第2章放大器基础.ppt

1、电 子 学 基 础,制作：王林炜,第二章 放大器基础,1. 放大器的组成及工作原理 2. 放大器的基本分析方法 3. 放大器静态工作点的稳定 4. 射极跟随器和共基极放大器 5. 场效应管放大器 6. 单管放大器的频率特性 * 7. 多级放大电路,第二章 放大器基础,1. 放大器的组成及工作原理,一、放大器的功能及组成 二、单管共发射极放大电路 三、放大器的性能指标,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,一、放大器的功能及组成,放大器是电子设备中使用最普遍的基本单 元，因而是模拟电子技术部分中最基本的内容 之一。放大器的主要功能是放大电信号，即把 微弱的电信号(电流、电压或功率)通

2、过电子器 件的控制作用，将直流电源功率转换成一定幅 度随输入信号变化的输出信号。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,一、放大器的功能及组成,所谓放大，表面上看是将电信号的幅度由小增 大，但是在电子技术中，放大的本质是实现对能量 的控制。由于输入信号能量较微弱，不足以推动负 载，因此需要在放大电路中另外提供一个能源(直流 电源)，由能量较小的输入信号控制这个能源，转换 出能量较大的输出信号去推动负载。这种小能量对 大能量的控制作用就是放大作用。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,一、放大器的功能及组成,另外，放大作用涉及到变化量的概念，即放大 的对象是变化量。就是

3、说，当输入信号有一个比较 小的变化量时，要求在负载上得到一个较大变化量 的输出信号。而放大电路的放大倍数就是输出信号 与输入信号的变化量之比。,三极管的基极电流iB对集电极电流iC有控制作用， 场效应管的栅源电压vGS对漏极电流 iD也有控制作用， 因此，这两种器件都可以实现放大作用，它们是组成 放大电路的核心元件。三极管可组成共发射极、共集 电极和共基极三种组态的放大器；场效应管可组成与 之类似的共源极、共漏极和共栅极放大电路。 下面首先以单管共发射极放大器为例，介绍放大 电路的组成和放大的基本原理及放大电路的基本分析 方法。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,一、放大器的功

4、能及组成,二、单管共发射极放大电路,1、电路组成： 图示电路是一个单管共发射极(以下简称单管共 射)放大电路的原理电路图。电路由一个NPN型三极 管作为放大器件，因此称 单管放大电路。由图2-1可 见，输入回路与输出回路 的公共端是三极管的发射 极，故称共发射极放大电路。,图 2-1,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,基极直流电源VBB和 基极电阻RB的作用是： 为三极管的发射结提供正 向偏置电压；同时，两者 共同决定当不加输入信号 vi 时三极管基极回路的电 流静态基流(IBQ)。在以后的分析中将会看到静态 基流的大小对放大作用的优劣，以及放大电路的

5、其他 性能有着密切的关系。集电极直流电源VCC和集电电阻RC的作用是：为三极管的集电结提供反向偏置电 压；通过RC将集电极的电流变化量ic转化成电压变 化量vce。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,图 2-1,在单管共射放大电路中，仅仅具备上 述各个组成部分还不足以保证电路很好地 起放大作用。为了使三极管工作在放大区， 即满足e结正向偏置，c结反向偏置的要求， VCC、RC、VBB和RB等元件的参数应与电路 中三极管的输入、输出特性有适当的配合 关系。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,2、工作原理：,第二章

6、 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,假设电路中的参数及三 极管的特性能够保证三极管 工作在放大区。此时，在放 大电路的输入端有一个微小 的输入电压变化量vi，则：,从以上分析可知，当输入电压有一个变 化量vi时，在电路中将依次产生以下各个电 压和电流的变化量：vBE、iB、iC、vCE 和 vo 。当电路参数满足一定条件时，可使 vo 比 vi 大的多。也就是说在放大电路的输 入端加上一个微小的变化量vi ，在输出端将 得到一个放大的变化量vo，从而实现了放大 作用。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,由以上分析可知，

7、组成放大电路时必须遵循以下几个原则： 外加直流电源的极性必须保证放大管工作在放大区。 输入回路的接法应使输入电压的变化量能够传送到放大管的输入回路，并产生相应的变化量 。 第三，输出回路的接法应使放大管输出电流的变化量能够转化为电压的变化量，并传送到放大电路的输出端。 只要符合上述几项原则，即使电路的形式有所变化，仍能实现放大作用。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,前图2-1所示的单管共射放大电路，是一个原理 性电路，在实际应用中，象这样只有一个放大元件 的简单电路中用两路直流电源VCC和VBB ，既不方便 也不经济，故在实际电路中省去基极直流电源V

8、BB， 将基极电阻Rb改接VCC的正极。如图2-2(a)所示。,电路的输入、输出端接有 隔直电容(又称耦合电容)。 RL是放大电路的负载。称 此电路为阻容耦合单管共 射放大电路。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,图2-2(a),电路中各点电位的极性和数值，如不特殊注明，都 指该点相对 “地”的电位差。如VC 就是指集电极对“地” 的电压，其余类推。故在画图2-2(a)电路时，可依此进 一步简化，即VCC不再画电源符号，而只标出它对“地” 的电压值和极性。如图2-2(b)。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,二、单管共发射极放大电路,三

9、、放大器的性能指标,放大电路的技术指标用以定量描述电路的有关 技术性能。测试时通常在放大电路的输入端加上一 个正弦测试电压，然后测量电路中的相关电量，测 试技术指标的示意图如图示。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,1、放大倍数：,放大倍数又称放大器的增益，是衡量放大器放大 能力的指标，其中电压放大倍数定义为输出电压与输 入电压的变化量之比。当输入正弦测试电压时，也可 用输出电压的正弦相量之比来表示，即 与此类似，电流放大倍数定义为输出电流与输入电流 的变化量之比，同样也可以用二者的正弦相量比值来 表示，即,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理

10、,三、放大器的性能指标,* 必须注意，以上两个表达式只 有在输出电压和输出电流基本上也 是正弦量，即在输出信号没有明显 失真的情况下才有意义。这一点也 适用于以下各项指标。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,2、输入电阻 Ri ：,从放大电路的输入端看进去的等效电阻(此处只 考虑中频段的情况，可忽略结电容等之电抗；故从 放大电路输入端看，等效为一个纯电阻Ri )。输入电 阻Ri 的大小等于外加正弦输入电压与相应的输入电 流(基本同相位)之比，即,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,输入电阻这项技术指标反映放大电路对 信号

11、源索取电流的大小。通常希望放大电路 的输入电阻越大越好，Ri 越大，说明放大电 路对信号源索取的电流越小，即对信号源的 影响越小。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,3、输出电阻 Ro：,对负载RL而言，放大器的输出端可等效为一个 信号源，如图所示，该信号源的内阻Ro即放大器的 输出电阻。输出电阻的定义:当放大器输入端信号短 路(即 , 但保留Rs)，输出端负载开路(即RL=) 时外加一个正弦输出电压Vo，得到相应的输出电流 Io，二者之比即输出电阻Ro。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,第二章 放大器基础 1. 放

12、大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,实际工作中测定输出电阻常用的方法是在放大器输入端 加一个正弦信号电压，在输出不失真的情况下，分别测出负 载RL开路时的输出电压 和 带负载RL时的输出电压 ， 即可求得放大器的输出电阻为 输出电阻是反映放大电路带负载能力的一项技术指标。 通常希望放大电路的输出电阻越小越好，Ro越小，说明放大 电路带负载能力越强。,4、通频带 BW：,由于放大器件本身存在极间电容，还有一些放 大电路中接有电抗性元件，因此，放大电路的放大 倍数将随信号频率的变化而变化。一般情况下，当 频率升高或降低时，放 大倍数都将减小，而在 中间一段频率范围内， 因各种电抗性元件的作

13、 用可忽略，故放大倍数 基本不变，如图所示。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,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0.707倍时所包括的频 率范围(fL fH，fL称为下限频率，fH称为上限 频率)，定义为放大电路的通频带，用BW表 示，即： 。 通频带反映放大电路对 信号频率变化的适应能 力。,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,5、非线性失真系数 D：,在输入信号幅度较大时，由于放大器件的非线 性特性，使放大器的输出信号相对输入信号存在一 定程度的失真非线性失真 (由放大器件的非线性引 起的失真

14、) 。非线性失真系数是衡量放大器非线性失 真程度的指标，定义为放大器在输入某一频率的正 弦信号下，输出波形的谐波成分总量与基波成分之 比，用D表示， 。式中A1和An(n=2,3,4) 为基波和各次谐波的幅值。,参看P124 附录 291信号的频谱分析,第二章 放大器基础 1. 放大器的组成及工作原理,三、放大器的性能指标,2. 放大器的基本分析方法,一、放大器的直流通路和交流通路 二、静态工作点的近似估算 三、图解法 四、微变等效电路法 五、放大电路基本分析方法的应用,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三极管(或场效应管) 是组成放大器的核心 器件，而它们的特性曲线都是非线性，

15、因此， 对放大电路进行定量分析时，主要问题在于如 何处理放大器件的非线性。对此问题，常用的 解决办法有两个：第一是图解法，这是在承认 放大器件特性曲线为非线性的前提下，在放大 管的特性曲线上用作图的方法求解。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,前言,第二是微变等效电路法，其实质是在一个比较小 的变化范围内，近似认为三极管(或场管)的特性曲线 是线性的，由此导出放大器件的等效电路以及相应的 微变等效参数，从而将非线性问题转化为线性问题， 于是就可以利用适用于线性电路的各种定律、定理等 来对放大电路来求解。图解法和微变等效电路法是放 大电路最常用的基本分析方法。,第二章 放大器基础

16、2. 放大器的基本分析方法,前言,对一个放大电路定量分析时：分静态分析 和动态分析两部分，静态分析指分析未加输入 信号时的工作状态，即估算电路中各处的直流 电压和直流电流；动态分析指分析加上交流输 入信号时的工作状态，即估算放大电路的各项 动态指标，如电压放大倍数、输入电阻、输出 电阻、通频带、最大输出功率等等。分析的过 程一般是先静态后动态。,前言,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,静态分析讨论的对象是直流成分，动态 分析讨论的对象则是交流成分。由于放大电 路中存在着电抗元件，所以直流成分的通路 和交流成分的通路是不一样的。为了分别进 行静态分析和动态分析，首先要了解放大电 路

17、的直流通路和交流通路。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,前言,放大电路中的电抗元件对直流信号和交流信号 呈现的阻抗不同。电容对直流信号的阻抗无穷大， 故不允许直流信号通过，在直流通路中电容相当于 开路；但对交流信号，电容容抗的大小为 ，当电 容量足够大，交流信号在电容上的压降可以忽略时, 故在交流通路中可视为短路。电感对直流信号的阻 抗为零，在直流通路中相当于短路；而对交流信号, 感抗的大小为L，高频可视为开路。,一、放大器的直流通路和交流通路：,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,一、放大器的直流通路和交流通路,对于直流电压源，由于其电压恒定不变，即电 压变化量等

18、于零，故在交流通路中视为短路；易知 交流电压源在直流通路中视为短路。 对于直流电流源，由于其电流恒定不变，即电 流变化量等于零，故在交流通路中视为开路；也易 知交流电流源在直流通路中视为开路。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,一、放大器的直流通路和交流通路,根据上述分析，现以图2-2(b)所示的单管 共射放大电路为例，画出其直流通路和交流 通路。,在直流通路中，隔直电容C1、C2相当于开路。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,一、放大器的直流通路和交流通路,直流通路,在交流通路中，电容C1、C2相当于短路；集电 极直流电源VCC相当于对地短接。,第二章 放大器基础

19、 2. 放大器的基本分析方法,一、放大器的直流通路和交流通路,根据放大电路的直流通路和交流通路， 即可进行静态分析和动态分析。分析时，除 了图解法和微变等效电路法外，有时也采用 一些简单实用的近似估算。例如，常常根据 直流通路，对放大电路的静态工作情况进行 近似估算。,二、静态工作点的近似估算：,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,二、静态工作点的近似估算,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,二、静态工作点的近似估算,当外加输入信号为零时，在直流电源 VCC 的作用下，三极管的基极回路和集电极回路均 存在直流电流和直流电压，这些直流电流和电 压在三极管的输入、输出特性上

20、各自对应一个 点，称为静态工作点。用Q表示。,静态工作点处的基极电流、基极和发射极之间 的电压分别用IBQ、VBEQ表示；集电极电流、集电极 和发射极之间的电压分别用ICQ、VCEQ表示。 根据直流通路，可求得单管共射放大电路的静态 工作点参数为：,硅管：VBEQ = 0.7V 锗管：VBEQ = 0.3V,静态基极电流,静态集电极电流,静态集射电压 VCEQ = VCCICQRC,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,二、静态工作点的近似估算,三、图解法：,三极管输入回路的电流与电压之间的关 系可以用输入特性曲线来描述；输出回路的 电流与电压之间的关系可以用输出特性曲线 来描述。图

21、解法就是在放大三极管的输入、 输出特性曲线上，直接用作图的方法求解放 大电路的工作情况，图解法既可以分析放大 电路的静态，也可以分析放大电路的动态。 分析过程一般仍是先静态后动态。下面以单 管共射放大电路为例用图解法分析。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,1、 图解法分析静态：,主要任务是用作图确定放大电路的静态工作点， 求出IBQ、ICQ 、VBEQ和VCEQ。 首先讨论输入回路的直流通路。现将单管共射放 大电路的直流通路的输入回路重画于图2-3(a)中，若以 MN为界，将输入回路分成两部分，右边是基极回路， 其中IB与VBE的关系是 非线性的，即三极管 的输入特

22、性曲线。,图 2-3 (a),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,图 2-3 (b),左边是输入回路的外电路部分，由RB 和 VCC串联而成， 两者都是线性元件，故IB与VBE之间存在线性关系，可以用以 下直线方程表示： VBE = VCCIBRB 由此直线方程可得图2-3(c)，这条直线是根据直流通路得 到的，表示外电路的伏安特性，称为输入回路的直流负载线， 斜率为 。,图 2-3(c),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,由于输入回路的左右两部分实际上是连在一起 的，因此 IB 与 VBE同时满足右边三极管输入特性曲 线表示的关系和左边直流负

23、载线确定的关系；故二 者的交点确定了放大电路的静态工作点Q 。在图上 即可得到IBQ和VBEQ值。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,从原则上说，IBQ和VBEQ可以在输入特 性曲线上作图求得，但由于一般器件手册 通常不给出三极管的输入特性曲线，且输 入特性曲线不易准确测得。因此，一般不 在输入特性曲线上用图解法求IBQ和VBEQ， 而是利用近似估算法进行计算。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,下面主要讨论输出回路的直流通路。现将单管共 射放大电路的直流通路的输出回路重画于图2-4(a)中， 若以MN为界，将输出回路分成两部分，左边是集电

24、极回路，其中IC与VCE的关系是非线性的，即三极管 的输出特性曲线如图2-4(b)；,图 2-4(a),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,右边是输出回路的外电路部分，由 RC 和 VCC串联而成， 两者都是线性元件，故IC与VCE之间存在线性关系，可以用以 下直线方程表示：VCE = VCCICRC 。 由此直线方程可得图2-4(c)，这条直线是根据直流通路得 到的，表示外电路的伏安特性，称为输出回路的直流负载线， 斜率为 。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,由于输出回路的左右两部分实际上是连在 一起的，因此 IC 与 VCE同时满足左边三

25、极管输 出特性曲线表示的关系和右边直流负载线确定 的关系；二者的交点确定了放大电路的静态工 作点Q 。根据估算 得到的 IBQ 值，在 图上即可得到ICQ和 VCEQ值。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,2、 图解法分析动态：,下面根据放大电路的交流通路来分析它的动态 工作情况。因为讨论的是动态，故图中的集电极电 流和集电极电压分别用ic和vce表示。交流通路外电 路的伏安关系由交流负载线表示，由图可见，,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法, 交流负载线,交流负载线的斜率为 ，由于 小于 RC，因 此，通常交流负载线比支流负载线更陡。交流负载

26、线 一定通过静态工作点Q ( vi = 0的瞬间，电路工作点既 在交流负载线，又在静态 工作点上)，故只要通过 Q点作一条斜率为 的直线，即可得到交流 负载线。如图所示。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,当外加一个正弦输入电压vi时，放 大电路的工作点将沿着交流负载线运动 (以Q点为中心)。所以，只有交流负载 线才能描述动态时的iC与vCE的关系，而 直流负载线只能用以确定Q点，不能用 来表示放大电路的动态情况。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,图 25 (a),当放大电路的输

27、入端加上一个正弦输 入电压vi 时，则在正 常放大的范围内，三 极管的vBE、iB、iC和 vCE 都将围绕各自的 静态值基本上按正弦 规律变化。放大电路 基极回路和集电极回 路的动态工作情况分 别如图2-5(a) 和 (b)所示。, 根据vi在输入特性上绘出iB的波形,图 25 (b),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法, 根据iB在输出特性上绘出iC 、vCE的波形,如需利用图解法求放大电路的电压放 大倍数，可假设基极电流在静态值 IBQ 附 近有一个变化量 iB，在输入特性曲线上 找到相应的 vBE，如图2-5(a)所示。然后 再根据 iB，在输出特性的交流负载线

28、上 找到相应的 vCE，如图2-5(b)所示。则电 压放大倍数为,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,根据图2-5，可以整理得到当加 上一个正弦输入电压 vi 时,放大电路 中相应的vBE、iB、iC、 vCE 和 vo 的波 形，如图所示。观察这些波形，可以 得到以下几点结论： 首先，当输入一个正弦输入电压 vi 时，放大电路中三极管的各极电压 和电流都是围绕各自的静态值，基本 上按正弦规律变化。即 vBE、iB、iC、 和 vCE 的波形均为在原来静态直流量 的基础上再叠加一个正弦交流成分， 表现为一种交直

29、流并存的状态。,其次，当输入电压有一个微 小的变化量时，通过放大电路， 在输出端可得到一个比较大的电 压变化量，即单管共射放大电路 能够实现电压放大作用。 最后，当输入一个正弦输入 电压 vi 时，输出端的正弦电压信 号 vo的相位与 vi 相反，通常称为 单管共射放大电路的倒相作用。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,3、 图解法的步骤：,综上所述，可以将用图解法分析放大电路 的步骤归纳如下： 由放大电路的直流通路画出输出回路的 直流负载线。 用近似估算法估算静态基极电流IBQ。直 流负载线与iB = IBQ的一条输出特性曲线的交点 即静态工作点Q，由图可得到ICQ

30、和 VCEQ的值。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法, 由放大电路的交流通路计算等效的交 流负载电阻 。在三极管的输出特 性上，通过 Q 点画出斜率为 的直线，即 交流负载线。 如要求电压放大倍数，可在Q点附近 取一个iB值，在输入特性上找到相应的vBE 值, 再在输出特性上找到相应的vCE值, vCE 与vBE的比值即是电压放大倍数。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,三、图解法,四、微变等效电路法：,如果研究的对象仅仅是变化量，而且信号的变 化范围很小，就可以利用微变等效电路来处理三极 管的非线性问题。 由于在一个微小的工作范围内，三极管电压、 电流

31、变化量之间的关系基本上是线性的，因此可以 用一个等效线性电路来代替三极管。所谓等效就是 从这个等效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。这样的 线性电路称为三极管的微变等效电路。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,三极管微变等效电路也称交流小信号等效电 路，简称交流等效电路。三极管的交流等效电路 有多种模型，本节讨论的 h 参数等效电路适用于 低频小信号交流电路。h 参数是一种混合参数， 物理意义明确，在低频范围内为实数，使用较为 方便。 交流等效电路只能用来分析放大器电流、电 压变化量之间的关系，以确定其动态指标AV、Ri、

32、 Ro 和BW等。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,1、晶体管的 h 参数及其等效电路,如图所示，晶体管是一个有源双口网络，其输 入回路和输出回路电流、电压的关系可表示为：,对上两式求全微分，得：,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,式中，dvBE、diB、 diC 和 dvCE 代表各极电压、电流 的变化量，用交流量来表示，得：,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,h 参数的意义参看教材P8384,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,由晶体管输入回路和输出回路电

33、流变量和电压 变量的关系式，很容易找出这组方程所描述的电路， 即晶体管的共发射极 h 参数等效电路。,受控源hfeib和hoevce的方向和极性由ib和vce的方向和极性确定， 不能随意假设。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,2、简化的h参数等效电路,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,下面利用三极管的微变等效电路来计算单 管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出 电阻。首先，用三极管的微变等效电路代替放 大电路中的三极管，然后画出放大电路其余部 分的交流通路，即得单管共射放大电路的微变 等效电路如图所示。,第二章 放大器基础

34、 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,由图可知,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,利用微变等效电路分析放大电路动态的步骤如下： 首先利用近似估算法确定放大电路的静态工作点。 确定微变等效电路参数 hfe 和 hie。 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的 微变等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流 通路。 列出电路方程并求解。 【习题】 教材P130 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5(参考P89 例2.4.1),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,四、微变等效电路法,五、放大电路基本分析方法的应用,1、图解法的应用 利用

35、图解法，除了可以一般分析放大电路的静态和动 态工作情况外，在实际工作中还有一些重要应用。 (1) 用图解法分析放大电路的非线性失真： 所谓“失真”，就是指输出信号波形不象输入信号波形。 由晶体管特性的非线性引起的波形失真称为非线性失真。其 根本原因在于晶体管的非线性，其次与静态工作点的位置及 输入信号的大小有关。 非线性失真有两种情况，一种是饱和失真，另一种是截 止失真。下面利用图解法分别对两种失真情况进行分析。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,图 26(a),在图2

36、-6(a)中，静态工作点设置过低，在输入信号的负半 周，工作点进入截止区，使 iB、iC等于零，从而引起 iB、iC和 vCE 的波形发生失真。这种失真称为截止失真。由图可见对于 由NPN型三极管，当放大电路产生截止失真时，输出电压 vCE 的波形出现顶部失真。,如果静态工作点设置过高，如图2-6(b)所示，在输入信号 的正半周，工作点进入饱和区，此时，当iB增大时，iC不再随之增大，从而引起iC和vCE的波形发生失真。这种失真称为饱 和失真。由图可见，对于由NPN型三极管，当放大电路产生 饱和失真时，输出电压vCE的波形出现底部失真。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大

37、电路基本分析方法的应用,图 26(b),(2) 用图解法估算最大输出幅度：,最大输出幅度是指输出波形没有明显失真的情况下，放大 电路能够输出的最大电压 (有效值)。利用图解法可以估算出最 大不失真输出电压的范围。 当在放大电路的输入端加上交流 正弦电压，则工作点将围绕Q点在交 流负载线上移动。由图2-7可见，当工 作点向上移动超过A点时，将进入饱 和区；当工作点向下移动到 B 点时， 将进入截止区。可见，输出波形不产 生明显失真的动态工作范围，由交流负载线上A、B两点所限 定的范围决定。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,图27,一般说来，集电极直

38、流电源 VCC愈大，则工作 点的动态范围也愈大。在VCC值一定的情况下，应 将静态工作点Q尽量设置在交流负载线上线段AB的 中点，即AQ = QB。若 AQ 和 QB在横坐标上的 投影分别为DC和 CB，则 DC = CB。由图2-7可见， 此时最大不失真输出幅度 为,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,图27,如果静态工作点设置 偏低或偏高，则交流负载 线上AB之间的动态范围不 能充分利用，使最大输出 幅度减小。VOM将由DC和 CB中较小者决定。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,图27,(3) 用图

39、解法分析电路参数对静态工作点的影响：,由上可知，放大电路的静态工作点的位置十分重 要，如果设置不当，则输出波形可能产生严重的非线 性失真，或者使最大输出幅度减小。下面以单管共射 放大电路为例，分析静态工作点Q的位置与电路参数 的关系。仍利用图解法进 行分析，当放大电路的各 种参数如果改变时，Q点 的位置如何变化。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用, 当电路中其他参数(VCC、RC、hfe )保持不变，仅 改变基极电阻Rb时；,图28 (a),VCEQ = VCCICQRC,增大基极电阻Rb时，IBQ将减小，使Q点沿直流负载线下 移，靠近截止区，见图

40、2-8(a)中的Q2点，则波形容易产生截 止失真；反之，如果减小基极电阻Rb，则IBQ增大，Q点沿直 流负载线上移，靠近饱和区，输出波形容易产生饱和失真。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用, 当电路中其他参数(Rb、RC、 hfe)保持不变，仅 改变集电极直流电源 VCC ； 升高集电极直流电源 VCC 时，直流负载线将平行右移， Q点移向右上方，见图2-8(b)中的Q2点。则放大电路的动态 范围增大，但同时三极管的静态功耗也增大。,图28 (b),VCEQ = VCCICQRC,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析

41、方法的应用, 当电路中其他参数(VCC、Rb、hfe )保持不变，增 大集电极电阻RC时，直流负载线与纵轴的交点( ) 下降，但直流负载线与横轴的交点(VCC)不变，因 此，直流负载线比原来平坦(斜率小)，而 IBQ 不变， 故 Q点靠近饱和区，见图2-8(c)中的Q2点。,图28 (c),VCEQ = VCCICQRC,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,图28 (d),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用, 当电路中其他参数(Rb、RC、VCC)保持不变，增 大三极管的电流放大倍数hfe(例如，由于更换三

42、极管 或由于温度升高等原因而引起hfe增大)，假设此时三 极管的特性曲线如图2-8(d)中的虚线所示。如果 IBQ 不变，由于同一 IBQ值所对 应的输出特性曲线上移， 使ICQ增大，VCEQ 减小，则 Q点沿直流负载线上移，如 图2-8(d)中的Q2点所示。,以上分析表明，图解法不仅能够形象 地显示静态工作点的位置与非线性失真的 关系，还可方便地估算最大输出幅度的数 值，而且可以直观地反映电路参数对静态 工作点的影响。在实际工作中调试放大电 路时，这种分析方法对于检查被测电路的 静态工作点是否合适，以及如何调整电路 参数等等，都将有很大帮助。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,

43、五、放大电路基本分析方法的应用,2、微变等效电路法的应用：,有些放大电路无法用图解法求解，但可用微变等效电路法 进行分析。例如在图2-9(a)所示电路中，三极管的发射极并不 直接接地，而是接入了一个电阻Re，因此不能用图解法求解。 下面用微变等效电路法计算它的电压放大倍数和输入、输出电 阻。,图29(a),图29(b),第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,由等效电路可以列出 以下关系式：,其中：,则：,若满足(1+hfe)Re hie ， 则有,此时电压放大倍数仅决定于 和Re的比值，而与三极管的参数hfe 、hie无关。,第二章 放大器基础 2.

44、放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,由图还可求得放大电路的输入电阻：,(无Re时，Ri = hie / Rb),由上式看出，引入Re后，输入电阻增大了。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,为了观察引入Re后对输出电阻的影响，将rce的 作用考虑进去，然后利用等效电路来求输出电阻。,则,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,由图可得：,移项得,式中,整理上式，可得,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,如不接 Re，但考虑 rce 的作用，则Ro=R

45、C / rce RC,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,图解法的缺点是，首先，为了得到准确 的结果，特性曲线必须是所用管子的实际特 性。由于管子参数的分散性，从手册上查得 的特性曲线与实际管子的特性之间常有较大 的差别。其次，作图的过程比较麻烦，容易 带来作图误差。此外，对于具有负反馈的放 大电路，例如接有Re的共射放大电路，就不 能用图解法分析。最后，当信号频率较高时， 特性曲线已不能正确代表管子的性能，因此 图解法也就不再适用了。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,微变等效电路法适用于分析任何简单或

46、复杂的电路，只要其中的放大器件基本上工作在线性范围。由于将非线性的三极管转化为我们熟悉的线性电路，分析过程无须作特性曲线图，因此比较简单方便。另，虽然微变等效电路是在小信号的前提下引出的，但是对于实际的放大电路，即便信号较大，但只要非线性程度不严重或对计算精度要求不高，仍可用微变等效电路法进行分析。 微变等效电路法的局限性是，只能解决交流分量的计算，不能用来确定静态工作点，也不能用以分析非线性失真以及最大输出幅度等问题。 在解决放大电路的具体问题时，两种方法可以结合起来使用，这样常使分析过程更为简便有效。,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,如图所示

47、的放大电路中，设 RC = RL = 3k， Re = 820，Rb = 240k，VCC =12V，三极管 的 hfe = 50， ，试估算放大电路的静 态工作点以及Av、Ri和Ro 。,【习题】,第二章 放大器基础 2. 放大器的基本分析方法,五、放大电路基本分析方法的应用,3. 放大器静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响 二、静态工作点稳定电路,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,放大电路的多项重要技术指标均与静态工作点的 位置密切相关，如果静态工作点不稳定，则放大电路 的某些性能也将发生变动。因此，如何使静态工作点 稳定，是一个十分重要的问题。 有时，一些放大电路

48、在常温下能够正常工作，但 当温度升高时，放大电路就可能不稳定，甚至不能正 常工作。产生这种现象的主要原因，是放大器件的参 数受温度影响而发生了变化。,一、温度对静态工作点的影响：,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变 化对三极管参数的影响主要表现在以下三个方面： 首先，从输入特性看，当温度升高时，为得到 同样的IB约需的VBE值将减小。在单管共射放大电 路中，已知 ，因此，当VBEQ减小时 IBQ将增大。但因一般情况下总是VCC VBEQ，所 以，因VBEQ减小而引起的IBQ的增大并不太明显。 三极管VBE 的温

49、度系数约为2mV/，即温度每升 高1，VBE约下降2mV。,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,其次，温度升高时三极管的hfe值也将增大，使 输出特性之间的间距增大。温度每升高1，hfe 值 约增加 0.51，但对不同的三极管，hfe 的温度 系数分散性比较大。 最后，三极管的反向饱和电流 ICBO对温度非常 敏感。这是因为反向电流是由少子漂移形成的，因 此受温度影响比较严重。温度每升高10，ICBO约 增加一倍。 由于ICEO = (1 + hfe ) ICBO，故ICEO对温度 更敏感，随温度升高更显著。 ICBO ICEO IC ( IC = h

50、feIB + ICEO ),第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,综上所述，温度升高对三极管各种参数的影响，最 终将导致集电极电流IC增大。例如，20时三极管的输 出特性如图中实线所示，当上升至50时，输出特性变 为如图中虚线所示。静态,工作点将由Q点移至 点。 由图可见，在常温下可正 常工作下的放大电路，但 当温度升高时，静态工作 点移近饱和区(沿直流负载 线上移)，使输出波形易产 生饱和失真。,图 2.3.1,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,我们将放大电路静态工作点随温 度升高发生变化的现象，称为静态工

51、作点的温漂。减小静态工作点的温漂 对提高放大电路对温度的稳定性至关 重要。,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,二、静态工作点稳定电路：,通过前面的分析可以看到，引起静态工作点 波动的外因是环境温度的变化，内因则是三极管 本身所具有的温度特性，所以要解决这个问题， 不外乎从以上两个方面来想办法。 从外因来解决，就是要保持放大电路的工作 温度恒定，例如将放大电路置于恒温槽中，显然， 这种方法代价太高。只有在一些有特殊要求的场 合，可采用这种办法。在这里，主要讨论如何从 放大电路本身想办法，在允许温度变化的前提下， 尽量保持静态工作点的稳定。,第二章 放大

52、器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,1、 电路组成：,图2.3.2所示电路就是最常用的静态工作点稳定 电路。此电路与前面介绍的单管共射放大电路的差 别，在于发射极接有电阻Re和电容Ce，另外，直流 电源VCC经电阻Rb1、Rb2分压后接到三极管的基极， 所以称此电路为分压式偏置稳定电路。,图 2.3.2,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,2、工作原理：,由图2.3.2可知，三极管的静态基极电位VBQ由VCC经电 阻Rb1、Rb2分压后得到，故可认为其不受温度变化的影响， 基本上是稳定的。当集电极电流ICQ随温度升高而增大时，发

53、射极电流IEQ也将相应地增大， IEQ流过Re使发射极电位VEQ升 高，则三极管发射结电压 VBEQ = VBQVEQ将降低， 从而使静态基极电流IBQ减 少，于是ICQ也随之减小， 结果使静态工作点基本保 持稳定。此电路稳定静态 工作点的物理过程可表示 如下：,图 2.3.2,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,T ICQ IEQ VEQ VBEQ = VBQVEQ ICQ IBQ ,可见，本电路是通过发射极电流 IEQ 的负反馈 作用牵制集电极电流的变化，使Q点保持稳定，所 以图2.3.2所示电路也称为电流负反馈式工作点稳定 电路。 显然，Re愈大，同

54、样的变化所产生的VEQ的变 化也愈大，则电路的温度稳定性愈好。但是，Re增 大以后，VEQ值也随之增大，此时为了得到同样的 输出电压幅度，必须增大VCC。(VCE =VCCICRCVE),第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,前已分析，如果仅接入反射极电阻Re，则电压 放大倍数将大大降低。在本电路中，在Re两端并联 一个大电容Ce(称为旁路电容)。Ce足够大时，对交 流而言相当于短路，此时，Re的接入对电压放大倍 数基本没有影响。 为了保证VBQ基本稳定，要求流过分压电阻的 电流 IR 比 IBQ 大的多，为此希望电阻 Rb1、Rb2小一 些。但Rb1、Rb

55、2减小时，电阻上消耗的功率将增大， 而且放大电路的输入电阻将降低。在实际工作中， 通常选用适中的Rb1、Rb2值，一般取IR = (510)IBQ， 且VBQ = (510)VBEQ。,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,3、 静态与动态分析：,分析分压式工作点稳定电路的静态工作点时， 可先从估算VBQ入手。由于IR IBQ，可得：,然后可得到静态发射极电流为：,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,可认为静态集电极电流与发射极电流近似 相等，即： 则： VCEQ = VCCICQRCIEQReVCCICQ(RC + R

56、e) 最后得到静态基极电流为：,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,利用微变等效电路法来分析其动态工作情况。,得：,Ri = hie / Rb1 / Rb2 Ro = RC,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,二、静态工作点稳定电路,在图2.3.2所示的分压式工作点稳定电路中， 已知Rb1=2.5k，Rb2=7.5k，RC=2k， Re=1k， RL=2k，VCC= +12V，三极管hfe=30， 。 试估算放大电路的静态工作点以及电压放大倍 数Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro； 如果换上hfe =60的三极管，电路其他参数不变，则静态工作

57、点有何变化？,【习题】,教材P132 2.7 P134 2.10 参考教材P89 2.4.3节,第二章 放大器基础 3. 放大器静态工作点的稳定,图 2.3.2,4. 射极跟随器和共基极放大器,一、射极跟随器 二、共基极放大器,第二章 放大器基础 4. 射极跟随器和共基极放大器,前几节通过对单管共射放大电路的分析，知道放大的关键 是发挥晶体管的控制作用，在共射放大电路中，晶体管的b-e为 输入端，c-e为输出端，利用 ib对 ic控制作用，实现了电流放大 和电压放大。有没有其他的控制关系呢？比如，能否用 ib去控 制 ie？用 ie去控制 ic？用 ic去控制 ie ？在实现这些 控制的过程中，电路能不 能得到功率的放大？几种 电