02讲义2012模拟电子技术基础

第二章、基本放大电路

1、放大的概念及电路的性能指标 2、共射极放大电路 3、放大电路的分析方法 4、静态工作点稳定电路


5、共集电极和共基极放大电路
6、复合管
7、场效应管放大电路
2.1 放大的概念及电路性能指标
⑴放大的对象是变化量； ⑵放大的本质是对能量的控制和转换； 在输入信号作用下,通过放大电路将直流电源的能量转换为 负载所获得的能量。能够控制能量的器件称为有源器件。 ⑶放大的前提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。
IB
h21e
h22 e
∂ iC = ∂ iB
∂ iC = ∂ uCE
U CE
IB
=h I +h U U be 11e b 12 e ce =h I +h U I
c 21e b 22 e ce
模型中的电流源性质：等效电流源h12eIb不是独立的电流源， 它代表晶体管的电流控制作用。它受到Ib电流的控制，所以称它 为受控电流源。 电流源的流向：对NPN而言，电流流向电极的方向为正。 h12eIb 的方向由ib的方向来决定，若ib为正方向，则hfeib也是正方向。 模型中的电压源性质： h12eUce也是一个受控源。 模型的对象是变化量：放大电路工作时放大的对象是变化量，所 以小信号模型中讨论的电压、电流都是变化量，因此不能用该模型 求出Q点。
2、输入电阻
i
ii
Ri
RB // rbe
3、输出电阻
V Ro RC I
给定电路如图所示，RS为 信号源内阻，其中β=50， VBE=0.7V：（1）计算静态工 作点Q；（2）计算电压放大 倍Aυ和源放大倍数Aυs ;
（1）计算静态工作点
I BQ
VCC - VBE 12 - 0.7 = = ≈40μA Rb 300
动态分析
ce ic RC // RL ic RL
1 ic ce RL
电压放大倍数分析
ΔuCE uce Au = = ΔuI ui
失真分析
⑴当静态工作点过低时，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间 内，晶体管b-e间的电压小于开启电压，晶体管截止。因此基极电 流产生底部失真。集电极电流和输出电压也出现失真。由于输出信 号与输入信号反向，所以输出波形顶部失真。晶体管因截止而产生 的失真称为截止失真。
ICQ = βI BQ = 50×40 = 2000μA = 2mA
VCEQ = VCC - ICQ RC = 12 - 2 ×4 = 4V
（2）计算电压放大倍数
UT rbe = rbb′+ (1 + β ) IE 26 = 200+ 51× 2.04 = 850Ω
RL O ib RL A i ib rbe rbe 50 2 K 117.6 850
ICQ I BQ
UCEQ = VCC - Rc ICQ
2、阻容耦合
VCC - U BEQ Rb
I BQ =
ICQ I BQ
UCEQ = VCC - Rc ICQ
2.3 放大电路的分析方法
定义：在直流电源作用下直流 电流流经的通路，也就是静态 电流流经的通路。
定义：在输入信号作用下 交流电流流经的通路。
⑵当静态工作点过高时，虽然基极电流不失真，但是由于输入信 号正半周靠近峰值的某段时间内，晶体管进入饱和区，导致集电极 电流产生顶部失真，输出电压也出现失真。输出波形底部失真。晶 体管因饱和而产生的失真称为饱和失真。
静态工作点从移Q1到Q2、从Q2移到Q3、 从Q3移Q4到时，分别是因为电路的哪个参数 变化造成的？这些参数是如何变化的？
fbw f H f L
5、非线性失真系数
由于器件的非线性特性，当输入信号幅度超过 一定值后，输出电压将会产生非线性失真。输出波
形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失
真系数。
A2 A3 D A A ... 1 1
A1为基波幅值， A2、A3、 ... 为谐波幅值。
对于共射极接法的晶体管的小模型，H参数的数量 级一般为：
（1）h11e在103Ω左右；（2） h12e是10-3～10-4之间；
（3） h21e是100左右；（4） h22e在10-5S左右。
h12 e
∂ uBE = ∂ uCE
IB
h12e ≈0
h22 e
∂ iC = ∂ uCE
IB
h22e ≈0
h11e是基极和发 射极之间的电阻， 用rbe来表示；
三极管工作在放 大区时ic=βib，所 以用β来表示h21e。
ube ibrbb′ + ie rb′ e′ rbe = = = rbb′ + (1 + β )rb′ e′ ib ib
根据PN结的电流和电压之间的关系可以得
UT rb′ = e′ I EQ
⑴必需根据所用器件的类型提供直流电源，以便设置合适 的静态工作点，并为电路提供能源。 ⑵电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的工作电流。 ⑶输入信号必需能够作用于放大管的输入回路。
⑷当负载接入时，必需保证放大管输出回路的动态信号能 够作用于负载。
1、直接耦合
VCC - U BEQ U BEQ I BQ = Rb2 Rb1
作用：用于研究静态工作点。
规定：①电容视为开路；②电 感视为短路；③电压源视为短 路，电流源视为开路，但保留 其内阻；
作用：用于研究动态参数。
规定：①大电容视为短路； ②无内阻的直流电源视为 短路；
1、直流通路和交流通路
2、图解法
在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路 中其它各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电 路进行分析。
Ui Ri = Ii
⑴如果信号源为电压 源，则要求放大电路的 输入电阻越大越好。 Ri>>RS
⑵如果信号源为电流源， 则要求放大电路的输入电 阻越小越好。 Ri<<RS 。
输入电阻的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值 的大小。
输入电阻的计算方法：
假定在输入端外加一测试电压uT ，如图所示，根据
所以称为共发射极
（简称共射极）电路。
静态时，BJT的各电极的直流电压和直流电流的值，将在 特性曲线上确定一点，该点称为静态工作点，用Q（ IBQ、 ICQ、UCEQ ）表示。
I BQ =
VBB - U BEQ Rb
ICQ I BQ
UCEQ = VCC - RC ICQ
静态工作点的作用
静态工作点的 设置，对电路是 否产生失真起着 非常重要的作用。
放大电路内的各元件参数计算相应的测试电流 iT ，则
uT Ri = iT
3、输出电阻
输出电阻Ro为从放大器的输出端看进去的等效电阻。
R L ′ Uo = U o Ro + RL
′ U o Ro = ( - 1) RL Uo
输出电阻的计算方法
首先要对放大器的输入端所加的信号源作处理。如果信号源为 电压源，则令Vs=0,即将电压源短路。如果信号源为电流源，则令 Is=0,即将电流源开路。
∂ iC • diB + ∂ uCE
• duCE
=h I +h U U be 11e b 12 e ce =h I +h U I
c 21e b 22 e ce
=h I +h U U be 11e b 12 e ce =h I +h U I
c 21e b 22 e ce
当放大电路没有 输入信号（ui=0)时， 电路中的各处的电压
和电流是不变的直流，
称为静态工作状态或 静态。
当放大电路输入信 号（ui≠0）后，电路
中各处的电压和电流
便处于变动状态，这 时电路处于动态工作 情况，简称为动态。
该电路以晶体管
的基极作为输入端，
集电极作为输出端，
发射极作为输入回路 和输出回路的共同端。
Q3
Q4
Q2
Q1
Q1与Q2在同一条特性曲线上， 所以I BQ相同。
所以VBB和Rb没有变化。
Q1与Q2存在的负载线与横轴相 交于一个点， 所以VCC相同。 Q1和Q2在不同的负载线上， Q2存在的斜率大， 所以对应的 Rc小一些。
Q2与Q3在同一条负载线上，所 以VCC 和RC相同。
Q2与Q3在不同的特性曲线上， 所以I BQ不相同。
UT ∴ rbe = rbb′+ (1 + β ) I EQ
例题：共射极放大电路如图所示。 C1、 C2足够大，对交流信号可视为短路。 利用等效电路法分析该电路。
1、电压增益
o ic RC // RL i ib rbe ib RC // RL
ib rbe
A
RC // RL rbe
3、等效电路法
优点：简单方便，既可以分析简单 电路，又可以分析复杂电路。 缺点：不能分析静态及非线性失真。
iC = f 2 (iB , uCE )
duBE ∂ uBE = ∂ iB
U CE
uBE = f1 (iB , uCE )
U CE
∂ uBE • diB + ∂ uCE
IB
IB
• duCE
∂ iC diC = ∂ iB
静态分析
I BQ
VCC VBEQ RB
ICQ I BQ
VCEQ VCC RC ICQ
VCC VBE VCC VBE IB RB RB RB
Q（IBQ=20μA、VBEQ=0.7V ）
VCC RB
VCE VCC RC I C
Q（ICQ=1mA、VCEQ=4V ）
由于这四个参数量纲各不相同， 所以也称为混合参数。
h11e
h12 e
∂ u BE ∂ iB
∂ uBE = ∂ uCE
U CE
输出端交流短路时的输入电阻，单位欧姆 (Ω）。 输入端交流开路时的反向电压传输比。无 量纲。 输出端交流短路时的正向电流传输比或电流 放大系数，无量纲。 输入端交流开路时的输出电导，单位为西门 子S 。
互导放大倍数（增益）
=A =U /I A ui r o i
=A =I /U A iu g o i
工程上常用分贝表示电压增益、电流增益。
dB 电压增益＝ 20lg A u dB 电流增益＝ 20lg A i
2、输入电阻
输入电阻Ri等于输入电压与输入电流的比值。即
其次将负载RL去掉，在输出端加 一个信号电压V，若输出端电流为I， 则输出电阻为：
V RO I
放大器对负载而言，就相当于负载的信号源。而放大器的输 出电阻就相当于信号源的内阻。因此设计放大器时，输出电阻的 大小要看负载的性质和要求而定。
4、通频带
在放大电路中，由于电抗元件（如电容、 电感线圈等）及晶体管极间电容的存在，当 输入信号的频率过低或过高时，不但放大倍 数的数值会变小，而且还将产生超前或滞后 的相移。这说明放大倍数是信号频率的函数。 通频带是衡量放大电路对不同频率信号的放 大能力。
双口网络
US为信号源，RS为信号源内阻，RL为负载。 放大电路的电流方向和电压极性如图规定为正。
1、放大倍数
放大电路的输出量和输入量之比。
电压放大倍数（增益）
电流放大倍数（增益）
=A =U /U A uu u o i
互阻放大倍数（增益）
=A =I /I A ii i o i
Q3对应的 I BQ大一点， 所以对应的 Rb小一些或 VBB大一些。
Q3与Q4在同一条特性曲线上， 所以I BQ相同。
所以VBB和Rb没有变化。
Q3与Q4存在的负载线平行， 所以RC相同。 Q4的负载线和横轴的交点 电压大于 Q3的交点电压， 所以对应的 VCC大一些。
作业2-1

P128: 2.3 (2.2) 2.4(2.4)
2 2
6、最大不失真输出电压
当输入电压再增大就会使输出波形产生 非线性失真时的输出电压。可以用有效值表 示，也可以用峰值或峰峰值表示。
7、最大输出功率及效率
在输出信号不失真的情况下，负载上能 获得的最大功率Pom。 直流电源能量的利用率称为效率。
Pom P V
2.2 基本共射放大电路的工作原理
优点：能够综观电路各个电流、电压变化的全过程， 物理图像完整而直观。 缺点：不能分析复杂电路，小信号工作时作图不准， 无法对其它指标（Ri、Ro）进行计算。
例题：共射极放大电路如图所示， VCC=6V，RB=265KΩ，RC =2KΩ, RL =2KΩ 。 C1、C2足够大，对交流信号 可视为短路。三极管曲线为已知。分 析该电路。