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1、第三章放大器基础第三章放大器基础本讲稿第一页，共七十五页模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程的特点是课程的特点是“概念概念性、工程性、实践性性、工程性、实践性“强强！“注重物理概念，采用工程观点；注重物理概念，采用工程观点；重视实验技术，善于总结对比；重视实验技术，善于总结对比；理论联系实际，注意应用背景；理论联系实际，注意应用背景；寻求内在规律，增强抽象能力。寻求内在规律，增强抽象能力。”第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第二页，共七十五页第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础3.1 3.1 放大器的基
2、本概念放大器的基本概念3.1.1 43.1.1 4种放大器及种放大器及4 4种放大倍数定义种放大倍数定义-不失真地放大信号不失真地放大信号本讲稿第三页，共七十五页一、放大倍数一、放大倍数A-Amplify(增益增益)电流放大倍数电流放大倍数互导放大倍数互导放大倍数电压放大倍数电压放大倍数互阻放大倍数互阻放大倍数 第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第四页，共七十五页电压放大器电压放大器电压电压增益增益理想理想情况情况第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第五页，共七十五页电流放大器电流放大器电流电流增
3、益增益理想理想第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第六页，共七十五页互阻放大器互阻放大器互阻互阻增益增益理想理想第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第七页，共七十五页互导放大器互导放大器互导互导增益增益理想理想第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第八页，共七十五页3.1.2 3.1.2 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标1、电压放大倍数、电压放大倍数(电压增益电压增益)电压放大倍数测量方法电压放大倍数测量方法第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放
4、大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第九页，共七十五页1.4.31.4.3放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标1、电压放大倍数、电压放大倍数(电压增益电压增益)电压放大倍数测量方法电压放大倍数测量方法第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十页，共七十五页二、输入电阻二、输入电阻Ri:Ri:Ri 表征该放大器从信号源有效吸取信号幅值的大小表征该放大器从信号源有效吸取信号幅值的大小从放大器输入端看进去的从放大器输入端看进去的等效等效电阻电阻第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十一页，共七
5、十五页例：R=3K，测得U1=0.6V，U2=0.2V则 Ri=1.5K输入电阻测量方法输入电阻测量方法-串入电阻串入电阻R R第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十二页，共七十五页三、输出电阻三、输出电阻Ro:Ro:Ro表征放大器带负载能力表征放大器带负载能力大小大小从放大器输出端看进去从放大器输出端看进去的等效的等效电阻电阻第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十三页，共七十五页S打开，测得S闭合，测得例：测得S打开时输出电压UO1=2V，测得S闭合时输出电压 UO2=0.8V，已知RL=5K
6、 则输出电阻测量方法输出电阻测量方法第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十四页，共七十五页4.频率响应与失真频率响应与失真第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十五页，共七十五页放大器的幅频特性和相频特性放大器的幅频特性和相频特性(a)幅频特性幅频特性 (b)相频特性相频特性第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十六页，共七十五页5.非线性失真系数非线性失真系数非线性传输特性引起非线性失真波形非线性传输特性引起非线性失真波形(a)线性传输特性与不失真
7、输出波形线性传输特性与不失真输出波形(b)非线性传输特性与非线性失真输出波形非线性传输特性与非线性失真输出波形第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十七页，共七十五页非线性失真系数（全谐波失真系数）非线性失真系数（全谐波失真系数）THDUnm 第第n次谐波分量振幅次谐波分量振幅U1m 输出信号基波分量振幅输出信号基波分量振幅第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第十八页，共七十五页第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础3.2 3.2 三种组态的放大电路三种组态的
8、放大电路一般信号不能从集电极输入一般信号不能从集电极输入,也不能从基极输出也不能从基极输出依据依据:本讲稿第十九页，共七十五页第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础3.3 3.3 共发射极放大器分析共发射极放大器分析3.3.1 3.3.1 阻容耦合共发射极放大器电路结构阻容耦合共发射极放大器电路结构分压式电流负反馈偏置电路的分压式电流负反馈偏置电路的“阻容耦合共射放大器阻容耦合共射放大器”。本讲稿第二十页，共七十五页固定偏流固定偏流电流负反馈型偏置电路电流负反馈型偏置电路分压式电流负反分压式电流负反馈型偏置电路馈型偏置电路一直流工作状态分析与计算一直流工
9、作状态分析与计算第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础R RE E 起电流负反馈作用起电流负反馈作用,稳定工作点稳定工作点Q Q本讲稿第二十一页，共七十五页第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础直流通路直流通路本讲稿第二十二页，共七十五页第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第二十三页，共七十五页第三章第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础双极型晶体管及场效应管放大器基础本讲稿第二十四页，共七十五页5.3.7 5.3.7 共射放大器的交流小信号模型分析法共射放大器的交
10、流小信号模型分析法1.1.电压放大倍数电压放大倍数2.2.输入电阻输入电阻3.3.输出电阻输出电阻输出与输入反相输出与输入反相 3.3.3 3.3.3 共射放大器的交流分析及主要指标估算共射放大器的交流分析及主要指标估算本讲稿第二十五页，共七十五页 3.3.3 3.3.3 共射放大器的交流分析及主要指标估算共射放大器的交流分析及主要指标估算本讲稿第二十六页，共七十五页 3.3.3 3.3.3 共射放大器的交流分析及主要指标估算共射放大器的交流分析及主要指标估算本讲稿第二十七页，共七十五页一种快速估算法一种快速估算法 本讲稿第二十八页，共七十五页3.4 3.4 共集电极放大器共集电极放大器3.4
11、.1 3.4.1 共集电极放大器共集电极放大器-射极输出器射极输出器-射极跟随器射极跟随器输入输出同相输入输出同相放大倍数近似为放大倍数近似为1 1输入电阻很大输入电阻很大输出电阻很小输出电阻很小可做为输入级可做为输入级,输出级输出级,中间级中间级本讲稿第二十九页，共七十五页3.5 3.5 共基放大器共基放大器输出与输入同相输出与输入同相输入电阻最小输入电阻最小,且与共集且与共集电路的输出电阻相同电路的输出电阻相同输与共射电路相同与共射电路相同本讲稿第三十页，共七十五页3.6 3.6 三种组态放大器比较三种组态放大器比较(a)(a)共射放大器共射放大器 (b)(b)共集放大器共集放大器 (c)
12、(c)共基放大器共基放大器输入输出反相输入输出反相;电压增益大电压增益大;输入电阻不大输入电阻不大;输出电阻不小输出电阻不小输入输出同相输入输出同相;电压电压增益增益小小输入电阻很大输入电阻很大;输出电阻很小输出电阻很小输入输出同相输入输出同相;电压增益大电压增益大输入电阻很小输入电阻很小;输出电阻不小输出电阻不小(同共射同共射)源电压增益小源电压增益小本讲稿第三十一页，共七十五页例例 3.6.13.6.11.1.要求源电压增益最大要求源电压增益最大2.2.要求输出电压要求输出电压3.3.要求输出电压要求输出电压4.4.要求接入负载电阻要求接入负载电阻 时时,并求输出电阻并求输出电阻 5.5.
13、要求同时获得一对要求同时获得一对 等值反相的输出信号等值反相的输出信号本讲稿第三十二页，共七十五页5.2 5.2 放大器的图解分析法放大器的图解分析法 直流负载线直流负载线M-NM-N及静态工作点及静态工作点Q Q内部方程内部方程-特性曲线特性曲线外部方程外部方程直流负载线方程直流负载线方程 3.7 3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论关于非线性失真与输出动态范围的讨论本讲稿第三十三页，共七十五页1.1.交流负载线一定通过直流工作点交流负载线一定通过直流工作点Q Q2.2.交流负载线钭率交流负载线钭率 交流负载线交流负载线Q-AQ-A及动态工作点及动态工作点Q Q1-1-Q QQQ2 2
14、U UCESCES本讲稿第三十四页，共七十五页3.7.2 3.7.2 非线性失真与动态范围非线性失真与动态范围1.1.工作点设置正确工作点设置正确,且信号不大的情况且信号不大的情况-不产生非线性失真不产生非线性失真3.7 3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论关于非线性失真与输出动态范围的讨论本讲稿第三十五页，共七十五页3.7 3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论关于非线性失真与输出动态范围的讨论2.2.工作点设置过低工作点设置过低,且信号较大的情况且信号较大的情况 -产生产生“截止失真截止失真”3.3.工作点设置过高工作点设置过高,且信号较大的情况且信号较大的情况 -产生产生“饱和
15、失真饱和失真”本讲稿第三十六页，共七十五页3.7 3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论关于非线性失真与输出动态范围的讨论4.输输出出电压电压的的动态动态范范围围输输出出电压动态电压动态范范围围是指不是指不产产生生严严重失真的有效重失真的有效输输出出电压电压峰峰峰峰值值因受截止失真限制，其最大有效因受截止失真限制，其最大有效输输出出电压电压幅度幅度为为因受因受饱饱和失真限制，其最大和失真限制，其最大有效有效输输出出电压电压幅度幅度为为 对对于双向于双向对对称的信号（如正弦波），取其上述两式中数称的信号（如正弦波），取其上述两式中数值值小的小的作作为为最大最大有效有效输输出出电压电压幅度，故
16、幅度，故输输出出电压电压的的动态动态范范围值围值为为 本讲稿第三十七页，共七十五页 3.8.1 场效应管偏置电路场效应管偏置电路FETFET、J J耗尽型耗尽型MOSFET:UMOSFET:UGSGS=0=0，i iD D00，可采用自偏压方式，可采用自偏压方式;增强型增强型MOSFETMOSFET，则一定要采用分压式偏置或混合偏置方式，则一定要采用分压式偏置或混合偏置方式.。RDUDDRS(自偏压电阻)uiRGVRDUDDRS(自偏压电阻)uiRG2RG1(分压式偏置)3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第三十八页，共七十五页二二.解析法解析法一一,图解法图解法联立解求出联立解
17、求出 漏极电流漏极电流3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器对结型管自偏压电路对结型管自偏压电路本讲稿第三十九页，共七十五页3.8.2 场效应管放大器分析场效应管放大器分析 (CS、CD、CG)1、共源放大器、共源放大器直直(1)(1)直流工作点分析直流工作点分析3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第四十页，共七十五页场效应管低频小信号模型场效应管低频小信号模型跨导跨导管子输出电阻管子输出电阻本讲稿第四十一页，共七十五页5.5.3 5.5.3 场效应管放大器分析场效应管放大器分析 (CS、CD、CG)1 1、共源放大器、共源放大器(1)(1)放大倍数放大倍数(增益增益)(2
18、)(2)输出电阻输出电阻(3)(3)输入电阻输入电阻3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第四十二页，共七十五页 例例3.8.13.8.1放大倍数放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第四十三页，共七十五页2 2 共漏放大器共漏放大器3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第四十四页，共七十五页2.输出电阻输出电阻RoRL开路，短路，输出端加 求出 ，则 3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第四十五页，共七十五页RG1UCCRS+RG2-Ui+-UORDRLS+-Ui+-UORDRSRLrdsD3.3.共栅
19、放大器共栅放大器3.8 3.8 场效应管放大器场效应管放大器本讲稿第四十六页，共七十五页3.9 3.9 放大器级联放大器级联3.9.1 3.9.1 级间耦合方式及组合原则级间耦合方式及组合原则(a)(a)阻容耦合阻容耦合 (b)(b)直接耦合直接耦合 (c)(c)磁耦合（变压器耦合）磁耦合（变压器耦合）-不共地不共地 (d)(d)光耦合光耦合-不共地不共地 本讲稿第四十七页，共七十五页3.9 3.9 放大器级联放大器级联高频及宽带放大器也采用共射高频及宽带放大器也采用共射-共基共基-共集组合共集组合3.9.2 3.9.2 多级放大器的性能指标计算多级放大器的性能指标计算增益为各级相乘增益为各级
20、相乘计算前级要考虑后级输入电阻的影响计算前级要考虑后级输入电阻的影响多级放大器的输出电阻一般取决于输出级，多级放大器的输出电阻一般取决于输出级，输入电阻一般取决于输入级。输入电阻一般取决于输入级。本讲稿第四十八页，共七十五页3.9.2 3.9.2 级联放大器的分析计算级联放大器的分析计算(举例举例)例例3.9.13.9.11.1.直流工作点分析直流工作点分析2.2.放大倍数放大倍数3.3.输入电阻输入电阻,决定笫一级决定笫一级4.4.输出电阻输出电阻,决定最后一级决定最后一级输出与输入同相输出与输入同相本讲稿第四十九页，共七十五页3.9.2 3.9.2 级联放大器的分析计算级联放大器的分析计算
21、(举例举例)解解:本讲稿第五十页，共七十五页 例例3.9.33.9.3共集共集-共射共射-共集级联共集级联1.1.直流工作点分析直流工作点分析2.2.放大倍数放大倍数3.3.输入电阻输入电阻,决定笫一级决定笫一级4.4.输出电阻输出电阻,决定最后一级决定最后一级3.9.2 3.9.2 级联放大器的分析计算级联放大器的分析计算(举例举例)本讲稿第五十一页，共七十五页共射共射-共基级联共基级联(“(“渥尔曼连接渥尔曼连接”电路电路)例例3.9.43.9.43.9.2 3.9.2 级联放大器的分析计算级联放大器的分析计算(举例举例)本讲稿第五十二页，共七十五页 例例3.9.53.9.53.9.2 3
22、.9.2 级联放大器的分析计算级联放大器的分析计算(举例举例)本讲稿第五十三页，共七十五页3.10.1 3.10.1 频率响应的基本概念频率响应的基本概念 频率失真概念频率失真概念信号通过线性时不变系统信号通过线性时不变系统,其频率成分不变其频率成分不变,但各频率但各频率分量的振幅及相位会发生变化分量的振幅及相位会发生变化.(a)(a)信号信号(b)(b)振幅频率失真振幅频率失真(c)(c)相位频率失真相位频率失真线性失真与非线性失真的差别线性失真与非线性失真的差别:起因不同起因不同,结果不同结果不同.线性失线性失 真不会产生新的频率分量真不会产生新的频率分量.3.10 3.10 放大器的频率
23、响应放大器的频率响应本讲稿第五十四页，共七十五页实际的频率响应及通频带的定义实际的频率响应及通频带的定义增益频带积增益频带积3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应本讲稿第五十五页，共七十五页3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应3.10.2 3.10.2 低频区频率响应低频区频率响应 阻容耦合放大器低频模型（暂不考虑的影响)输出回路是一个一阶高通电路，当频率下降，有-(-(低频区增益模值低频区增益模值)引入的下限角引入的下限角频频率率)(由由C2C21.C1.C2 2的影响的影响本讲稿第五十六页，共七十五页3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应2.输输
24、入耦合入耦合电电容容的影响的影响3.射极旁路射极旁路电电容容的影响的影响4.由由三个三个电电容引入的容引入的总总的下限角的下限角频频率率(Hz)本讲稿第五十七页，共七十五页3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应3.10.3 负载电负载电容容对对高高频频区区频频率响率响应应的影响的影响 的模的模值为值为上限角上限角频频率率加共集电路隔离有利于加共集电路隔离有利于 提高提高本讲稿第五十八页，共七十五页3.10.4 3.10.4 晶体管的高频小信号模型与频率参数晶体管的高频小信号模型与频率参数(与频率无关与频率无关)本讲稿第五十九页，共七十五页定义定义:当当 下降到下降到”1”1”所对
25、应的频率定义为所对应的频率定义为特征频率特征频率 ,即即3.10.4 3.10.4 晶体管的高频小信号模型与频率参数晶体管的高频小信号模型与频率参数本讲稿第六十页，共七十五页3.10.5 3.10.5 共射放大器的高频响应共射放大器的高频响应利用密勒等效简化利用密勒等效简化 的的模型模型本讲稿第六十一页，共七十五页3.10.5 3.10.5 共射放大器的高频响应共射放大器的高频响应本讲稿第六十二页，共七十五页3.10.5 3.10.5 共射放大器的高频响应共射放大器的高频响应本讲稿第六十三页，共七十五页3.10.5 3.10.5 共射放大器的高频响应共射放大器的高频响应本讲稿第六十四页，共七十
26、五页附加相移附加相移本讲稿第六十五页，共七十五页4.4.频率特性的波特图表示法频率特性的波特图表示法本讲稿第六十六页，共七十五页计算管子极间电容与负载电容计算管子极间电容与负载电容影响在内的总的上限角频率影响在内的总的上限角频率(为输出回路时常数倒数为输出回路时常数倒数)本讲稿第六十七页，共七十五页6、结果讨论、结果讨论通过以上分析，为我们设计宽通过以上分析，为我们设计宽带放大器提供了依据带放大器提供了依据。1.选择晶体管的依据选择晶体管的依据 2.关于信号源内阻关于信号源内阻Rs3.关于集电极负载电阻关于集电极负载电阻RC的的选择原则选择原则 4.关于负载电容关于负载电容CL3.10.5 3
27、.10.5 共射放大器的高频响应共射放大器的高频响应本讲稿第六十八页，共七十五页1.1.共集电路的高频特性共集电路的高频特性一、一、的影响的影响 由于共集电路集电极直接连接到电源，所以 相当于接在内基极“b”和“地”之间，不存在共射电路中的密勒倍增效应。因为Cbc本身很小(零点几几pF),Cbc对高频响应的影响就很小。二、二、的影响的影响 这是一个跨接在输入端与输出端的电容，利用密勒定理将其等效到输入端，则密勒等效电容CM为3.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高频响应共集放大器及共基放大器的高频响应本讲稿第六十九页，共七十五页 三、三、CL的影响的影响 只只要要源源电电阻阻Rs
28、较较小小，工工作作点点电电流流ICQ较较大大，则则Ro可可以以做做到到很很小。小。所所以以时时常常数数RoCL很很小小，fH2很很高高。因因此此说说共共集集电电路路有有很很强强的的承受容性负载的能力承受容性负载的能力。本讲稿第七十页，共七十五页2.2.共基电路的高频响应共基电路的高频响应一、一、C C be be的影响的影响 由图可见，如果忽略rbb的影响，则C C be be直接接于输入端，输入电容Ci=C C be be，不存在密勒倍增效应，且与C bc无关。所以，共基电路的输入电容比共射电路的小得多。而且共基电路的输入电阻Rire=26mV/ICQ，也非常小，因此，共基电路输入回路的时常
29、数很小，fH1很高。理论分析的结果fH1fT。二、二、C C bc bc及及C CL L的影响的影响本讲稿第七十一页，共七十五页宽带集成放大器举例宽带集成放大器举例共集输入级共集输入级(V1,V4)-(V1,V4)-共射共射(V2,V5)-(V2,V5)-共基共基(V3,V6)(V3,V6)差分放大器差分放大器-共集共集输出级输出级(V7,V8)(V7,V8)本讲稿第七十二页，共七十五页3.10.7 3.10.7 场效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应本讲稿第七十三页，共七十五页3.10.7 3.10.7 场效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应本讲稿第七十四页，共七十五页3.10.8 3.10.8 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应总上限角总上限角频率频率总下限角总下限角频率频率总增益总增益本讲稿第七十五页，共七十五页