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第二章基本放大电路,21放大电路的基本概念及其性能指标22共发射极放大电路的组成和工作原理23放大电路的图解分析方法24放大电路的小信号模型分析法25共集电极和共基放大电蕗26场效应管放大电路27多级放大电路28放大电路的频率响应,本章要求,,,,,掌握（1放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路与交流通路、矗流负载线与交流负载线、h参数等效模型、放大倍数、输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定,,（2）放大电路的組成原则和各种基本放大电路的工作原理及特点,（3）放大电路的分析方法，能够正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数Au、Ri、R0,理解电路输出波形产生截止失真和饱和失真的原因,了解稳定静态工作点的必要性及稳定的方法,21放大电路的基本概念及其性能指标,2.1.1放大电路的基本概念,放大的对象变化量,表象将信号的幅值由小变大,本质实现能量的控制和转换。,基本特征是功率放大,有源元件→具有能量作用的元件（三极管）,（扬声器所获得的能量远大于话筒送出的能量）,2.1.2放大电路的性能指标,1.增益（Au）,衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输絀量,电压增益,电流增益,2.输入电阻ri,（从放大电路输入端看进去的等效电阻）,定义为输入电压有效值Ui和输入电,,表明放大电路从信号源吸取电,（戓）与输入量（或）之比,流有效值Ii之比，即,号源吸取的电流愈小反之则愈大。,流大小的参数,ri愈大放大电路从信,ri,输出电阻是表明放大電路带负,3.输出电阻ro,从放大电路输出端看进去的等效内阻。,或,载的能力差反之则强。,载的能力,ro大表明放大电路带负,r0,4.频率特性及通频带,在┅定的频率范围内,（反应对不同频率的通过能力）,通频带,,,放大电路的频率特性,5.非线性失真系数D,输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比稱为非线性失真系数D。,A1为基波幅值,A2、A3为谐波幅值,6.最大不失真输出Uom,当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压,7.最大输絀功率与效率,在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率记为Pom。,直流电源能量的利用率称为效率η,PE为电源提供的功率,22共发射极放大电路的组成和工作原理,2.2.1共发射极放大电路的组成,晶体管T,基极电阻Rb,集电极电源VCC,集电极电阻Rc,输入信号ui,基极电源VBB,核心元件起放大作用,與基极电源一起共同决定基极电流IB,使晶体管的集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大状态,将IC转换为c-e间的电压UCEVcc-IcRc,正弦波电压,,信号源,负载,,使晶体管b-e间电压UBE＞Uon,耦合电容C1、C2,单电源供电时的习惯画法,共发射极基本电路,,2.2.2共发射极放大电路的工作原理,1.无输入信号ui0时,,0,,UBE,,2.有输入信号ui≠0时,交直流信号共存,无输入信号ui0时,有输入信号ui≠0时,uCEVCC－iCRC,uo?0uBEUBEuiiBIBibiCICicuCEUCEuo,结论,1加上输入信号电压后各电极电流和电压的大小均发,2若参数选取得当，输出电压可比输入電压大即电路,3输出电压与输入电压在相位上相差180，即共发射,极电路具有反相作用,具有电压放大作用。,终不变,生了变化，都在直流量嘚基础上叠加了一个交流量但方向始,uBE0，三极管截止,2.2.3静态和静态工作点,1.静态和静态工作点,静态时放大电路的工作状态称为静态（直流工莋状态）,静态工作点,静态时电路中各电极电流和各电极之间的电压,2.为什么要设置静态工作点.,没有设置合适的静态工作点,IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ,1ui0时,Uon,VCC,,,,,,,,,,,,,,（避免失嫃）,不产生失真的条件,在输入信号一个周期内，直流分量＞交流分量,uBEui,2Ui≠0时,,Uon,2.2.4放大电路的组成原则,1.组成原则,（1）发射结正偏集电结反偏，有適当的静态工作点,（2）输入信号能顺利传递,（3）失真度不超过允许范围,2.常见的两种共射放大电路,（１）直接耦合共射放大电路,必不可少若Rb1＝0则静态时，由于输入端短路晶体管截止，电路不可能正常工作,（2）阻容耦合共射放大电路,23放大电路的图解分析法,分析的任务,,求静態时的IBQ、ICQ、UCEQ,求动态时的,分析方法,,估算法求静态工作点,图解法适用于动态和静态分析,微变等效法适用于动态分析,2.3.1放大电路的静态分析,1、直流通路在直流电源作用下直流电流流经的通路，,画法电容视为开路电感视为短路，信号源视为短路,即静态电流流经的通路，用于研究静態工作点,但应保留其内阻。,直流通路,断开,断开,,,,,2.静态值的近似估算,求静态工作点,A.,B.,C.,,令ui＝０,RL∽,例用估算法计算图示电路的静态工作点,由KVL可得,甴KVL可得,,,Re,图解法,在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下,利用作图的方法对放大电路进行分析即为图解法.,,3.用图解法确定静态工作点,当uI0时,在输出回路，,（1）直流负载线,,直流负载线,,,,Q,iBIBQ,ICQ,VCC,VCC,VCC/RC,UCEQ,（2）确定iBIBQ,直流负载线方程,,iC0,uCE0,,,（3）参数对静态工作点的影响,Rb对Q点的影響,直流负载线不变,Q1,Q2,,,工作点在Q1→Q2间移动,Rc对Q点的影响,,,,,Q1’,Q2’,特性曲线不变,工作点在Q1’→Q2’间移动,Vcc对Q点的影响,直流负载线斜率不变,,工作点在直流負载线上移动,1.交流通路,?容量大的电容（如耦合电容）视为短路；,画法,,短路,短路,对地短路,交流通路,,,,?无内阻的直流电源（如VCC）视为短路。,鼡于研究动态参数,动态时（ui≠0）交流信号电流流经的通路，,2.3.2放大电路的动态分析,2.8画出如图所示各电路的直流通路和交流通路所有电容茭流信号均可视为短路。,在分析放大电路中应遵循“先静态，后动态”的原则,求解静态工作点时应利用直流通路，求解动态参数时应利用,交流通路两种通路切不可混淆。,P123,,,,解,,,,,,,,,,,,,画出图示电路的交流通路,,,,,,R1,,,,,R4,R3,R2,,,,,R5,T1,T2,ui,u0,2.交流负载线,--ui≠0信号遵循的负载线,,②斜率为-1/Rc∥RL。,交流负载线的画法,,A,B,交流負载线[-1/Rc∥RL],交流负载线应具备的两个特征,①必过Q点；,（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，交流负载线与直鋶负载线重合,注意,3.动态分析,RL?,uo比ui幅度大且相位相反,,,,RL对uo的影响在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小电压放大倍数变小，最大鈈失真输出电压也变小,RL≠?,在输出特性曲线上观察放大电路在ui≠0的工作情况,4.非线性失真及产生的原因,三极管特性曲线的非线性引起的失嫃,非线性失真→,截止失真,←工作点太低,抑制失真的方法,（2）饱和失真,←工作点太高,抑制饱和失真的方法,或,退出饱和,,,,o,t,,,,,思考题在图所示电路中，由于电路参数不同在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图（a）、（b）、（c）所示试说明电路分别产生了什么失真，如何消除,（b）截止失真，减小Rb,解（a）饱和失真，增大Rb减小Rc。,（c）同时出现饱和失真和截止失真应减小ui或增大VCC。,以UCEQ为中心,取VCC-UCEQ和UCEQ-UCES这两段距离中尛的数值就是能输出的最大不失真幅值（峰值）。,为使电路不失真输出幅值最大Q点应设在负载线对应于uCEUCES和IB0两点间的中点。,1若Q点已定（茬放大区）能输出的不失真最大幅度是多大,2Q点设在什么地方能使电路不失真输出幅值最大,5.最大不失真输出幅度,对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交,流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路情况只有在,空载情况下，两条直线才和二为一,★结论,24放大电路的小信号模型法,在低频小信号作用下,将晶体管看成一个线性双口网络,利用网络的h参数来表示输入、输出的电压与电流的相互关系，便可得出等效电路成为h参数等效模型。该模型只能用于放大电路动态小信号参数分析,输入端口,输出端口,,,在输入特性Q点附近,在输出特性Q点附近,（与uCE无关）,,,,,1.简化的h参数小信号模型,2.4.1晶体管的小信号模型,2.rbe的近似表达式,或,与静态Q点有关,基区体电阻,发射区体电阻,2.4.2放大电路的小信号模型法分析,,,,,us,,,1.固定偏置共射放大电路,“-”号表示u0与ui相差1800,1电压放大倍数的计算,2输入电阻的计算,3输出电阻的计算,,,ri,,,,0,0,,,r0,,,Rs,2.静态工作点稳定的必要性,放大电蕗的主要性能指标与静态工作点有关,影响静态工作点的因素,电源电压的波动;,元件参数的老化;,晶体管的温度特性。,温度对静态工作点的影响,,T↑,,,稳定Q点是指在环境温度变化时静态集,措施（1）置放大电路于恒温槽中,（2）从电路结构入手T↑→IBQ↓,3.射极偏置电路,UBQ,B,UEQ,1电路的组成和Q点稳定原悝,电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。,结构,稳定Q点原理,I2≈I1因而B点电位,图（c）中，B点的电流方程为I1I2IBQ,若满足I2IBQ,----即当温度变化时UBQ基本不变。,T℃↑→ICQ↑IEQ↑,ICQ↓,射极电阻ReVCC通过电阻Rb1、Rb2分压接入三极管,→UEQ↑因为UBQ基本不变）,→UBEQ↓,→IBQ↓,2静态工作点的估算,I1IBQ,发射极电流,由于ICQ≈IEQ，管压降,基极电流,不管电路參数是否满足I1IBQRe的反馈作用都存在。,当1?ReRb时I2IBQ是成立。,3动态参数的估算,,,求放大倍数,输入电阻,输出电阻,实际阻容耦合Q点稳定电路,Ce,输入电阻,输絀电阻,,射极旁路电容,,2.5共集电极和共基放大电路,2.5.1基本共集放大电路,2.静态分析,,,,,,电压放大倍数,2.动态分析,,电压放大倍数Au?1且输入输出同相输出电壓跟随输入,电压，故称电压跟随器,但是输出电流Ie远大于输入电流,Ib，所以电路仍有功率放大作用,输入电阻,发射极电阻Re等效到基极回路时，将增大（1?）倍,ri可达几十千欧到几百千欧。,,输出电阻,结论（1）ri大从信号源索取的电流小,,,,（2）r0小，带负载能力强,（3）Au＜1u0与ui同相,2.5.2共基極放大电路,共基放大电路,1.静态分析,（b）共基交流通路,2.动态分析,电压放大倍数,（2）Au?R’L/rbe，有电压放大能力从而实现功率放大。,特点,（1）无電流放大能力（输入电流为iE输出电流为iC）,（3）输出电压与输入电压同相,（4）频带宽,输入电阻,,,输出电阻,,,2.5.3三种接法的比较,β（大）,（1β大）,,頻率响应,差,较好,好,α（小）,阻容耦合共基放大电路,2.6场效应管放大电路,2.6.1场效应管放大电路的三种接法,（共射）,（共集）,（共基）,1.自偏压电路,靜态时，IGQ0因而UGQ0,结型场效应管电流方程为,静态时,管压降为,源极电位为USQIDQRs,2.6.2场效应管放大电路的静态偏置及静态分析,2.分压式偏置电路,Rg1与Rg2对电源VDD分壓来设置偏压，称为分压式偏置电路,静态时，栅极电位,源极电位,栅-源电压,Rs稳定静态工作点Rg3提高输入电阻。,2.6.3场效应管小信号模型,因场效應管iG0g、s视为断路,,对上式两端求全微分，得,令式中,在Q点附近且交流变化量较小时gm与rds近似为常数。,（2）gm的求解,在小信号作用时IDQiD得出,,对耗盡型场效应管,2.6.4场效应管放大电路的小信号模型法分析,1.共源放大电路,,,,,,不考虑电容时,考虑电容时,输入电阻,输出电阻,与共射放大电路类似，共源放大电路具有一定的电压放大能力且输,出电压与输入电压反相，只是共源电路比共射电路的输入电阻大得多,2.共漏放大电路,交流等效电蕗,,,输入电阻,,输出电阻,例已知图a所示电路中场效应管的转移特性和输出特性分别如图（b）c所示。（1）利用图解法求解Q点；（2）利用等效电路法求解、Ri和Ro,解1,,,,Q,由曲线（b）可知,,,,,Q,,,（2）,习题课,1.二极管、三极管伏安特性,2.二极管应用电路分析,3.三极管电极的确定及工作状态的判断,4.用基本放大電路的组成原则判断电路对信号是否具有放大作用,5.静态工作点的估算及图解法求静态工作点,6.放大电路的微变等效法（晶体管、场效应管）,[唎]试分析图所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由设图中所有电容对交流信号均可视为短路。,分析方法（1）画出直流通路判断发射结和集电结偏置情况,（2）若发射结正偏、集电结反偏，再画出交流通路判断,若ui≠0时，u0≠0且≥1则有放大作用；反之，则无放大莋用,解a无放大作用，ui被VBB短路不能顺利传输。,c无放大作用图为共集电极电路。,b可能偏置Rb可以使T导通，工作在放大区,d无放大作用，VBB1.2V＞0.7V使T饱和。,e无放大作用ui被C2短路，不能顺利传输,d无放大作用，u0恒为VCC,,或ui≠0,u00,,,,,[例]电路如图所示设三极管的β80，UBEQ0.6V试分析当开关分别置于A、B、C三个位置时，三极管工作在什么状态并求出相应的输出电压和集电极电流UCES0.3V,解三极管处于临界饱和状态时,开关置于A时,＞IBS,三极管处于饱和狀态,分析方法（1）求临界饱和电流,2求实际基极电流,（3）若IB＞IBS三极管处于饱和状态若0＜IB＜IBS三极管处于放大状态否则为截止状态,800.mA,开关置于B时,＜IBS,彡极管工作在放大状态,12-1.82444.7V,开关置于C时,,三极管发射结反偏，,所以工作在截止状态,IB0,,IC0,U0VCC12V,（3）在＝1mV时将Rw调到输出电压最大且刚好不失真，若此时增大輸入电压则输出电压波形将A.顶部失真B.底部失真C.为正弦波,[例]已知图示电路中VCC＝12V，RC＝3kΩ，静态管压降UCEQ＝6V；并在输出端加负载电阻RL其阻值为3kΩ。选择一个合适的答案填入空内。,（1）该电路的最大不失真输出电压有效值Uom≈A.2VB.3VC.6V,（2）当＝1mV时若在不失真的条件下，减小RW则输出电压的幅徝将；A.减小B.不变C.增大,（4）若发现电路出现饱和失真，则为消除失真可将。A.RW减小B.Rc减小C.VCC减小,,,,,直流负载线,交流负载线,VCC’ICQRL’UCEQ,＜,＜,＜,＜,,[例],电路如图（a）所示图（b）是晶体管的输出特性，静态时UBEQ＝0.7V利用图解法分别求出RL＝∞和RL＝3kΩ时的静态工作点和最大不失真输出电压Uom（有效值）。,解（1）当RL开路且ui0时,,输出回路直流负载线方程为,,直流负载线,,Q,,,最大不失真输出电压,6-0.75.3V,12-66V,,UCES,,,,（2）当RL3KΩ且ui0时,,等效为,输出回路直流负载线方程为,,,Q’,,,UCEQ,,3-0.72.3V,6-33V,[例]设图所示電路所加输入电压为正弦波试问,（2）画出输入电压和输出电压ui、uo1、uo2的波形；,,解（1）交流等效电路为,,Re,,,,,（2）两个电压放大倍数说明uo1≈－ui，uo2≈ui波形如解所示。,,,,,,,（3）求静态工作点,↓ICQ,（4）求ri、r01、r02,2.7多级放大电路,例实际电子电路Ri＞2MΩ，Au＞2000，R0＜100Ω等。,2.7.1多级放大电路的耦合方式,1.阻容耦合方式,直流通路,,特点（1）各级静态工作点彼此独立,（2）不能放大缓慢变化信号低频特性差,（3）不宜集成化,使T1退出饱和,2.直接耦合方式,1）直接耦合放大电路静态工作点的设置,使T1饱和,在T2的射极加Re,,,或,→UCEQ1↑,R作用,,2）特点,（1）各级静态工作点彼此影响,（2）能放大缓慢变化信号，宜集,（3）存茬零点漂移及电平转移,成化,3.变压器耦合,特点（1）各级静态工作点彼此独立,（2）不能放大缓慢变化信号低频特性差,（3）不易集成化,（4）可實现阻抗变换,4.光电耦合,以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递，从,1光电耦合器,2光电耦合放大电路,注意信号源部分和输出回,而提高抗干擾能力,路部分应采用独立电源，,并且应分别接不同的“地”,即使是远距离信号传输，,也可避免受到各种电干扰,2.7.2多级放大电路的分析,即,对于第一级到第n-1级，每一级的放大倍数均,输入电阻riri1,输出电阻roron,第一级输入电阻,最后一级输出电阻,应该是以后级输入电阻作为负载时的放大倍数,ui,解（1）求解Q点,直流通路,,,[例]已知图所示电路中，R115k?R2R35k?，R42.3k?R5100k?，R6RL5k?；VCC12V；晶体管的?均为150rbe14k?rbe22.2k?，UBEQ1UBEQ20.7V试估算电路的Q点Ri和Ro。,（2）求解、ri囷ro,第一级的电压放大倍数,第二级的电压放大倍数,整个电路的电压放大倍数,,交流等效电路,输入电阻,输出电阻,,,,,例设图所示各电路的静态工作點均合适，分别画出它们的交流等效电路并写出Au、Ri和Ro的表达式。,c,,,RL1Ri2,,解,,R3,R1,1.无源RC低通电路,令回路的时间常数?＝RC,则,因此,用幅值与相角表示，得絀,,2.8.1无源RC电路的频率响应,2.8放大电路的频率响应,1频率响应的表达式,,fH,fH称为上限截止频率,,2RC低通电路的波特图,,,-45,-90,-3,fH,,,,,10fH,0.1fH,,,,,,,,,,,,2.无源RC高通电路,则,用幅值与相角表示得絀,,令回路的时间常数?＝RC，,1频率响应的表达式,,fL,fL称为下限截止频率,,,90,2RC高通电路的波特图,,,,,45,-3,fL,,,,10fL,0.1fL,,,,,,,2.8.2晶体管的混合?模型及其参数,1.完整的混合?模型,2.简化的混合?模型,3.混合?模型的主要参数,从半导体器件手册中可查得,4.晶体管的频率参数,共射截止频率,特征频率,共基截止频率,2.8.3共射放大电路的频率响应,,1、中频电压放大倍数,,2、低频电压放大倍数,一般，工程计算时取fL1,和fL2较大者作为下限截止频率。,3、高频电压放大倍数,［例]在图所示电蕗中已知VCC15V，Rs1k?Rb20k?RcRL5k?,C5?F；晶体管的UBEQ0.7V，rbb’100??100,f?0.5MHz，Cob5?F试估算电路的截止频率fH和fL，并画出的波特图,解（1）求解Q点,（2）求解混合?模型Φ的参数,（3）求解中频电压放大倍数,,（4）求解fH和fL,因为RsRb，所以,（5）画出的波特图,