模拟电子技术基础 课件 第2章 基本放大电路

2.1基本共射放大电路及放大电路的主要性能指标2.2

放大电路的图解分析法2.3

放大电路的微变等效电路分析法2.4放大电路的工作点稳定问题2.5

共集电极放大电路与共基集放大电路2.6

场效应管放大电路2.7多级放大电路第2章基本放大电路1.放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制和转化放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真，放大的前提1)放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输出电压输入电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。

将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。输出电压与输出电流有效值之比。输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻4)最大不失真输出电压Uom

由于电容、电感及半导体器件PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率UBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。UCC：使UCE≥Uon，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。动态信号作用时：

输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。

输出电压必然失真！

设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！

为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？波形分析饱和失真截止失真底部失真顶部失真动态信号驮载在静态之上输出和输入反相！

要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：为了避免干扰，常要求输入信号、直流电源、输出信号均共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。问题：1.两种电源

2.信号源与放大电路不“共地”解决问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”将两个电源合二为一共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，b-e间电压是uI与Rb1上的电压之和。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。1.直流通路：①Us=0，保留Rs；②电容开路；

③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2.交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为0）。

通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。直流通路画出图示电路的直流通路和交流通路。将uS短路，即为直流通路。（1）直流通路估算IB根据电流放大作用：（2）

由直流通路估算UCE、IC由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICQRC+

UCEQ所以UCEQ=UCC–

ICQRC

列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQ＝βIBQ，可估算出静态工作点。

由以上可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。解：由KVL可得：由KVL可得：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同Re输入回路负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线

1.Rb对Q点的影响结论：（1）Rb变化仅对IBQ有影响，而对负载线无影响；（2）Rb↑→IBQ↓→Q点沿负载线下移；（3）Rb↓→IBQ↑→Q点沿负载线上移；2.RC对Q点的影响结论：

（1）Rc的变化,仅改变负载线的M点,即仅改变负载线的斜率。（2）Rc↓→M点上升→直流负载线变陡→Q点沿iB=IBQ线右移。（3）Rc↑→M点下降→负载线变平坦→Q点沿iB=IBQ线左移。

结论：（1）UCC的变化，对IBQ和直流负载线都有影响；（2）UCC↑→IBQ↑,且M点和N点同时↑→负载线平行上移→Q点向右上方移动。（3）UCC↓→IBQ↓,且M点和N点同时↓→负载线平行下移→Q点向左下方移动。3.UCC对Q点的影响

实际调试中,主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点,而很少通过改变UCC来改变工作点。说明：ic由ICQ减小到0时，uCE由UCEQ增加到(UCEQ+ICQR’L)。即交流负载线过点(UCEQ+ICQR’L，0)，连接Q点与点(UCEQ+ICQRL，0)的直线即为所求的负载线。---交流负载线方程ABQuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。Q2uoUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

由于受晶体管截止和饱和的限制，放大器的不失真输出电压有一个范围，其最大值称为放大器输出动态范围。由图可知，因受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为：而因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度则为：输出动态范围常用峰-峰值UP-P表示：(UCES表示晶体管的临界饱和压降，一般取为1V。)所以

1、放大器如图（a）所示，其三极管的输出特性及直流负载线和Q点如图（b）所示，，该放大器的最大不失真输出电压的峰值约为________。（a）3V；（b）6V；（c）9V；（d）12V。2、由NPN管构成的共射极放大电路的集电极输出电压如图示，该电路产生了

失真，为了消除该失真，工作点应

。一、晶体管的rbe-β等效电路iBiCbceuBE+-uCE+-二、三极管的h参数微变等效电路iBiCbceuBE+-uCE+-输入特性:输出特性:在工作点处，用全微分形式表示uBE和iC，则有1.h参数微变等效电路的引入:令：考虑到，注意到常量的微分为零，在小信号下，用增量代替微分，对于交流小信号，进一步用交流量代替增量，则有：由前式，并根据四个参数的意义，得出的低频h参数电路模型如下图所示。共发射极晶体管h参数电路模型hie的物理意义表示在小信号作用下，晶体管be之间的动态电阻rbe（1）2.h参数与晶体管特性曲线的关系:hre的物理意义表示晶体管输出回路电压uCE对输入回路的影响，这实质上是基区调宽效应所致，是由晶体管的内部结构决定的。（2）hfe表示了晶体管的电流放大能力。

（3）hoe的物理意义表示在小信号作用下晶体管ce之间的动态电导。表示输出特性曲线上翘的程度，因放大区曲线几乎平行于横轴，所以hoe的值很小，小于10-5。（4）3.h参数微变等效电路的简化:BJT的简化H参数微变等效电路BJT的H参数微变等效电路三.放大电路主要性能指标的分析1.画放大电路的微变等效电路步骤：（1）画出放大电路的交流通道：（2）用BJT的H参数微变等效电路代替BJT。2.计算放大电路的主要性能指标（1）求电压放大倍数Au（2）求输入电阻Ri（3）求输出电阻Ro（1）IBQ，ICQ，UCEQ；（3）最大不失真输出电压Uom。

（2）Au、Aus、Ri、Ro；电路如图所示，已知：电容C1、C2的容抗可忽略。试分析：对于输入信号而言，解：（1）求静态工作点Q（2）求Au

，Aus，Ri，Ro；

是电源电压放大倍数，按定义有：（3）最大不失真输出电压Uom

受截止失真的限制，最大不失真输出电压Uom为：受饱和失真的限制，最大不失真输出电压Uom为：则此电路的最大不失真输出电压Uom为3.6V。

（1）电源电压的变化（2）电路参数的变化（3）晶体管的老化（4）环境温度的变化1.影响Q点稳定的因素（1）温度变化对反向饱和电流ICBO的影响（2）温度变化对发射结电压UBE的影响2.温度对Q点的影响（3）温度变化对电流放大系数β的影响T↑ICBO↑（ICEO↑）T↑UBE↓T↑β↑ICQ↑ICQ↑ICQ↑总之：T↑ICBO↑（ICEO↑）UBE↓β↑ICQ↑1.从元件着手，解决元件的热稳定性问题2.从使用环境着手，使电路的工作环境温度维持在特定范围内3.从电路结构着手，改善电路的结构形式，使电路具备自动稳定Q点的能力采取的措施：（1）针对ICBO的影响，可设法使基极电流IB随温度的升高而自动减小；（2）针对UBE的影响，可设法使发射结的外加电压随温度的升高而自动减小。1.电路组成I1>>IBQ（硅管）I1=（5~10）IBQ（锗管）I1=（10~20）IBQUB>>UBE（硅管）UB=（3~5）V（锗管）UB=（1~3）V设计的两个依据：2.工作点稳定过程T↑ICBO↑UBE↓β↑ICQ↑UE↑UBE↓IBQ↓ICQ↓

综上所述，分压式偏置工作点稳定电路稳定Q点的原理是：在固定基极电压UB的前提下，利用Re上电压的变化来检测IEQ（ICQ）的变化，通过UE与UB的比较，自动调节ICQ的变化趋势，使ICQ基本稳定。这种自动调节的过程称为负反馈。此时引入的是直流电流负反馈。采取的措施：1）针对ICBO的影响，可设法使基极电流IB随温度的升高而自动减小；2）针对UBE的影响，可设法使发射结的外加电压随温度的升高而自动减小。3.分析计算（1）静态工作点的计算射极偏置电路如图所示，已知：晶体管T的试求：(1)放大电路Q点的值；(2)Au、Ri、Ro的值。

(3)参数不变，在Re两边加电容C，重新计算(1)、(2)，比较结果有啥不同。解：（1）求Q点(2)求Au、Ri、Ro

(3)参数不变，在Re两边加电容C，重新计算静态工作点、

Au、Ri、Ro的值，比较结果有啥不同。2.6.1

共集电极放大电路

2.6.2

共基极放大电路

1电路组成共集电极放大电路又称为射极输出器rbeRBRL+-+-+-RSRErbeRBRL+-+-+-RSRE3.输出电阻用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置0rbeRBRL+-+-+-RSRE所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变电路如图所示，已知：晶体管T的试求：(1)放大电路Q点的值；(2)Au、Ri、Ro的值。解：（1）求Q点(2)求Au、Ri、Ro1电路组成2静态分析3动态分析2.6.3三种放大电路性能的比较放大电路如图所示，已知β=40，试求：静态工作点；画出H参数微变等效电路；求Au、Ri和Ro。解：（1）求静态工作点Q（2）画出H参数微变等效电路（3）求Au、Ri、Ro（1）求静态工作点Q解：电路如图所示，已知β=100。试计算：（1）静态工作点Q；（2）Au、Ri、Ro（2）求Au、Ri、Ro在图示的放大电路中，设UBE=0.6V，β=40，试求：(1)静态工作点；(2)Au、Ri、Ro解：（1）求静态工作点（2）求Au、Ri、Ro2.4试分析图2.77所示电路对正弦交流信号有无放大作用，并简述理由；若那个电路不能对正弦交流信号进行正常放大作用，试改正其错误。习题分析方法：本题的目的是理解组成放大点路的原则。判断三极管组成的放大电路能否正常放大的步骤可以分为以下几步：外加直流电源的极性是否正确，即是否发射结正偏，集电结反偏；注意电源的极性；把所有的电容开路，检查直流通路是否正常，静态值是否满足要求；把所有的直流电压源和所有的电容短路，检查交流通路是否正确。解：（a）无放大作用，直流通路中C1开路，IB=0A。（b）有放大作用，直流偏置正确，电容隔直，故交流放大正确。（c）无放大作用，RB=0，直流通路（UB=UCC，UC<UCC，UC<UB,集电极正偏）和交流通路都不正确。（d）无放大作用，RC=0，输出电压,所以不能对交流信号进行正常放大。习题2.6

电路如图所示，已知Ucc=15V，RB=360kΩ，晶体管的共射极输出特性曲线如图2.79（b）所示，取UBEQ=0.71、试用图解法分析RC=1kΩ和RC=1.8kΩ时的静态工作点；2、设在输入信号ui作用下，晶体管基极电流的交流分量,

试分析在上述两种情况下，静态工作点是否合适？习题2.7

在图（a）所示电路中，由于电路参数的改变使静态工作点产生如图（b）所示的变化。试问：（1）当静态工作点从Q1移到Q2、从Q2移到Q3、从Q3移到Q4时，分别是因为电路的哪个参数变化造成的？这些参数是如何变化的？（2）当电路的静态工作点分别为Q1~Q4时，哪种情况下最易产生饱和失真？哪种情况下最易产生截止失真？哪种情况下最大不失真输出电压Uom最大？其值约为多少？（3）当电路的静态工作点为Q4时，集电极电源电压Ucc的值为多少伏？集电极电阻Rc为多少千欧？解：（1）静态工作点从Q1移到Q2，UCC不变，Rb不变，RC减小、从Q2移到Q3，UCC不变，RC不变，Rb减小、从Q3移到Q4时RC不变，Rb不变，UCC变大。（2）当电路的静态工作点分别为Q1~Q4时，Q3最易产生饱和失真；Q2最易产生截止失真；Q4最大不失真输出电压Uom最大，其值约5.7V.（3）当电路的静态工作点为Q4时，集电极电源电压Ucc的值为12伏，集电极电阻Rc为3千欧。习题2.9

电路如图2.82所示，已知Rb1=60kΩ，Rb2=20kΩ,Rc=3kΩ，RL=6kΩ，Re=2kΩ，晶体管的，可取UBE=0.7V，UCC=16V,设电容C1、C2

、C3对交流信号可视为短路。(1)试估算静态工作点的值;(2)计算Au、Ri、Ro;(3)求输出电压最大不失真幅度;(3)最大不失真输出电压幅值2.10电路如图2.83所示，已知Rb1=20kΩ，Rb2=15kΩ，Rc=2kΩ，

Re=2kΩ，Rs=1kΩ，，晶体管的，rbe=1.3kΩ。设电容C1、C2

、C3对交流信号可视为短路。试计算:(1)电压放大倍数Au1,Au2;(2)输入电阻Ri;(3)输出电阻Ro1、Ro2。

习题2.12

电路如图2.85所示，已知Rb=200kΩ，Re=RL=3kΩ，Rs=2kΩ，晶体管的。设电容C1、C2对交流信号可视为短路。试计算:(1)电压放大倍数Au;(2)输入电阻Ri;(3)输出电阻Ro。

一、场效应管放大电路晶体管通过较小的输入电流iB控制较大的输出电流iC来达到放大的目的，场效应管则通过较小的输入电压uGS控制较大的输出电流iD实现放大作用。晶体管是电流控制元件，场效应管是电压控制元件。晶体管的输入电阻比较小，场效应管的输入电阻非常大。在静态分析中，晶体管电路从UBE=0.7V（硅管）入手，计算IB，

IC=βIB，IE≈IC；而场效应管电路从IG=0着手，利用uGS与ID的关系，通过数学方法或者图解法计算ID，ID=IS。对于动态分析，晶体管和场效应管放大电路都是依据交流通道作出微变等效电路，进而按照电路理论知识分析计算有关性能指标。1、用直流通路求静态工作点IBQ、UBEQ(=0.7或0.3

已知）、ICQ、UCEQ→

Ig(=0已知）、UGSQ、IDQ、UDSQ2、用交流通路求性能指标Au、r、ro二、偏置电路1、固定偏置电路由于IG=0，所以RG上无压降，因此，UGS=-UGG。当直流电源UGG确定之后，栅源偏置电压即为固定值，故称此电路为固定偏置电路。

固定偏置电路的静态工作点为：将已知的UP、IDSS代入上两式，解出UGS、ID;

2、自给偏压式偏置电路

栅源电压UGS是由场效应管自身的电流提供的，故称自给偏压。+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGST为N沟道耗尽型场效应管

增强型MOS管因UGS=0时,ID

0，故不能采用自给偏压式电路。+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGS静态分析--估算法：UGS

=–

RSID将已知的UP、IDSS代入上两式，解出UGS、ID;由UDS=

UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出静态时的关系式3、分压式偏置电路

静态分析估算法：将已知的UP、IDSS代入上两式，解出UGS、ID;列出静态时的关系式流过

RG3的电流为零由解出UDS

gm：表示场效应管的互导，它反映了ugs对id的控制作用 rd：表示场效应管的输出电阻，它反映了uds对id的影响。三、

场效应管放大电路的动态性能分析1、场效应管的低频小信号等效电路场效应管的特点是输入阻抗非常大，输出漏极电流由栅源电压控制。2、

场效应管放大电路的动态性能分析

作出其微变等效电路。1）电压放大倍数

场效应管放大电路的动态性能分析2)输入电阻3）输出电阻例1：共源放大电路1、确定静态工作点

2、动态性能分析

画出其交流通道，并作出微变等效电路，则有

1）电压放大倍数

2）输入电阻

3）输出电阻例2：共漏极放大电路（1）静态工作点分析

画出其直流通道，则有

（2）动态性能分析

作交流通道及微变等效电路，则有输入电阻:

输出电阻:(作出等效电路)而所以则例3：共栅放大电路场效应管放大电路分析小结：从原理上讲，场效应管可构成三种基本放大电路，即共源极放大电路、共漏极放大电路（源极输出器）、共栅极放大电路，但由于共栅极放大电路没有发挥场效应管输入电阻大的特点，故较少采用；共源极放大电路有类同于晶体三极管共射放大电路的特点；共漏极放大电路有类同于共集电极放大电路的特点。场效应管放大电路的分析包括静态分析和动态分析，可分别由直流通道和微变等效电路分析求出。常见场效应管放大电路的直流偏置方式有两种：自给偏压电路、分压式偏置电路。自给偏压电路适用于耗尽型场效应管；分压式偏置电路既可用于耗尽型场效应管又可用于增强型场效应管放大电路。一、复合管的组成

1、要保证各个管子的基极电流能够流通，各个电极的电流方向不发生冲突；

2、前一个管子的集电极和发射极总是连接在后一个管子的基极和集电极之间。2.8复合管及其放大电路二、复合管及其参数分析（一）

实际中复合管作为一只等效放大元件使用，复合管的参数包括等效电流放大倍数和等效输入电阻。

1、同类型的管子组成的复合管复合管及其参数分析

复合管及其参数分析

2、不同类型的管子组成的复合管

复合管及其参数分析分析可得复合管及其参数分析

---同类型的管子组成的复合管复合管及其放大电路

小结：

1、复合管的电流放大倍数近似等于组成复合管的两只管子电流放大倍数的乘积。例如β1=50，β2=60，则复合管的电流放大倍数β=β1β2=3000，可见复合管具有相当强的电流放大能力。

2、同类型的管子组成的复合管，输入电阻增大；

3、不同类型的管子组成的复合管，其ube和rbe与第一只管子的参数相同。复合管及其参数分析场效应管与晶体管也可以组成复合管

但由于场效应管输入电流为0，因此，在场效应管与晶体管复合时，场效应管只能作为第一只管子放在前面，且复合管的类型与场效应管的类型相同。

复合管及其参数分析----场效应管与晶体管组成复合管场效应管与晶体管组成复合管既保持了场效应管输入电阻大的特点，又体现了晶体管放大能力强的特点。复合管及其参数分析----场效应管与晶体管组成复合管习题2.20

用复合管组成规则判别图2.91中哪些接法可以组成复合管？哪些不行？说明理由。如果可以组成复合管，画出等效复合管的符号，并标明管脚。解：复合管的组成原则必须满足：1、要保证各个管子的基极电流能够流通，各个电极的电流方向不发生冲突；2、前一个管子的集电极和发射极总是连接在后一个管子的基极和集电极之间；3、场效应管和晶体管复合时只能作为第一个管子放在前面，且复合管的类型和第一个管子的类型相同。根据以上原则可以判断（a）（e）正确，（b）（c）（d）错误。复合管放大电路分析

习题2.21

电路如图2.92所示，已知UCC=16V，β1=160，β2=200，UBE均为0.7V，

R1=

1.5M

，RC=

100，ui=120mV。试求：（1）UB1、IRC；（2）输出电压uo的数值。

联立求解：（1）（2）例2.15

（略）由复合管组成的射极跟随器电路如图所示，已知β1=β2=80，其余参数如图示。试分析其Q点及Au、Ri。例2.15解：1）作直流通道，分析Q点。按照求作直流通道的原则，作直流通道如图（a）所示。分析可见：例2.15解：2)作微变等效电路，分析动态性能。T1、T2用复合管代替，其微变等效电路如图（b）所示。例2.15解：2)作微变等效电路，分析动态性能。采用复合管后，电路为基本射极跟随器。动态参数可直接按射极跟随器的计算公式分析。复合管放大电路分析例2.16

一复合管共源放大电路如图所示，试分析其动态性能指标。解：作交流通道，并用复合管代替T1、T2，有电路图如图所示。复合管放大电路分析例2.16

解：采用复合管后，电路的电压放大能力比单管共源放大电路强得多，输入电阻比单管共发射极放大电路大得多。

组合放大电路（删）

1、共发射极-共基极放大电路

共发射极、共基极组合是前一个管子的集电极与后一个管子的发射极连接在一起所构成的放大电路。采用这种组合形式，使电路既保持了共发射极放大电路具有较大的输入电阻的优点，又获得了共基极放大电路较好的高频特性。组合放大电路例2.17一共发射极-共基极放大电路如图所示，试分析其输入电阻、输出电阻、电压放大倍数。设β1=β2=80，其余参数如图示。例2.17解：1）分析Q点。作直流通道如图所示，用近似估算法分析如下。例2.17解：2)作交流通道如图所示，分析动态性能指标。组合放大电路2、共漏极-共发射极放大电路

共漏极放大电路输入电阻大，共发射极放大电路电压放大能力强。当二者组合后，可同时获得这两种放大电路的优点。电路如图所示。常见的组合放大电路还有共集电极-共基极放大电路、共漏极-共发射极放大电路等多种形式。一、多级放大电路的级间耦合方式常用的耦合方式有三种,即直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。多级放大电路组成的方框图信号源中间级输出级负载输入级多级放大电路1、直接耦合放大电路

直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决；

零点飘移：在直接耦合放大电路中，当外界环境因素变化引起前级的静态工作点波动时，这种波动将被逐级放大，会造成输出端电压的变化，通常将这种变化称为零点飘移。其中因温度引起的零点飘移称为温飘。如何减小和抑制温飘是直接耦合放大电路要解决的主要问题之一。2、阻容耦合放大电路

阻容耦合使前后级相对独立，静态工作点Q互不影响，可抑制温漂；这给阻容耦合放大电路的分析、设计与调试带来许多方便。3、变压器耦合放大电路变压器耦合可实现阻抗变换（不常用）。优点：各级静态工作点相互独立，互不影响；缺点：低频特性差，不适合放大缓慢变化的信号。将前一级放大电路的输出信号通过光电耦合器件传递到后一级放大电路输入端的连接方式称作光电耦合。发光二极管与光敏三极管相互绝缘地封装在一起所构成的四端器件是常见的光电耦合器件之一。发光二极管作为输入回路，在输入电流的驱动下将电能转换为光能；光敏三极管接收光能并将光