第2章电子技术基础

1、第二章 基本放大器,2.2 共发射极基本放大电路,2.3 放大器工作点的稳定,2.4 共集电极放大电路与共基极放大电路,2.5 阻容耦合放大电路的频率特性,2.1 放大电路的基本概念及性能指标,2.1 放大电路的基本概念及性能指标,2.1.1 放大电路概述,放大把微弱的电信号的幅度放大。 一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。,2.1.2 放大电路的主要性能指标,1. 放大倍数,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,（1）电压放大倍数定义为: Au=uo/ui,（2）电流放大倍

2、数定义为: Ai=io/ii,（3）功率放大定义为: Ap=po/Pi,例 某交流放大器的输入电压是100mV，输入电流为0.5mA；输出电压为1V，输出电流为50mA。求该放大器的电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。如果用分贝来表示，它们分别为多少？ 解： 电压放大倍数：, 电流放大倍数:, 功率放大倍数：AP=|AiAu|=10100=1000 用分贝来表示则为 电压放大倍数：Au(dB)=20 lg|Au|=20 lg10=20dB 电流放大倍数：Ai(dB)=20 lg|Ai|=20 lg100=40dB 功率放大倍数：AP(dB)=10 lg|AP|=10 lg1000=30d

3、B 在用分贝计算电路放大倍数时，若出现负值则说明该电路不是放大器而是衰减器。,2. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻,Ri=ui / ii,一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。,3. 输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻,输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,输出电阻的定义：,2.2 共发射极基本放大电路,放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为 较强的电信号。,放大器实现放大的条件：,1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集

4、电结反偏。,2. 正确设置静态工 作点，使整个波形处于放大区。,3. 输出回路将变化的集电极电流转化成变 化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。,共射极放大电路,(1） 晶体管V的作用,放大元件满足 iC= iB， T应工作在放大区， 即保证集电结反 偏，发射结正偏。,iB,iC,iE,2.2.1 基本放大电路的组成,1. 元件的作用,V,(2) 集电极电源 UCC作用,共射极放大电路,集电极电 源作用，是为 电路提供能量。 并保证集电结 反偏。,(3) 集电极负载电阻 Rc作用,共射极放大电路,集电极电 阻的作用是将 变化的电流转 变为变化的电 压。,(4) 基极电阻Rb的作用,Rb,共

5、射极放大电路,基极电阻能提供适当的静态工作点。并保证发射结正偏。,(5) 耦合电容C1和C2作用,1) 隔直作用 隔离输入.输出 与电路的直流 通道。,2)交流耦合作用 能使交流信号 顺利通过。,共射极放大电路,返回,2. 电路中电压和电流符号的规定 （1）直流分量：用大写字母和大写下标表示，如IB表示基极的直流电流。 （2）交流分量：用小写字母和小写下标表示，如ib表示基极的交流电流。 （3）瞬时值：是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标表示，如iB=IB+ib，即iB表示基极电流的总量。 （4）交流有效值：用大写字母小写下标表示，如Ib表示基极正弦交电流有效值。,1.静态工作点ui

6、=0时电路的工作状态,2.2.2 放大电路的静态分析,ui=0时,IC,+ UBE -,+ UCE -,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。,为什么要设置静态工作点？,放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。,画出放大电路的直流通路,2. 静态工作点的估算,将交流电压源短路，将电容开路。,直流通路的画法：,画直流通路：,Rb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（1）用估算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）,IC= IB,例：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，

7、RC=4K，Rb=300K ，=37.5。,解：,请注意电路中IB和IC的数量级,（2） 用图解法分析放大器的静态工作点,UCE=VCCICRC,直流负载线,由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,IB,静态UCE,静态IC,1. 交流放大原理（设输出空载）,假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,2.2.3 放大电路的动态分析,注意：uce与ui反相！,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：,虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变,（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不

8、变，但相位相反。,对交流信号(输入信号ui),2. 用图解法进行放大器的动态性能分析,（1）交流通路分析动态工作情况 交流通路的画法：,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路,（2）交流负载线,输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,即：交流负载线的斜率：,交流负载线的作法： 斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）,经过Q点。,交流负载线的作法：,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,经过Q点。,注意： （1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流

9、负载线重合。,uo,可输出的最大不失真信号,（1）合适的静态工作点,（3）静态工作点对波形的影响,uo,（2）Q点过低信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,uo,（3）Q点过高信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,截止失真和饱和失真统称“非线性失真”,3. 用微变等效电路法求放大器的动态参数,思路：将非线性的三极管等效成一个线性电路,条件：交流小信号,当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线。 对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe，表示输入特性。,UBE,（1） 晶体管的微变等效电路,(a)输入特性曲线,Q,3. 用微变等效电路法求放大器的动态参数,思路：将非线性

10、的三极管等效成一个线性电路,式中， IE ：发射极电流的静态值; ：晶体管的放大倍数； rbe：输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧(动态电阻)。,返回,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,输出端还等效并联一个大电阻rce。,（b）输出特性曲线,在线性工作区是一族平行直线。,ib,iC,在小信号的条件下， rce也是一个常数。阻值很 高，约为几十到几百k。 在后面微变等效电路中， 可忽略不计。,输出电阻rce,先将交流通道中的三极管用微变等效电路代替。,（a）三极管的微变等效电路,(2) 放大电路的微变等效电路,(b) 放大电路的微变等效电路,将放大电路交流通道中的三极管用微变等效电路代替。

11、,+,-,返回,式中,故放大电路的电压放大倍数,输出端开路时,(3) 电压放大倍数的计算,以上图微变等效电路来计算。,显然负载电阻RL越小，放大倍数越低。Au还与和rBE 有关。,返回,RL = RC RL = 2k,返回,(4) 放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源来说，是一个负载，可 用一个电阻等效代替，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Ri ，即,输入电阻对交流而言是动态电阻。,返回,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,rbe,Rb,Rc,RL,(5) 放大电路输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源(可以将

12、它进行戴维宁定理等效），等效电路的内阻就是输出电阻，它也是动态电阻。,(a) 将信号源短路（ ui=0）和输出端开路从输出端看进去的电阻。,(b)将信号源短路（ ui=0）保留受控源，输入端加电压（ uo）以产生电流 Io。,Ro RC,解 放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电 动势E0和内阻Ro表示。等效电源的内阻即为输出电阻。,输出端开路时,输出端接上负载电阻时,由上列两式可得出,定义：,当信号源有内阻时：,由图知：,所以：,例 共射放大电路如图所示。设：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k, RL=3k,BJT的b =60。,1、试求电路的静态工作点Q。,解：,2、估算电路的电

13、压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。,解：画微变等效电路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ，是截止还是饱和 失真？应调节哪个元件？如何调节？,解：为截止失真。 应减小Rb。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。,2.3 放大器工作点的稳定,2.3.1 温度对工作点的影响,1、温度对UBE的影响,2、温度对值及ICEO的影响,VB,UB不受温度变化的影响。,2.3.2 分压式稳定工作点偏置电路,（1） 结构及工作原理,RE越大，稳定 性越好。但太大将 使输出电压降低。 一般取

14、几百欧几k。,UB,UE,Rb1,+VCC,RC,C1,C2,Rb2,Ce,Re,RL,ui,uo,Ce将Re短路， Re对交流不起作 用，放大倍数不 受影响。,（2）直流通道及静态工作点估算:,IB=IC/,UCE = VCC - ICRC - IERe,IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re,电容开路,画出直流通道,交流通道,微变等效电路,rbe,Rc,RL,Rb1,Rb2,i1,i2,(3)动态性能分析,微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,ri= Rb1/ Rb2/ rbe,ro= Rc,i1,i2,将电容Ce断开路, 画出电路的交流小信号等效电路,C

15、e对电路的影响,+,+,+,+,e,b,b,c,i,R,i,R,R,b1,be,r,R,u,o,C,+,-,L,R,i,-,+,u,b2,R,R,i,i,c,b,i,i,i,电压放大倍数：,+,+,+,+,e,b,c,R,i,R,Re,b1,be,r,R,u,o,C,+,-,L,R,i,-,+,u,b2,R,R,i,i,c,b,i,i,i,ib,输入电阻：,输出电阻：,+,+,+,+,e,b,c,R,i,R,Re,b1,be,r,R,u,o,C,+,-,L,R,i,-,+,u,b2,R,R,i,i,c,b,i,i,i,o,R,ib,2.4.1 共集电极电路,1. 电路的组成及特点,2.4 共集

16、电极放大电路与共基极放大电路,2. 直流通道及静态工作点分析：,3. 动态分析,（1）交流通道及微变等效电路,+,e,b,c,ib,R,i,R,be,r,u,o,-,L,R,i,-,+,u,b,R,i,i,c,b,i,i,i,+,R,u,-,+,S,S,e,R,（2）电压放大倍数：,+,e,b,c,ib,R,i,R,be,r,u,o,-,L,R,i,-,+,u,b,R,i,i,c,b,i,i,i,+,R,u,-,+,S,S,e,R,（2）输入电阻,+,e,b,c,ib,R,i,R,be,r,u,o,-,L,R,i,-,+,u,b,R,i,i,c,b,i,i,i,+,R,u,-,+,S,S,e,

17、R,3、输出电阻,+,ib,S,b,u,R,R,be,r,R,b,e,c,e,+,-,i,b,o,R,射极输出器的特点：电压放大倍数=1， 输入阻抗高，输出阻抗小。,射极输出器的应用,1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。,2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。,3、放在两级之间，起缓冲作用。,2.4.2 共基极电路,1. 静态工作点,直流通路：,2. 动态分析,画出电路的交流小信号等效电路,（1）电压放大倍数,+,+,e,b,c,R,i,be,r,i,-,+,u,e,R,i,i,c,e,i,i,i,R,u,-,+,S,S,R,+,o,u,L,R,-,R,c,i

18、,b,ib,（2）输入电阻,（3）输出电阻,3. 三种组态的比较,共集,共基,共射,2.5 阻容耦合放大电路的频率特性,频率响应放大器的电压放大倍数 与频率的关系,其中： 称为放大器的幅频响应,称为放大器的相频响应,阻容耦合放大电路的频率特性：,如图示Au| f 关系曲线称为放大电路的幅频特性；下限频率 f1和上限频率 f2之间的频率范围称为通频带(三个频段)。,在工业电子技术的低频放大电路中，频率范围约为2010000Hz。,低频段 由于信号频率较低，而级间耦合电容的容抗值较大,产生压降，使Ube Ui 、放大倍数降低。,中频段 由于耦合电容和发射极电阻旁路的电容的容抗值较大,故对中频段信号来讲其容抗很小，可视作短路，放大倍数与信号频率无关。,高频段 由于信号频率较高，耦合电容和发射极电阻旁路电容的容抗比中频段更小，故皆可视作短路。晶体管下降， |Au|下降，电压放大倍数降低。,本章小结,1基本放大电路的组成。 三极管加上合适的偏置电路（偏置电路保证三极管工作在放大区）。 2交流与直流。正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。 直流通路：交流电压源短路，电容开路。 交流通路：直流电压源短路，电容短路。 3三种分析方法。 （1）估算法（直流模