流通路放大电路中各电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。直流量与交流量共存于放大电路中。为了研究问题方便，采用叠加的方法分别求解直流量与交流量。直流通路：直流电源VCC作用所形成的电流通路。即直流量流通的路径。交流通路：交流信号源ui作用所形成的电流通路。即交流量流通的路径。信号的不同分量可以在不同的通路分析。例：对直流信号（只有+EC）开路开路RB+ECRCC1C2T直流通路RB+ECRCui对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路uiuoBCETRCui+C2+-Rbibic--+usRsRL

5.3放大电路的分析放大电路分析静态分析动态分析在直流通路中进行求解动态参数在交流通路中进行求解静态工作点ICUCEOIBUBEO当ui=0时，电路中的电压、电流都是不变的直流，这时放大电路处于直流工作状态，简称静态。电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用

IB、UBE

、IC、和UCE

（或IBQ、UBEQ、ICQ、和UCEQ

）表示。QIBQUBEQQUCEQICQ5.3.1

静态分析IBQ直流通路BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbui=0电容开路BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ方法一：估算法静态工作点的分析与计算BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ根据三极管的伏安特性，有：根据三极管的电流放大作用,有:对输入回路,由KVL得:对输出回路,由KVL得:UBEQ=0.7V，对硅管0.3V，对锗管

共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（0.038mA，3mA，6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0.3V，此时IC为：此时BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，求得Q（0.113mA，5.85mA，0.3V），例

共射极放大电路方法二：图解法

首先，画出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-静态工作点的分析与计算BCETRC+UCCRbIBUBEICUCE对输入回路,由KVL得:则:对输出回路,由KVL得:则:0uCEiCiBuBE0IBQUBEQQQIBQUCEQICQ直流负载线UCC5.3.2放大电路的动态分析动态分析方法：图解法、微变等效电路法动态分析目的：求解放大电路的动态参数短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路uiuoBCETRCui+C2+-Rbibic--+usRsRL1.图解法usRsuoBETRCui++-Rbibic--+RL由交流通路可得：uo=uce=-ic

(Rc//RL)又

uce=uCE-UCEQ

ic=iC-ICQ整理可得：uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)(Rc//RL)令R

L=Rc//RL交流负载电阻uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)R

L

过Q点作一条斜率为-1/(RC//RL)的

直线，该直线即为交流负载线

交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。

交流负载线uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)R

L

输入交流信号时的图解分析共射极放大电路通过图解分析，可得如下结论：

1.ui

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；uitOuBE=UBEQ+uiuBEtOuCE=UCEQ+uouCEtOuotO#放大电路为什么要建立正确的静态？只有建立合适的静态工作点，才能保证三极管工作在特性曲线的线性区。#动态工作时，

iB、

iC的实际电流方向是否改变，uCE的实际电压极性是否改变？Q点过高时放大电路工作过程图解0uCEiCIBQQUCEQICQUCC引起集电极电流失真输出放大信号失真结论：Q点过高使三极管进入饱和区，引起的失真称为饱和失真，也称为底部失真。iC0静态工作点对放大电路工作的影响要避免饱和失真，应将RBQ点过低时放大电路工作过程图解ICQ0uCEiCIBQQUCEQUCC引起集电极电流失真输出放大信号失真结论：Q点过低使三极管进入截止区，引起的失真称为截止失真，也称为顶部失真。Q点在什么位置最好？0iC要避免截止失真，应将RB放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：

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。

Uomax=min{UCEQ-UCES，ICQ(RC//RL)}最大不失真输出电压的幅度：ICQ(RC//RL)}UCEQ-UCES如果放大电路的交流输入信号较小，就可以保证三极管工作于线性放大区。因此，对微变量（小信号）来说，三极管可近似看成是一个线性元件，可以用一个与之等效的线性电路表示。这样，放大电路的交流通路就可以转换为一个线性电路，可以用线性电路的分析方法来分析放大电路。这种分析方法称为微变等效电路法。2.微变等效电路法分析动态微变等效电路法分析动态的步骤：（1）画出放大电路的交流通路（2）画出放大电路的微变等效电路图方法：将交流通路中的三极管用线性模型代替（3）借助微变等效电路图求解电路的动态参数ubeibcbe1.输入回路iBuBE

iB

uBE当信号很小时，输入特性近似线性。可以用一个电阻等效rbb’为基区体电阻，通常取300Ωrbe的量级从几百欧到几千欧。三极管的线性等效电路2.输出回路iCuCE近似平行

iC

uCE(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。rce的含义ubeibuceiccberce很大，一般忽略。三极管的线性等效电路为ubeuceicrbe

ibib

rcerbe

ibibbce等效ubeibuceiccbe共射放大电路的微变等效电路BCETRCC1ui+C2uo+-++--+UCCRbuC1uC2uBEiBiCuCE--+usRsRL=

交流通路

+三极管线性等效电路交流通路微变等效电路+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui放大电路的微变等效电路用于计算放大电路的动态参数：AU、ri、rO.usRsuoBETRCui++-Rbibic--+RL1.

电压放大倍数Au的计算+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui在图示电路中，有：根据定义，则有：共射放大电路的电压放大倍数可达几十到几百负号表明输入信号与输出信号相位相反显然，Au随负载大小而变化。负载开路时，达到最大值：共射基本放大电路动态参数的计算

动态参数的计算必须在放大电路的微变等效电路中进行。定义对信号源电动势us的电压放大倍数为：+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui

显然，在RS=0时，Aus=Au。即对于电压放大电路，信号源内阻越小越好。+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOuiii2.

输入电阻Ri的计算根据Ri的定义，有：在右图电路中，显然：因为一般有：Rb>>rbe，所以：共射放大电路的输入电阻较小，往往不能满足电路要求。3.

输出电阻RO的计算

根据定义，放大电路的输出电阻即相对于负载的戴维南等效电路的内阻，故可采用外加电压法求解。+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui××端口开路+-uORbbeibrbeceβibicRSRciO独立源零处理外加电源根据定义，有：显然，右图电路中受控电流源电流为零，即ic=0，所以：共射放大电路的输出电阻较大5.4

放大电路静态工作点的稳定

5.4.1

温度对静态工作点的影响为保证放大电路正常工作，必须有合适与稳定的静态工作点。温度变化会导致三极管参数发生变化温度每升高100C，ICBO增大一倍温度每升高10C，UBEQ减小2.5mV温度每升高10C，β增加0.5%-1%在共射基本放大电路中，因为：所以，当温度升高时有：0uCEiCIBQQUCEQICQUCC结论：共射基本放大电路在温度升高时，可能会出现饱和失真。5.4.2分压偏置式放大电路解决共射放大电路Q点不稳定的方法选择温度稳定性高的三极管元件采用新的电路结构----分压偏置式放大电路BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbBTRCC1ui+-C2uo+-++++UCCRb1Rb2RLReCe基极采用分压偏置引入负反馈分压偏置式放大电路的工作原理（1）在电路设计中使IR》IB，常取(IR>10IB)，则：即基极电位基本不随温度变化。（2）Re在电路中引起如下控制过程：温度IC(IE)VE(=IERe)UBE(=VB-VE)IBIC即IC的变化受到抑制，Q点稳定Re的大小对反馈有何影响？IRIBVBICIE旁路电容静态分析uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCe直流通路IBQVBICQIEQBTRC+UCCRb1Rb2ReUCEQ因为IR》IB，则：所以：I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路+UCC方框中部分用戴维南定理等效为：RdUSB进而，可求出IC

、UCE

。算法二：分压偏置式放大电路的静态工作点计算例：已知

=50，UCC=12V，RB1=7.5k

，RB2=2.5k

，

RC=2k

，RE=1k

，求该电路的静态工作点。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo利用戴维南定理的计算结果：估算的结果：BRb1RCRLuiuoRb2uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCe交流通路+-Rb2beibrbeceβibicRLRcRb1ui微变等效电路分压偏置式放大电路的动态参数计算++-Rb2beibrbeceβibic-RLRcRb1uOui（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻Ri（3）输出电阻Ro结论：分压偏置放大电路的动态参数与共射放大电路一致。那么它的作用是什么?（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻Ri电容Ce对分压偏置式放大电路动态参数的影响Au减小++-Rb2beibrbecβibic-RLRcRb1uOuiReri增大若无电容Ce，则可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。（3）输出电阻Roro不变++-Rb2beibrbecβibic-RLRcRb1uOuiReusRs+-rbeRCReRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题：如果电路如下图所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2静态分析：直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：rbeRCRLRE1R'B5.5

单管放大电路其他接法简介5.5.1

共集电极放大电路1.电路结构----射极输出器BCETReC1ui+-C2uo+-+++UCCRb输出信号由发射极引出交流通路BCETReui+-uo+-RbusReui+-uo+-RbBCETRLRs输入回路输出回路2.静态工作点计算BCETReC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直流通路BCETReRb+UCCUBEQIBQICQUCEQ对输入回路，由KVL有：即：所以：对输出回路，由KVL有：所以：3.动态参数计算usReui+-uo+-RbBCETRLRs微变等效电路ibicβibBCErbeuoiiusReui+-+-RbRLRsBCEie因为：所以：电压放大倍数Au：Au≈1，表明输入与输出信号大小相等、相位相同因为：所以：输入电阻Ri：输入电阻较大，可达几十kΩRiRi’所以：输出电阻Ro：外加电压法uoiiusReui+-+-RbRLRsBCEieuoioRe+-RbRsBCEierbeβibib输出电阻较小，可达几十ΩRoRo’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，提高带负载能力。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。RB+UCCC1C2RERLuiuo例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12V求Au、Ri和Ro

。RL=1k

和时，求AuRB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12VBCETReRb+UCCUBEQIBQICQUCEQRB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12V1.求Au、

ri和ro

。rbe=2.9k

，RS=0ibicβibBCErbeuoiiusREui+-+-RBRLRsBCEie

RL=1k

时2.RL=1k

和时，求Au。比较：空载时,Au=0.995

RL=5.6k

时,Au=0.990

RL=1k

时,Au=0.967

RL=

时可见：射极输出器带负载能力强。uoBTRCCbui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReC1uoBTRCui+-+-+Rb1Rb2RLRe交流通路：RCui+-uo+-ReRL1.电路结构输入回路输出回路5.5.2

共基极放大电路uoBTRCCbui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReC1具有与分压偏置式放大电路相同的静态工作设置BTRC+UCCRb1Rb2Re直流通路2.静态分析RCui+-uo+-ReRL交流通路：微变等效电路RCui+-uo+-ReRLrbeibβib动态参数3.动态分析三种接法放大电路性能比较电路名称电压放大倍数Au输入电阻ri输出

电阻ro适用场合共射放大电路共集放大电路共基放大电路较大较大较大较大最大较小最小最小Au≈1用于电压放大用于输入、输出级用于高频电路多级放大电路的耦合方式阻容耦合直接耦合变压器耦合BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb阻容耦合方式BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直接耦合方式5.7多级放大电路简介5.7.1阻容耦合多级放大电路BCET2RC2C2C3uo+-++UCCRb2BCET1RC1C1ui+-+Rb11、静态工作点分析

由电路结构可见，前后两个放大电路的Q点相互独立，可按单管电路分别计算。2、动态参数分析BCET2RC2C2C3uo+-++UCCRb2BCET1RC1C1ui+-+Rb1微变等效电路Rb1b1ib1rbe1c1e1β1ib1ic1Rc1ui+Rb2b2ib2