1、基本放大電路,1 共射放大電路 2 共集電極電路與共基極電路 3 場效應(yīng)管基本放大電路 4 多級放大電路 5 放大電路的頻率特性 6 小信號調(diào)諧放大器,1,三極管對信號實現(xiàn)放大作用時在電路中可有三種不同的連接方式（或稱三種組態(tài)），即共（發(fā)）射極、共集電極和共基極接法，這三種接法分別以發(fā)射極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的交流公共端，而構(gòu)成不同組態(tài)的放大電路，如圖1所示。,共射放大電路,下一頁,返回,2,圖 1 放大電路中三極管的三種連接方式,返回,3,一、 共射放大電路的組成及放大作用 1. 電路基本組成及各元件作用 共發(fā)射極基本放大電路的組成如圖2所示，本電路采用的是NPN管。為保證放

2、大電路能夠不失真地放大交流信號，放大電路的組成應(yīng)遵循以下原則：,共射放大電路,下一頁,返回,4,圖2 共（發(fā)）射極放大電路,返回,5,1) 保證三極管工作在放大區(qū) 2) 保證信號有效的傳輸 2. 放大電路中電壓、電流的方向及符號規(guī)定 1) 電壓、電流正方向的規(guī)定 為了便于分析，規(guī)定：電壓的正方向都以輸入、輸出回路的公共端為負，其他各點均為正；電流方向以三極管各電極電流的實際方向為正方向。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,6,圖 3 共（發(fā)）射極放大電路的簡化畫法,返回,7,圖 4 三極管集電極的電流波形,返回,8,3. 靜態(tài)分析 1） 直流通路及靜態(tài)工作點 所謂直流通路，是指當輸入信號ui

3、=0時，電路在直流電源VCC的作用下，直流電流所流過的路徑。在畫直流通路時，將電路中的電容開路，電感短路。圖2-3所對應(yīng)的直流通路如圖5(a)所示。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,9,2) 放大電路靜態(tài)工作點的估算 由圖5(a)所示的直流通路，直流電源+VCC經(jīng)基極偏置電阻Rb為三極管發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,10,圖 5 基本共射放大電路的靜態(tài)情況,返回,11,經(jīng)集電極電阻Rc為三極管集電結(jié)提供反向偏置電壓。由直流通路得基極靜態(tài)電流IBQ： 根據(jù)三極管的電流放大特性，得集電極靜態(tài)電流ICQ：,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,12,共射放大電路,再

4、根據(jù)集電極回路可求出集電極-發(fā)射極之間的電壓UCEQ ： 當三極管處于臨界飽和狀態(tài)時，仍然滿足IC=IB，此時的基極電流稱為基極臨界飽和電流，用IBS表示，則,下一頁,返回,上一頁,13,4. 動態(tài)分析 所謂動態(tài)，是指放大電路輸入信號ui不為零時的工作狀態(tài)。當放大電路中加入正弦交流信號ui時，電路中各極的電壓、電流都是在直流量的基礎(chǔ)上發(fā)生變化，即瞬時電壓和瞬時電流都是由直流量和交流量疊加而成的。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,14,在圖3中，輸入信號ui通過耦合電容C1傳送到三極管的基極與發(fā)射極之間，使得基極與發(fā)射極之間的電壓為 輸入信號ui變化時，會引起uBE隨之變化，相應(yīng)的基極電流也

5、在原來IBQ的基礎(chǔ)上疊加了因ui變化產(chǎn)生的變化量ib。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,15,當放大電路中在交流輸入信號ui的作用下，只有交流電流所流過的路徑，稱為交流通路。畫交流通路時，放大電路中的耦合電容短路；由于直流電源VCC的內(nèi)阻很?。ɡ硐腚妷涸磧?nèi)阻近似為零），對交流變化量幾乎不起作用，所以直流電源對交流視為短路。圖3所示基本共射放大電路的交流通路如圖6所示。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,16,圖 6 共射放大電路的交流通路,返回,17,這時，基極的總電流則為直流和交流的疊加，即 經(jīng)三極管放大后得集電極電流 集電極-發(fā)射極之間的電壓,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,18

6、,二、 放大電路圖解分析法 由于三極管屬于非線性器件，故用圖解法進行分析比較直觀。 1. 靜態(tài)圖解法 以圖7(a)所示共射放大電路為例，分析靜態(tài)時，電容C1和C2視為開路，這時電路可畫成圖7(b)所示的直流通路。三極管的靜態(tài)工作點的四個量，在基極回路中有IBQ和UBEQ，在集電極回路中有ICQ和UCEQ，下面分別進行討論。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,19,圖7 圖解法分析靜態(tài),返回,20,1) 基極回路 如圖7(b)示的直流通路，由電源VCC 、電阻Rb和發(fā)射結(jié)構(gòu)成基極回路，VCC和Rb是線性電路部分，而發(fā)射結(jié)的伏安特性是非線性部分，如圖7(c)所示。由圖7(c)的三極管輸入特性曲線

7、可解出UBEQ和IBQ。UBEQ為發(fā)射結(jié)正向電壓，三極管導(dǎo)通時，uBE=UBEQ變化很小，硅管UBEQ=0.60.8V，取0.7V；鍺管UBEQ=0.10.3V，取0.3V。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,21,2) 集電極回路 對于集電極回路，三極管的管壓降UCEQ與集電極電流ICQ的關(guān)系符合三極管自身的輸出特性，即IBQ=40A的那條曲線，如8所示。電源VCC和Rc的關(guān)系是線性關(guān)系，即滿足 利用上式在三極管輸出特性曲線上作一直線，如圖8所示，它與橫軸和縱軸分別相交于M (12V，0mA)和N (0V，3mA)兩點，其斜率為-1/Rc，是由集電極電阻Rc決定的。由于所討論的是靜態(tài)工作情

8、況，電路中的電壓、電流都是直流量，所以直線MN稱為直流負載線。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,22,圖8 直流負載線,返回,23,2. 動態(tài)圖解法 1) 輸入回路的動態(tài)圖解分析 以基本共射放大電路為例，其輸入特性如9所示。 當輸入端加入信號ui=20sint(mV）時，由于有隔直電容C1的存在，加在三極管發(fā)射結(jié)上的電壓就是靜態(tài)值UBEQ與ui的疊加值，即 利用uBE值在三極管輸入特性曲線上可對應(yīng)作出iB值，iB是靜態(tài)電流IBQ與交流電流ib的疊加值，即,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,24,圖9圖解法分析動態(tài),返回,25,2) 輸出回路的動態(tài)圖解分析 隨著iB的變動iC也相應(yīng)的變動，

9、放大電路的工作點以Q點為中點，在直流負載線上變動。當輸入信號ui為正半周，iB由40A向60A變動時，放大電路的工作點先由Q移動到Q1，再回到Q。當輸入信號ui負半周，iB由40A向20A變動時，放大電路的工作點先由Q移動到Q2，再回到Q。即放大電路的工作點隨著iB的變動將沿著直流負載線在Q1與Q2之間移動，因此，直線段Q1 Q2是工作點移動的軌跡，通常稱為動態(tài)工作范圍。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,26,3. 交流負載線 放大電路在工作時，輸出端總要接上一定的負載，如圖(a)所示電路，這時放大電路的工作情況是否會因為RL的接入而受到影響呢？ 在靜態(tài)時，由于隔直電容C2的作用，RL對直

10、流通路無影響，故電路的直流負載線同前面的空載情況一樣。對交流來說，電容C2可看作短路，直流電源VCC內(nèi)阻近似為零，也可看作短路，這時輸出回路的交流等效電路如圖(b)所示。 如果輸入信號不變，仍為ui=20sint(mV)，則ib也不變，經(jīng)過三極管的電流放大，ic和負載開路時相同。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,27,圖10 圖解法分析放大電路(有載),返回,(a) 基本共射電路 (b) 交流通路,28,這時電流的關(guān)系仍然滿足iC=ICQ+ ic。其中直流ICQ只流經(jīng)Rc支路，而交流分量ic流經(jīng)Rc和RL的并聯(lián)支路。這時的管壓降滿足下式 經(jīng)C2的隔直作用，輸出交流電壓uo為,共射放大電路,

11、下一頁,返回,上一頁,29,4圖解法分析靜態(tài)工作點的位置對放大質(zhì)量的影響 1) 非線性失真 因為三極管是非線性器件，當靜態(tài)工作點Q定得偏低，也就是IBQ和ICQ偏小時，會導(dǎo)致不能正常放大輸入信號ui。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,30,圖11 靜態(tài)工作點對波形失真的影響,返回,31,如圖11(a)所示，輸入信號ui負半周會使工作點進入三極管輸出特性曲線的截止區(qū)，從而不能被正常放大，此種失真稱為截止失真。由于輸入信號和輸出信號是反相的，由圖也可觀察到，輸出信號uo的正半周產(chǎn)生失真，截止失真也稱頂部失真。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,32,2) 選擇靜態(tài)工作點的原則 (1) 若使放

12、大電路的輸出電壓不失真，并且盡可能地大，靜態(tài)工作點Q應(yīng)設(shè)在交流負載線的中點附近。 (2) 如果輸入信號幅值很小，在保證波形不失真的前提下，靜態(tài)工作點應(yīng)選低些，可減少電路的功耗。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,33,3) 溫度對靜態(tài)工作點的影響 在實際工作中，由于半導(dǎo)體材料的熱敏性，三極管的參數(shù)幾乎都與溫度有關(guān)，從而導(dǎo)致放大電路的靜態(tài)工作點Q不穩(wěn)定，影響放大電路的正常工作。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,34,5. 靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路 1) 分壓式偏置電路 分壓式偏置電路如圖a)所示，與固定偏置式電路不同的是：基極直流偏置電位UBQ是由基極偏置電阻Rb1和Rb2對VCC分壓來取得的，

13、故稱這種電路為分壓式偏置電路；電路中增加了發(fā)射極電阻Re，用來穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,35,(2) 靜態(tài)工作點的估算 直流通路如圖(b)所示。 當三極管工作在放大區(qū)時，IBQ很小。當滿足I1IBQ時，I1I2，則有：,共射放大電路,36,(3) Q點的穩(wěn)定過程 當滿足I1IBQ時，UBQ固定，假如溫度上升， 2) 帶有發(fā)射極電阻Re 的固定偏置電路 (1) 電路組成 電路如圖2-16所示。 (2) 靜態(tài)工作點的估算 根據(jù)電路有,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,37,圖12 帶有發(fā)射極電阻Re的固定偏置式直流電路,返回,38,三、 微變等效電路法 1. 放

14、大電路的動態(tài)性能指標 放大電路放大的對象是變化量，研究放大電路除了要保證放大電路具有合適的靜態(tài)工作點外，更重要的是研究其放大性能。衡量放大電路性能的主要指標有放大倍數(shù)、輸入電阻ri和輸出電阻ro。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,39,圖 13 放大電路四端網(wǎng)絡(luò)表示,返回,40,1) 放大倍數(shù) 放大倍數(shù)是指輸出信號與輸入信號之比,有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)等表示方法，其中電壓放大倍數(shù)最常用。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,41,2) 輸入電阻ri 它等于放大電路輸出端接實際負載電阻RL后，輸入電壓ui與輸入電流ii之比，即 對于信號源來說，ri就是它的等效負載,共射放

15、大電路,下一頁,返回,上一頁,42,圖14 放大電路輸入等效電路,返回,43,3) 輸出電阻ro 等效輸出電阻用戴維南定理分析：將輸入信號源us短路（電流源開路），但要保留其信號源內(nèi)阻rs，用電阻串并聯(lián)方法加以化簡，計算放大電路的等效輸出電阻。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,44,圖15 放大電路輸出等效電路,返回,45,2. 三極管的微變等效模型 當三極管的靜態(tài)工作點正常，并且輸入微小變化的交流信號時，三極管的電壓和電流近似為線性關(guān)系，為計算方便，將三極等效為一個線性元件，稱為三極管的微變等效模型；將放大電路等效為線性電路，通常稱為微變等效電路。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,4

16、6,1) 三極管基極與發(fā)射極間的等效 放大電路正常工作時，基極與發(fā)射極之間相當于一個導(dǎo)通的PN結(jié)。三極管的輸入二端口等效為一個交流電阻rbe，它是三極管輸入特性曲線上工作點Q附近的電壓微小變化量與電流微小變化量之比。 根據(jù)三極管輸入回路結(jié)構(gòu)分析，rbe的數(shù)值可以用下列公式計算：,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,47,rbb是基區(qū)體電阻，對低頻小功率管，rbb約為100500，如無特別說明，一般取rbb=300。 2) 三極管集電極與發(fā)射極間的等效 當三極管工作在放大區(qū)時，ic=ib即實現(xiàn)了三極管的受控恒流特性，所以，三極管集電極與發(fā)射極間可等效為一個理想受控電流源，大小為ib，如圖(c)所

17、示。將圖(b)和圖(c)組合，即可得到三極管的微變等效模型，如圖(d)所示。,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,48,圖16 三極管微變等效過程,返回,49,3. 利用微變等效電路分析放大電路的動態(tài)性能指標 共射放大電路如圖(a)所示，為了分析動態(tài)性能指標，首先畫出放大電路的交流通路，如圖(b)所示。然后將電路中的非線性元件三極管用微變等效模型代換，則得到圖(c)所示的放大電路的微變等效電路。 1) 電壓放大倍數(shù)（有載），由圖(c)可得 得,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,50,圖17共射放大電路,返回,51,2) 輸入電阻ri 當Rbrbe時， 3) 輸出電阻ro 在圖2-21(c)中

18、，根據(jù)戴維南定理等效電阻的計算方法，將信號源us=0，則ib=0，ib=0，可得輸出電阻,共射放大電路,下一頁,返回,上一頁,52,4) 源電壓放大倍數(shù) 圖2-21(d)所示為考慮信號源內(nèi)阻時的微變等效電路?？傻迷措妷悍糯蟊稊?shù)Aus為 又由圖可得 代入，得,共射放大電路,返回,上一頁,53,2.2.1 共集電極電路 電路如圖2-23(a)所示，圖2-23(b)、(c)分別是它的直流通路和交流通路。由交流通路可以看到，信號從基極輸入、發(fā)射極輸出，集電極是交流接地，是輸入回路和輸出回路的公共端，故該電路稱為共集電極電路。由于共集電極電路的輸出信號取自發(fā)射極，故該電路又稱為射極輸出器。 1. 靜態(tài)分

19、析 1) 共集電極放大電路的直流通路如圖2-23(b)所示。,2.2 共集電極電路與共基極電路,下一頁,返回,54,2) 靜態(tài)工作點的估算 2. 動態(tài)分析 1) 共集電極放大電路的交流通路如圖2-23(c)所示，微變等效電路如圖2-23(d)所示。,2.2 共集電極電路與共基極電路,下一頁,返回,上一頁,55,2) 動態(tài)參數(shù)的估算 (1)電壓放大倍數(shù)Au的估算 （其中 ) 則 由于(1+) RLrbe，所以Au1，但略小于1。Au為正值，所以uo與ui同相。由此說明uoui ，即輸出信號的變化跟隨輸入信號的變化，故該電路又稱為射極跟隨器。,2.2 共集電極電路與共基極電路,下一頁,返回,上一頁

20、,56,(2) 輸入電阻ri的估算。由圖2-23(d)可得 則 RL上流過的電流是ib的(1+)倍，為了保證等效前后的電壓不變，故把RL折算到基極回路時應(yīng)擴大(1+)倍?？梢?，共集電極電路的輸入電阻比共發(fā)射極電路大得多，對信號源影響程度小，這是射極輸出器的特點之一。,2.2 共集電極電路與共基極電路,下一頁,返回,上一頁,57,(3) 輸出電阻ro的估算 根據(jù)放大電路輸出電阻的定義，在圖2-23(d)中，令us=0，并去掉負載RL，在輸出端外加一測試電壓uP，可得如圖2-24所示的微變等效電路。 由圖可得 可知，基極回路的總電阻rbe+rs/Rb折算到發(fā)射極回路，需除以(1+)。射極輸出器的輸

21、出電阻由較大的Re和很小的ro并聯(lián)，因而ro很小，射極輸出器帶負載能力比較強。,2.2 共集電極電路與共基極電路,下一頁,返回,上一頁,58,綜上所述，射極輸出器是一個具有高輸入電阻、低輸出電阻、電壓放大倍數(shù)近似為1的放大電路。射極輸出器在多級放大電路中常用來作輸入級，提高電路的帶負載能力，也可作為緩沖級，用來隔離前后兩級電路的相互影響。 2.2.2 共基極放大電路 共基極放大電路如圖2-25所示，圖2-26、2-27分別是它的直流通路和微變等效電路。交流信號ui經(jīng)耦合電容C1從發(fā)射極輸入，放大后從集電極經(jīng)耦合電容C2輸出，Cb為基極旁路電容，使基極交流接地，基極是輸入回路和輸出回路的公共端，

22、因此稱為共基極放大電路。,2.2 共集電極電路與共基極電路,下一頁,返回,上一頁,59,1. 靜態(tài)工作點的估算 由圖2-26的直流通路可知，該放大電路的直流偏置方式為分壓式偏置電路，靜態(tài)工作點的估算略。 2. 動態(tài)性能指標的估算 由圖2-27的微變等效電路，得 電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻,2.2 共集電極電路與共基極電路,返回,上一頁,60,由于場效應(yīng)管也具有放大作用，如不考慮物理本質(zhì)上的區(qū)別，可把場效應(yīng)管的柵極(G)、源極(S)、漏極(D)分別與晶體三極管的基極(B)、發(fā)射極(E)、集電極(C)相對應(yīng)，所以場效應(yīng)管也可構(gòu)成三種基本組態(tài)電路，分別稱為共源(CS，Common Source

23、)、共漏(CD，Common Drain)和共柵(CG，Common Gate)極放大電路。本節(jié)主要介紹共源和共漏兩種放大電路。 2.3.1 共源放大電路 1. 直流偏置及靜態(tài)分析 場效應(yīng)管放大電路的組成原則和晶體管放大電路一樣，為了使輸出波形不失真，,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,下一頁,返回,61,管子也必須工作在輸出特性曲線的放大區(qū)域內(nèi)，即也要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。為此，柵源之間要加上合適的直流電壓，通常稱為柵極偏置電壓。常用的偏置電路有下面兩種形式。 1）固定偏壓電路 圖2-28(a)是由N溝道耗盡型場效應(yīng)管組成的共源放大電路，C1、C2為耦合電容, Rd為漏極負載電阻，Rg為柵極電阻

24、，Rs為源極電阻，Cs為源極旁路電容。該電路利用漏極電流IDQ在源極電阻Rs上產(chǎn)生的壓降來獲得所需的偏置電壓。由于場效應(yīng)管的柵極不吸取電流，Rg中無電流通過，因此柵極g和源極s之間的偏壓UGSQ=-IDQRs。這種偏置方式稱為自給偏壓，也稱自偏壓電路。,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,下一頁,返回,上一頁,62,2. 動態(tài)分析 對場效應(yīng)管放大電路進行動態(tài)分析也可以采用圖解法和微變等效電路法。圖解法分析過程與晶體管放大電路相同，這里不再介紹。下面主要討論微變等效電路法。 1) 場效應(yīng)管的微變等效模型 在小信號作用下，工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管可用一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)來等效。從輸入回路看，由于場效應(yīng)管輸

25、入電阻很高，可看作開路；從輸出回路看，由于id=gmugs，可等效為受控電流源，這樣場效應(yīng)管的等效模型如圖2-29所示。,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,下一頁,返回,上一頁,63,2) 共源放大電路的微變等效電路 分壓式偏置共源放大電路的微變等效電路如圖2-30所示。 由圖2-30的微變等效電路，可得電壓放大倍數(shù)為： 輸入電阻為： 可以看出，Rg3是用來提高放大電路的輸入電阻的。,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,下一頁,返回,上一頁,64,輸出電阻：由戴維南定理可知，當ui =0，即ugs =0時，受控電流源gmugs =0，相當于開路，所以得放大電路的輸出電阻為 2.3.2 共漏放大電路 共漏

26、放大電路又稱源極輸出器，電路如圖2-31(a)所示，該電路的偏置方式和圖2-28(b)相同，因而靜態(tài)分析方法和分壓式偏置共源放大電路相同。下面主要進行動態(tài)分析，該電路的微變等效電路如圖2-31(b)所示。 1) 電壓放大倍數(shù)：由圖2-31(b)得,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,下一頁,返回,上一頁,65,即uoui，說明輸出電壓具有跟隨輸入電壓的作用，所以共漏放大電路又稱為源極跟隨器。 2) 輸入電阻：由于柵極輸入電阻無窮大，故輸入電阻由Rg1、Rg2及Rg3決定，于是有 3) 輸出電阻：由戴維南定理可得 顯然，共漏極放大電路的輸出電阻很小。,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,下一頁,返回,上一頁

27、,66,場效應(yīng)管放大電路的主要優(yōu)點是輸入電阻大，噪聲低、熱穩(wěn)定性好等，由于場效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm較小，所以場效應(yīng)管放大電路的電壓放大倍數(shù)較低，它常用作多級放大器的輸入級。,2.3 場效應(yīng)管基本放大電路,返回,上一頁,67,一般情況下，單管放大電路的電壓放大倍數(shù)只能達到幾十幾百倍，放大電路的其他技術(shù)指標也難以達到實際工作中提出的要求。因此，實際的電子設(shè)備中，大多采用各種形式的多級放大電路。 2.4.1 多級放大電路的級間耦合方式 多級放大電路的組成可用圖2-32所示的框圖來表示。其中，輸入級和中間級的主要作用是實現(xiàn)電壓放大，輸出級的主要作用是功率放大，以推動負載工作。 在多級放大電路中，通常把級與級

28、之間的連接方式稱為耦合方式。級與級之間耦合時，需要滿足： (1) 耦合后，各級放大電路的靜態(tài)工作點合適；,2.4 多級放大電路,下一頁,返回,68,(2) 耦合后，多級放大電路的性能指標滿足實際工作要求； (3) 前一級的輸出信號能夠順利地傳輸?shù)胶笠患壍妮斎攵恕?為了滿足上述要求，一般常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合。 1) 阻容耦合 放大電路級與級之間通過電容連接的耦合方式稱為阻容耦合。電路如圖2-33所示，電容C3連接第一級放大電路的輸出端和第二級放大電路的輸入端，即將T1集電極的輸出信號耦合到T2的基極。阻容耦合多級放大電路的特點：,2.4 多級放大電路,下一頁,返回,上一

29、頁,69,優(yōu)點：因電容的“隔直流”作用，前后兩級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響，所以阻容耦合放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試方便。此外，阻容耦合電路還有體積小、重量輕等優(yōu)點。 缺點：因耦合電容對交流信號具有一定的容抗，在傳輸過程中，信號會受到一定的衰減。特別對于變化緩慢的信號，其容抗很大，不便于傳輸。此外，在集成電路中，制造大容量的電容很困難，所以阻容耦合多級放大電路不便于集成。 2) 直接耦合 將放大電路級與級之間用導(dǎo)線直接連接，這種連接方式稱為直接耦合。電路如圖2-34所示。,2.4 多級放大電路,下一頁,返回,上一頁,70,直接耦合多級放大電路的特點： 優(yōu)點：既可以放大交流信號，又可以

30、放大直流和變化緩慢的信號；電路便于集成，所以集成電路中多采用直接耦合方式。 缺點：各級靜態(tài)工作點存在相互牽制和零點漂移問題（零點漂移問題將在本書后續(xù)章節(jié)中詳細討論）。 3) 變壓器耦合 放大電路級與級之間通過變壓器連接的耦合方式稱為變壓器耦合。電路如圖2-35所示。變壓器耦合多級放大電路的特點： 優(yōu)點：因變壓器只能傳輸交流信號和進行阻抗變換，所以各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。,2.4 多級放大電路,下一頁,返回,上一頁,71,通過改變變壓器的匝數(shù)比可以實現(xiàn)阻抗變換，從而獲得較大的輸出功率。 缺點：變壓器體積大、重量大，不便于集成。同時，頻率特性差，也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號。

31、 2.4.2 多級放大電路的性能指標 1. 多級電壓放大倍數(shù) 現(xiàn)以圖2-33所示的兩級阻容耦合放大電路為例，說明多級放大電路電壓放大倍數(shù)的計算方法。,2.4 多級放大電路,下一頁,返回,上一頁,72,在圖2-33中，由 ， ，且 ，得兩級放大電路電壓放大倍數(shù)為 推廣到n級放大電路，其電壓放大倍數(shù)為 即多級放大電路的電壓放大倍數(shù)為各級電壓放大倍數(shù)之乘積。 2. 輸入電阻與輸出電阻 輸入電阻：多級放大電路的輸入電阻，就是輸入級的輸入電阻。 輸出電阻：多級放大電路的輸出電阻，就是輸出級的輸出電阻。,2.4 多級放大電路,返回,上一頁,73,2.5.1 頻率特性的基本概念 前面討論放大電路的性能時，是

32、以單一頻率的正弦波信號為放大對象。在實際應(yīng)用中，信號并非是單一頻率，而是一段頻率范圍。在放大電路中，由于存在耦合電容、旁路電容及三極管的結(jié)電容與電路中的雜散電容等，它們的容抗都將隨著頻率的變化而變化。同時，三極管內(nèi)PN結(jié)的電容效應(yīng)，使管子的電流放大系數(shù)在高頻時也隨頻率變化。因此，放大電路對不同頻率信號的放大能力并不相同。不僅電壓放大倍數(shù)的大?。＃╇S頻率變化，而且幅角（即輸出電壓與輸入電壓的相位差）也隨頻率變化。電壓放大倍數(shù)的模與頻率f的關(guān)系稱為幅頻特性，用Au(f)表示。,2.5 放大電路的頻率特性,下一頁,返回,74,輸出電壓與輸入電壓之間的相位差與頻率的關(guān)系稱為相頻特性，用 表示。幅頻特

33、性和相頻特性總稱為頻率特性。 2.5.2 單級放大電路的頻率特性 1. 截止頻率與通頻帶 圖2-36(a)所示是單級阻容耦合共發(fā)射極放大電路，圖2-36(b)是其幅頻響應(yīng)特性，圖2-36(c)是其相頻響應(yīng)特性。從幅頻特性可以看出，在中間一段頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)幾乎不隨頻率變化，這一段頻率范圍稱為中頻段。中頻段的電壓放大倍數(shù)用Aum來表示。在中頻段以外，隨著頻率的減小或增大，放大倍數(shù)都將下降。,2.5 放大電路的頻率特性,下一頁,返回,上一頁,75,工程上規(guī)定，當放大倍數(shù)下降到Aum的 ，即0.707倍時所對應(yīng)的低頻頻率和高頻頻率分別稱為下限截止頻率fL和上限截止頻率fH。將下限截止頻率fL和上

34、限截止頻率fH之間的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶（或稱為帶寬），用BW來表示，BW= fHfL。通頻帶是放大電路頻率響應(yīng)的一個重要指標。通頻帶越寬，表示放大電路工作的頻率范圍越寬。例如，質(zhì)量好的音頻放大器，其通頻帶可達20Hz200kHz。如果放大電路的通頻帶不夠?qū)?，輸入信號中不同頻率的各次諧波分量就不能被同樣地放大，這樣輸出波形就會失真，這種失真叫做頻率失真。為了防止產(chǎn)生頻率失真，要求放大電路的通頻帶能夠覆蓋輸入信號占有的整個頻率范圍。,2.5 放大電路的頻率特性,下一頁,返回,上一頁,76,2. 幅頻特性分析 在中頻區(qū)，由于耦合電容和射極旁路電容的容量較大，其等效容抗很小，可視為短路。另外

35、，因三極管的結(jié)電容以及電路中的雜散電容很小，等效容抗很大，可視為開路。所以在中頻區(qū)，可認為信號在傳輸過程中不受電容的影響，從而使電壓放大倍數(shù)幾乎不受頻率變化的影響，該區(qū)的特性曲線較平坦。 在低頻區(qū)，Au下降的原因主要是耦合電容C1和C2以及發(fā)射極旁路電容Ce的存在。由于頻率降得很低，這些電容的容抗很大，使信號在這些電容上的壓降也隨之增加，因而減少了輸出電壓，導(dǎo)致低頻段Au的下降。,2.5 放大電路的頻率特性,下一頁,返回,上一頁,77,在高頻區(qū)，由于三極管的極間電容和電路中的分布電容因頻率升高而等效容抗減小，對信號的分流作用增大，降低了集電極電流和輸出電壓，導(dǎo)致高頻段Au的下降。 2.5.3

36、多級放大電路的頻率特性 在多級放大電路中，隨著級數(shù)的增加，其通頻帶變窄，且窄于任何一級放大電路的通頻帶。下面以兩級共發(fā)射極阻容耦合放大電路為例，分析多級放大電路的通頻帶變窄的原因。 圖2-37(a)所示為兩個單級共射放大電路的幅頻特性曲線，設(shè)Aum1=Aum2，fL1=fL2， BW1=BW2，由它們級聯(lián)組成的兩級放大電路，在中頻段時，總的電壓放大倍數(shù)Au=Au1Au2 。,2.5 放大電路的頻率特性,下一頁,返回,上一頁,78,在下限截止頻率fL1=fL2及上限截止頻率fH1=fH2處，有Au=Au1Au2 =0.707Aum10.707Aum2=0.49 A2um1。根據(jù)放大電路通頻帶的定

37、義，兩級放大電路的上限截止頻率fL及下限截止頻率fH，它們都是對應(yīng)于Au=0.707 A2um1的頻率，如圖2-37(b)所示。 由圖2-37(b)可以看出，兩級放大電路的上限截止頻率fH fL1(fL2)，即兩級放大電路的通頻帶變窄了。 從圖2-37(b)所示的兩級放大電路的通頻帶可以推知，多級放大電路的通頻帶一定比它的任何一級都窄，且級數(shù)愈多，通頻帶越窄。也就是說，將放大電路級聯(lián)后，,2.5 放大電路的頻率特性,下一頁,返回,上一頁,79,總電壓放大倍數(shù)雖然提高了，但通頻帶變窄了。 為了改善放大電路的頻率特性，展寬通頻帶，除了合理地選擇電路參數(shù)，適當加大C1、C2和Ce的容量和選用fT高的

38、三極管外，還可以從電路上加以改進，例如采用共基極放大電路、在電路中引入負反饋或在多級放大電路中采用直接耦合方式等。,2.5 放大電路的頻率特性,返回,上一頁,80,小信號調(diào)諧放大器是廣播、電視、通信、雷達等接收設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一種電壓放大器。其作用是將微弱的有用信號進行線性放大并濾除不需要的噪聲和干擾信號。它的主要特點是晶體管的輸入輸出回路（即負載）不是純電阻，而是由L、C元件組成的并聯(lián)諧振回路。 小信號調(diào)諧放大器的類型很多，按調(diào)諧回路區(qū)分：有單調(diào)諧回路，雙調(diào)諧回路和參差調(diào)諧回路放大器。按晶體管連接方法區(qū)分：有共基極、共發(fā)射極和共集電極放大器。本節(jié)僅討論一種常用的調(diào)諧放大器共射單調(diào)諧回路放大器

39、。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,81,2.6.1 單調(diào)諧放大器 單調(diào)諧放大器是由單調(diào)諧回路作為交流負載的放大器。調(diào)諧放大器通常采用LC并聯(lián)諧振回路作為調(diào)諧回路。因此在討論單調(diào)諧放大器之前，先分析LC并聯(lián)諧振回路的特性。 1. LC并聯(lián)諧振回路 如圖2-38(a)所示是由實際電感線圈和電容器組成的LC并聯(lián)諧振回路，圖中L是線圈的電感，R是線圈的損耗電阻，電容C的損耗不考慮。 為信號電流源。LC并聯(lián)諧振回路的等效阻抗為,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,82,電感線圈的電阻R一般都很小，在工作頻率范圍內(nèi)遠小于感抗，即RL，所以 式中 可得到LC并聯(lián)諧振回路的幅頻特性和相頻

40、特性分別為,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,83,作出幅頻特性和相頻特性曲線如圖2-38(b)、（c）所示。 由圖2-38可以看出，當 時， ， 與 同相，回路產(chǎn)生諧振。此時回路阻抗|Z|最大，其值為 。即諧振時LC并聯(lián)諧振回路相當于一個大電阻。 當 時， ，且 。0時，LC并聯(lián)諧振回路呈感性；0時，LC并聯(lián)諧振回路呈容性。 由以上分析可知： LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,84,諧振電阻 式中，Q為LC并聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q值一般可達幾十到幾百，Q值越大，說明回路的損耗越小，幅頻特性曲線越尖銳，回路的選頻性越好。 在信號源電流I

41、s一定的情況下，當回路諧振時，即ff0時，LC并聯(lián)諧振回路兩端的電壓U0達到最大值IsZo。 經(jīng)進一步分析可知回路的通頻帶BW 0.7為 BW0.7f0/Q,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,85,2. 晶體管參數(shù)等效電路 由于高頻小信號放大器的LC調(diào)諧回路及下一級負載大都與晶體管并聯(lián)，因此用參數(shù)分析較為方便。所以在小信號運用時，可用參數(shù)等效電路來代替晶體管進行分析。 一個晶體管可以看成有源二端口（四端）網(wǎng)絡(luò)，如圖2-39所示。列出這個二端口網(wǎng)絡(luò)的Y參數(shù)方程,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,86,由式所列方程表達的二端口網(wǎng)絡(luò)即晶體管高頻Y參數(shù)等效電路如圖2-40(

42、a)所示。用測量的方法，可以求得晶體管的Y參數(shù)。 是晶體管輸出端短路時的輸入導(dǎo)納（下標“”表示輸入，“”表示共射組態(tài)），反映了晶體管放大器輸入電壓對輸入電流的作用。Yie參數(shù)是復(fù)數(shù)，Yie可表示為YiegiejCie，其中g(shù)ie、Cie分別稱為晶體管的輸入電導(dǎo)和輸入電容。 是晶體管輸出端短路時的正向傳輸導(dǎo)納（下標“f”表示正向），反映了晶體管輸入電壓對輸出電流的影響，即晶體管的放大能力。 是晶體管輸入端短路時的反向傳輸導(dǎo)納（下標“r”表示反向），反映了晶體管輸出電壓對輸入電流的影響，即晶體管內(nèi)部的反饋作用。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,87,是晶體管輸入端短路時的輸出導(dǎo)納（

43、下標“o”表示輸出），反映了晶體管輸出電壓對輸出電流的作用。Yoe參數(shù)也是復(fù)數(shù)，Yoe可表示為YoegoejCoe，其中g(shù)oe、Coe分別稱為晶體管的輸出電導(dǎo)和輸出電容。 實際應(yīng)用中，將gie、Cie、goe、Coe都顯示在Y參數(shù)等效電路中，如圖2-40(b)所示。 3. 單調(diào)諧放大器 圖2-41所示為一個共射極單調(diào)諧放大器電路圖，它是接收機中一種典型的高頻放大器電路，主要是對有用的高頻小信號或微弱信號進行選頻放大并濾除不需要的噪聲和干擾信號。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,88,其輸入電路由電感a與天線回路耦合，將天線接收進來的高頻信號通過它加到晶體管的輸入端。輸出電路是由

44、與C組成的并聯(lián)諧振回路，通過互感耦合將放大后的信號加到下一級放大器的輸入端。 R 1、R 2為基極偏置電阻，C1、Ce為高頻旁路電容。R e為射極電阻（又是直流負反饋電阻），用來穩(wěn)定放大器靜態(tài)工作點。LC并聯(lián)諧振回路與晶體管共同起著選頻放大作用，LC并聯(lián)諧振回路作為晶體管的集電極負載，其諧振頻率應(yīng)調(diào)諧在輸入有用信號的中心頻率上。R3是降低放大器輸出端調(diào)諧回路的品質(zhì)因數(shù)Q值，以展寬放大器的通頻帶。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,89,LC調(diào)諧回路與本級晶體管的耦合采用自耦變壓器耦合方式，這樣可減弱晶體管輸出導(dǎo)納對回路的影響。負載（或下級放大器）與調(diào)諧回路的耦合采用變壓器耦合方式

45、，這樣，既可減弱負載（或下級放大器）導(dǎo)納對調(diào)諧回路的影響，又可使前、后級的直流供電電路分開，還比較容易實現(xiàn)前、后級之間的阻抗匹配。也就是說，本電路的晶體管輸出端與負載輸入端都是部分接入調(diào)諧回路，其目的是既要保證達到預(yù)定的選擇性和通頻帶的要求，又要保證有一定的增益。 設(shè)回路線圈L的1-2間的匝數(shù)為N1-2，1-3間的匝數(shù)為N1-3，4-5間的匝數(shù)為N4-5，則,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,90,晶體管接入回路的接入系數(shù) 負載接入回路的接入系數(shù) 圖2-41的電路包含直流和交流兩種通路。研究放大器的增益、通頻帶和選擇性等指標，只需分析其交流等效電路即可。當直流工作點選定以后，圖2

46、-41可以簡化成圖2-42所示只包括高頻通路的交流等效電路。在此等效電路中暫未考慮R3的作用，并假設(shè)圖2-4中本級與下一級用的是相同的晶體管，即本級負載為下級輸入導(dǎo)納，YLYiegiejCie。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,91,高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標有諧振頻率f0，諧振電壓放大倍數(shù) ，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)Kr0.1來表示）等。在分析上述性能指標時，要用晶體管的參數(shù)等效電路來代替晶體管進行分析（其中，在分析放大器的增益、通頻帶和選擇性等性能指標時，反映晶體管內(nèi)部反饋的Yre影響不大，可以忽略），即得到圖2-43所示單調(diào)諧放大器的Y參數(shù)等效電

47、路。根據(jù)部分接入關(guān)系，將 、goe、Coe、YL（即gie、Cie）折合到LC并聯(lián)回路中，并將電導(dǎo)、電容分別合并得圖2-44所示并項后的等效電路。 在圖2-44中， 為折合到LC并聯(lián)回路中的等效輸出電壓。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,92,式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為下級晶體管的輸入電容。p1為晶體管接入回路的接入系數(shù)；p2為負載接入回路的接入系數(shù)。 g0為LC并聯(lián)諧振回路的諧振電導(dǎo),goe為晶體管的輸出電導(dǎo)；gie為下級晶體管的輸入電導(dǎo)。 1)諧振頻率 放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應(yīng)的頻率f0稱為放大器的諧振頻率，對于圖2-44所示電路，f0的表達式為,2.6

48、小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,93,2)電壓放大倍數(shù) 放大器的諧振回路諧振時，所對應(yīng)的電壓放大倍數(shù) 稱為調(diào)諧放大器的諧振電壓放大倍數(shù)。 的表達式為 式的負號表明輸出電壓和輸入電壓反相。但由于晶體管正向傳輸導(dǎo)納Yfe是一個復(fù)數(shù)，它還將引入一個附加的相移?？梢?，調(diào)諧放大器的諧振電壓放大倍數(shù)Auo與接入系數(shù)p1、p2有關(guān)，適當選擇接入系數(shù)，可滿足阻抗匹配,此時，調(diào)諧放大器可獲得最大電壓增益。但實際工作中，為保證放大器穩(wěn)定的工作，常使電路處于失配狀態(tài)，以避免過高的增益所造成的寄生振蕩。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,94,3)通頻帶 由于諧振回路的阻抗特性，當工作頻率偏離諧

49、振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習慣上稱電壓放大倍數(shù)Au下降到諧振電壓放大倍數(shù)Auo的0.707倍時所對應(yīng)的頻率為上限截止頻率fH和下限截止頻率fL，如圖（2-45）所示，兩個截止頻率之差稱為放大器的通頻帶BW0.7，其表達式為 BW0.72f0.7f0/Q L 式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)?？梢?，單調(diào)諧放大器的通頻帶取決于回路的諧振頻率f0和有載品質(zhì)因數(shù)QL。當f0一定，QL越高，通頻帶越窄；QL越低，通頻帶越寬。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,95,圖2-41中并聯(lián)在LC調(diào)諧回路兩端的R3是降低調(diào)諧回路的品質(zhì)因數(shù)Q值，以展寬放大器的通頻帶。 分析表明，放大器的諧

50、振電壓放大倍數(shù)Auo與通頻帶BW0.7的關(guān)系為 上式說明，當晶體管及電路選定，即Yfe確定且回路總電容為定值時，諧振電壓放大倍數(shù)|Auo|與通頻帶BW0.7的乘積為一常數(shù)。 通頻帶越寬，放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻帶，同時又能提高放大器的電壓增益，除了選用|Yfe|較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,96,如果放大器只是用來放大接收天線的某一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。 4）選擇性矩形系數(shù) 調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kr0.1來表示。矩形系數(shù)Kr0.1為電壓放大倍數(shù)下降

51、到0.1Auo時對應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707Auo時對應(yīng)的頻率偏移之比，即 Kr0.12f0.1/ 2f0.7 = 2f0.1/ BW0.7 上式表明，矩形系數(shù)Kr0.1越接近于，諧振曲線的形狀越接近矩形且選擇性越好。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kr0.19.95）。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,97,為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器。 4. 調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性 在分析調(diào)諧放大器的增益、通頻帶和選擇性等性能指標時，忽略了反映晶體管內(nèi)部反饋的導(dǎo)納參數(shù)Yre的作用，認為晶體管是單向化器件，即只允許信號從輸入端傳向輸出端，而沒有

52、反向傳輸，這是理想情況。實際上，晶體管是存在內(nèi)部反饋通路的。即通過Yre（晶體管內(nèi)部存在集電結(jié)電容Cbc）形成輸出向輸入的反饋作用。當反饋電壓與輸入電壓反相時，放大器能穩(wěn)定工作；當反饋電壓與輸入電壓同相時，就有產(chǎn)生自激振蕩的可能，,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,98,結(jié)果導(dǎo)致放大器頻率特性受到影響，通頻帶和選擇性有所改變，這時放大器就不能穩(wěn)定工作了。 也就是說Yre的存在對放大器的穩(wěn)定性起著不良影響，要設(shè)法盡量把減小或消除。實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量選用增益不高、Yre小的晶體管，同時在電路上可采用失配法來減小內(nèi)部反饋的影響。 失配是指信號源內(nèi)阻不與晶體管輸入阻抗匹配，晶體管輸出端負

53、載阻抗不與本級晶體管的輸出阻抗匹配。圖2-41中并聯(lián)在LC調(diào)諧回路兩端的R3即為失配電阻。 失配法的典型電路是共射共基（CE-CB）級聯(lián)放大器。它是利用共基電路輸入導(dǎo)納很大，使得前后兩級管子之間嚴重失配來減小內(nèi)反饋的影響，來達到電路穩(wěn)定的。,2.6 小信號調(diào)諧放大器,下一頁,返回,上一頁,99,2.6.2 集成電路高頻小信號放大器 隨著電子線路集成技術(shù)的不斷發(fā)展，以及固體濾波技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今的各類接收機中已經(jīng)廣泛使用集成電路高頻小信號放大器，通常是采用高增益寬帶線性集成放大器與各種集中選頻器組成的放大電路，從而電路的調(diào)整大大簡化，電路的頻率特性得到改善，電路的穩(wěn)定性也得到很大的提高。 以MC1490為例，此芯片是摩托羅拉公司生產(chǎn)的AGC寬帶放大器，國內(nèi)的同類產(chǎn)品有：F1490