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1、基本放大器2.1 2.1 放大电路的基本概念及主要性能指标放大电路的基本概念及主要性能指标 2.1.1 2.1.1 放大的概念放大的概念 电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：uiuoAu一一.放大倍数放大倍数表示放大器的放大能力其值为：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）电压放
2、大倍数定义为定义为:（2）电流放大倍数）电流放大倍数定义为定义为:（3）互阻增益）互阻增益定义为定义为:（4）互导增益）互导增益定义为定义为:2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标iiuiRiuSRS信号源信号源一般来说，一般来说，Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时，Ri越大，越大，ui就越接近就越接近uS。Au输入端输入端输出端输出端二二.输入电阻输入电阻Ri 从放大电路输入端看进去的从放大电路输入端看进去的 等效电阻等效电阻AuuS三三.输出电阻输出电阻Ro从
3、放大电路输出端从放大电路输出端看进去的等效电阻。看进去的等效电阻。输出端输出端Rouso输出端输出端符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 一三极管的放大原理一三极管的放大原理三极管工作在放大区：三极管工作在放大区：发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。UCE（-ICRc）UBEIBIC（b bIB）电压放大倍数：电压放大倍数：2.2 基本共射放大电路
4、的工作原理基本共射放大电路的工作原理Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL二二.单管共单管共射极放大电路的组成及各元件的作用射极放大电路的组成及各元件的作用Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点静态工作点I
5、B和和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离输入输出与隔离输入输出与电路直流的联系，电路直流的联系，同时能使信号顺同时能使信号顺利输入输出。利输入输出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL+uiuo共射放大电路共射放大电路集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。Rb+V
6、CCVBBRCC1C2TRL单电源供电单电源供电可以省去可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRb单电源供电单电源供电+VCCRCC1C2TRLRb+VCCRCC1C2Tui=0时时由于电由于电源的存源的存在在IB 0IC 0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时无信号输入时1.静态工作点静态工作点Ui=0时电路的工作状态时电路的工作状态 三三.静态工作点设置静态工作点设置Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点静态工作点(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为线上的一个点称
7、为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？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。工作在线性区，以保证信号不失真。开路开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 2.2.静态工作点的估算静态工作点的估算 将交流电压源短路，将电容开路。将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路Rb+VCCRC直流通道直流通道（1）估算）估算IB（UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称
8、为称为偏置电阻偏置电阻，IB称称为为偏置电流偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作用估算法分析放大器的静态工作点（点（IB、UBE、IC、UCE）（2）估算）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=IB例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 0.7V2.3.1 图解法图解法UCE=VCCICRCVCCICUCE直流负载线直流负载线由估算法求出由估算法求出I IB B，I IB B对应的输出对应的输出特性与直流负特性与直流负载线的交点就
9、载线的交点就是工作点是工作点Q QQIB静态静态UCE静态静态IC2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化1.交流放大原理（设输出空载）交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号输入一微小的正弦信号 ui静态工作点静态工作点uCEICUCEicuCE也沿着也沿着负载线变化负载线变化uCEUCE与与Ui反相！反相！Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反结论：结论：（1）放大电路中的信）放大电路中的信
10、号是交直流共存，可表示成：号是交直流共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变（2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相被放大了，频率不变，但相位相反。反。对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零2.放大器的交流通路放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/C 0将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法：RbRCRLuiuo交流通道交流通
11、道Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线交流负载线输出端接入负载输出端接入负载RL：不影响不影响Q 影响动态！影响动态！交流负载线交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：其中：uce=-ic（RC/RL）=-ic RL交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC/RL）=-ic RL或或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：交流负载线的作法：斜斜 率为率为-1/RL。（RL=RLRc）经过经过Q点。点。交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEVCCQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载
12、线斜斜 率为率为-1/RL。（RL=RLRc）经过经过Q点。点。注意：注意：（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号（1）合适的静态工作点）合适的静态工作点ib4非线性失真与非线性失真与Q Q的关系的关系iCuCEuo（2）Q点过低点过低信号进入截止区信号进入截止区称为截止失真称为截止失真信号波形信号波形iCuCEuo（3）Q点过高点过高信号进入饱和区信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真信号波形
13、信号波形截止失真和饱截止失真和饱和失真统称和失真统称“非非线性失真线性失真”2.3.2 等效电路法等效电路法思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件：交流小信号条件：交流小信号1、三极管的三极管的h参数等效电路参数等效电路首先考察输入回路首先考察输入回路iBuBE当信号很小时，将输当信号很小时，将输入特性在小范围内近入特性在小范围内近似线性似线性。uBE iB对输入的小交流信号对输入的小交流信号而言，三极管而言，三极管BE间等间等效于电阻效于电阻rbe。一、三极管的共射低频一、三极管的共射低频h参数模型参数模型对输入的小交流信号对输入的小交流信号而言，三极
14、管而言，三极管BE间等间等效于电阻效于电阻rbe。becrbeibbeubeubeibrbe的计算：的计算：对于小功率三极管：对于小功率三极管：rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。考察输出回路考察输出回路iCuCE输出端相当于一个受输出端相当于一个受 ib控制的电流源。控制的电流源。近似平行近似平行且且电流源两端还要并电流源两端还要并联一个大电阻联一个大电阻rce。iCuCE iC uCErce的含义的含义ubeibuceicuberbe ibib rceuceicrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。画出三极管的画出三极管的h参数等效电路参数等效电路2.三极管的三极管的简化
15、简化微变等效电路微变等效电路等效等效ebcebcrbeic=ib请注意如下问题请注意如下问题：电流源为一受控源，而不是独立的电源。电流源为一受控源，而不是独立的电源。电流源的流向不能随意假定，而是由电流源的流向不能随意假定，而是由i ib b决定。决定。该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。二、放大器的交流分析二、放大器的交流分析1.画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路（1）画出放大器的交流通路）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用h参参数等效电路代替数等效电路代替2 2、电压放大
16、倍数的计算：、电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRbRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取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得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。rbeRbRCRL3 3、输入电阻的计算：、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：rbeRbRC所以：所以：用加压求用加压求流法求输流法求输出电阻：出电阻：004、输出电阻的计算：、输出电阻的计算：根据定义根据定义对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置
17、电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化。数随温度而变化。Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变2.4 放大电路放大电路 静态工作点的稳定静态工作点的稳定1.温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响温度对温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBIC温度对温度对 值及值及ICEO的影响的影响T、ICEOICiCuCEQQ总的效果是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。总之：总之：TIC常采用常采用射极偏置电路射极偏置电路来稳定静态工作点。电来稳定静态工
18、作点。电路见下页。路见下页。为此，需要改进偏置电路，当温度升高时为此，需要改进偏置电路，当温度升高时,能够自动减少能够自动减少IB，IB IC ，从而抑制从而抑制Q点点的变化。保持的变化。保持Q点基本稳定。点基本稳定。I1I2IB2.静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器I2=（510）IB I1 I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分压式偏置电路Re射极直流负反馈电阻Ce 交流旁路电容ICIERb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IB静态工作点稳定过程静态工作点稳定过程TUBEICICIEUEUBE=UB-UE =UB-IE REUB被认
19、为较稳定被认为较稳定ICIEIB由输入特性曲线由输入特性曲线本电路稳压的本电路稳压的过程实际是由过程实际是由于加了于加了RE形成形成了了负反馈负反馈过程过程ECB直流通道及静态工作点估算直流通道及静态工作点估算IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReIC IE=UE/Re =（UB-UBE）/Re UBE 0.7V+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路电容开路,画出直流通道画出直流通道Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuo电容短路电容短路,直流电源短路，直流电源短路，画出交流通道画出交流通道交流通道及微变等效电路交流通道及微变等效电路BEC交交流流通通道道Rb
20、1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微微变变等等效效电电路路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算输出电阻的计算Ri=Rb1/Rb2/rbeRo=RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC/RL电容电容CE的作用：的作用：一一.共集电极放大电路共集电极放大电路Rb+VCCC1C2ReRLuiuo1.结构：结构：2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.直流通道及静态工作点分析：直流通道及静态工作点分析：VCC=IBRb+UBE+IERe =IB
21、Rb+UBE+(1+）IBReRb+VCCReIBIEUBEUCEIC=IB 3.动态分析动态分析交流通道及微变等效电路交流通道及微变等效电路RB+ECC1C2RERLuiuo交流通道及微变等效电路交流通道及微变等效电路rbeReRLEB CRbReRLuiuoBCELbbebLbRI)1(rIRI)1(+=（1）电压放大倍数）电压放大倍数rbeRERLRLIeuA=UoUi1、所以所以2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。讨论讨论输出电压与输入电压近似相等，电输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即压未
22、被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。输出功率被放大了。Au（2）输入电阻）输入电阻rbeReRLIRBRi=Ui Ibrbe+(1+)RL=Ri=UiIi=Rb/rbe+(1+)RLRiRi3、输出电阻、输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。rbeRERsro置置0保留保留RsrbeRe输出电阻输出电阻ro=Re/rbe1+当当RS=0时时（加压求流法）（加压求流法）射极输出器的特点：电压放大倍数射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。输入阻抗高，输出阻抗小。二二.共基极电路共基极电路1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极直流通路与射极偏置电路相
23、同偏置电路相同2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：2.动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻3.三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2.7 场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。组成原则：组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等
24、效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：2.7.1 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路GSD跨导跨导漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS很大，很大，可忽略。可忽略。场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds2.7.2 场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路一、静态分析一、静态分析求：求：UDS和和 ID。设：设：UGUGS则：则：UG US而：而：IG=0所以：所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoU
25、DD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析sgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路sgR2R1RGRLdRLRDro=RD=10k 2.7.3 源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析US UGUDS=UDD-US=20-5=15Vuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析riro ro gR2R1RGsdR
26、LRS微变等效电路微变等效电路输入电阻输入电阻 ri场效应管放大电路的三种接法基本共源放大电路自给偏压共源放大电路分压式偏置电路本章小结本章小结1基基本本放放大大电电路路的的组组成成。BJT加加上上合合适适的的偏偏置置电电路路（偏置电路保证（偏置电路保证BJT 工作在放大区）。工作在放大区）。2交交流流与与直直流流。正正常常工工作作时时，放放大大电电路路处处于于交交直直流流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。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。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。交流通路：直流电压源短路，电
27、容短路。3三种分析方法。三种分析方法。（1）估算法（直流模型等效电路法）估算法（直流模型等效电路法）估算估算Q。（2）图图解解法法分分析析Q（Q的的位位置置是是否否合合适适）；分分析析动态（最大不失真输出电压）。动态（最大不失真输出电压）。（3）h参数交流模型法参数交流模型法分析动态（电压放大倍数、分析动态（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。输入电阻、输出电阻等）。4三种组态。三种组态。（1）共射）共射AU较大，较大，Ri、Ro适中，常用作电压放大。适中，常用作电压放大。（2）共集）共集AU1，Ri大、大、Ro小，适用于信号跟随、小，适用于信号跟随、信号隔离等。信号隔离等。（3）共基）共基AU较大，较大，Ri小，频带宽，适用于放大高小，频带宽，适用于放大高频信号。频信号。由由FET构成的放大电路也有三种组态，可与构成的放大电路也有三种组态，可与BJT三种三种组态一一对应。组态一一对应。