1、第二章 基本放大電路,2.1放大的概念和電路主要指標,2.7場效應管放大電路,2.6晶體管基本放大電路的派生電路,2.5單管放大電路的三種基本接法,2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,2.3放大電路的分析方法,2.2基本共射放大電路的工作原理,2.1 放大的概念和電路主要指標,2.1.1 放大的概念,電子學中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。,電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡表示，如圖：,Au,放大的前提是不失真，即只有在不失真的情況下放大才有意義。,放大電路放大的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換。,2.1.2.放大電路的性能指標,放大電路示意圖,圖2.

2、1.2放大電路示意圖,一、放大倍數(shù)表示放大器的放大能力,根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。,二、輸入電阻Ri,放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。 輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。,Ri=Ui / Ii,一般來說， Ri越大越好。,三、輸出電阻 Ro,從放大電路輸出端看進去的等效電阻。,輸入端正弦電壓 ，分別測量空載和輸出端接負載 RL 的輸出電壓 、 。,輸出電阻愈小，帶載能力愈強。,四、通頻帶,通頻帶：,fbw=fHfL,放大倍

3、數(shù)隨頻率變化曲線,通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。,五、非線性失真系數(shù) D,所有諧波總量與基波成分之比，即,六、最大不失真輸出幅度,在輸出波形沒有明顯失真情況下放大電路能夠提供給負載的最大輸出電壓(或最大輸出電流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。,七、最大輸出功率與效率,輸出不產(chǎn)生明顯失真的最大輸出功率。用符號 Pom表示。, ：效率 PV：直流電源消耗的功率,2.2基本共射放大電路的工作原理,2.2.1基本共射放大電路的組成及各元件作用,T：NPN 型三極管，為放大元件；,VCC：為輸出信號提供能量；,RC：當 iC 通過 Rc

4、，將電流的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到電路的輸出端；,VBB 、Rb：為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，提供靜態(tài)基極電流(靜態(tài)基流)。,放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。,2.2.2 設置靜態(tài)工作點的必要性,一、靜態(tài)工作點 (Quiescent Point),靜 態(tài)工作點Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ,ICQ= IBQ,對于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP鍺管UBEQ-0.2V,二、為什么要設置靜態(tài)工作點,輸出電壓會出現(xiàn)失真,對放大電路的基本要求：,1.輸出波形不能失真。 2.輸出信號能夠放大。,Q點不僅影響放大電路是否會失真， 而且影響放大電路的幾乎所有的動態(tài)參

5、數(shù)。,uCE（-iCRc）,uBE,iB,iC（biB）,電壓放大倍數(shù)：,B,C,E,一放大原理,2.2.3 基本共射放大電路的工作原理及波形分析,若設置了適當靜態(tài)工作點,符號說明,基本共射放大電路的電壓放大作用是利用晶體管的電流放大作用，并依靠RC將電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化來實現(xiàn)的。,各電壓、電流的波形,2.2.4 放大電路的組成原則,一、組成原則,1.必須有為放大管提供合適Q點的直流電源。保證晶體管工作在放大區(qū)；（場效應管工作在恒流區(qū)）。,2.電阻適當，同電源配合，使放大管有合適Q點。,3.輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。對于晶體管能產(chǎn)生uBE，（對于場效應管能產(chǎn)生uGS，）從而

6、改變輸出回路的電流，放大輸入信號。,4.當負載接入時，必須保證放大管的輸出回路的動態(tài)電流能夠作用于負載，從而使負載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號電壓。,常見的共射放大電路,1.直接耦合共射放大電路靜Q點的計算,（負載電路RL未接入）,二、畫直流通路的原則,1.電容的容抗為無窮大，視為開路 2.電感線圈的阻值很小，相當于短路,舉例：畫出下圖所示電路的直流通路,阻容耦合放大電路的直流通路,原則：令輸入信號為零（若信號源有內(nèi)阻應保留），在直流通路的基礎上，利用節(jié)點電流定律和回路電壓法等列方程求解。 靜態(tài)工作點（直流）包括（UBEQ，IBQ, ICQ, UCEQ）,三、靜態(tài)工作點的計算,圖例計算

7、結(jié)果：,例2：求下圖所示電路的靜態(tài)工作點,ICQ= IBQ,對于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP鍺管UBEQ-0.2V,共射極放大電路,放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？,（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）,解：（1）,（2）當Rb=100k時，,靜態(tài)工作點為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。,其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：,所以BJT工作在飽和區(qū)。,UCEQ不可能為負值，,此時，Q（12

8、0uA，6mA，0V），,例題,2.3.1 畫交流通路的原則,2.3 放大電路的交流通路,共射極放大電路,畫出下圖的交流通路,2.3.1 交流通路,共射極放大電路,2.3.2如何判斷定性判斷一個放大電路能否正常放大信號？,依據(jù)兩個方面 （1）靜態(tài) 放大電路是否有一個合適的靜態(tài)工作點 （2）動態(tài) 輸入的交流信號是否能夠正確的作用于輸入端，放大后輸出的信號是否能夠正確的作用于負載。,舉例：課本P139 題2.1分析是否能夠正常放大,思考題：計算靜態(tài)工作點,一、靜態(tài)工作點的估算,由于 IR IBQ， 可得(估算),靜態(tài)基極電流,2.3.2圖解法,在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解放大

9、電路的工作情況。,一、靜態(tài)工作點的分析,1. 先確定輸入回路 IBQ、 UBEQ。（一般采用：用估算的方法計算）,2.3.2圖解法,2. 用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值。,方法：根據(jù) uCE = VCC - iCRc 式確定兩個特殊點,輸出回路,輸出特性,由靜態(tài)工作點 Q 確定的 ICQ、UCEQ 為靜態(tài)值。,【例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點。,解：首先估算 IBQ,做直流負載線，確定 Q 點,根據(jù) UCEQ = VCC ICQ Rc,iC = 0，uCE = 12 V ；,uCE

10、 = 0，iC = 4 mA .,0,iB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.,uCE /V,由 Q 點確定靜態(tài)值為：,iC /mA,二、 電壓放大倍數(shù)的分析,1. 交流通路的輸出回路,輸出通路的外電路是 Rc 和 RL 的并聯(lián)。,2. 交流負載線,交流負載線斜率為：,3. 動態(tài)工作情況圖解分析,（動畫3-1）,輸出回路工作情況分析,圖解法小結(jié),1. 列出各元件的電路方程（PN結(jié)、電阻等） 2. 輸入端保留自變量VBE（即Vi）和因變量IB（即Ii），輸出端保留

11、自變量VCE（即Vo）和因變量IC（即Io），對不滿足的方程進行格式的變換（主要是電阻方程） 3. 分別將輸入端和輸出端的方程曲線畫在同一個坐標內(nèi)，則曲線的交點即為方程的解，該解叫做工作點，如為直流工作狀態(tài)則叫靜態(tài)工作點 4. 變化會來自兩個方面，一是輸入端的微小電壓或電流的變化；二是輸出端的負載變化；不管是那一項，僅能考量一項變化。 5.輸入端微小信號的變化體現(xiàn)在輸出端PN結(jié)反向曲線的改變，工作點也隨之改變；輸出端負載的變化體現(xiàn)在輸出端電阻曲線的變化（斜率），工作點不改變。,三、波形非線性失真的分析,1. 靜態(tài)工作點過低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真,ib,ui,結(jié)論：iB 波形失真

12、, 截止失真,（動畫3-2）,iC 、 uCE (uo )波形失真,NPN 管截止失真時的輸出 uo 波形。 uo 波形頂部失真,uo = uce,3.用圖解法估算最大輸出幅度,輸出波形沒有明顯失真時能夠輸出最大電壓。即輸出特性的 A、B 所限定的范圍。,Q 盡量設在線段 AB 的中點。則 AQ = QB，CD = DE,問題：如何求最大不失真輸出電壓？,Uomax=min(UCEQ-UCES),(UCC/-UCEQ),（動畫3-4）,4.用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響,（1） 改變 Rb，保持VCC ，Rc ， 不變；,Rb 增大，,Rb 減小，,Q 點下移；,Q 點上移；,（2）改

13、變 VCC，保持 Rb，Rc ， 不變；,升高 VCC，直流負載線平行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。,Q2,3. 改變 Rc，保持 Rb，VCC ， 不變；,4. 改變 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不變；,增大 Rc ，直流負載線斜率改變，則 Q 點向飽和區(qū)移近。,Q2,增大 ，ICQ 增大，UCEQ 減小，則 Q 點移近飽和區(qū)。,圖 2.4.9 (c),圖 2.4.9 (d),2.3.3等效電路法,晶體管在小信號(微變量)情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大

14、電路等效為一個線性電路。,一、微變等效條件,研究的對象僅僅是變化量,信號的變化范圍很小,1. H(hybrid)參數(shù)的引出,在小信號情況下，對上兩式取全微分得,用小信號交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,輸入、輸出特性如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以寫成：,二、晶體管共射參數(shù)等效模型,輸出端交流短路時的輸入電阻；,輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；,輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比；,輸入端交流開路時的輸出電導。,其中：,四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)。,2. H參

15、數(shù)的物理意義,hybrid （H參數(shù)）,3. H參數(shù)小信號模型,根據(jù),可得小信號模型, H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 H參數(shù)與工作點有關，在放大區(qū)基本不變。 H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。,4. 簡化的H參數(shù)等效模型,即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe,一般采用習慣符號,則BJT的H參數(shù)模型為, uT很小，一般為10-310-4 ， rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡化電路, ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關聯(lián)的。,5. H參數(shù)的確定, 一般用測試儀測出；,

16、 rbe 與Q點有關，可用圖示儀測出。,一般也用公式估算 rbe,rbe= rb + (1+ ) re,則,對于低頻小功率管 rb(100300）,三、共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析,電路動態(tài)參數(shù)的分析就是 求解電路電壓放大倍數(shù)、 輸入電阻、輸出電阻。,解題的方法是： 作出h參數(shù)的交流等效電路,圖2.2.5共射極放大電路,（動畫3-7）,根據(jù),則電壓增益為,（可作為公式）,1. 求電壓放大倍數(shù)（電壓增益）,2. 求輸入電阻,3. 求輸出電阻,令,4.當信號源有內(nèi)阻時：,Ri為放大電路的輸入電阻,解（1）求Q點，作直流通路,（1）試求該電路的靜態(tài)工作點； （2）畫出簡化的小信號等效電路； （3）求該

17、電路的電壓增益AV， 輸出電阻Ro、輸入電阻Ri。,例如圖，已知BJT的=100，UBE=-0.7V。,2. 畫出小信號等效電路,3. 求電壓增益,200+（1+100）26/4 =865歐,4. 求輸入電阻,5. 求輸出電阻,Ro = Rc = 2K,6.非線性失真判斷,底部失真即截止失真 基極電流太小，應減小基極電阻。,等效電路法的步驟(歸納),1. 首先利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點 Q 。 2. 求出靜態(tài)工作點處的微變等效電路參數(shù) 和 rbe 。 3. 畫出放大電路的微變等效電路?？上犬嫵鋈龢O管的等效電路，然后畫出放大電路其余部分的交流通路。 4. 列出電路方程并求解。

18、,2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,2.4.1靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性,三極管是一種對溫度十分敏感的元件。溫度變化對管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有：,1. UBE 改變。UBE 的溫度系數(shù)約為 2 mV/C，即溫度每升高 1C，UBE 約下降 2 mV 。,2. 改變。溫度每升高 1C， 值約增加 0.5% 1 %， 溫度系數(shù)分散性較大。,3. ICBO 改變。溫度每升高 10C ，ICBQ 大致將增加一倍，說明 ICBQ 將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。,溫度升高將導致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。,T = 20 C,T = 50 C,圖 2.4.1晶體管在不同環(huán)境溫度下的輸出特性曲線,2.4.2典型

19、的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路,穩(wěn)定Q點常引入直流負反饋或溫度補償?shù)姆椒ㄊ笽BQ在溫度變化時與ICQ產(chǎn)生相反的變化。,一、電路組成和Q點穩(wěn)定原理,所以 UBQ 不隨溫度變化，,電流負反饋式工作點穩(wěn)定電路,T ICQ IEQ UEQ UBEQ (= UBQ UEQ) IBQ ICQ ,阻容耦合的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路,由于 IR IBQ， 可得(估算),二、靜態(tài)工作點的估算,由于 IR IBQ， 可得(估算),靜態(tài)基極電流,三、動態(tài)參數(shù)的估算,如無旁路電容，動態(tài)參數(shù)如何計算？,圖2.4.4(a)無旁路電容時的交流電路,2.4.3穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施,a利用二極管的反向特性進行溫度補償,圖2.4.5靜態(tài)工作點穩(wěn)

20、定電路,b利用二極管的正向特性進行溫度補償,復習：,1.如何用圖解法求靜態(tài)工作點？,2.NPN管共射放大電路Q點設置太低，輸出電壓將會如何？如何調(diào)節(jié)？,3.直流通路、交流通路如何繪制？,4.BJT的h參數(shù)等效模型如何？基射極等效電阻如何計算？,6.為什么要穩(wěn)定靜態(tài)工作點？如何穩(wěn)定？,5.共射放大電路靜態(tài)、動態(tài)分析包括哪些參數(shù)？,2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法,三種基本接法,共射組態(tài) CE,共集組態(tài) CC,共基組態(tài) CB,2.5.1基本共集放大電路,圖 2.5.1基本共集放大電路(a)電路,一、電路的組成,信號從基極輸入， 從發(fā)射極輸出,（動畫3-6）,二、靜態(tài)工作點,由基極回路求得靜態(tài)

21、基極電流,則,(a)電路圖 圖 2.5.1共集電極放大電路,三、電流放大倍數(shù),所以,四、電壓放大倍數(shù),結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于 1，而接近 1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。,五、輸入電阻,輸入電阻較大。,六、輸出電阻,輸出電阻低，故帶載能力比較強。,Ro,圖 2.5.3共集放大電路的輸出電阻,如輸出端加上發(fā)射極電阻Re,如輸出端無發(fā)射極電阻Re,2.5.2共基極放大電路,圖 2.5.4共基極放大電路,(a)原理電路,VEE 保證發(fā)射結(jié)正偏；VCC 保證集電結(jié)反偏；三極管工作在放大區(qū)。,(b)實際電路,實際電路采用一個電源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分壓提供基極正偏電壓。,一、

22、靜態(tài)工作點(IBQ , ICQ , UCEQ),圖 2.5.4(c)實際電路,二、電流放大倍數(shù),微變等效電路,由圖可得：,所以,由于 小于 1 而近似等于 1 ，所以共基極放大電路 沒有電流放大作用。,圖 2.5.4(C)共基極放大電路的等效電路,三、電壓放大倍數(shù),由微變等效電路可得,共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放大作用。電壓放大倍數(shù)與共射電路相等，但沒有負號，說明該電路輸入、輸出信號同相位。,四、輸入電阻,暫不考慮電阻 Re 的作用,五、輸出電阻,暫不考慮電阻 RC 的作用 Ro = rcb .,已知共射輸出電阻 rce ，而 rcb 比 rce大 得多，可認為,rcb (1

23、 + )rce,如果考慮集電極負載電阻，則共基極放大電路的輸出電阻為,Ro = Rc / rcb Rc,如考慮電阻 Re 的作用,2.5.3三種基本組態(tài)的比較,2.5.3三種基本組態(tài)的比較,例如圖屬于何種組態(tài)？其輸出電壓的波形是否正確？若有錯，請改正。,解共集電極組態(tài),不正確。,例 電路如圖題所示，BJT的 電流放大系數(shù)為，輸入電阻為rbe， 略去了偏置電路。試求下列三種情況下 的電壓增益AV、輸入電阻Ri和輸出電阻RO vs2=0，從集電極輸出； vs1=0，從集電極輸出； vs2=0，從發(fā)射極輸出。,解 共發(fā)射極接法,共基極組態(tài),Ro RC,vs1=0，從集電極輸出,共集電極組態(tài),vs2=

24、0，從發(fā)射極輸出,一、復合管的組成及其電流放大系數(shù),復合管的構(gòu)成：,iB1,由兩個或兩個以上三極管組成。,1.復合管共射電流放大系數(shù) 值,由圖可見,2.6晶體管基本放大電路的派生電路,2.6.1復合管放大電路,則,2.復合管輸入電阻 rbe,其中,所以,顯然，、rbe 均比一個管子 1、rbe1 提高了很多倍。,3.構(gòu)成復合管時注意事項,（1）. 前后兩個三極管連接關系上，應保證前級輸出電流與后級輸入電流實際方向一致。 （2）. 外加電壓的極性應保證前后兩個管子均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)。,復合管的接法,(a) NPN 型,(b) PNP 型,圖 2.6.1復合管,圖 2.

25、6.1復合管,結(jié) 論,1. 兩個同類型的三極管組成復合管，其類型與原來相同。復合管的 1 2，復合管的rbe = rbe1 +（1+1 ） rbe2 。 2. 兩個不同類型的三極管組成復合管，其類型與前級三極管相同。復合管的 1 2，復合管的 rbe = rbe1 。 3. 在集成運放中，復合管不僅用于中間級，也常用于輸入級和輸出級。,二、復合管共射放大電路,圖2.6.2阻容耦合復合管共射放大電路,電壓放大倍數(shù)與沒用復合管時相當，但輸入電阻大大增加,增強了電流放大能力。,三、復合管共集放大電路,圖2.6.3阻容耦合復合管共集放大電路,復合管共集放大電路使輸入電阻大大增加，輸出電阻大大減小。,2

26、.6.2共射共基放大電路,特點：電路的輸入電阻較大，具有一定的電壓放大能力，有較寬的通頻帶。,圖2.6.4共射共基放大電路的交流通路,2.6.3共集共基放大電路,圖2.6.5共集共基放大電路的交流通路,輸入電阻較大，具有一定的電壓放大能力，有較寬的通頻帶。,2.7場效應管放大電路,場效應管是電壓控制電流元件，具有高輸入阻抗。,2.7.1場效應管放大電路的三種接法,（以N溝道結(jié)型場效應管為例）,2.7.2場效應管放大電路的靜態(tài)工作點的設置方法,圖 2.7.2基本共源放大電路,與雙極型三極管對應關系,b G , e S , c D,為了使場效應管工作在恒流區(qū)實現(xiàn)放大作用，應滿足：,N 溝道增強型

27、MOS 場效應管組成的放大電路。,(UT：開啟電壓),一、基本共源放大電路,靜態(tài)分析 UGSQ 、 IDQ UDSQ,兩種方法,近似估算法,圖解法,(一) 近似估算法,MOS 管柵極電流為零，當 uI = 0 時,UGSQ = VGG,而 iD 與 uGS 之間近似滿足,(當 uGS UT),式中 IDO 為 uGS = 2UT 時的值。,則靜態(tài)漏極電流為,(二) 圖解法,圖 2.7.3圖解法求基本共源放大電路的 靜態(tài)工作點,VDD,IDQ,UDSQ,Q,利用式 uDS = VDD - iDRD 畫出直流負載線。,圖中 IDQ、UDSQ 即為靜態(tài)值。,UGSQ =,UDSQ =,已知UP 或

28、UGS（Off),VDD,- IDQ (Rd + R ),- -IDQR,可解出Q點的UGS Q、 IDQ 、 UDSQ,如知道FET的特性曲線，也可采用圖解法。,二、自給偏壓電路,圖2.7.4(a) JFET自給偏壓共源電路,耗盡型MOS管自給偏壓共源電路的分析方法相同。,三、分壓式偏置電路,(一)Q點近似估算法,根據(jù)輸入回路列方程,解聯(lián)立方程求出 UGSQ 和 IDQ。,列輸出回路方程求 UDSQ,UDSQ = VDD IDQ(RD + RS),將IDQ 代入，求出UDSQ,(二)圖解法,由式,可做出一條直線，,另外，iD 與 uGS 之間滿足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，二者之間交點為靜態(tài)工作點，確定 UGSQ， IDQ 。,根據(jù)漏極回路方程,在漏極特性曲線上做直流負載線， 與 uGS = UGSQ 的交點確定