wts第二章放大电路的基本原理和分析方法

第二章第二章放大电路的基本原理放大电路的基本原理2.1放大的概念放大的概念2.3单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.2放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法2.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态2.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.8多级放大电路多级放大电路2.1放大的概念放大的概念本质：本质：实现能量的控制。实现能量的控制。在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。负载。小能量对大能量的控制作用称为小能量对大能量的控制作用称为放大作用放大作用。放大的对象是放大的对象是变化量。变化量。元件：元件：双极型三极管和场效应管。双极型三极管和场效应管。放大的概念u放大的对象：变化量放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真放大的前提放大的前提判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点VCC至少一路直流至少一路直流电源供电电源供电2.2放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标图图 2.3.1放大电路技术指标测试示意图放大电路技术指标测试示意图一、放大倍数一、放大倍数)(电压放大倍数电压放大倍数uA ioUUAu iA电流放大倍数()()ioIIAi 1.放大倍数：输出量与输入量：输出量与输入量之比之比ioUUAAuuu电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。ioIIAi 2.输入电阻和输出电阻 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源，内阻就压源，内阻就是输出电阻。是输出电阻。LooLoooo)1(RUURUUUR空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值iiiIUR 输入电压与输入电压与输入电流有输入电流有效值之比。效值之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻二、最大输出幅度二、最大输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压给负载的最大输出电压(或最大输出电流或最大输出电流)可用峰可用峰-峰值表峰值表示，或有效值表示示，或有效值表示(Uom、Iom)。三、非线性失真系数三、非线性失真系数 D四、输入电阻四、输入电阻 Ri所有谐波总量与基波成分之比，即所有谐波总量与基波成分之比，即12322UUUD 从放大电路输入端看进去的等从放大电路输入端看进去的等效电阻。效电阻。iiiIUR 五、输出电阻五、输出电阻 Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出端看进去的等效电阻。测量测量 Ro：LS0oooRUIUR输入端正弦电压输入端正弦电压 ，分别测量空载和输出端接负载，分别测量空载和输出端接负载 RL 的输出电压的输出电压 、。oU iUoULooo)1(RUUR 输出电阻愈小，带载能力愈强。输出电阻愈小，带载能力愈强。LoLooRRRUU 六六 通频带通频带放大电路的基本概念放大电路的基本概念由于放大电路中的电抗性元件和三极管内部由于放大电路中的电抗性元件和三极管内部PN结结电容的影响，放大电路的增益是频率的函数电容的影响，放大电路的增益是频率的函数A(f)在低频段和高频段放大倍数都要下降在低频段和高频段放大倍数都要下降当当A(f)下降到中频电压放大倍数下降到中频电压放大倍数 的的 时，对应时，对应的频率的频率 称为下限频率，称为下限频率，为上限频率为上限频率oA12LfHfLfHf通频带：通频带：BWHLffAum六、通频带六、通频带BWm21uA七、最大输出功率与效率七、最大输出功率与效率 输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。表示。VomPP ：效率：效率PV：直流电源消耗的功率：直流电源消耗的功率fL fHfL：下限频率：下限频率fH：上限频率：上限频率图图 2.2.22.3单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.3.1单管共发射极放大电路的组成单管共发射极放大电路的组成图图 2.2.1单管共射放大电路单管共射放大电路的原理电路的原理电路VT：NPN 型三极管，为放大元件；型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；为输出信号提供能量；RC：当当 iC 通过通过 Rc，将，将电流的变化转化为集电极电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路电压的变化，传送到电路的输出端；的输出端；VBB、Rb：为发射结提为发射结提供正向偏置电压，提供静供正向偏置电压，提供静态基极电流态基极电流(静态基流静态基流)。2.3.2单管共发射极放大电路的单管共发射极放大电路的工作原理工作原理一、放大作用：一、放大作用：图图 2.2.1单管共射放大电路单管共射放大电路的原理电路的原理电路 )()(CCCEOBCBBERiuuiiiuu 实实现现了了放放大大作作用用。Ouu 二、组成放大电路的原则：二、组成放大电路的原则：1.外加直流电源的外加直流电源的极性必须使发射结正偏，极性必须使发射结正偏，集电结反偏。则有：集电结反偏。则有：BCii 2.输入回路的接法应使输入电压输入回路的接法应使输入电压 u 能够传送到三能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。3.输出回路的接法应使变化量输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化能够转化为变化量量 uCE，并传送到放大电路的输出端。，并传送到放大电路的输出端。三、原理电路的缺点：三、原理电路的缺点：1.双电源供电；双电源供电；2.uI、uO 不共地。不共地。四、单管共射放大电路四、单管共射放大电路图图 2.3.2单管共射放大电路单管共射放大电路C1、C2：为隔直电容或耦合电容；为隔直电容或耦合电容；RL：为负载电阻。为负载电阻。该电路也称该电路也称阻容耦合阻容耦合单管共射放大电路。单管共射放大电路。在分析放大电路时分为两类：直流和交流。在分析放大电路时分为两类：直流和交流。（1）直流通路：）直流通路：将放大电路中的电容视为开路，将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。又称为静态电感视为短路即得。又称为静态分析。分析。（2）交流通路：）交流通路：将放大电路中的电容视为短路，将放大电路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短电感视为开路，直流电源视为短路即得。又称为动态分析。路即得。又称为动态分析。2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法图图 2.4.1(b)2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法基本分析方法两种基本分析方法两种图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法2.4.1直流通路与交流通路直流通路与交流通路图图 2.3.2(b)图图 2.4.1(a)放大电路的直流工作状态放大电路的直流工作状态 重点内容：公式法计算重点内容：公式法计算Q点和图形法计算点和图形法计算Q点点什麽是什麽是Q点？点？就是直流工作点，又称为静态工作点，简就是直流工作点，又称为静态工作点，简称称Q点。点。在进行静态分析时，主要是求基极直流电在进行静态分析时，主要是求基极直流电流流IB、集电极直流电流、集电极直流电流IC、集电极与发射、集电极与发射极间的直流电压极间的直流电压UCE Rb+VCCRCC1C2TICQUBEUCEQ(IBQ，ICQ,UCEQ)Si:(UBE=0.7V)RLIBQ静态工作点静态工作点Ge:(UBE=0.2V)(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静态工作点。线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置为什么要设置静态工作点？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，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。以保证信号不失真。静态工作点静态工作点图2.2.3 没有设置合适的静态工作点应当指出：应当指出：Q Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所有的动态参数，这些将在后面几节中详细加以说明。当 时，晶体管的基极电流 、集电极电流 、be间电压 、管压降 称为放大电路的静态工作点 ，常将这四个物理量记作 由三极管的输入特性可知，的变化范围很小，可以近似地认为硅管的 =(0.60.8)V，通常估算时取0.7V；锗管的 =(0.10.3)V，通常估算时取0.2V；作为已知量，只需估算出 及 ，那么静态工作点就确定了。0iu BICIBEUCEUQBQICQIBEQUCEQUBEUBEQUBEQUBQICQICEQU静态工作点的近似计算静态工作点的近似计算bceIBQICQ UCEQ图图 2.4.1(a)bBEQCCBQRUVI 硅管硅管 UBEQ=(0.6 0.8)V锗管锗管 UBEQ=(0.1 0.2)VICQ IBQUCEQ=VCC ICQ RC牢记静态工作点的概念牢记静态工作点的概念【例例】图示单管共射放大电路中，图示单管共射放大电路中，VCC=12 V，Rc=3 k，Rb=280 k，NPN 硅管的硅管的 =50，试估算静，试估算静态工作点。态工作点。图图 2.4.3(a)解：解：设设 UBEQ=0.7 VA 40mA)2807.012(bBEQCCBQ RUVIICQ IBQ =(50 0.04)mA=2 mAUCEQ=VCC ICQ Rc =(12 2 3)V=6 V（二）动态分析（二）动态分析图 基本共射放大电路 的波形分析1.当 时，基极电流是在原来直流分量的基础上叠加一个正弦交流电流 因而基极电流 ，见图（b）中实线所画波形。0iu biBBQbiIi2.根据晶体管基极电流对集电极电流的控制作用，集电极电流会在直流分量 的基础上产生一个正弦交流电流 而且 ，集电极总电流CQIcicbiiCCQbiIi3.管压降是在直流分量 的基础上叠加一个与 变化方向相反交变电压 管压降总量 ，如图（c）中实线所画的波形。CEQUciceuCECEQceuUu4.将管压降中的直流分量 去掉，得一个与输入电压 相位相反且放大了的交流电压 ，如图（d）所示 CEQUiuouRb+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2.4.3图解法图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方在三极管的输入、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。法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程一、图解法的过程(一一)图解分析静态图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路先用估算的方法计算输入回路 IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值用图解法确定输出回路静态值方法：方法：根据根据 uCE=VCC iCRc 式确定两个特殊点式确定两个特殊点cCCCCECCCEC 0 0 RViuVui 时，时，当当时，时，当当输出回路输出回路输出特性输出特性CCCCCECCCEC0 0 RViuVui ，直流负载线直流负载线Q图图 2.4.3由静态工作点由静态工作点 Q 确 定 的确 定 的 IC Q、UCEQ 为静态值。为静态值。图解法计算图解法计算Q点点 用图解法的关键是正确的作出用图解法的关键是正确的作出直流负载线直流负载线，通，通过直流负载线与过直流负载线与iB=IBQ的特性曲线的交点，即的特性曲线的交点，即为为Q点。读出它的坐标即得点。读出它的坐标即得IC和和UCE图解法求图解法求Q点的步骤为：点的步骤为：（1）：通过直流负载方程画出直流负载线（直）：通过直流负载方程画出直流负载线（直流负载方程为流负载方程为UCE=UCC-iCRC）（2）：由基极回路求出）：由基极回路求出IB（3）：找出）：找出iB=IB这一条输出特性曲线与直流负这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。读出点。读出Q点的坐标即点的坐标即为所求。为所求。例：例：如图（如图（2）所示电路，已知）所示电路，已知Rb=280千欧，千欧，Rc=3千欧，千欧，Ucc=12伏，伏，三极管的输出特性曲线如图（三极管的输出特性曲线如图（3）所示，试用图解法确定静态工作点。）所示，试用图解法确定静态工作点。解：解：（1）画直流负载线）画直流负载线：因直流负载方程为：因直流负载方程为UCE=UCC-iCRC,，iC=0，UCE=UCC=12V；UCE=0，iC=UCC/RC=4mA，连接，连接这两点，即得直流负载线：如图（这两点，即得直流负载线：如图（3）中的蓝线）中的蓝线（2）通过基极输入回路，）通过基极输入回路，求得求得IB=（UCC-UBE）/RC=40A（3）找出找出Q点（点（如图（如图（3）所示），因此）所示），因此IC=2mA；UCE=6V 0iB=0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ=40 A，ICQ=2 mA，UCEQ=6 V.uCE /V由由 Q 点确定静态值为：点确定静态值为：iC /mA图图 2.4.3(b)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用图解法分析放大器的动态工作情况用图解法分析放大器的动态工作情况ICUCEicuCE也沿着也沿着负载线变化负载线变化uCEUCE与与Ui反相！反相！(二二)图解分析动态图解分析动态1.交流通路的输出回路交流通路的输出回路图图 2.4.4 输出通路的外电路是输出通路的外电路是 Rc 和和 RL 的并联。的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：交流负载线斜率为：LCLL/1RRRR ，其中，其中OIBiC /mAuCE /VQ图图 2.4.5(b)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交流通道交流通道Rb+VCCRCC1C2RL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：CLLR/RR 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：LR1 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ICUCEVCCCCCRVQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线斜斜 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。BECEIOuuuuAu 图图 2.4.2【例例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如教材出特性曲线如教材52页图，页图，RL=3 k 。求求 并确定交流负载线？并确定交流负载线？求电压放大倍数？求电压放大倍数？LR uCE=(4.5 7.5)V=3 V uBE=(0.72 0.68)V=0.04 V求求 确定交流负载线确定交流负载线LR k 5.1/LCLRRR取取 iB=(60 20)A=40 A则输入、输出特性曲线上有则输入、输出特性曲线上有7504.03BECE uuAu图图 2.4.2解：单管共射放大电路单管共射放大电路当输入正弦波当输入正弦波 uI 时，时，放大电路中相应的放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。图图 2.4.6单管共射放大电路的单管共射放大电路的电压电流波形电压电流波形 二、图解法的应用二、图解法的应用(一一)用图解法分析非线性失真用图解法分析非线性失真1.静态工作点静态工作点过低，引起过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真的波形失真ibui结论：结论：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB/AuBE/ViB/AIBQ 截止失真截止失真当工作点设置过低，在输入信号的负半周，工作状态进入当工作点设置过低，在输入信号的负半周，工作状态进入截止区，从而引起截止区，从而引起Ib、Uce和和Ic的波形失真，称为截止失的波形失真，称为截止失真（对于真（对于PNP型来说）型来说）iC、uCE(uo)波形失真波形失真NPN 管截止失真时管截止失真时的输出的输出 uo 波形。波形。uo=uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC/mAICQUCEQOIB=0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC/mAuo=uceib(不失真不失真)ICQUCEQ2.Q 点过高，引起点过高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真饱和失真饱和失真当工作点设置过高，在输入信号的正半周，工当工作点设置过高，在输入信号的正半周，工作状态进入饱和区，此时作状态进入饱和区，此时Ib继续增大而继续增大而Ic不再随不再随之增大，因此引起之增大，因此引起Ic和和Uce的波形失真，称为饱的波形失真，称为饱和失真。和失真。应当指出，饱和失真与截止失真均属于非线应当指出，饱和失真与截止失真均属于非线性失真，而且是比较极端情况。实际上，在输入性失真，而且是比较极端情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输入特性和输出特性的非线性使区域，也会因为输入特性和输出特性的非线性使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可忽略不计而已。时，这种失真非常小，可忽略不计而已。(二二)用图解法估算最大输出幅度用图解法估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC/mAACBDE交流负载线交流负载线 输出波形没有输出波形没有明显失真时能够输明显失真时能够输出最大电压。即输出最大电压。即输出特性的出特性的 A、B 所所限定的范围。限定的范围。22omDECDU Q 尽量设在线段尽量设在线段 AB 的中点。则的中点。则 AQ=QB，CD=DE(三三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1.改变改变 Rb，保持，保持VCC，Rc，不变；不变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 减小，减小，Q 点下移；点下移；Q 点上移；点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32.改变改变 VCC，保持，保持 Rb，Rc，不变；不变；升高升高 VCC，直流负载线平行右直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大态功耗也增大。Q2图图 2.4.9(a)图图 2.4.9(b)3.改变改变 Rc，保持，保持 Rb，VCC，不变；不变；4.改变改变 ，保持保持 Rb，Rc，VCC 不变；不变；增大增大 Rc，直流负载，直流负载线斜率改变，则线斜率改变，则 Q 点向点向饱和区移近。饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大增大 ，IC Q 增大，增大，UCEQ 减小，则减小，则 Q 点移近饱点移近饱和区。和区。图图 2.4.9(c)图图 2.4.9(d)电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响（a）的影响 （b）的影响 （c）的影响 图2.3.6 电路参数对Q点的影响CCVcRbR例：例：如图（如图（4）所示：要使工作点由）所示：要使工作点由Q1变到变到Q2点应使（点应使（）A.Rc增大增大 B.Rb增大增大 C.Ucc增大增大 D.Rc减小减小答案为：答案为：D要使工作点由要使工作点由Q1变到变到Q3点应使点应使()A.Rb增大增大 B.Rc增大增大 C.Rb减小减小 D.Rc减小减小答案为：答案为：A注意：注意：在实际应用中，主要是通过改变电阻在实际应用中，主要是通过改变电阻Rb来改变静来改变静态工作点。态工作点。图解法小结图解法小结1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；失真的关系；2.方便估算最大输出幅值的数值；方便估算最大输出幅值的数值；3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响；可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4.有利于对静态工作点有利于对静态工作点 Q 的检测等。的检测等。2.4.4微变等效电路法微变等效电路法 晶体管在小信号晶体管在小信号(微变量微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以，三极管就可以等效为等效为一个线性元件一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。为一个线性电路。基本思想：当信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、基本思想：当信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。电流变化量之间的关系是线性的。微变电路法只适用于小信号时电路分析，另外微变等效电路法只能用来微变电路法只适用于小信号时电路分析，另外微变等效电路法只能用来求交流特性，即动态分析，不能求静态工作点，即微变的概念。求交流特性，即动态分析，不能求静态工作点，即微变的概念。微变等效条件微变等效条件研究的对象仅仅是研究的对象仅仅是变化量变化量信号的信号的变化范围很小变化范围很小一、简化的一、简化的 h 参数微变等效电路参数微变等效电路(一一)三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 iB uBE 晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线 常数常数 CEBBEbeUiurrbe：晶体管的输入电阻。：晶体管的输入电阻。在小信号的条件下，在小信号的条件下，rbe是一常是一常数。晶体管的输入电路可用数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效等效代替。代替。1.输入电路输入电路Q 点附近的工作段点附近的工作段近似地看成直线近似地看成直线 可认为可认为 uBE 与与 iB 成正比成正比QOiB uBE 图图 2.4.10(a)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。becrbeibbeubeubeibrbe=ube/ib2.输出电路输出电路假设在假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与与 uCE无关无关)，数量关系上，数量关系上，iC 比比 iB 大大 倍；倍；iB iB从三极管输出端看，从三极管输出端看，可以用可以用 iB 恒流源代恒流源代替三极管；替三极管；该恒流源为受控源；该恒流源为受控源；为为 iB 对对 iC 的控制。的控制。uCE QiC O图图 2.4.10(b)考察输出回路考察输出回路iCuCEbcii 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电流源且电流源两端还要并两端还要并联一个大电阻联一个大电阻rce。iCuCE iC uCEcceceiur rce的含义的含义3.三极管的简化参数等效电路三极管的简化参数等效电路注意：注意：这里忽略了这里忽略了 uCE 对对 iC与输出特性的影响，在与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。误差很小。图图 2.4.11三极管的简化三极管的简化 h 参数等效电路参数等效电路cbe +uBE +uCE iC iBebcrbe iB+uBE +uCE iC iB三极管的简化h参数等效电路二二.放大器的交流分析放大器的交流分析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动画演示动画演示（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、电压放大倍数的计算：、电压放大倍数的计算：bebirIU LboRIU beLurRA LCLR/RR 负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI iiIURibeb/rRber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。rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI 3 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：oU oI rbeRbRCiI bI cI bI coooRIUR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0U,R.o.ooSLIU=R电压放大倍数电压放大倍数 Au；输入电阻输入电阻 Ri、输出电阻、输出电阻 RObebirIU 而而bLco IRIU io UUAu beLio rRUUAu 所以所以)/(LcLRRR Ri=rbe/Rb ，Ro=Rc图图 2.4.12单管共射放大电路的等效电路单管共射放大电路的等效电路等效等效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。(二二)rbe 的近似估算公式的近似估算公式rbb ：基区体电阻。基区体电阻。re b ：基射之间结电阻。基射之间结电阻。欧姆，可忽略。欧姆，可忽略。只有几只有几：发射区体电阻，一般：发射区体电阻，一般 er EQEQbe26IIUrT EQbbBBEbe26)1(ddIriur 低频、小功率管低频、小功率管 rbb 约为约为 300 。UT：温度电压当量。：温度电压当量。c beiBiCiEbb rbe rer e b 图图 2.4.13电流放大倍数与电压放大倍数之间关系电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论讨论1.当当 IEQ 一定时，一定时，愈大则愈大则 rbe 也愈大，选用也愈大，选用 值值较大的三极管其较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；并不能按比例地提高；EQbeL26)1(300beIrrRAu 因：因：2.当当 值一定时，值一定时，IEQ 愈大则愈大则 rbe 愈小，可以得到较愈小，可以得到较大的大的 Au，这种方法比较有效。，这种方法比较有效。接有发射极电阻的单管共射放大电路rbe bcRcRLRboUbIcIbI+ReeIe+iUrbe bcRcRLRboUbIcIbI+ReeIe+iUebeLiO)1(RrRUUAu eLRRAu 引入发射极电阻引入发射极电阻后，后，降低了。降低了。uA若满足若满足(1+)Re rbe 与三极管的参数与三极管的参数 、rbe 无关无关。uA如何求如何求iR2.放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻 bebeiii/)1(RRrIUR 引 入引 入 Re 后，输入电阻后，输入电阻增大了。增大了。3.放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻coRR rbe ebcRcRLRboUbIcIbI+ReeIcIrbe bcRcRbbIbI ReeIe将放大电路的输入将放大电路的输入端短路，负载电阻端短路，负载电阻 RL 开开路路，忽略，忽略 c、e 之间的之间的内电阻内电阻 rce。RLiU图图 2.4.14(b)接有发射极电阻的单管共射放大电路直流通路2.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.5.1温度对静态工作点的影响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。温度变化对管三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：子参数的影响主要表现有：1.UBE 改变。改变。UBE 的温度系数约为的温度系数约为 2 mV/C，即温度，即温度每升高每升高 1 C，UBE 约下降约下降 2 mV。2.改变。改变。温度每升高温度每升高 1 C，值约增加值约增加 0.5%1%，温度系数分散性较大。温度系数分散性较大。3.ICBO 改变。改变。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 大致将增加一大致将增加一倍，说明倍，说明 ICBO 将随温度按指数规律上升。将随温度按指数规律上升。对于前面的电路而言，静态工作点由对于前面的电路而言，静态工作点由UBE、和和ICBO决定，这三个参数随温度而变化。决定，这三个参数随温度而变化。Q变变UBE ICBO变变T变变IC变变温度对温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBIC温度对温度对 值及值及ICBO的影响的影响T、ICBOICiCuCEQQ 总的效果是：总的效果是：温度上升时温度上升时，输出特性，输出特性曲线上移，曲线上移，造成造成Q点上点上移。移。温度升高将导致温度升高将导致 IC 增大，增大，Q 上移。波形容易失真。上移。波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T=20 C T=50 C图图 2.5.1温度对温度对 Q 点和输出点和输出波形的影响波形的影响总之：总之：TIC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。2.5.2静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路一、电路组成一、电路组成分压式偏置电路分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图图 2.5.2分压式工作点稳定电路分压式工作点稳定电路由于由于 UBQ 不随温度变化，不随温度变化，电流负反馈式工作点稳定电路电流负反馈式工作点稳定电路T ICQ IEQ UEQ UBEQ(=UBQ UEQ)IBQ ICQ Re 的的作用作用T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变）IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念：关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。为正反馈。Re有上限值吗？有上限值吗？IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小说明：说明：1.Re 愈大，同样的愈大，同样的 IEQ 产生的产生的 UEQ 愈大，则愈大，则温度稳定性愈好。但温度稳定性愈好。但 Re 增大，增大，UEQ 增大，要保持输增大，要保持输出量不变，必须增大出量不变，必须增大 VCC。2.接入接入 Re，电压放大倍数将大大降低。在，电压放大倍数将大大降低。在 Re 两端并联大电容两端并联大电容 Ce，交流电压降可以忽略，则，交流电压降可以忽略，则 Au 基基本无影响。本无影响。Ce 称旁路电容称旁路电容3.要保证要保证 UBQ 基本稳定，基本稳定，IR IBQ，则需要，则需要 Rb1、Rb2 小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的输入电阻降低。实际选用输入电阻降低。实际选用 Rb1、Rb2 值，取值，取 IR=(5 10)IBQ，UBQ=(5 10)UBEQ。二、静态与动态分析二、静态与动态分析静态分析静态分析C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于由于 IR IBQ，可得可得(估算估算)CCb2b1b1BQVRRRU eBEQBQeEQEQCQ RUURUII 则则)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 静态基极电流静态基极电流 CQBQII 动态分析动态分析C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe ebcRcRLoUbIcIiUbI+Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+uiuoRb1Re beLrRAu LcL/RRR cob2b1bei/RRRRrR 电容电容CE的作用：的作用：例题：例题：（2）求电压放大倍数：）求电压放大倍数：cb uie cb uie uiOoiisisisusuuuuRAAuuuRRiisisRuuRRcb uie 清华大学 华成英 讨论一图示电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？图示电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？若采用了措施，则是什么措施？2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态三种基本接法三种基本接法共射组态共射组态共集组态共集组态共基组态共基组态2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoUiUoUsU+_ _+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI(b)等效电路等效电路为射极输出器为射极输出器图图 2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路(a)电路图电路图一、基本共集放大电路eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1()1(RIVUIIRRUVI1.静态分析2.动态分析：电压放大倍数：电压放大倍数ebebeeebebbeeio)1()1()(RrRRRIrRIRIUUAu。，即，则）若（1 1iobebeUUArRRu故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui2.动态分析：输入电阻的分析：输入电阻的分析ebebbiiii)1(RrRIUIURRi与负载有关！与负载有关！RL)/)(1(LebebiRRrRR带负载电阻后带负载电阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到（大到（1+）倍）倍2.动态分析：输出电阻的分析：输出电阻的分析1)1(bebebeboeooeooooerRRrRURUUIIUIURRRo与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3.特点：特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！压；在一定条件下有电压跟随作用！oU令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，产生，产生Io,。oooIUR 从射极看基极回路电阻，被减从射极看基极回路电阻，被减小到（小到（1+）倍）倍2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态教材上：共集电极放大电路教材上：共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoUiUoUsU+_ _+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI(b)等效电路等效电路为射极输出器为射极输出器图图 2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路(a)电路图电路图一、共集电极放大电路共集电极放大电路CCCCCC直流通路CCRb+-uoRL+-ui+-usRsReic ibrbeibecbRb+-uoReRL+-ui+-usRsic ibrbeibecbsu sR eRsusReRCCCCCC射极输出器的使用射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以将射极输出器放在电路的末级，可以降降 低输出电阻，提高带负载能力。低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在电路的两级之间，将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。可以起到电路的匹配作用。2.6.2共基极放大电路共基极放大电路图图 2.6.3共基极放大电路共基极放大电路(a)原理电路原理电路VEE 保证发射结正偏；保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管保证集电结反偏；三极管工作在放大区。工作在放大区。(b)实际电路实际电路实际电路采用一个电实际电路采用一个电源源 VCC，用，用 Rb1、Rb2 分分压提供基极正偏电压。压提供基极正偏电压。C1C2+_+_OUiUReVEEVCCRcRLVTC1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiURc一、静态工作点一、静态工作点(IBQ,ICQ,UCEQ)BQBEQEQeb1CCBEQCQeb1b21()UUIRRVUIRRR 1EQBQII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 二、电流放大倍数二、电流放大倍数微变等效电路微变等效电路由图可得：由图可得：coei,IIII 所以所以 ecioIIIIAi由于由于 小于小于 1 而近似等于而近似等于 1，所以共基极放电电路，所以共基极放电电路没有电流放大作用。没有电流放大作用。+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec图图 2.6.4共基极放大电路的等效电路共基极放大电路的等效电路三、电压放大倍数三、电压放大倍数+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec图图 2.6.4由微变等效电路可得由微变等效电路可得beLioLbobebi rRUUARIUrIUu 所以所以共基极放大电路没有电流放大作用，但是共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放具有电压放大作用大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路明该电路输入、输出信号同相位。输入、输出信号同相位。四、输入电阻四、输入电阻暂不考虑电阻暂不考虑电阻 Re 的作用的作用 1)1(bebbebiiirIrIIUR五、输出电阻五、输出电阻暂不考虑电阻暂不考虑电阻 Rc 的作用的作用 Ro rcb.已知共射输出电阻已知共射输出电阻 rce，而，而 rcb 比比 rce大大 得多，可认为得多，可认为rcb (1+)rce如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输出电阻为出电阻为Ro=Rc/rcb Rc3.三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：输入电阻：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRcR2.6.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较大大(数值同共射数值同共射电路，但同相电路，但同相)小小(小于、近于小于、近于 1)大大(十几十几 一几百一几百)小小 大大(几十几十 一百以上一百以上)大大(几十几十 一百以上一百以上)电电路路组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA)1(beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 2.6.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较 大大(几百千欧几百千欧 几兆欧几兆欧)小小(几欧几欧 几十欧几十欧)中中(几十千欧几十千欧几百千欧几百千欧)rce小小(几欧几欧 几十欧几十欧)大大(几十千欧以上几十千欧以上)中中(几百欧几百欧几千欧几千欧)rbe组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态iRoR 1sbeRrce)1(r 1berebe)1(Rr 三、三种基本组态的比较2.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.7.1场效应管的特点场效应管的特点1.场效应管是电压控制元件；场效应管是电压控制元件；2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；3.一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；辐射影响小；4.制造工艺简单，有利于大规模集成；制造工艺简单，有利于大规模集成；5.存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；地良好，防止漏电击穿管子；6.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。2.7.2共源极放大电路共源极放大电路图图 2.7.3共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路VDD+uO iDVT+uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系与双极型三极管对应关系b G,e S,c D 为了使场效应管为了使场效应管工作在恒流区实现放工作在恒流区实现放大作用，应满足：大作用，应满足：TGSDSTGS UuuUu 图示电路为图示电路为 N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管组成的放组成的放大电路。大电路。(UT：开启电压：开启电压)一、静态分析一、静态分析VDD+uO iDVT+uIVGGRGSDGRD图图 2.7.3共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路两种方法两种方法近似估算法近似估算法图解法图解法(一一)近似估算法近似估算法MOS 管栅极电流管栅极电流为零，当为零，当 uI=0 时时UGSQ=VGG而而 iD 与与 uGS 之间近似满足之间近似满足2TGSDOD)1(UuIi(当当 uGS UT)式中式中 IDO 为为 uGS=2UT 时的值。时的值。2TGSQDODQ)1(UUIIDDQDDDSQRIVU 则静态漏极电流为则静态漏极电流为(二二)图解法图解法图图 2.7.4用图解法分析共源极用图解法分析共源极放大电路的放大电路的 Q 点点VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS=VDD iDRD 画出直流负载线。画出直流负载线。图中图中 IDQ、UDSQ 即为静态值。即为静态值。二、动态分析二、动态分析),(DSGSDuufi iD 的全微分为的全微分为DSDSDGSGSDDdddGSDSuuiuuiiUU 上式中定义：上式中定义：DSGSDmUuig GSDSDSD1Uuir 场效应管的跨导场效应管的跨导(毫毫西门子西门子 mS)。场效应管漏源之间等效电阻。场效应管漏源之间等效电阻。1.微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：成为：dSDSgsmd1UrUgI 根据上式做等效电路如图所示。根据上式做等效电路如图所示。图图 2.7.5场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路+gsUgsmUgdsUdIDSrGDS由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。是一个受控源。是一个受控源。gsmUg微变参数微变参数 gm 和和 rDS (1)根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。(2)用求导的方法计算用求导的方法计算 gmDDOTTGSTDOGSDm2)1(2ddiIUUuUIuig 在在 Q 点附近，可用点附近，可用 IDQ 表示上式中表示上式中 iD，则则DQDOTm2IIUg 一般一般 gm 约为约为 0.1 至至 20 mS。rDS 为几百千欧的数量级。为几百千欧的数量级。当当 RD 比比 rDS 小得多时，可认为等效电路的小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路开路。iD2.共源极放大电路的动态性能共源极放大电路的动态性能VDD+uO iDVT+uIVGGRGSDGRD图图 2.7.6共源极放大电路的微变等效电路共源极放大电路的微变等效电路将将 rDS 开路开路gsiUU 而而DgsmDdoRUgRIU 所以所以DmioRgUUAu 输出电阻输出电阻Ro=RDMOS 管输入电阻高达管输入电阻高达 109 。D+gsUgsmUgoUdIDRGSRG+iU 例题，见教材78页分压-自偏压式共源放大电路2.7.2 分压-自偏压式共源极放大电路静态时，静态时，栅极电压由栅极电压由VDD经经R1、R2分压后提供，分压后提供，ID流经流经RS产生一个自偏压，产生一个自偏压，RS也有利于稳定静态工作点，也有利于稳定静态工作点，旁路电容旁路电容CS必须足够大，必须足够大，以免影响电压放大倍数。以免影响电压放大倍数。RG用于提高放大电路的输入电阻。用于提高放大电路的输入电阻。2.7.3分压分压自偏压式共源放大电路自偏压式共源放大电路一、静态分析一、静态分析(一一)近似估算法近似估算法根据输入回路列方程根据输入回路列方程图图 2.7.7分压分压-自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU 2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解联立方程求出解联立方程求出 UGSQ 和和 IDQ。+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU图图 2.7.7分压分压-自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路列输出回路方程求列输出回路方程求 UDSQUDSQ=VDD IDQ(RD+RS)(二二)图解法图解法由式由式可做出一条直线，另外，可做出一条直线，另外，iD 与与 uGS 之间满足转移特性曲之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定 UGSQ，IDQ。SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu uDSOiDOiDiD二、动态分析二、动态分析微变等效电路入右微变等效电路入右图所示。图所示。图图 2.7.9图图 2.7.7 电路的电路的微变等效电路微变等效电路D+gsUgSmUgoUDRGSdIiULR+GR1R2R由图可知由图可知DgsmDdoRUgRIU LDD/RRR 电压放大倍数电压放大倍数DmioRgUUAu 输入、输出电阻分别为输入、输出电阻分别为Do21Gi )/(RRRRRR 例题 见教材81页共漏极放大电路2.7.3、共漏极放大电路2.8多级放大电路多级放大电路2.8.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式三种耦合方式三种耦合方式阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合一、阻容耦合一、阻容耦合图图 2.8.1阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL+VT1+iUoU+Rc2Rb2C3VT2+第第 一一 级级第第 二二 级级优点：优点：(1)(1)前、后级直流电路互不相通，静态工作点相前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；互独立；(2)(2)选择足够大电容，可以做到前一级输出信号选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。用。不足：不足：(1)(1)不适合传送缓慢变化的信号；不适合传送缓慢变化的信号；(2)(2)无法实现线性集成电路。无法实现线性集成电路。二、变压器耦合