模拟电子技术第五版第二章

模拟电子技术第五版第二模拟电子技术第五版第二章章 2.1 放大的概念和电路主要指标放大的概念和电路主要指标2.1.1 放大的概念放大的概念电电子学中放大的目的是将微弱的子学中放大的目的是将微弱的变变化信号化信号放大成放大成较较大大的信号。的信号。这这里所里所讲讲的主要是的主要是电压电压放大放大电电路。路。电压电压放大放大电电路可以用有路可以用有输输入口和入口和输输出口的四端网出口的四端网络络表表示，如示，如图图：uiuoAu放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。放大才有意义。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。2.1.2.2.1.2.放大电路的性能指标放大电路的性能指标放大电路示意图放大电路示意图图图2.1.2放大电路示意图放大电路示意图一、放大倍数一、放大倍数表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，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。放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。（1）电压放大倍数为）电压放大倍数为:Auu=UO/UI（重点）（重点）（2）电流放大倍数为）电流放大倍数为:A Aiiii=I IO O/I II I （4）互导放大倍数为）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为）互阻放大倍数为:Aui=UO/II本章重点研究电压放大倍数本章重点研究电压放大倍数Auu二、二、输输入入电电阻阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。对前级的影响越小。AuIiUSUiRi=Ui/Ii一般来说，一般来说，R Ri i越大越好。越大越好。三、输出电阻三、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。输输入入端端正正弦弦电电压压 ，分分别别测测量量空空载载和和输输出出端端接接负负载载 RL 的输出电压的输出电压 、。输出电阻愈小，带载能力愈强。输出电阻愈小，带载能力愈强。四、通四、通频带频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止止频频率率fH上限截上限截止止频频率率通通频带频带：fbw=fHfL放大倍数放大倍数随随频频率率变变化曲化曲线线通频通频带带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。五、非线性失真系数五、非线性失真系数 D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，即六、最大不失真输出幅度六、最大不失真输出幅度在在输输出出波波形形没没有有明明显显失失真真情情况况下下放放大大电电路路能能够够提提供供给给负负载载的的最最大大输输出出电电压压(或或最最大大输输出出电电流流)可可用用峰峰-峰峰值值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示表示，或有效值表示(Uom、Iom)。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。：效率：效率PV：直流电源消耗的功率：直流电源消耗的功率2.2基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件作用基本共射放大电路的组成及各元件作用T：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 通通过过 Rc，将将电电流流的的变变化化转转化化为为集集电电极极电电压压的的变变化化，传传送送到到电电路路的输出端；的输出端；VBB、Rb：为为发发射射结结提提供供正正向向偏偏置置电电压压，提提供供静静态基极电流态基极电流(静态基流静态基流)。图图 2.2.1基本共射放大电路基本共射放大电路T放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。2.2.2 2.2.2 设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性一、静态工作点一、静态工作点 (Quiescent Point)静静 态工作点态工作点Q（直流值）：（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ 和和UCEQ图图 2.2.1基本共射放大电路基本共射放大电路TICQ=IBQ对于对于NPN硅管硅管UBEQ0.7V，PNP锗管锗管UBEQ-0.2V二、为什么要设置静态工作点二、为什么要设置静态工作点图图 2.2.2没有设置合适的静态工作点没有设置合适的静态工作点T+ui-输出电压会出现失真输出电压会出现失真对放大电路的基本要求：对放大电路的基本要求：1.输出波形不能失真。输出波形不能失真。2.输出信号能够放大。输出信号能够放大。Q点不仅影响放大电路是否会失真，点不仅影响放大电路是否会失真，而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。uCE（-iCRc）uBEiBiC（iB）电压放大倍数：电压放大倍数：BCE一放大原理一放大原理2.2.3 2.2.3 基本基本共射放大电路的工作原理及波形分析共射放大电路的工作原理及波形分析若设置了适当静态工作点若设置了适当静态工作点IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符号说明符号说明基本共射放大电路的基本共射放大电路的电压电压放大作用放大作用是利用晶体管的是利用晶体管的电流放大作用，并依靠电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压将电流的变化转化成电压的变化来实现的。的变化来实现的。各电压、电流的波形各电压、电流的波形2.2.4 放大电路的组成原则放大电路的组成原则一、组成原则一、组成原则1.必须有为放大管提供合适必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。点的直流电源。保证晶体管工作在放大区；（场效应管工作在恒流区）。保证晶体管工作在放大区；（场效应管工作在恒流区）。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。点。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生对于晶体管能产生uBE，（对于场效应管能产生，（对于场效应管能产生uGS，）从而改变输出回路的电流，放大输入信号。，）从而改变输出回路的电流，放大输入信号。4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。大得多的信号电流或信号电压。常见的共射放大电路常见的共射放大电路1.直接耦合共射放大电路直接耦合共射放大电路静静Q点的计算点的计算ICQ IBQUCEQ=VCC ICQ RC图图 2.2.4直接耦直接耦合共射放大电路合共射放大电路TR Rb1b1R Rb2b2（负载电路（负载电路（负载电路（负载电路R RL L未接入）未接入）未接入）未接入）二、画直流通路的原则二、画直流通路的原则1.电容的容抗为无穷大，电容的容抗为无穷大，视为开路视为开路2.电感线圈的阻值很小，电感线圈的阻值很小，相当于短路相当于短路图图 2.2.5阻容耦合共阻容耦合共射放大电路射放大电路T举例：举例：画出下图所示电画出下图所示电路的直流通路路的直流通路阻容耦合放大电路的阻容耦合放大电路的直流通路直流通路ICQ IBQUCEQ=VCC ICQ RC原则：原则：令输入信号为零（若信号源有内阻应保留）令输入信号为零（若信号源有内阻应保留），在直流通路的基础上，利用节点电流定律和回，在直流通路的基础上，利用节点电流定律和回路电压法等列方程求解。路电压法等列方程求解。静态工作点（直流）包括静态工作点（直流）包括（UBEQ，IBQ,ICQ,UCEQ）三、静态工作点的计算三、静态工作点的计算图例计算结果：图例计算结果：例例2 2：求下图所示电路的静态工作点：求下图所示电路的静态工作点图图 2.2.1基本共射放大电路基本共射放大电路TICQ=IBQ对于对于NPN硅管硅管UBEQ0.7V，PNP锗管锗管UBEQ-0.2V 共射极放大电路共射极放大电路放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k时，放大电路的时，放大电路的Q点。此点。此时时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱的饱和压降）和压降）解：解：（1）（2）当）当Rb=100k时，时，静态工作点为静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。UCEQ不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），例题例题例题例题 2.3.1 2.3.1 画交流通路的原则画交流通路的原则 直直流流电电源源：内内阻阻为为零零，相相当于短路当于短路 耦耦合合电电容容（大大电电容容）对对交交流流相当于短路相当于短路2.3 放大电路的交流通路放大电路的交流通路 共射极放大电路共射极放大电路画出下图的交流通路画出下图的交流通路画出下图的交流通路画出下图的交流通路2.3.1 2.3.1 交流通路交流通路 共射极放大电路共射极放大电路+-阻容耦合放大电路的阻容耦合放大电路的交流通路交流通路2.3.22.3.2如何判断定性判断一个放大电路能否正常如何判断定性判断一个放大电路能否正常如何判断定性判断一个放大电路能否正常如何判断定性判断一个放大电路能否正常放大信号？放大信号？放大信号？放大信号？依据两个方面依据两个方面（1 1）静态）静态放大电路是否有一个合适的静态工作点放大电路是否有一个合适的静态工作点放大电路是否有一个合适的静态工作点放大电路是否有一个合适的静态工作点（2 2）动态）动态输入的交流信号是否能够正确的作用于输入端，输入的交流信号是否能够正确的作用于输入端，输入的交流信号是否能够正确的作用于输入端，输入的交流信号是否能够正确的作用于输入端，放大后输出的信号是否能够正确的作用于负载。放大后输出的信号是否能够正确的作用于负载。放大后输出的信号是否能够正确的作用于负载。放大后输出的信号是否能够正确的作用于负载。举例：课本举例：课本举例：课本举例：课本P P139139 题题题题2.12.1分析是否能够正常放大分析是否能够正常放大分析是否能够正常放大分析是否能够正常放大思考题：计算静态工作点思考题：计算静态工作点C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReIBICIEIRuiUEUB图图 2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路阻容耦合的静态工作点稳定电路R Rb2b2R Rb1b1IBQIRIEQICQ一、静态工作点的估算一、静态工作点的估算由于由于 IR IBQ，可得可得(估算估算)静态基极电流静态基极电流R Rb2b2R Rb1b1IBQIRIEQICQ2.3.2图解法图解法在在三三极极管管的的输输入入、输输出出特特性性曲曲线线上上直直接接用用作作图图的的方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、静态工作点的分析一、静态工作点的分析1.先确定输入回路先确定输入回路 IBQ、UBEQ。（一般采用：。（一般采用：用用估算的方法计算）估算的方法计算）图图 2.2.1基本共射放大电路基本共射放大电路T2.3.2图解法图解法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图图 2.2.1基本共射放大电路基本共射放大电路T输出回路输出回路输出特性输出特性直流负载线直流负载线Q由由静静态态工工作作点点 Q 确确 定定 的的 ICQ、UCEQ 为静态值。为静态值。【例例】图图示示单单管管共共射射放放大大电电路路及及特特性性曲曲线线中中，已已知知 Rb=280 k，Rc=3 k ，集集电电极极直直流流电电源源 VCC=12 V，试用图解法确定静态工作点。试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQ做直流负载线，确定做直流负载线，确定 Q 点点根据根据 UCEQ=VCC ICQ RciC=0，uCE=12 V；uCE=0，iC=4 mA.T0iB=0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQ静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点IBQ=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二、二、电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析1.交流通路的输出回路交流通路的输出回路 输输出出通通路路的的外外电电路路是是 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：OIBiC /mAuCE /VQ静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点3.动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB/AuBE/ViBUBE（动画3-1）交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC/mA0IB =4 0 A2060804Q260uCE/ViC/mA0tuCE/VUCEQ iC输出回路工作输出回路工作情况分析情况分析图解法小结图解法小结1.列出各元件的电路方程（列出各元件的电路方程（PN结、电阻等）结、电阻等）2.输输入入端端保保留留自自变变量量VBE（即即Vi）和和因因变变量量IB（即即Ii），输输出出端端保保留留自自变变量量VCE（即即Vo）和和因因变变量量IC（即即Io），对不满足的方程进行格式的变换（主要是电阻方程）对不满足的方程进行格式的变换（主要是电阻方程）3.分分别别将将输输入入端端和和输输出出端端的的方方程程曲曲线线画画在在同同一一个个坐坐标标内内，则则曲曲线线的的交交点点即即为为方方程程的的解解，该该解解叫叫做做工工作作点点，如为直流工作状态则叫静态工作点如为直流工作状态则叫静态工作点4.变变化化会会来来自自两两个个方方面面，一一是是输输入入端端的的微微小小电电压压或或电电流流的的变变化化；二二是是输输出出端端的的负负载载变变化化；不不管管是是那那一一项项，仅能考量一项变化。仅能考量一项变化。5.输输入入端端微微小小信信号号的的变变化化体体现现在在输输出出端端PN结结反反向向曲曲线线的的改改变变，工工作作点点也也随随之之改改变变；输输出出端端负负载载的的变变化化体体现现在输出端电阻曲线的变化（斜率），工作点不改变。在输出端电阻曲线的变化（斜率），工作点不改变。三、波形非线性失真的分析三、波形非线性失真的分析1.静静态态工工作作点点过过低低，引引起起 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（动画动画3-23-2）iC、uCE(uo)波形失真波形失真NPN 管管截截止止失失真真时时的输出的输出 uo 波形。波形。uo 波形顶部失真波形顶部失真uo=uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC/mAICQUCEQ3.3.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交流负载交流负载线线 输输出出波波形形没没有有明明显显失失真真时时能能够够输输出出最最大大电电压压。即即输输出出特特性性的的 A、B 所所限定的范围。限定的范围。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问题：如何求最大不失真输出电压问题：如何求最大不失真输出电压？Uomax=min(UCEQ-UCES),(UCC/-UCEQ)（动画动画3-4）4.4.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 Q1Q3（2）改改变变 VCC，保保持持 Rb，Rc，不变；不变；升升高高 VCC，直直流流负负载载线线平平行行右右移移，动动态态工工作作范范围围增增大大，但管子的动态功耗也增大。但管子的动态功耗也增大。Q23.改改变变 Rc，保保持持 Rb，VCC，不变；不变；4.改改变变 ，保保持持 Rb，Rc，VCC 不变；不变；增增大大 Rc，直直流流负负载载线线斜斜率率改改变变，则则 Q 点点向向饱和区移近。饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增增大大 ，ICQ 增增大大，UCEQ 减减小小，则则 Q 点点移移近近饱饱和区。和区。图图 2.4.9(c)图图 2.4.9(d)2.3.3等效电路法等效电路法 晶晶体体管管在在小小信信号号(微微变变量量)情情况况下下工工作作时时，可可以以在在静静态态工工作作点点附附近近的的小小范范围围内内用用直直线线段段近近似似地地代代替替三三极极管管的的特特性性曲曲线线，三三极极管管就就可可以以等等效效为为一一个个线线性性元元件件。这这样样就就可可以以将将非非线线性性元元件件晶晶体体管管所所组组成成的的放放大大电电路路等等效效为为一一个个线性电路。线性电路。一、微变等效条件一、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1.H(hybrid)参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce输入、输出特性如下：输入、输出特性如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络二、晶体管共射参数等效模型二、晶体管共射参数等效模型输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数。四个参数量纲各不相同，故称为混合参数。2.H参数的物理意义参数的物理意义vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcehybrid（H H参数）参数）3.H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。4.简化的简化的H参数等效参数等效模型模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe=hie =hfe uT=hre rce=1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerberce uT很小，一般为很小，一般为10-3 10-4，rce很大，约为很大，约为100k。故一故一般可忽略它们的影响，得到般可忽略它们的影响，得到简化电路简化电路 ib 是受控源是受控源，且为电流，且为电流控制电流源控制电流源(CCCS)。电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联的。的。5.H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，可用图点有关，可用图示仪测出。示仪测出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe=rb+(1+)re则则 而而 (T=300K)对于低频小功率管对于低频小功率管 rb(100300）三、共射放大电路动态参数的分析三、共射放大电路动态参数的分析电路动态参数的分析就是电路动态参数的分析就是求解电路电压放大倍数、求解电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。输入电阻、输出电阻。解题的方法是：解题的方法是：作出作出h参数的交流等效电路参数的交流等效电路 图图2.2.5共射极放大电路共射极放大电路RbviRcRL（动画动画3-7）根据根据RbviRcRL则电压增益为则电压增益为（可作为公式）（可作为公式）1.求电压放大倍数求电压放大倍数（电压增益）电压增益）2.求输入电阻求输入电阻RbRcRLRi3.求输出电阻求输出电阻RbRcRLRo令令Ro=Rc 所以所以4.当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：Ri为放大电路的为放大电路的输入电阻输入电阻求求Ui.UO.Ui.Us.解解（1）求）求Q点，作直流通路点，作直流通路（1 1）试求该电路的静态工作点；试求该电路的静态工作点；（2 2）画出简化的小信号等效电路；）画出简化的小信号等效电路；（3 3）求该电路的电压增益）求该电路的电压增益A AV V，输出电阻输出电阻R Ro o、输入电阻输入电阻R Ri i。例如图，已知例如图，已知BJTBJT的的=100=100，U UBEBE=-0.7V=-0.7V。I IB BI IC CU UCECE2.画出小信号等效电路画出小信号等效电路3.求电压增益求电压增益 200+（1+100）26/4=865欧欧RbviRcRLU Ui iU Uo o4.求输入电阻求输入电阻5.求输出电阻求输出电阻Ro=Rc=2K6.非线性失真判断非线性失真判断uituot底部失真即截止失真底部失真即截止失真基极电流太小，应减小基极电流太小，应减小基极电阻。基极电阻。RbRcRLRiU Ui iU Uo o 等效电路法的步骤等效电路法的步骤(归纳归纳)1.首首先先利利用用图图解解法法或或近近似似估估算算法法确确定定放放大大电电路路的静态工作点的静态工作点 Q。2.求求出出静静态态工工作作点点处处的的微微变变等等效效电电路路参参数数 和和 rbe。3.画画出出放放大大电电路路的的微微变变等等效效电电路路。可可先先画画出出三三极极管管的的等等效效电电路路，然然后后画画出出放放大大电电路路其其余余部部分分的的交交流通路。流通路。4.列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。2.4放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.4.1静态工作点稳定的必要性静态工作点稳定的必要性 三三极极管管是是一一种种对对温温度度十十分分敏敏感感的的元元件件。温温度度变变化化对对管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 改改变变。UBE 的的温温度度系系数数约约为为 2 mV/C，即即温温度每升高度每升高 1 C，UBE 约下降约下降 2 mV。2.改改变变。温温度度每每升升高高 1 C，值值约约增增加加 0.5%1%，温度系数分散性较大。温度系数分散性较大。3.ICBO 改改变变。温温度度每每升升高高 10 C，ICBQ 大大致致将将增增加加一一倍，说明倍，说明 ICBQ 将随温度按指数规律上升。将随温度按指数规律上升。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。iCuCEOiBQVCCT=20 C T=50 C图图 2.4.1 2.4.1晶体管在不同环晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线境温度下的输出特性曲线2.4.2典型的静态工作点稳定电路典型的静态工作点稳定电路稳定稳定Q点常引入直流负反馈或温度补偿的方法点常引入直流负反馈或温度补偿的方法使使IBQ在温度变化时与在温度变化时与ICQ产生相反的变化。产生相反的变化。一、电路组成和一、电路组成和Q点稳定原理点稳定原理C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1Reui图图 2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路阻容耦合的静态工作点稳定电路b图图 2.4.2直接耦合的静态工作点稳定电路直接耦合的静态工作点稳定电路aTR Rb1b1R Rb2b2R Re e所以所以 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 阻容耦合的静态工作点稳定电路阻容耦合的静态工作点稳定电路C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReIBICIEIRuiUEUB图图 2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路阻容耦合的静态工作点稳定电路由于由于 IR IBQ，可得可得(估算估算)二、静态工作点的估算二、静态工作点的估算由于由于 IR IBQ，可得可得(估算估算)静态基极电流静态基极电流R Rb2b2R Rb1b1IBQIRIEQICQC1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiRcRb2+VCCRL+uiuoRb1Re三、动态参数的估算三、动态参数的估算rbe ebcRcRL+Rb2Rb1如无旁路电容，动态参数如何计算如无旁路电容，动态参数如何计算？图图2.4.4(a)无旁路电容时的交流电路无旁路电容时的交流电路2.4.3稳定静态工作点的措施稳定静态工作点的措施 a利用二极管的反向特性进行温度补偿利用二极管的反向特性进行温度补偿D图2.4.5静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路 b利用二极管的正向特性进行温度补偿利用二极管的正向特性进行温度补偿 50I/mAU/V0.20.4 25510150.010.020Rb1Rb2复习：复习：1.如何用图解法求静态工作点？如何用图解法求静态工作点？用解析式求基极电流，用解析式求基极电流，作直线作直线UCEQ=VCC ICQRc与与BJT输出特性曲线的交点。输出特性曲线的交点。2.NPN管共射放大电路管共射放大电路Q点设置太低，输出电压将会如何点设置太低，输出电压将会如何？如何调节？如何调节？3.直流通路、交流通路如何绘制？直流通路、交流通路如何绘制？4.BJT的的h参数等效模型如何？基射极等效电阻如何计算参数等效模型如何？基射极等效电阻如何计算？6.为什么要稳定静态工作点？如何稳定？为什么要稳定静态工作点？如何稳定？5.共射放大电路静态、动态分析包括哪些参数？共射放大电路静态、动态分析包括哪些参数？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三种基本接法三种基本接法共射组态共射组态 CE共集组态共集组态 CC共基组态共基组态 CB2.5.1基本共集放大电路基本共集放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+图图 2.5.1基本基本共集放大电路共集放大电路(a)电路电路一、电路的组成一、电路的组成信号从基极输入，信号从基极输入，从发射极输出从发射极输出（动画（动画3-6）二、静态工作点二、静态工作点C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+由基极回路求得静态基极电流由基极回路求得静态基极电流则则(a)电路图电路图图图 2.5.1共集电极放大电路共集电极放大电路三、电流放大倍数三、电流放大倍数所以所以四、电压放大倍数四、电压放大倍数结结论论：电电压压放放大大倍倍数数恒恒小小于于 1，而而接接近近 1，且且输输出出电电压与输入电压同相，又称压与输入电压同相，又称射极跟随器。射极跟随器。+_+rbebec图图2.5.22.5.2交流交流等效电路等效电路五、输入电阻五、输入电阻输入电阻较大。输入电阻较大。+_+rbebec图图2.5.22.5.2交流交流等效电路等效电路Ri六、输出电阻六、输出电阻+_rbebec 输出电阻低，故带载能力比较强。输出电阻低，故带载能力比较强。Ro图图 2.5.3共集放大电路的输出电阻共集放大电路的输出电阻如输出端加上发射极电阻如输出端加上发射极电阻ReRe如输出端无发射极电阻如输出端无发射极电阻Re2.5.2共基极放大电路共基极放大电路图图 2.5.4共基极放大电路共基极放大电路(a)原理电路原理电路VEE 保保证证发发射射结结正正偏偏；VCC 保保证证集集电电结结反反偏偏；三三极极管管工作在放大区。工作在放大区。(b)实际电路实际电路实实际际电电路路采采用用一一个个电电源源 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+_+_ReVEEVCCRcRLTC1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLRc一、静态工作点一、静态工作点(IBQ,ICQ,UCEQ)图图 2.5.4(c)实际电路实际电路C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLRcRb2Rb1二、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：所以所以由由于于 小小于于 1 而而近近似似等等于于 1，所所以以共共基基极极放放大大电电路路 没有电流放大作用。没有电流放大作用。图图 2.5.4(C)(C)共基极放大电路的等效电路共基极放大电路的等效电路+_+_Rerbebec三、电压放大倍数三、电压放大倍数由微变等效电路可得由微变等效电路可得共共基基极极放放大大电电路路没没有有电电流流放放大大作作用用，但但是是具具有有电电压压放放大大作作用用。电电压压放放大大倍倍数数与与共共射射电电路路相相等等，但但没没有有负负号号，说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。+_+_Rerbebec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如如果果考考虑虑集集电电极极负负载载电电阻阻，则则共共基基极极放放大大电电路路的的输输出电阻为出电阻为Ro=Rc/rcb Rc如考虑电阻如考虑电阻 Re 的作用的作用2.5.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较大大(数数值值同同共共射射电路，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C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+C1Rb+VCCC2RL+Rc2.5.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较频率频率响应响应大大(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 态态差差较好较好好好例例如图属于何种组态？其输出电压的波形是否正确？若有错，请改正。uo uo ui-Vcc R2 R3 ReR1+解共集电极组态解共集电极组态共集电极电路特点：共集电极电路特点：电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，U UO O与与U Ui i同相。同相。输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强不正确。不正确。ui 例例 电路如图题所示，电路如图题所示，BJT的的电流放大系数为电流放大系数为，输入电阻为，输入电阻为r rbebe，略去了偏置电路略去了偏置电路。试求下列三种情况下。试求下列三种情况下的电压增益的电压增益A AV V、输入电阻、输入电阻R Ri i和输出电阻和输出电阻R RO O v vs2s2=0=0，从集电极输出；，从集电极输出；v vs1s1=0=0，从集电极输出；，从集电极输出；v vs2s2=0=0，从发射极输出。，从发射极输出。解 共发射极接法bRcRcv vi iv vo oec+-r rbebeIIb bReReI Ib bI Ie ev vs2s2v vs1s1+-+ReReRcRcT Tecb共基极组态共基极组态v vs2s2v vs1s1+-+ReReRcRcT Tbecebcv vs2s2-+-+v vo oReReRcRcT Tv vs2s2+-ReReRcRcebcv vo or rbebeIIb bI Ie eI Ib bRo RCv vs1s1=0=0，从集电极输出，从集电极输出共集电极组态共集电极组态v vs2s2v vs1s1+-+ReReRcRcT Tbecv vs1s1ecbRcRcReRev vo o+-v vs2s2=0=0，从发射极输出，从发射极输出I Ic cI Ie e+v vs1s1-ecbr rbebeReReRcRcv vo oIIb bI Ib b一、复合管的组成及其电流放大系数一、复合管的组成及其电流放大系数复合管的构成：复合管的构成：+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2T1bT2eciC1由两个或两个以上三极管组成。由两个或两个以上三极管组成。1.复合管共射复合管共射电流放大系数电流放大系数 值值由图可见由图可见2.6晶体管基本放大电路的派生电路晶体管基本放大电路的派生电路2.6.1复合管放大电路复合管放大电路+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2T1bT2eciC1则则2.复合管输入电阻复合管输入电阻 rbe其中其中所以所以显然，显然，、rbe 均比一个管子均比一个管子 1、rbe1 提高了很多倍。提高了很多倍。3.构成复合管时注意事项构成复合管时注意事项（1）.前后两个三极管连接关系上，应保证前级输前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。出电流与后级输入电流实际方向一致。（2）.外加电压的极性应保证前后两个管子均为发外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。复合管的接法复合管的接法T1bT2ec T2T1bec(a)NPN 型型(b)PNP 型型图图 2.6.1复合管复合管(c)NPN 型型 cT1bT2e(d)PNP 型型 T2T1bec图图 2.6.1复合管复合管结结 论论1.两两个个同同类类型型的的三三极极管管组组成成复复合合管管，其其类类型型与与原原来来相相同同。复复合管的合管的 1 2，复合管的，复合管的rbe=rbe1+（1+1）rbe2。2.两两个个不不同同类类型型的的三三极极管管组组成成复复合合管管，其其类类型型与与前前级级三三极极管管相同。复合管的相同。复合管的 1 2，复合管的，复合管的 rbe=rbe1。3.在在集集成成运运放放中中，复复合合管管不不仅仅用用于于中中间间级级，也也常常用用于于输输入入级级和输出级。和输出级。优点优点可以获得很高的电流放大系数可以获得很高的电流放大系数 ；提高中间级的输入电阻；提高中间级的输入电阻；提高了集成运放总的电压放大倍数。提高了集成运放总的电压放大倍数。二、复合管共射放大电路二、复合管共射放大电路图图2.6.2阻容耦合复合管共射放大电路阻容耦合复合管共射放大电路电压放大倍数与没用复合管时相当，电压放大倍数与没用复合管时相当，但输入电阻大大增但输入电阻大大增加加,增强了电流放大能力。增强了电流放大能力。三、复合管共集放大电路三、复合管共集放大电路图图2.6.3阻容耦合复合管共集放大电路阻容耦合复合管共集放大电路复合管共集放大电路复合管共集放大电路使输入电阻大大增加，输出电阻大大减小。使输入电阻大大增加，输出电阻大大减小。2.6.2共射共基放大电路共射共基放大电路特点：特点：电路的输入电阻较大，具有一定的电电路的输入电阻较大，具有一定的电压放大能力，有较宽的通频带。压放大能力，有较宽的通频带。图图2.6.4共射共基放大电路的交流通路共射共基放大电路的交流通路2.6.3共集共基放大电路共集共基放大电路图图2.6.5共集共基放大电路的交流通路共集共基放大电路的交流通路输入电阻较大，具有一定的电压放大能力，有较宽的通频带。输入电阻较大，具有一定的电压放大能力，有较宽的通频带。2.7场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。2.7.1场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法（以（以N沟道结型场效应管为例）沟道结型场效应管为例）图2.7.1场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法（a）共源电路（b）共漏电路（c）共栅电路2.7.2场效应管放大电路的静态工作点的设置方法场效应管放大电路的静态工作点的设置方法图图 2.7.2基本共源放大电路基本共源放大电路VDD+uO iDT+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 为为了了使使场场效效应应管管工工作作在在恒恒流流区区实实现现放放大大作作用，应满足：用，应满足：N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管组成的放大电路。场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压：开启电压)一、基本共源放大电路一、基本共源放大电路静态分析静态分析 UGSQ、IDQ UDSQVDD+uO iDT+uIVGGRGSDGRD图图 2.7.2基本共源放大电路基本共源放大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(当当 uGS UT)式中式中 IDO 为为 uGS=2UT 时的值。时的值。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 2.7.3图解法求基本共源放图解法求基本共源放大电路的大电路的 静态工作点静态工作点VDDIDQUDSQQ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。Q点：点：UGSQ、IDQ、UDSQUGSQ=UDSQ=已知已知UP 或或 UGS（Off)VDD-IDQ(Rd+R)-IDQR可解出可解出Q点的点的UGS Q、IDQ、UDSQ 如知道如知道FET的特性曲线，也可采用的特性曲线，也可采用图解法。图解法。二、自给偏压电路二、自给偏压电路图图2.7.4(a)JFET自给偏压共源自给偏压共源电路电路耗尽型耗尽型MOS管自给偏压共源电路的分析方法相同。管自给偏压共源电路的分析方法相同。IDQ三、三、分分压压式式偏置电路偏置电路图图2.7.5分分压压式式偏置电路偏置电路+T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+(一一)Q)Q点点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解联立方程求出解联立方程求出 UGSQ 和和 IDQ。列输出回路方程求列输出回路方程求 UDSQUDSQ=VDD IDQ(RD+RS)将将I IDQDQ 代入，求出代入，求出U UDSQDSQ+T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+图图 2.7.5分压分压 式偏置电路式偏置电路(二二)图解法图解法由式由式可做出一条直线，可做出一条直线，另外，另外，iD 与与 uGS 之间满之间满足转移特性曲线的规律，足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工二者之间交点为静态工作点，确定作点，确定 UGSQ，IDQ。根据漏极回路方程根据漏极回路方程在在漏漏极极特特性性曲曲线线上上做做直直流流负负载载线线，与与 uGS=UGSQ 的的交点确定交点确定 Q，由，由 Q 确定确定 UDSQ 和和 IDQ值。值。UDSQuDS=VDD iD(RD+RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ2.7.3场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析iD 的全微分为的全微分为上式中定义：上式中定义：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。一、场效应管的低频小信号等效模型一、场效应管的低频小信号等效模型如果输入正弦信号，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：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 2.7.6MOS管的管的低频小信号等效模型低频小信号等效模型由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。+gdSsgd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 gm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，则则一一般般 gm 约约为为 0.1 至至 20 mS。rDS 为为几几百百千千欧欧的的数数量量级级。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。二、基本二、基本 共源放大电路的动态分析共源放大电路的动态分析VDD+uO iDT+uIVGGRGSDGRD基本共源放大电路的等效电路基本共源放大电路的等效电路将将 rDS 开路开路而而所以所以输出电阻输出电阻Ro=RDMOS 管输入电阻高达管输入电阻高达 109 。D+GSRG+1.基本共源放大电路基本共源放大电路动态分析动态分析2.分压式偏置电路的动态分析分压式偏置电路的动态分析等效电路入图所示等效电路入图所示由图可知由图可知电压放大倍数电压放大倍数输入、输出电阻分别为输入、输出电阻分别为分压式偏置电路等效电路分压式偏置电路等效电路D+GS+T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+三、基本共漏放大电路三、基本共漏放大电路源极输出器或源极跟随器源极输出器或源极跟随器图图 2.7.9基本共漏放大电路基本共漏放大电路典型电路如右图所示。典型电路如右图所示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2+RG1.静态分析静态分析分分析析方方法法与与“分分压压-自自偏偏压压式式共共源源电电路路”类类似似，可采用估算法和图解法。可采用估算法和图解法。2.动态分析动态分析（1）.电压放大倍数电压放大倍数图图 2.7.10微变等效电路微变等效电路而而所以所以（2）.输入电阻输入电阻Ri=RG+(R1/R2)D+GS+（3）输出电阻）输出电阻图图 2.7.11微变等效电路微变等效电路在电路中，外加在电路中，外加 ，令，令 ，并使，并使 RL 开路开路因输入端短路，故因输入端短路，故则则所以所以实实际际工工作作中中经经常常使使用用的的是是共共源源、共漏组态。共漏组态。D+GS2.7.4场效应管放大电路的特点场效应管放大电路的特点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；3.一一种种极极性性的的载载流流子子导导电电，噪噪声声小小，受受外外界界温温度度及及 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.存存放放管管子子应应将将栅栅源源极极短短路路，焊焊接接时时烙烙铁铁外外壳壳应应接接 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。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！104