模拟电子技术第二章

2.1 放大的概念和电路主要指标
2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大 的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。
电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表 示，如图：
ui
Au
uo
放大电路放大的本质是能量的控制和转换。
放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下 放大才有意义。
给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰 值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
七、最大输出功率与效率
输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。
Pom ：效率 PV PV：直流电源消耗的功率
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2.2 基本共射放大电路的工作原理
2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件作用
路结构与工作原理。 本章难点：
放大电路的图解分析法和微变等效电路 分析法。。
2
第二章 基本放大电路
2.1放大的概念和电路主要指标 2.2基本共射放大电路的工作原理 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 2.5单管放大电路的三种基本接法 2.6晶体管基本放大电路的派生电路 2.7场效应管放大电路
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四、通频带
Au
Aum 0.7Aum
放大倍数 随频率变 化曲线
fL 下限截
上限截 fH
f
止频率
止频率
通频带：
fbw= fH – fL
通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
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五、非线性失真系数 D
所有谐波总量与基波成分之比，即
A2 A2
D 2
3
A
六、最大不失真输1 出幅度
在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供
解： 求 RL 确定交流负载线
R L R C /R /L 1 .5 k
取 iB = (60 – 20) A = 40A
T
则输入、输出特性曲线上有
uBE = (0.72 – 0.68) V = 0.04 V uCE = (4.5 – 7.5) V = 3 V
图 2.4.3(a) AuΔ Δu uC BE E0.0347 5
饱和区移近。
Q2
IB
Q1
O
图 2.4.9 (d)
uCE
增 大 ， ICQ 增 大 ，
UCEQ 减小，则 Q 点移近饱 和区。
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图解法小结
1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性 失真的关系；
T
23
iC /mA
4 3 2 1 0
80 µA
60 µA 静态工作点
40 µA
Q
20 µA
M iB = 0 µA
2
4
6
8
10 12
uCE /V
由 Q 点确定静态值为： IBQ = 40 µA ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.
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二、 电压放大倍数的分析
1. 交流通路的输出回路 输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。
Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V， 试用图解法确定静态工作点。
解：首先估算 IBQ
IB
Q
VC
CUB Rb
EQ
(12 0.7)mA 40μA
280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc
iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE
（动画3-4）
31
4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响
（1） 改变 Rb，保持
VCC ，Rc ， 不变；
iC
（2）改变 VCC，保持 Rb，
Rc ， 不变；
iC
Q3 Q1
IB
Q2
O
uCE
Rb 增大， Q 点下移； Rb 减小， Q 点上移；
Uo
+ VCC （ + 12V ）
RC
IC +△IC
IB
B C R b 1 E + △ I B
3
T2 U CE
U BE +△U BE
+△U CE
+
UO
-
电压放大倍数：
•
•
Au
Uo
•
Ui
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+VCC （+12V）
RC IC + △ I C
VBB
UI
Rb 1
3 T2
+
IB +△ I B
UCE + △ U C E U O
Au
Ri=Ui / Ii
一般来说， Ri越大越好。 7
三、输出电阻 Ro
从放大电路输出端看进去的等效电阻。Ro
UIoo
U S 0 RL
输入端正弦电压 U i ，分别测量空载和输出端接负载
RL
的输出电压
U o
、U
。
o
Uo
UoRL Ro RL
Ro (U Uoo 1)RL
输出电阻愈小，带载能力愈强。
4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态 电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号 大得多的信号电流或信号电压。
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二、常见的两种共射放大电路
1.直接耦合共射放大电路
2.阻容耦合共射放大电路
Rb2
Rb1
T T
图 2.2.4直接耦
合共射放大电路
V U U
I CC
BEQ
BEQ
BQ
R
R
b2
1.输出波形不能失真。 2.输出信号能够放大。 Q点不仅影响放大电路是否会失真， 而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。
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2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析
一．放大原理
若设置了适当静态工作点
•
U i →△uBE →△iB
→△iC（△iB）
V BB
→△uCE（-△iC×Rc）
UI
→
•
ICQ
Q
O
tO
O
UCEQ
uCE/V uCE/V
t uo = uce
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3.用图解法估算最大输出幅度
输出波形没有 明显失真时能够输 出最大电压。即输 出特性的 A、B 所 限定的范围。
iC / mA
A
交流负载 线
Q
OC
D
问题：如何求最大不失真输出电压？
B
iB = 0
E uCE/V
Uomax=min[(UCEQ-UCES),(UCC/-UCEQ)]
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三、波形非线性失真的分析
1. 静态工作点
过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真
iB / µA
iB / µA
—— 截止失真
ib
IBQ
O
tO
结论：iB 波形失真
O
t
Q
uBE/V
uBE/V ui
29
iC 、 uCE (uo )波形失真
iC / mA iC
NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形。 uo 波形顶部失真
CM
R
2k
c
此时，Q（120uA，6mA，0V）， 由于 IBICM所以BJT工作在饱和区。
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复习：
1.放大电路的性能指标有哪些？ 2.放大电路为什么要设置静态工作点？ 包括哪几个参数？
3.如何从计算出来的Q点判断放大电路 处于什么工作区？
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2.3放大电路的分析方法
2.3.1 直流通路和交流通路
模拟电子技术第二章
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第２章 基本放大电路
教学时数：１７ 学时 重点与难点： 1、晶体管放大器和场效应管放大器的 静态分析和动态分析方法（图解分析法
和微变等效电路分析法）。 2、晶体三极管放大电路三种组态的电
Q2 IB
Q1
O
uCE
升高 VCC，直流负载线平 行右移，动态工作范围增大， 但管子的动态功耗也增大。
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3. 改变 Rc，保持 Rb，
4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，
VCC ， 不变；
VCC 不变；
iC
iC
Q1
IB
Q2
O
图 2.4.9 (c)
uCE
增大 Rc ，直流负载 线斜率改变，则 Q 点向
iC / mA
4
交流负载线 80
60
IC
Q
iC 2
0
t0
0
输出回路工作 情况分析
t
Q
IB = 4 0 µA
4.5 6 7.5 9
uCE
20 直流负载线 0
12 uCE/V
uCE/V
UCEQ
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4. 电压放大倍数
Au
ΔuO ΔuI
ΔuCE ΔuBE
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输
出特性曲线如右图，RL = 3 k 。
方法：根据 uCE = VCC iCRc 式确定两个特殊点
当 iC 0 时，uCEVCC
当
uCE0
时，iC
VCC Rc
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输出回路 输出特性
iC 0，uCE VCC
uCE
0，iC
VCC RC
Q 直流负载线
由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ 、 UCEQ 为静态值。
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【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知
Aui=UO/II
（4）互导放大倍数为:
Aiu=IO/UI
本章重点研究电压放大倍数Auu
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二、输入电阻Ri
放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号， 那么就要从信号源取电流。
输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的 参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小， 对前级的影响越小。
Ii
US ~
Ui
阻容耦合放大电路的 直流通路
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
+ -
阻容耦合放大电路的交流通路
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2.3.2 图解法
在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方 法求解放大电路的工作情况。
一、静态工作点的分析
1. 先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。 2. 用图解法确定输出回路静态值。
4
2.1.2.放大电路的性能指标
放大电路示意图
图2.1.2放大电路示意图
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一、放大倍数
表示放大器的放大能力
根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求， 放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。
（1）电压放大倍数为: （2）电流放大倍数为:
Auu=UO/UI（重点）
Aii=IO/II
（3）互阻放大倍数为:
t
UCEQ
uOo
t
O
t
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2.2.4 放大电路的组成原则
一、组成原则
1.必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。 保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。
2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。
3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 对于晶体管能产生△uBE，对于场效应管能产生△uGS， 从而改变输出回路的电流，放大输入信号。
静 态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ
IBQVBBUBEQ Rb
ICQ= IBQ
T
U VI R
CQ E
CC C Q C
图 2.2.1 基本共射放大电路
对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2V
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二、为什么要设置静态工作点
输出电压会出现失真
T +
对放大电路的基本要求： ui 图 2.2.2 没有设置合适的静态工作点
2. 交流负载线
iC / mA
交流负载线斜率为：
R 1L ，其 R L 中 R C//R L
O
交流负载线
静态工作点IBQ源自uCE /V253. 动态工作情况图解分析
iB
iB / µA
60
40
Q
iB
20
uBE/V
0
t0
0.68 0.7 0.72
0
uBE
uBE/V
UBE
t
（动画3-1）
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iC / mA
（2）当Rb=100k时，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）
共射极放大电路
IBQVCC R UBE3 120V 0 4ku 0AICIB8 04u 0A 3.2mA b
U V R I 1V - 2 2 3 k.2 5m .6A V CEQ CCc C
静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。
U BE +△ U B E
-
符号说明
基本共u射BE 放大U电BE路Q 的 电u b压e
放大作i 用是I利用晶i 体管的 电将流电放流i CB大 的作 变I用 化CBQQ， 转并化i 依成bc 靠电R压C
的变化u来实现U的。 u
CE
CEQ
ce
各电压、电流的波形
ui
O
t
iB IBQ
O
t
iC
ICQ
O
uCE
T：NPN 型三极管，为放大元件；
VCC：为输出信号提供能量； RC：当 iC 通过 Rc，将 电流的变化转化为集电极
电压的变化，传送到电路
的输出端；
T
VBB 、Rb：为发射结提 供正向偏置电压，提供静
态基极电流(静态基流)。
图 2.2.1
基本共射放大电路
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2.2.2 设置静态工作点的必要性
一、 静态工作点 (Quiescent Point) 放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。
（2）当Rb=100k时，
IB
VCC12V1 Rb 100k
2u0A
IC IB 8 0 1u 2 A 0 9 .6 mA
U CE V Q C C R cIC 1V - 2 2 9 k. 6 7 .m 2 VA UCEQ不可能为负值，
其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：
I VCCUCES 12V 6mA
b1
ICQ IBQ
UCEQ = VCC – ICQ RC
图 2.2.5阻容耦合 共射放大电路
IB QVCC RU b B EQ
ICQ IBQ
UCEQ = VCC – ICQ RC
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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？