第2章 放大电路基础20111202

第二章放大电路基础

国家级精品课程《模拟电子技术基础教程》编写组第二章放大电路基础

2.1

放大器的概念与技术指标

2.2

共射放大电路

2.3

共基和共集放大电路

2.4

场效应管放大电路

2.5多级放大电路2.6

放大电路的频率响应

2.7

例题2.1

放大器的概念与技术指标

2.1.1放大器的概念

放大电路的核心元件:是双极型三极管和场效应管。放大的对象:是变化量。放大作用:是小能量对大能量的控制作用。放大的本质:是实现能量的控制。2.1.1

放大器的主要技术指标放大电路结构框图一.放大倍数1.电压放大倍数2.电流放大倍数二.最大输出幅度三.非线性失真系数没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压（或最大输出电流）。等分别表示输出信号中基波、二次谐波、三次谐波等的有效值。四．输入电阻五.输出电阻从放大电路的输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻。从放大电路的输出端看进去的交流等效电阻六.通频带通常将放大倍数在高频和低频段分别下降至中频段放大倍数的时所包括的频率范围，定义为放大电路的通频带BW。2.2共射放大电路2.2.1共射放大电路的组成及工作原理一.放大电路中各元件的作用：

T是放大电路的核心，VCC提供输出信号能量，RC将iC的变化量转化为uCE的变化量，RB和VBB提供发射结偏置电压UBE和静态基极电流IB。定性分析:在输入端加一微小电压，将依次产生一下过程：适当选择参数，可使uCE可比ui大得多，从而实现放大作用。二.放大电路的工作原理

：

工作波形:

1.三极管必须工作在放大区，原理电路缺点:放大电路组成原则：3.iC能够转化为uCE,并传送到放大电路的输出端。2.ui

能够传送到三极管的基极回路,产生相应的iB1.需要两路直流电源,既不方便也不经济2.输入、输出电压不共地。共射放大电路的改进电路：

C1、C2

是隔直或耦合电容，RL是放大电路的负载电阻，省去了基极直流电源VBB。2.2.2放大电路的分析方法一、直流通路与交流通路1.直流通路用于放大电路的静态分析。电容相当于开路电感相当于短路在直流通路中:2.交流通路用于放大电路的动态分析。电容和理想电压源相当于短路电感和理想电流源相当于开路在交流通路中:二、静态工作点的近似估算静态工作点:

外加输入信号为零时,三极管的

IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ

在输入输出特性曲线上对应一个点Q点。

一般UBEQ可近似认为：硅管

(0.6~0.8)V锗管

(0.1~0.3)V静态分析(估算静态工作点)讨论对象是直流成分。估算方法:直流通路

三.图解法图解法即可分析静态,也可分析动态。过程一般是先静态后动态。1.图解法分析静态任务:用作图法确定静态工作点,求出IBQ,

ICQ和UCEQ。一般用近似估算法求IBQ和UBEQ。直流输出回路的等效电路直流负载线和静态工作点的求法直流负载线方程直流负载线与特性曲线iB=IBQ的交点即Q点2.图解法分析动态动态分析(估算动态技术指标)讨论对象是交流成分。交流输出回路的等效电路交流负载线：过静态工作点Q

，作一条斜率为-1/（RC//RL）的直线。

放大电路动态工作情况：用图解法求放大电路的放大倍数：假设IBQ附近有一个变化量ΔiB

，在输入特性上找到相应的ΔuBE

，在输出特性的交流负载线上找到相应的ΔiC和ΔuCE。则电压放大倍数：结论：由右图可知：单管共射放大电路中，1.交直流并存，2.有电压放大作用，3.有倒相作用。图解法的步骤:（一）画输出回路的直流负载线，（二）估算IBQ，确定Q

点，得到ICQ和UCEQ，（三）画交流负载线，（四）求电压放大倍数。

3.图解法分析非线性失真

当Q点过低时，输入信号的负半周进入截止区---截止失真

当Q点过高时，输入信号的负半周进入饱和区---饱和失真

4.图解法分析电路参数对静态工作点的影响

增大基极电阻时，使Q点沿直流负载线向右下方移动，靠近截止区。增大直流电源时，直流负载线将右平移，Q点移向右上方。

增大集电极电阻时，直流负载线的斜率将减小，Q点向右侧移动。增大三极管的电流放大系数Q点沿直流负载线向左上方移动。四.微变等效电路法适用条件：微小交流工作信号，三极管工作在线性区。解决问题：处理三极管的非线性问题。等效：从线性电路的三个引出端看进去，其电压、电流的变化关系和原来的三极管一样。1.用简化的微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻电压放大倍数为输入电阻输出电阻2.等效电路法的步骤确定放大电路的静态工作点Q，(3)画出放大电路的微变等效电路，(2)求出Q点处的β和rbe

，(4)列出电路方程求解和。、

3.有射极电阻的共射放大电路电压放大倍数：该放大电路与基本共射放大电路相比较：电压放大倍数减小了输入电阻提高了输出电阻没有变化输入电阻：输出电阻：小结

图解法优点:1.即能分析静态,也能分析动态工作情况；

2.直观形象；

3.适合分析具有特殊输入/输出特性的管子；

4.适合分析工作在大信号状态下的放大电路。缺点:1.特性曲线存在误差；

2.作图麻烦,易带来误差；

3.无法分析复杂电路和高频小工作信号。微变等效电路法优点:1.简单方便；

2.适用于分析任何基本工作在线性范围的简单或复杂的电路。缺点:1.只能解决交流分量的计算问题；

2.不能分析非线性失真；

3.不能分析最大输出幅度。2.2.3放大电路的工作点稳定问题一.温度的变化对三极管的工作点的影响

TUBEQICBOβICQ温度升高,静态工作点移近饱和区，使输出波形产生饱和失真。可见：二.分压式工作点稳定电路

基极静态工作点电位基本不变

TUBEQIBQICQ

UEQICQ由以上分析可知：该电路是通过发射极电流的负反馈作用，牵制集电极电流的变化。也称为电流负反馈式工作点稳定电路。Re愈大,电路的温度稳定性愈好，但将影响输出电压幅度。Rb2和Rb2值的选用：一般取i1=(5~10)iB

,

且uBQ=(5~10)UBEQ

1.静态分析从估算入手

静态发射极电流为静态基极电流为静态电压为:

2.动态分析，电压放大倍数与基本共射放大电路相同输入电阻为输出电阻为2.3共基和共集放大电路放大电路的三种基本组态：共射、共集和共基2.3.1共基放大电路一.静态分析二.动态分析

l.电流放大倍数，

可见共基极放大电路没有电流放大作用

2.电压放大倍数

3.输入电阻

4.输出电阻可见：电压放大倍数与共射放大电路的电压放大倍数大小相等,输出电压与输入电压相位相同。2.3.2共集放大电路一.静态分析，二.动态分析

l.电流放大倍数

2.电压放大倍数

3.输入电阻

4.输出电阻1.共集电极放大电路的电流放大倍数大于l，2.但电压放大倍数恒小于l，而接近于1，3.输出电压与输入电压同相。可见：2.3.3三种组态三极管放大电路的比较①共发射极放大电路同时具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，输入电阻和输出电阻值比较适中。所以，常用在对输入电阻和输出电阻没有特殊要求的地方。对于三种基本放大电路的主要特点分析如下：②共基极组态电路的特点在于它具有很低的输入电阻，使三极管结电容对高频放大电路的影响不显著，因而频率响应得到很大改善，所以这种接法常常用于宽频带放大器中。③共集电极组态电路的特点是电压跟随，，而且输入电阻很高、输出电阻很低，所以常被用作多级放大电路的输入级、输出级或作为隔离用的中间级。2.4场效应管放大电路场效应管和双极型三极管都是组成模拟电路的核心元件

FET与BJT的不同之处有：（1）通常认为BJT是一种电流控制器件,而FET则是一种电压控制器件.（2）BJT的共射输入电阻比较低，FET的共源输入电阻很高。

（3）FET的跨导相对比较小（4）

FET具有噪声小、受外界温度及辐射的影响小2.4.1场效应管放大电路的静态分析一.自给偏压自给偏压电路适用于耗尽型的FET静态工作点、，求得的Q点应满足否则求得的Q点没有实际意义

二．分压式偏置分压式偏置电路既适用于增强型FET，也适用于耗尽型FET静态工作点2.4.2场效应管基本放大电路的交流分析一.共源放大电路跨导：电压放大倍数输入电阻为输出电阻

可见：共源极放大电路，具有电压放大能力，与的相位相反，输入电阻很高，输出电阻较高。

二.共漏放大电路电压放大倍数为输入电阻：输出电阻：可见：共漏极放大电路，没有电压放大能力，与的相位相同，输入电阻很高，输出电阻低。三.共栅放大电路

电压放大倍数输入电阻输出电阻可见，共栅极放大电路具有电压放大能力，与相位相同，输入电阻低，输出电阻较高。2.5多级放大电路由多个基本放大电路级联组成的电路称为多级放大电路2.5.1

级间耦合方式一．阻容耦合优点:

各级Q

点相互独立,便于分析、设计和调试。缺点:

不易放大低频信号，不易集成。二.变压器耦合

优点：通过变压器的“变比”，能实现阻抗变换，各级静态工作点相互独立。缺点：不易放大低频信号，体积大、重量重、费用高，无法集成。

三.直接耦合优点:

可放大交流和直流信号;便于集成。缺点:

各级Q点相互影响;零点漂移较严重。2.5.2多级放大电路的分析一.电压放大倍数多级放大电路总的电压放大倍数，等于组成它的各级基本放大电路放大倍数的乘积。注意：第n级的输入电阻作为前一级放大电路的负载二.输入电阻三.输出电阻输入电阻等于第一级放大电路的输入电阻

输出电阻等于输出级的输出电阻2.6放大电路的频率响应2.6.1频率响应概述放大电路的频率响应：当放大电路输入不同频率的正弦波信号时，电路的放大倍数将随着频率改变而变化。一.幅频特性和相频特性由于电抗性元件的作用，使正弦波信号通过放大电路时，不仅信号的幅度得到放大，而且还将产生一个相位移。此时，电压放大倍数可表示如下：其中：为幅频特性为相频特性

二.上限频率、下限频率和通频带fL

：称为下限频率fH：称为上限频率BW

：称为通频带Aum

：称为中频电压放大倍数三.频率失真1.幅频失真由于放大电路对不同谐波成分的放大倍数的幅值不同，导致uo的波形产生的失真。2.相频失真由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同，造成uo波形产生的失真2.6.2高通电路和低通电路一.高通电路电压传输函数为幅频特性相频特性其中下限频率：幅频特性的波特图

相频特性的波特图

二.低通电路电压传输函数为幅频特性相频特性其中上限频率：幅频特性的波特图

相频特性的波特图

2.6.3三极管频率参数及高频小信号模型一.三极管的频率参数电流放大系数是频率的函数

在中频时，一般认为三极管的β基本上是一个常数。当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大作用将被削弱。幅频特性相频特性

共射截止频率：

的对数幅频特性下降了-3对应的频率特征频率：的对数幅频特性下降到0对应的频率

类似地，共基电流放大系数也是频率的函数。

共基截止频率：的对数幅频特性下降了-3对应的频率

共射截止频率和共基截止频率的关系二.三极管的高频小信号模型一种考虑三极管极间电容的等效电路结构示意图为发射结等效电容

为集电结等效电容混合П型等效电路

受控电流源为跨导混合型等效电路的参数计算:2.6.4共射放大电路的频率响应一.混合型等效电路单向化密勒定理

将分别等效到输入和输出回路中混合型等效电路的单向化模型

二．共射放大电路频率响应共射放大电路混合型等效电路

1.中频段

由图可得则中频电压放大倍数为2.低频段

电容与输入电阻构成一个RC高通电路

下限截止频率：3.高频段

高频等效电路

简化电路

由图可得高频电压放大倍数为高频段的上限频率为

四.频率响应完整波特图

综合中频、低频和高频时的电压放大倍数的表达式,全频率段的电压放大倍数的表达式为:全频率段的波特图

增益-带宽积:是指中频电压放大倍数与通频带的乘积一般地，当选定三极管以后，和值即被确定，于是增益-带宽积也就确定了。此时，若将电压放大倍数提高若干倍，则通频带也将相应地变窄差不多同样的倍数。增益-带宽积为常数2.6.5共基和共集放大电路的高频响应一.共基放大电路的高频响应高频小信号等效电路

交流通路进一步等效

对于回路有：对于回路有：中频增益有：共基极放大电路的高频电压放大倍数为三极管的输入电阻很小，故很高又由于很小,所以也很高。因此，共基极放大电路具有较好的高频响应特性。二．共集放大电路的高频响应电阻和电容跨接在输入端和输出端之间，则它们将产生密勒效应。因共集极电路在一定频率范围内，电压放大倍数，因而密勒效应很小。所以，共集电极电路的高频响应也是很好的。

2.6.6多级放大电路的频率特性一．多级放大电路的幅频特性和相频特性已知多级放大电路总的电压放大倍数是各个放大级电压放大倍数的乘积。对数幅频特性为总的相位移为两个幅频特性和相频特性完全相同的单级放大电路串联组成一个两级放大电路。对数幅频特性和相频特性二.多级放大电路的上限频率和下限频率n个放大级的上、下限频率2.7例题；

，例2.7.1

电路如图所示，设,要求：⑴计算静态工作点；⑵画出微变等效电路，计算输入电阻和输出电阻⑶若，，求解：

⑴

⑵微变等效电路如图

⑶返回例2.7.2在图示的共集放大电路（为基极自举电路）中，已知三极管的，电容对交流信号可视为短路。试画出该电路的交流通路，求输入电阻和输出电阻解：

交流通路如图

输入电阻：输出电阻：返回例2.7.3如图所示的自偏压电路，设晶体管为N沟道耗尽型MOS管，其参数为：，，，，。试计算该电路的静态工作点。，,，在饱和区的漏极电流与栅源电压应满足关系式

解：

解上述方程组，可得第一组解在饱和区，有放大功能，是合理的。而第二组解中，，FET截止，是不合理的由此：返回例2.7.4多级放大电路如图所示，已知三极管的参数为，。试计算总电压放大倍数。（1）求静态工作点解：

第一级放大电路：，，第二级放大电路：（2）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻：电压放大倍数为返回例2.7.5电路如图所示。已知，，，，，。试计算该电路接入与不接入由组成的共集放大电路两种情况下的电压放大倍数（都接入负载），