电子技术（第5版）课件 第2章 基本放大电路

第2章基本放大电路第2章基本放大电路2.1共发射极放大电路2.2共集电极放大电路2.3场效应管放大电路2.4多级放大电路2.5差分放大电路2.6功率放大电路本章要求：1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的构成和性能特点掌握放大电路的静态工作点估算方法、动态微变等效电路法3.理解放大电路的输入、输出电阻和电压放大倍数的分析计算4.了解放大电路的频率特性、差分和互补功率放大电路的原理5.了解场效应管放大电路的工作原理和性能特点第2章基本放大电路（1）放大目的是将输入微弱变化的信号放大成较大的输出信号（2）放大的实质用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化

成交流能量输出（4）放大电路基本要求

1）要有足够的放大倍数（电压、电流、功率）2）尽可能小波形失真、输入和输出电阻、通频带等技术指标放大电路输入信号输出信号（3）电路组成

有源元件：三极管、场效应管、信号源等；无源元件：电阻、电容、电感、变压器等第2章基本放大电路放大电路基本概念2.1共发射极放大电路+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.电路构成和各元件作用（1）晶体管T：放大元件,iC=iB。保证集电结

反偏，发射结正偏，使晶体管处于放大区（3）UCC与RB：使发射结处于正偏，并

提供大小适当的基极电流（2）UCC：为电路提供能量。保证集电结反偏（4）RC：将变化的电流转变为变化电压（5）C1、C2（耦合电容）：隔离输入、

输出与放大电路直流的联系，同时

使信号顺利输入、输出（6）uS：信号源电压，待放大信号（7）RL：负载电阻iCiBiE+uCE–+–uBE（1）电路中由us、UCC

共同作用uBE=UBE+ube=UBE+UimsinωtiB=IB+ib=IB+IbmsinωtiC=IC+ic=IC+Icmsinωt，……总电压或总电流=直流分量+交流分量总电压或总电流=静态值+瞬时值+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–2.1共发射极放大电路2.电路各量表示方法

②直流分量（静态值），如

UBE、IB、IC、UCE、IE①总电压或总电流（直交流量总合），如uBE、iB、iC、uCE、iE③交流分量（瞬时值），如ube、ib、ic、uce、ie注意：式中个字母和下标大小写+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEiBuBEOui

tiCuCE

tuoO

tUBEOIB

tO

tUCEO

tICO放大电路中有2个电源uS和UCC共同作用各电压和电流含有直流和交流分量成（2）分析方法1）静态分析确定Q点

IB、UCE

分析方法有：*估算法*图解法2）动态分析确定参数输入电阻ri

输出电阻ro

放大倍数Au

分析方法有：*微变等效法*图解法√√（2）电路中电压、电流2.1共发射极放大电路2.电路中各量表示方法（ui=0时，电路工作分析）（1）电路转换+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuo=0uBE=UBEuCE=UCEUBEIBICUCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO（2）分析目的电路不失真；动态分析的基础2.1共发射极放大电路3.静态分析

1）无输入信号电压（ui=0）时，三极管各电极的恒定的电压和电流分别为IB、UBE和

IC、UCE

2）（IB、UBE）和（IC、UCE）分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，即静态工作点（Q点）IBUBEOQIBUBEICUCEOQUCEIC（3）静态分析应注意3）用直流通路确定Q点，直流通路

无信号时电流（直流电流）通路例1：上图放大电路的直流通路对直流信号电容C1、C2

可看作开路（即将电容断开）+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE直流通路2.1共发射极放大电路3.静态分析

根据电路放大作用和KVLUCC=RBIB+

UBE，IC≈β

IBUCE=UCC–

ICRC（1）估算法+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE例题2：图所示电路中已知UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5，UBE=0.6V。试求Q点参数。解:注意：电路中IB

和IC

不是同一数量级2.1共发射极放大电路4.静态分析UCC=RCIC+

UCEUCE=UCC–

ICRC=12–

1.5×4V=6V

思考题：如果在图示电路的发射极接电阻RE，电

路的静态工作点又如何计算IB===0.038mAUCC-UBERB12-0.6300IB=UCC-UBERB注意：计算静态值的公式的区别由KVL可得+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIERE（1）估算法2.1共发射极放大电路4.静态分析UCC=RBIB+

UBE+REIE=RBIB+

UBE+(1+β)REIBIC≈β

IBUCE=UCC–RCIC–REIE（2）图解法用作图的方法确定静态值能直观地分析Q点值变化对放大电路的影响步骤：♦由输出特性确定IC

和UCC♦用估算法确定IBUCE

=UCC–ICRC直流负载线方程

ICUCEUCCQ（2）图解法2.1共发射极放大电路4.静态分析直流负载线由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点直流负载线斜率tanα=-RC1UCE

=UCC–ICRC依据直流负载线方程（1）动态情况+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–（ui≠0时，电路工作分析）uo

0uBE

=UBE+uiuCE

=UCE+uo（2）动态各量波形uitOUCEuCEtOUBEIBuBEtOiBtOiCICtOuotO*计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等（3）分析目的*确定各极电压和电流交流分量（4）分析方法*

微变等效电路法（重点）和图解法*放大电路的交流通路2.1共发射极放大电路4.动态分析

1）交流通路①电容C1和C2对交流信号相当于短路（1）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路②UCC对于交流信号相当于接地（对地短路）交流通路RBRCuiuoRL++--RSuS+-ibicii交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路ibicuSrbeibRBRCRLui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuoRL++--RSuS+-ibicii（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析5）共发射极放大电路的微变等效电路当放大电路输出端开路（未接RL）时，则有因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关负载电阻愈小，放大倍数愈小例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析6）放大倍数计算R’L=RC//RL放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSri当时，则例2：（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析7）输入电阻计算输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSREri例3：（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析7）输入电阻计算放大电路对负载(或对后级放大电路)相当一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例4：求ro的步骤：1）断开负载RL2）令3）外加电压4）求外加（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析8）输出电阻计算9）输出电阻计算2.1共发射极放大电路4.动态分析（2）微变等效电路法rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例4：共射极放大电路特点：♦放大倍数高♦输入电阻低♦输出电阻高输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2）图解法步骤uSRBRCuiuORL++--RS+-ibicBCEii交流通路

1）交流通路称为交流负载线当RL→∞时，交直流负载重合利用输入、输出特性曲线和Q的相应关系确定输出电压2.1共发射极放大电路4.动态分析（3）图解法uce=-RLic是一条斜率为且过Q的直线＇-1/RL＇因RL<RC,故交流负载线比直流负载更陡＇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QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

3）图解结果2.1共发射极放大电路4.动态分析（3）图解法接有负载电阻RL后，电压放大倍数将减小QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicibuiuo

RL≠

3）图解结果2.1共发射极放大电路4.动态分析（3）图解法（1）电路Q分析+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–合理设置Q点是保证放大电路正常工作的先决条件；否则，Q点会随外界条件而变化，电路性能受到影响共发射极放大电路（固定偏置电路）特点：*结构简单、容易调整*易受温度、电源波动等外界条件影响例如，当温度升高时UBE

、

、ICBO

当UCC和

RB一定时，温度对IC与UBE、

、ICEO有较大影响。可见，温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移2.1共发射极放大电路5.Q点对放大电路性能影响IC=βIB+ICBO=β+(1+β)ICBO

UCC-UBERB（2）非线性失真若Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真1）Q设置过高

T进入饱和区工作→饱和失真如图所示减小该失真的方法是：适当增加基极电阻（RB↑）

，使得电流减小可消除失真uoUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1Q22.1共发射极放大电路5.Q点对放大电路性能影响T进入截止区工作→截止失真适当增加基极电流（RB↓）可减小截止消除失真uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真2）Q设置过低2.1共发射极放大电路5.Q点对放大电路性能影响（2）非线性失真+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSuS+–结论：当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏晶体管为保证Q点的稳定，常采用分压式固定偏置放大电路。当温度升高使IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路TUBEIBICVEICVB固定VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSuS+–（1）稳定Q点的原理2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路若满足I2>>IB有基极电位基本恒定，不随温度变化VB=RB2I2（3）稳定Q点物理过程（2）RE（温度补偿电阻）对直流：RE越大，稳定Q点效果越好；对交流：RE越大，交流损失越大，为避免交流损失加旁路电容CEI1≈I2≈UCCRB1+RB2VB≈UCCRB1+RB2RB2（4）静态分析2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSuS+–估算法UCE=ICRC-IERE对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同微变等效电路法如果去掉CE

，Au，ri，ro？此时的微变等效电路则如图所示（5）动态分析2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE（1）对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，故称共集电极放大电路（2）电路从发射极输出，所以称射极输出器2.2共集电极放大电路1.放大电路组成RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RSTQ点各值计算---直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC2.2共集电极放大电路2.静态分析RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RSTIE=（1+β）IBUCE=UCC-REIE（1）电压放大倍数rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE---微变等效电路2.2共集电极放大电路3.动态分析

电压放大倍数Au

1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器射极输出器的输入电阻高，对前级有利

ri与负载有关（2）输入电阻2.2共集电极放大电路3.动态分析rbeRBRLEBC+-+-+-RSREriri＇ri=RB//ri＇RL=RE//RL＇rbeRBRLEBC+-+-+-RSREro（3）输出电阻2.2共集电极放大电路3.动态分析RS=RB//RS＇通常（1+β）RE>>rbe+RS＇射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强输入电阻高、输出电阻低

1）射极输出器ri高，常被用在多级放大电路第

一级，以提高放大电路的输入电阻---减轻信

号源负担

2）因其输出电阻低，它常被用在多级放大电

路的末级，可以降低输出电阻---提高带负

载能力

3）利用ri大、ro小以及Au

1的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间

---起到阻抗匹配作用，则射极输出器称为缓冲级或中间隔离级RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RST2.2共集电极放大电路3.动态分析（5）应用LED电池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T镍镉电池恒流充电电路例题3：试分析图示电路的工作原理Δ

电路由直流稳压电源和射极输出器组成Δ

LED发光二极管承受正向电压导通发，

发光强度与通过的电流大小有关ΔLED与R5串联后，接于R4两端，R4两端

电压的大小，反映充电电流大小，LED

发光亮、暗指示S的位置Δ

R5是LED的限流电阻，使通过LED的电

流限制在一定数值解：分析2.2共集电极放大电路Δ

电路T工作于恒流状态，基极电位恒为6VΔ

调整转换开关S使充电电流限制在50mA和100mAΔ

充电电流大小由电池额定容量确定栅源电压UGS是由场效应管自身的电流提供，故称自给偏压UGS

=–RSIS

=–RSID+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2.3场效应管放大电路1.自给偏压式偏置电路（1）静态分析（估算法）UGS

=–RSID列出静态时的关系式将已知的UGS(off)、IDSS代入上两式，解出UGS、ID

由UDS=UDD–ID(RD+RS)解出UDS

对增强型MOS管构成的放大电路需用图解法来确定静态值2.3场效应管放大电路1.自给偏压式偏置电路例题4：已知UDD=20V、RD=3k

、RS=1k

、RG=500k

、UGS(off)=–4V、IDSS=8mA，试确定静态工作点（电路如上图所示）。解：用估算法列方程UGS

=–1

IDUDS=20

–2（3+1）=12V解出UGS1=

–2V、UGS2=

–8V、ID1=2mA、ID2=8mA因UGS2<UGS(off)故舍去，求静态解为UGS=

–2VID=2mA（2）动态分析（微变等效电路法）RGRDSDG+-+-+-电压放大倍数输出电阻ro=RD（1）静态分析（估算法）代入参数解得UGS、ID

由UDS=UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出静态时的关系式流过RG的电流为零2.3场效应管放大电路2.分压式偏置电路+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo（2）动态分析（微变等效电路法）RGRDRLSDG+-+-RG1RG2+-电压放大倍数2.3场效应管放大电路2.分压式偏置电路（2）动态分析（微变等效电路法）RGRDRLSDG+-+-RG1RG2+-电压放大倍数输入电阻输出电阻

ro=RDRGRSRLSDG+-+-RG1RG2+-2.3场效应管放大电路3.共源极放大电路（源极输出器）（1）电压放大倍数+UDDRSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+–RGRSRLSDG+-+-RG1RG2+-2.3场效应管放大电路3.共源极放大电路（源极输出器）（2）输入电阻（3）输出电阻+UDDRSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+–2.3场效应管放大电路例题5：图所示放大电路中，已知UDD=20V，RD=10kΩ，RS=10kΩ，RG1=200kΩ，RG2=51kΩ，RG=1MΩ，负载电阻RL=10kΩ。gm=1.5mA/V。试求：（1）静态工作点Q值；（2）电压放大倍数；（3）输入和输出电阻。+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo解：（1）静态工作点Q各静态值，可分别得（3）输入和输出电阻分别为ro≈Ro=10kΩ2.3场效应管放大电路RGRDRLSDG+-+-RG1RG2+-解：（2）电压放大倍数为+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo例题5：耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之

间的连接方式常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合静态：保证各级有合适的Q点动态:传送信号减少压降损失波形不失真;多级放大电路框图耦合电路要求:2.4多级放大电路1.耦合方式第二级

推动级

输入级

输出级输入输出第一级第二级负载信号源两级之间通过耦合电容C2与下级输入电阻连接2.4多级放大电路2.阻容耦合RB21RB22RB11RC1C1C2RB12CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2（1）静态分析由于电容隔直作用，各直流通路互不相通，Q互相独立，互不影响，可单独计算两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路2.4多级放大电路2.阻容耦合RB21RB22RB11RC1C1C2RB12CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2微变等效电路（2）动态分析2.4多级放大电路2.阻容耦合第一级第二级rbeRB12RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB11RB12RB11ri2如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50。试求：（1）前、后级放大电路的静态值（UBE=0.6V）;（2）放大电路输入电阻和输出电阻；（3）各级电压的放大倍数、总电压放大倍数。2.4多级放大电路2.阻容耦合RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇例题1：解:（1）第一级Q点参数2.4多级放大电路2.阻容耦合例题1：RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇解:（1）第二级Q点参数2.4多级放大电路2.阻容耦合例题1：RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

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43k

7.5k

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RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇解:（1）第二级Q点参数2.4多级放大电路2.阻容耦合例题1：RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻ri等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻ri22.4多级放大电路2.阻容耦合解:（2）ri、rori=ri1ri2rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_＇RB1＇RB2＇RE22.4多级放大电路2.阻容耦合解:（2）ri、rori=ri1rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_＇RB1＇RB2＇RE2ro=ro22.4多级放大电路2.阻容耦合解:（3）Aurbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_＇RB1＇RB2＇RE21.直接耦合方式直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端电路作用：放大缓慢变化、或直流量变化的信号+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2直接耦合存在问题：Q点相互影响；零点漂移2.零点漂移

指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象uotO产生原因晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化2.5差分放大电路uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0（1）差分放大电路结构电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等该放大电路可有效抑制零点漂移差分放大原理电路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2两个输入、两个输出两管静态工作点相同4.差分放大电路（也称差动放大电路）（2）零点漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时

IC

VC

（两管变化量相等）对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用2.5差分放大电路*

两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化2）差模信号

ui1=–ui2大小相等、极性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1（3）有信号输入时的工作情况该放大电路可有效抑制零点漂移+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T24.差分放大电路*

两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力1）共模信号

ui1=ui2

大小相等、极性相同*差分电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平共模信号需要抑制+–+–即对差模信号有放大能力差模信号是有用信号2.5差分放大电路（3）有信号输入时的工作情况该放大电路可有效抑制零点漂移+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T24.差分放大电路+–+–

ui1、ui2大小和极性任意3）比较输入

一对比较信号ui1、ui2可视为一对共模信号和一对差模信号的叠加即有因此，放大器只放大两个输入信号的差值信号—差分放大电路例题8:

ui1=10mV,ui2=6mV

2.5差分放大电路ui1=uic+uid1ui2=uic+uid2uid=uid1-uid2=ui1-ui2uo=Aud（ui1-ui2）

式中uic=ui1+ui22uid1=-uid2=ui1-ui22(3)比较输入

ui1、ui2大小和极性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信号差模信号

放大器只放大两个输入信号的差值信号—差动放大电路。

这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。+UCC-EERCRCRRRET1T2ui1ui2RPRB1RB2