1第二章

基本放大電路內容提要：2.1放大的概念和放大電路的主要性能指標2.2基本共射放大電路的工作原理2.3放大電路的分析方法2.4放大電路靜態工作點的穩定2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法2.6場效應管放大電路2.7基本放大電路的派生電路2.8Multisim應用舉例22.1概述一、放大的概念例：擴音器1、放大的對象為變化量2、輸入、輸出能量不等，本質是能量的控制與轉換3、功率放大為基本特征（功放）4、有源元件（能夠控制能量的元件，如晶體管、場效應管）5、不失真才有意義3二、放大電路的性能指標

1、放大倍數（對于小功率放大電路只考慮單一指標放大倍數，不研究功放）注：若輸入信號緩慢變化或直流量變化，則各量用Δi、Δu表示42、輸入電阻Ri放大電路可以看成是信號源的負載，Ri是從放大電路輸入端看進去的等效電阻。Ri＝Ui/Ii（有效值）US、RS為定值，為獲得大的Ui、需Ri↑，為獲得大的Ii、需Ri↓。3、輸出電阻RO放大電路的輸出可以看成一有內阻的電壓源，Ro是從放大電路輸出端看進去的等效電阻。RO越小→RL變化時UO變化越小→放大電路帶負載能力越強5Ri

、RO描述了電子電路相互連接時的影響：RLⅠ＝RiⅡ，RSⅡ＝ROⅠ→Ri

、RO會影響A64、通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力由于儲能元件的存在，低、高頻時減小并有相移，一般放大電路只適用于放大某一特定頻率范圍的信號。例：某幅頻特性fbW＝fH－fLfbW↑→放大電路對不同頻率信號的適應能力強f＝0或f＝∞時,應用：①功放fbW＝20Hz～20kHz②選頻放大電路fbW盡窄可能75、非線性失真系數D6、最大不失真輸出電壓Uom7、最大輸出功率與效率最大輸出功率Pom效率：直流電源的利用率η＝Pom/PVP79～思考題81、ui＝0時：

VBB使得UBE＞Uon，經Rb形成IBVCC足夠高使得UCE＞UBE，T工作在放大狀態，IC＝βIB，UCE＝VCC－ICRC2、ui≠0時：ui→ib→βib＝ic→uO＝uce——電壓放大3、該接法稱為共射接法

2.2基本共射放大電路的工作原理以基本共射放大電路為例，闡明放大電路的組成原則及電路中各元件的作用。一、電路組成9二、靜態工作點交流ui＝0時的IB、UBE、IC、UCE記為IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ硅管時UBEQ可以認為是0.7V設置靜態工作點的必要性：保證三極管工作在放大區10三、波形分析圖中uO的波形是去掉了直流分量UCEQ所得到的，與ui反相。可見靜態工作點的設置：將交流分量馱載在直流分量之上，保證在輸入信號的整個周期內T都工作在放大狀態，保證輸出放大且不產生非線性失真。11四、電路組成原則1、組成原則①直流電源、靜態工作點②電阻、合適的靜態電流③輸入信號作用于輸入回路產生iB或iE或uBE④輸出iC能夠作用于負載122、兩種常見的共射放大電路①直接耦合共射放大電路電路特點：㈠共射共地㈡射極、集電極電源合二為一㈢Rb1、Rb2、RC設置合理，保證靜態工作點（放大狀態）靜態工作點分析:分析時只分析直流——交流輸入端視為短路接地說明：Rb1必不可少，否則IBQ＝0，只有Rb1、Rb2配合才能保證IBQ。13②阻容耦合共射放大電路∵基本共射放大電路中信號電壓ui在Rb上有壓降直接耦合共射放大電路種信號電壓ui在Rb1上有壓降∴為了降低損耗，采用以下電路：耦合電容作用：（1/ωC隔直通交）電容對該放大電路直流特性無影響，交流信號ui可順利通過電容C1加入輸入回路，輸出信號交流部分可順利通過電容C2輸出uo，濾掉了直流成分。——阻容耦合14靜態時UC1＝UBEQUC2＝UCEQuBE＝UBEQ＋uiuo＝uCE－UCEQ以后的分析中β交、直流通用P84～例2.2.1P85～思考題P136～自測題一、二P138～習題2.1152.3放大電路的分析方法目的：求解靜態工作點和動態參數，先靜態后動態一、直流通路與交流通路直流通路：僅僅在直流電源作用下直流電流流經的通路。①電容開路1/ωC②電感短路ωL③交流信號源短路、但保留RS交流通路：僅僅在交流電源作用下交流電流流經的通路。①電容短路，容量大的電容②直流電源短路16例：1、基本共射放大電路172、直接耦合共射放大電路183、阻容耦合共射放大電路作業：P138～習題2.219習題2.220自測題二：21習題2.122二、圖解法1、靜態工作點①輸入特性曲線上過（VBB，0），（0，VBB/Rb）作直線，與曲線交點為Q（UBEQ，IBQ）∵uBE＝VBB－iBRb∴所作直線為輸入回路負載線，斜率為－1/Rb23②輸出特性曲線上過（VCC，0），（0，VCC/Rc）作直線，與IB＝IBQ這條輸出特性曲線交于一點Q（UCEQ，ICQ）∵uCE＝VCC－icRc∴所作直線為輸出回路負載線（直流負載線），斜率為－1/Rc如果輸出特性曲線中沒有IB＝IBQ那條輸出特性曲線，則應該補測該曲線。242、電壓放大倍數AuΔuI→VBB＋ΔuI→ΔiB→ΔiC→ΔuCE→Au＝ΔuCE/ΔuI253、失真截止失真：uo上半峰（頂部）、ic下半峰（底部）

飽和失真：uo下半峰（底部）、ic上半峰（頂部）26最大不失真電壓Uom的求法：以UCEQ為中心，取（VCC－UCEQ）和（UCEQ－UCES）這兩段距離中較小的數值。若除以，則得到最大不失真電壓的有效值Uom。為了使Uom盡可能大，應將Q點置于（VCC－UCES）/2的位置。274、直流負載線與交流負載線阻容耦合放大電路帶負載時，輸出電壓同時加在RC和RL上，當ic確定后，輸出電壓的大小取決于RC//RL，而不是RC。因此前述負載線uCE＝VCC－icRc稱為直流負載線，而動態信號遵循的負載線稱為交流負載線。交流負載線具備兩個特征：①∵ui＝0時，IC＝ICQ、UCE＝UCEQ，∴交流負載線過Q點。②斜率為－1/（RC//RL）。交流負載線作法：過Q點與［UCEQ＋ICQ（RC//RL），0］作直線。28放大電路帶上RL之后，在輸入信號ui不變的情況下，輸出電壓uo的幅值變小，即Au變小、Uom變小。注意：直接耦合放大電路的交、直流負載線是同一條；阻容耦合放大電路只有在空載情況下兩條直線才合二為一。295、圖解法適用范圍優點：形象直觀缺點：必須實測所用晶體管的特性曲線；定量分析時誤差較大；只能反映信號頻率低時的電壓電流關系。適用范圍：輸出幅值比較大而工作頻率不太高的情況。實際應用中多用于分析Q點的位置、Uom和失真情況。P93～例2.3.130三、等效電路法與二極管同理，線性化建模1、直流模型及靜態工作點的估算直流晶體管模型：前述Q點的計算已經應用了該模型，外加直流通路計算即可。會分析、計算即可，模型不用死記。312、晶體管的h參數模型適用于低頻小信號，又稱為低頻小信號模型。以共射h參數模型為例：32得h參數模型：簡化→UT＝26mV，rbb‘一般為300Ω，ICQ↑→rbe↓333、共射放大電路的動態參數用h參數模型代替基本共射放大電路的交流通路中的晶體管：34電路分析步驟：1、靜態Q→rbe；2、動態各參數35P101～例2.3.21、靜態Q點2、動態分析36P102～例2.3.31、靜態Q點2、動態分析模型等效電路：Ri與RS無關，RO與RL無關373、求AusP103～思考題P136～自測題三、四P138～習題2.5、2.6、2.8作業：P138～習題2.4、2.7、2.9、2.10382.4放大電路Q點的穩定一、穩定的必要性及原理1、必要性

Q點不僅決定了電路是否失真，而且還影響了Au、Ri、Ro等動態參數，其穩定性至關重要。電源電壓波動、元件老化、溫度變化等都是造成Q點不穩定的因素，其中溫度的影響最為重要：溫度T↑→β↑→IC↑→UCE↓→Q點向左移→飽和溫度T↓→β↓→IC↓→UCE↑→Q點向右移→截止2、原理依靠IBQ產生與ICQ變化相反的變化來補償ICQ的變化，從而穩定Q點。方法：反饋法、補償法39二、典型的穩定Q點電路（反饋法）（a）直接耦合電路（b）阻容耦合電路（c）直流通路直流電流負反饋Q點穩定電路，（b）圖又稱為電阻分壓式直流電流負反饋阻容耦合共射放大電路。（a）、（b）兩圖的直流通路相同，通過分析直流通路研究Q點的穩定：通常為了穩定Q點，電路參數的選取使得：I1＞＞IBQ，則：由于電阻的熱穩定性，溫度變，UBQ不變溫度T↑→β↑→IC↑、IE↑→IERe↑→UBE＝（UBQ－IERe）↓→IB↓→IC↓兩個條件：UBQ、Re40電路分析：1、Q點估算法：41精確計算：無論電路參數的選取是否使得：I1＞＞IBQ，可利用戴維南定理求得直流通路的等效電路：422、動態參數（a）直接耦合暫不作要求（b）阻容耦合帶旁路電容Ce，交流時Re被短路：43無旁路電容Ce，交流時考慮Re：無旁路電容Ce時的電壓放大倍數遠小于帶旁路電容Ce時的電壓放大倍數。說明Re的存在穩定了Q點，但卻以犧牲電壓放大倍數為代價。帶旁路電容Ce時，即可以在直流時穩定Q點，又可以在動態時有足夠的電壓放大倍數。44P108～例2.4.145三、補償法穩定Q點的措施1、利用二極管的反向特性進行溫度補償溫度T↑→β↑→IC↑

＼→IR↑→IB↓→IC↓462、利用二極管的正向特性進行溫度補償溫度T↑→β↑→IC↑→UE↑

＼→UD↓→UB↓→UBE↓→IC↓P110～思考題作業：習題2.11、2.13472.5晶體管單管放大電路的三種基本接法共射放大電路中，就三極管本身而言，放大的是電流，通過外電路的不同接法，可以實現對電壓的放大。最終目的實現了功率的放大。共射、共集、共基是單管放大電路的三種基本接法，它們都實現了功率的放大。已經學過的共射電路有：①基本共射（圖2.2.1）②直接耦合（圖2.2.4）③阻容耦合（圖2.2.5）④電阻分壓式直接耦合＋Re（圖2.4.2a）⑤電阻分壓式阻容耦合＋Re（圖2.4.2b）⑥電阻分壓式阻容耦合＋Re＋Ce（圖2.4.2b）48一、共集放大電路（射極輸出器）1、基本電路構成（a）電路（b）直流通路（c）交流通路2、Q點493、動態分析共集放大電路常稱為射極輸出器，放大倍數小于并接近于1，可作為電壓跟隨器；Ri大，Ro小，從信號索取的電流小而且帶負載能力強，所以常用于多級放大電路的輸入級和輸出級；也可用來連接兩電路，減少電路間直接相連所帶來的影響，起緩沖作用。

50P113～例2.5.1代入數據計算例：（習題2.12）電路如圖P2.12所示，晶體管的＝80，rbe=1kΩ。（1）求出Q點；（2）分別求出RL＝∞和RL＝3kΩ時電路的和Ri；（3）求出Ro。解：（1）Q點（2）動態分析RL＝∞：51RL＝3kΩ：52二、共基放大電路1、電路結構（a）電路——共基共地（b）交流通路c）交流等效電路532、Q點3、動態54共基放大電路輸入—輸出電流為iE——iC，無電流放大能力具備電壓放大能力，放大能力與共射放大電路相當，且為同相放大；輸入電阻小，輸出電阻與共射放大電路相當；共基放大電路的最大優點是頻帶寬，多用于無線電通訊應用。P115～例2.5.2代入數據計算

例：（習題2.3b）分析所示電路的Q點、Ri和Ro的表達式。設靜態時R2中的電流遠大于T的基極電流。55三、三種接法比較接法RiRoAu頻率特點及應用共射中大－頻帶窄常作為低頻放大電路單元電路共集大小≤1無電流放大能力、只有電壓放大能力，常作為多級放大電路的輸入級、輸出級和中間級，功率放大電路常采用共基小大＋頻帶寬頻率特性最好，常用于寬頻帶放大電路P115～思考題P138～習題2.3562.6晶體管基本放大電路的派生電路為了進一步改善放大電路的性能，可用多只晶體管構成復合管來取代基本放大電路中的一只晶體管；也可根據需要將兩種基本接法組合起來，以得到多方面性能具佳的放大電路。57一、復合管放大電路1、復合管的組成及其電流放大系數兩只同類型的晶體管組成的復合管：等效為與組成它們同類型的管子（a）NPN（b）PNP58兩只不同類型的晶體管組成的復合管：等效為與T1同類型的管子（c）PNP（d）NPN59復合管組成原則：①在正確的外加電壓下每只管子的各極均有合適的通路，且都工作在放大區；②為了實現電流放大，應將第一只管子的集電極或發射極電流作為第二只管子的基極電流（a）圖中：iB=iB1iE=iE2iC=iC1+iC2=β1iB1＋β2（1＋β1）iB1＝(β1+β2+β1β2)iB1∵β1β2＞＞β2∴β≈β1β2同理可得其余3圖的β均為β1β260由于復合管的β很大，只需很小的iB就能獲得很大的iC。有時還可以將3只晶體管結成復合管、或將晶體管與場效應管結成復合管。但是為了保證晶體管工作于放大區，c—e間的直流電壓必須足夠大，這就必須提高電源電壓；同時晶體管數目增多后，頻率特性會因結電容的作用變壞。所以3只晶體管組成的復合管很少用。612、復合管共射放大電路阻容耦合共射放大電路中的晶體管用復合管取代：1、靜態Q點622、動態分析與單管放大電路相比，電流放大能力增大約β倍，電壓放大能力相當，輸入電阻增大。633、復合管共集放大電路64

再次強調：任何電路輸入電阻與電壓源內阻無關，輸出電阻與負載電阻無關。65二、共射—共基放大電路共射：電壓放大能力較強共基：頻率特性較好66三、共集—共基放大電路共集：輸入電阻大共基：有一定的電壓放大能力，頻率特性號67P129～思考題P144～習題2.18682.7場效應管放大電路uGS→iD實現能量的控制，構成放大電路；Ri大，常作為多級放大電路的輸入級。一、場效應管放大電路的三種接法（a）共源——共射（b）共漏——共集（c）共柵——共基69二、場效應管放大電路靜態工作點的設置與分析Q點設置的必要性：與晶體管放大電路一樣，為了使電路正常放大，必須保證場效應管工作于恒流區。1、基本共源放大電路N溝道增強型MOS管①uGS>0且VGG>UGS(th)②VDD保證uDS>uGS-UGS(th)，恒流區③VDD為負載提供能量④Rd同Rc，將iD的變化轉化為uDS的變化、實現電壓放大70靜態分析：令ui＝0①圖解分析法UGSQ＝VGGuDS＝VDD－iDRd（直流負載線）曲線與直線的交點坐標即靜態工作點②利用場效應管的電流方程求出IDQ其中IDO是uGS＝2UGS（