模拟电子技术基础课件第二章基本放大电路

当
fH
f
时
L
，
fL
fH
fbw fH
图 2.1.4 放大电路的频率响应
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7
（5）非线性失真：
ui
由元器件非线性特性
引 起 的 失 真 。 如 图 2.1.5 O
t
所示。
uo
设输出信号中的基波
幅值为A1、谐波波幅值为 A2 、 A3… ， 则 非 线 性 失 真
系数：
O
t
图 2.1.5 放大的非线性失真
D
A2 A1
2
A3 A1
2
(2.1.10)
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8
（6）最大不失真输出电压Vom：
（7）最大输出功率Pom与效率：
式中，PV为电源消耗的功率。
Pom PV
(2.1.11)
有关符号的约定
• 大写字母、大写下标表示直流量。如VCE、IC等。 • 大写字母、小写下标表示交流有效值。如Vce、Ie等。 • 小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如
Rs + us –
Rc Rb1
Rs
RL
+ us
Rb2
–
(b) 交流通路
Rc RL
图 2.3.1 直接耦合共射放大电路的直流通路和交流通路
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3
VCC
Rb
Rc
VCC
Rb
Rc
C1
C2
Rs
RL
+
us
–
VCC
(a) 直流通路
Rb
C1
Rs + us –
Rc C2
Rs
RL
+ us
Rb
–
放大的对象：变化量。
放大的本质：能量的控制和转换。
放大电路的特征：功率放大。 放大电路的必备元件：有源器件（晶体管或场效应管）。
放大的前提：不失真。
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2
2. 放大电路的性能指标
Ii
Io
Rs +
Vs
–
信号源
+
Ro
+
Vi
–
放大 +
Ri 电路Vo'
Vo
–
–
图 2.1.2 放大电路示意图
RL 负载
所以，输入电阻越大，信号电压损失越小。
对电流源形式的信号源，放大电路的输入电流：
Ii
Rs Rs Ri
Is
(2.1.7)
所以，输入电阻越小，信号电流损失越小。
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5
（3）输出电阻：
Ro
VT IT
VRsL0
(2.1.8)
可以按照 如图2.1.3 所示方法求解输出电阻。
输出电阻的大小，影响到输出到负载信号的大小。当
放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大 电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。
输入端口特性可以等效为一个输入电阻 输出端口可以等效成电压源或电流源
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3
（1）放大倍数及增益
电压放大倍数： （无量纲）
Av
Vo Vi
电流放大倍数： （无量纲）
Ai
Io Ii
互阻放大倍数： （欧姆）
Rc Cb2
T
VCC
T Cb2
Rb
VBB
(a)
(b)
(c)
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5
2. 图解分析法
图解分析法，必须已知三极管的输入、输出特性曲线。
（1）直流分析
• 首先，画出直流通路，如图2.3.4所示。
VCC
VCC
Rb
C1
Rs + us –
Rc
C2 RL
Rb
Rc
IC
IB
+
+ UB E
UCE –
与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。如图
2.3.6所示。
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8
思考题： 用图解分析法在晶体管特性曲线上作出图2.3.1所示
直接耦合放大电路的静态工作点Q。 解答
VCC
Rb2
Rc
Rb1
Rs
RL
+
us
–
图 2.3.1 直接耦合共射放大电路
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思考题：（1）为什么直流通路中“电容视为开路、电感视 为短路、信号源视为短路” ？
（2）为什么交流通路中“大容量电容视为短路、大容量 电感视为开路、直流电源视为短路” ？解答
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2
VCC
VCC
Rb2
Rc
Rb2
Rc
Rb1
Rb1
Rs +
RL Rs
RL
us
–
VCC (a) 直流通路
Rb2
Rb1
(b) 交流通路
Rc RL
图 2.3.2 阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路
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4
思考题：试分析图2.3.3所示各电路是否可能不失真 地放大交流信号，简述理由。设所有电容对交流信号均 可视为短路。 解答
图 2.3.3
Rc Cb2
Cb1
T
VCC Cb1
-VCC
Rc
Cb1
电流为Ios，其输出电阻Ro为多少？
解答
例题
例2.1.1 某电唱机拾音头内阻为1M，输出电压为1V （有效值），如果直接将它与10 的扬声器相接，扬声器上 的电压和功率各为多少？如果在拾音头和扬声器之间接入一
个放大电路，其输入电阻Ri= 1M ，输出电阻Ro= 10 ，开 路电压增益为1，则此时扬声器上的电压和功率各为多少？
和基极电源，提供输入 回路的静态工作点。
Rc、 VCC ：集电极电阻
和集电极电源，提供输出 回路的静态工作点。同时，
Rc 还是集电极负载电阻 ， VCC 还提供输出所需的能
量。
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2. 放大电路的工作原理
iB IB Q
ui
t
+ ui
Rb
–
VB B
iC ICQ
t
Rc
iB
iC+
uCE
–
uCE UCEQ t
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5
4. 放大电路的组成原则
（1）组成原则 ➢ 根据所用放大管的类型设置合适的静态工作点Q 。对 于晶体管应使发射结正偏，集电结反偏，以使晶体管工 作于线性放大区；对于场效应管，应根据其类型，使栅源之间、漏-源之间的偏置电压能够保证场效应管工作于 恒流区。
➢ 必须保证从输入到输出信号的正常流通途径。输入信 号能有效地作用于放大电路的输入回路；输出信号能有 效地加到负载上。
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6
（4）通频带：用于
衡量放大电路对不同
20lg|AV|/dB
频率信号的放大能力。
如图2.1.4 所示。 60
3dB
通频带（带宽）
40
fbw fH fL (2.1.9)
其中 fH — 上限频率 20 低频段
带宽 中频段
高频段
fL — 下限频率
0 2
20 2 102 2 103 2 104 f/Hz
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6
（2）常见的两种共射放大电路 (a) 直接耦合共射放大电路（如图2.2.3所示）
Rb2
Rb1 + ui –
VCC
Rc
+
uo
RL
–
图 2.2.3 直接耦合共射放大电路
直接耦合：电路 通过直接连接传递 信号的方式。
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7
(b) 阻容耦合共射放大电路（如图2.2.4所示）
Ar
Vo Ii
(2.1.1)
(2.1.2) (2.1.3)
对于小功率放 大电路，人们往往 只关心上述单一指 标的放大倍数，而 不研究其功率放大 能力。本章着重讨 论电压放大倍数。
需要注意的是，
互导放大倍数： （西门子S)
Ag
Io Vi
(2.1.4)
当 以 上 各 式 的Vi 换 成Vs时 ， 则 各 放
–
图 2.3.4 阻容耦合共射放大电路的直流通路
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6
• 列输入回路方程：VBE =VCC－IBRb • 在输入特性曲线上，作直线 VBE =VCC－IBRb ，两线的交
点即是Q点，得到IBQ。如图2.3.5所示。
VCC
Rb
Rc
IC
IB
+
+ UB E
UCE –
–
图 2.3.4 直流通路
流偏置，根据图2.2.2(b)所示动态工作情况，在ui负半周以 及ui正半周其幅值小于晶体管发射结的导通电压时，晶体 管截止，输出电压不变，即动态电压为0，所以造成了严 重的失真，从这个意义上讲，设置静态工作点是十分必要 的。此外，静态工作点的设置，还影响到其它动态参数， 必须合理设置静态工作点，在以后各节再进行说明。
阻容耦合：电路 通过电容连接传递 信号的方式。起连 接作用的电容称之 为耦合电容。
耦合电容的容量 一般很大，为电解
VCC Rb Rc +C2-
-C1+
+ ui –
+
uo
RL
–
电容，起隔直通交 图 2.2.4 阻容耦合共射放大电路 的作用。
思考题：为什么耦合电容可以起隔直通交的作用？
解答
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图 2.2.2 (b) ui=sinwt 时（动态）
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4
3. 设置静态工作点的必要性
（1）静态工作点 ui=0时，输入特性曲线上的点（UBEQ,IBQ) 和输出特性
曲线上的点（UCEQ,ICQ)，称之为静态工作点Q。
（2）设置静态工作点的必要性 放大的对象是动态信号，但前提是不失真。若去掉直
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Io
Ii
Rs +
VS
–
+
Vo
–
+
RL Vs
–
Rs
+
Vi
–
10
Io
Ro 放大 +
Ri 电路Vo'
–
+
Vo RL
–
图 2.1.6 例 2.1.1 求解示意图
解：(a)
Vo
RL Rs RL
Vs
1
10 106
10
1
105 (V )(b)Fra bibliotekVo
RL Ro RL
V' o
RL Ro RL
2.1 放大的概念及放大电路的性能指标
2.2 基本放大电路的工作原理
内容简介
2.3 放大电路的分析方法 2.4 放大电路静态工作点的稳定
习题解答
2.5 晶体管放大电路的三种组态
2.6 晶体管放大电路的派生电路
2.7 场效应管放大电路
Home
内容简介
Home
1
1. 放大的概念
声音
放大电路
声音
图 2.1.1 扩音机示意图
8
小结 本讲主要介绍了以下基本内容： ➢ 放大的基本概念：放大的对象是动态信号（变化量）、 放大的本质是能量的控制与转换、其特征是功率放大、放 大的前提是不失真、放大的必备元件是有源器件（晶体管、 场效应管等） ➢ 放大电路的组成原则：合适的静态工作点；正常的交流 信号的传输途径。 ➢ 放大电路的主要性能指标：放大倍数、输入电阻、输出 电阻；最大不失真输出电压；非线性失真系数；上、下限 截止频率和通频带；最大输出功率和效率等 。
在实际应用时，只 有在波形不失真的 情况下，测试的放 大倍数才有意义。
大 倍 数 为 源 增 益Av s、Ai s、Ars 和Ags。
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4
（2）输入电阻：
Ri
Vi Ii
Vi Ii
(2.1.5)
对电压源形式的信号源，放大电路的输入电压：
Vi
Ri Rs Ri
Vs
(2.1.6)
+ uo
uo VCC
–
2
(a)ui=0 静态 t 工作情况
t
图 2.2.2 (a) ui=0 时（静态）
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3
iB IB Q
ui
t
+ ui
Rb
–
VB B
iC ICQ
t
Rc
iB
iC+
uCE
–
uCE UCEQ t
+ uo
uo VCC
–
t (b) ui=sint
动态工作情况
t iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic uCE=UCEQ+uce uo=uce
放大电路输出端等效为电压源时，输出电阻越小，则负载
获得的输出电压越大；当放大电路输出端等效为电流源时，
输出电阻越大，则负载获得的输出电流越大。
输入电阻和输出电阻，都描述了电子电路相互连接时对 信号所产生的影响。输入电阻描述了放大电路对输入信号 源的影响，输出电阻描述了放大电路的带负载能力（当负 载变化时，输出信号保持稳定的能力）。它们都是交流电 阻，直接或间接地影响到放大电路的放大能力。
9
（2）交流分析
• 首先，画出交流通路，如图2.3.7所示。
vCE、iB等。 • 小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、ib等。
• 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如Vce 、 Ib 等。
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9
思考题
(1) 某放大电路的输入信号为10pA，输出为500mV，
其源增益为多少？属于哪一类放大器？
(2) 某放大电路开路输出电压为Vo'，短路输出
图2.3.5 输入回路中的Q点
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7
iC 图2.3.6 输出回路中的Q点
VCC Rc
斜率 - 1
ICQ
Q
IBQ
Rc
VCC
Rb
Rc
IC
IB
+
+ UB E
UCE –
–
图 2.3.4 直流通路
VC EQ
VCC vCE
• 列输出回路方程： VCE=VCC－ICRc
• 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCC－ICRc，
Av Vo i
Avo RL Ro RL
Ri Rs Ri
Vs
110 106
1 0.25(V )
10 10 106 106
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1
1. 放大电路的组成及各元件的作用
Rb
+
ui
– VB B
Rc
+
VCC
uo
–
图 2.2.1 基本共射放大电路
晶体管：起放大作用的核 心元件。
Rb 、 VBB ： 基 极 电 阻
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1
放大电路的分析：（1）静态分析；（2）动态分析。
1. 直流通路与交流通路
（1）直流通路：直流电流流经的通路，用于静态分析。 对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源 视为短路，但保留其内阻。