模拟电路 第二章

动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负 载上能够获得放大了的动态信号。
对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类 尽可能少、负载上无直流分量。
六、电路主要特点
(1) 交直流共存 直流通路 交流通路
(2) 非线性
图解法(特性曲线) 更精确,但繁琐,大信号
等效电路法（直流模型＋交流模型）
近似, 易懂,小信号
34
2.3.2 动态工作情况分析
1. 交流通路及交流负载线
iC
由交流通路得纯交流负载线：
VCC Rc
vce= -ic (Rc //RL)
ICQ
R'L= RL∥Rc， 是
交流负载电阻。
斜率
1
Rc// RL
斜率 - 1
Q
IBQ
Rc
VC EQ
VCC vCE
共射极放大电路
因为交交流流负负载载线线是必过有Q交点 vc流e=输vC入E -信VC号EQ时Q点 同时的ic，=运令iC动R- I轨LCQ=迹Rc。//RL
电子技术 模拟电路部分
第二章
基本放大电路
1
第二章 基本放大电路
§2.1 概论 §2.2 放大电路的组成和工作原理 §2.3 放大电路的分析方法 §2.4 静态工作点的稳定 §2.5 其他放大电路 §2.6 场效应管放大电路 §2.7 多级放大电路
2
2.1 概论
一、放大的概念 VCC
至少一路直流 电源供电
37
iC
iC
Q'
Q
ICQ
Q"
t
0
0
UCEQ
uCE
0
uCE
(a) 饱和失真
t
iC
iC
ICQ
0
0
t
0
(b) 截止失真 t
Q'
Q
Q"
UCEQ uCE uCE
放大电路的动态范围
放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求： • 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； • 要有合适的交流负载线。
40
+ -
直流通路 共射极放大电路
一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。
31
例：用估算法计算静态工作点。
已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。
解：
IB
VCC VBE RB
12 0.7 300
0.038
mA
38A
IC IB 37.5 0.038 1.43mA
§2.3 放大电路的分析方法
估算法
放大 电路 分析
静态分析
动态分析 计算机仿真
图解法 微变等效电路法
图解法
29
2.3.1 静态工作情况分析
放大电路没有输入信号(ui =0 )时的工作状态称为静态。
静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静
态值（直流值）UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ。可用放大电路
过输出特ic 性曲线上 的 Q 点 做 一v+条ce 斜 率 为 -
1/RL 直线，- 该直线即
为交流负载线。
交流通路 35
通过图解分析，可得如下结论：
1. vi vBE iB iC vCE |-vo|
2. 输入交流23信.. v可号o与以时v测i相量的位出图相放反解大；电分路析的电压放大倍数；
三、设置静态工作点的必要性
输入电压ui为零时，晶体管各极的电流，b-e间、c-e间的电 压称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ、UCEQ。 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时 有合适的直流电流和极间电压？
输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，主要为了 解决失真问题，但Q 点几乎影响着所有的动态参数！
+VCC
RC
C2
T
单电源供电电路 21
22
阻容耦合放大电路
－＋
UBEQ
＋－
UCEQ
问题：
将两个电源合
二为一
1. 两种电源
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号驮 载在静态之上
C1、C2为耦合电容！
耦合电容的容量应足够 大，即对于交流信号近似 为短路。其作用是“隔离 直流、通过交流”。
静态时，C1、C2上电压？ U C1 U BEQ，U C2 U CEQ
动态时， uBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。
负载上只有交流信号。
23
2.2.2 放大电路的直流通路和交流通路
RB C1 +
ui
+VCC
RC C2
+
直流通路 RB
T
ui=0
uo C1、C2断路
+VCC RC
T
交流通路
VCC=0 C1、C2短路
T
ui
RB
RC
uo
2.2.3 电路组成原则
1、必须有直流源，使发射极正偏、集电极反偏； 并与电阻配合，形成合适的静态工作点
直流通道和交流通道
放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。
但是，电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即 对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。
交流通道：只考虑交流信号的分电路。
直流通道：只考虑直流信号的分电路。
VCE VCC IC RC 12 1.43 4 6 .28V
请注意电路中IB 和IC 的数量级。
32
2. 用图解分析法确定静态工作点
采用该方法分析静态工作点，必须已知三极 管的输入输出特性曲线。
共射极放大电路
• 首先，画出直流通路
IC
IB +
VCE
VBE
-
直流通路
33
iC
• 列输入回路方程： VCC VBE =VCC－IBRRc b
4. 可以确定最大不失真输出幅度。
iB/uA
iB/uA
60 40
20 IBQ t
Q` Q Q``
iC/mA 交流负载线
iC/mA
Q`
60uA
Q
40uA
ICQ
Q`` 20uA
vBE/V
t
共vBE射/V 极放大电路
vC E/V vC E/V
VBEQ t
VC EQ t
# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，
四、基本共射放大电路的波形分析
动态信号 驮载在静 态之上
与iC变化 方向相反
uCE 饱和失真
VCC
UCEQ O
底部失真
uCE
VCC
UCEQ
截止失真
tO
t
顶部失真
要想不失真，就要 在信号输的出整和输个入周反期相！内 保证晶体管始终工作 在放大区！
五、放大电路的组成原则
静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电 路参数。
• 列输出回路方程（直流负载线）： VCE=VCC－ICRc
IB
斜率 - IC+1
+ VBE-
VR-Cc E
直V流CC 通vC路E
• 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCC－IBRb，两 线的交点即是Q点，得到IBQ。
• 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCC－ICRc， 与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。
的直流通路来分析。 放大电路建立合适的静态值，是为了使三极管在加入交 流信号后也始终工作在放大区，以保证信号不失真。
2.3.1 静态工作情况分析
1. 用近似估算法求静态工作点
采用该方法，必须已知三极管的 值。
根据直流通路可知：
IB
VCC VBE Rb
IC β IB
VCE VCC IC Rc
短路接地
C2
交流通路
短路
T 短路
ui
RB
uo RC RL
18
直流通路和交流通路
共射极放大电路
• 直流电源：内阻为零
交直共存，通直路流有别通路
• 耦合电容：通交流、隔直流
• 直流电源和耦合电容对交 流相当于短路
交流通路 19
电路改进：采用单电源供电 +VCC
C1
RC
C2
T
可以省去
RB
EB
20
RB C1
7
§2.2 基本放大电路的工作原理
三极管放 大电路有 三种形式
共射放大器 共基放大器 共集放大器
以共射放 大器为例 讲解工作 原理
8
2.2.1 电路的组成原则 一、电路结构
偏置电阻
ui
C1 +
耦合电容
T RB VBB
直流电源
放大元件
+C2
RC VC
C
集电极负载电阻
uo
公共端
二、电路元件作用
1. T：放大元件，是电路的核心，工作在放大区。iC=iB
vCE的实际电压极性是否改变？
36
波形的失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为底部失真。
饱和失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。
截止失真
注意：对于PNP管，由于是负电源供 电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。
12V 300k
40uA
共射极放大电路
IC IB 80 40uA 3.2mA
VCE VCC Rc IC 12V - 2k 3.2mA 5.6V
静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。
（2）当Rb=100k时，
IB
VCC Rb
12V 100k
120uA
下限频率
fbw fH fL
上限频率
4.非线性失真系数 (D) : 放大电路在某一频率的正弦输入信号作用下，输 出信号的谐波成分总量和基波分量之比，即：
5. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 6. 最大输出功率Pom和效率η：放大的本质是能量的控制，
负载上得到的输出功率实际上是利用放大器件的控制作用将 直流电源的功率转换成交流功率而的得到的。 功率放大电路的参数
信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。
15
共射极放大电路
• 直流电源：内阻为零 • 耦合电容：通交流、隔直流 • 直流电源和耦合电容对交流相
当于短路
16
对直流信号（只有VCC）
直流通道 VCC
RB C1
RC
C2
T
开路
+EC RB RC
开路
17
对交流信号(输入信号ui)
RB RC C1
+VCC
2、交流信号必须： “加得进”（ui导致ube） “取得出”（iC导致uo） 3、交直流配合适当，管子始终工作在放大区。
Ｑ点要设置合适，使得加上交流后， 管子也始终工作在放大区
课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？
+VCC
RC +C2
C1 + T
ui
RL
uo
+VCC RC
T
(a)
图(a)中，没有设置静态偏置，即IBQ=0，不能放大
放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制 放大的基本要求：不失真——放大的前提
二、性能指标
对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。
输入电流
输出电流
信号源内 阻
信号源 输入电压
1. 放大倍数：输出量与输入量之比
输出电压
Auu
Au
Uo Ui
Aii
Ai
Io Ii
Aui
Uo Ii
电压放大倍数是最常被研究和测试的参数
Aiu
Io Ui
2. 输入电阻和输出电阻
从输入端看进去的 等效电阻
Ri
Ui Ii
输入电压与 输入电流有 效值之比。
Ro
U
' o
Uo
Uo
(U
' o
Uo
1)RL
RL
将输出等效
成有内阻的电 压源，内阻就 是输出电阻。
空载时输出 电压有效值
带RL时的输出电 压有效值
3. 通频带
衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。 由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信 号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降。
2.4 小信号模型分析法
• 利用直流通路求Q点 • 画小信号等效电路 • 求放大电路动态指标
42
H参数等效模型
43
H参数的确定
• 一般用测Fra Baidu bibliotek仪测出；
• rbe 与Q点有关，可用图 示仪测出。
一般也用公式估算 rbe
rbe= rb + (1+ ) re
2.VCC:为电路提供能量，并保证集电结反偏。一般为几 伏~几十伏。 3.RC：将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的 放大。一般为几千欧~几十千欧。 4.VBB、RB：保证发射结正偏，并为电路提供大小合适的 静态IB。RB一般为几十千欧~几百千欧。
5.C1、C2：隔直通交。隔离输入、输出与电路直流的联 系，同时能使交流信号顺利输入输出。在一定的频率范 围内，C1、C2上的交流压降小到可以忽略 不计，即对交 流信号可视为短路。
IC IB 80 120uA 9.6mA
VCE VCC Rc IC 12V - 2k 9.6mA 7.2V VCE不可能为负值，
其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：
ICM
VCC
VCES Rc
12V 2k
6mA
此时，Q（120uA，6mA，0.3V），由于 IB ICM 所以BJT工作在饱和区。41
例题
放大电路如图所示。已知BJT
的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：（1）放大电路的Q点。此
时BJT工作在哪个区域？ （忽略BJT的
VBE） （2）当Rb=100k时，求放大电路的Q点。
此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的
饱和压降）
解：（1）
IB
VCC VBE Rb
C1 +
+VCC
RC
+ C2
T
EB ui
RB
RL
uo
ui
(b)
RC
RL
uo
RB
(b)
图(b)中，有静态偏置, 但ui =0 ，ube =0 ，所以不能放大。
C1 +
+VCC
RB
C2 +
T
RL
uo
ui
ui
RB
RL
uo
(c)
集电极负载电阻RC 不能少
图(c)中，有静态偏置,ube= ui, 有ib和ic, 但uo=0,所以 不能放大交流电压信号。