信号放大电路基础

r
RB1 RB2 RE e RC RL
23
现代电子线路
交流通路：交流电流流经的通路。将放大电路中 直流电压源短路、电流源开路，大电容和小电感短路， 小电容和大电感开路，并保留电抗不能忽略的电感和 电容后得到的电路。
RB1 CB rS vs + RB2 RE CE + VT + RL RC + +VCC CC vo
VT rS + RB1 RB2 RC
RB CB CC +VCC vo RL
无直流通路
RC CB rS vs + RB CC +VCC vo RL
无交流通路
rS vs + -
25
现代电子线路
2、静态工作点对信号放大的影响
IC C Q2 Q Q1 0 vce t D IB8 IB6 IBQ IB4 IB2 IB1=0 B VCE
RB CB + rS + VT
vo RL
(a) 放大器电路
(c) 交流通路
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现代电子线路
RB1 CB rS vs + RB2 RE CE + VT + RL RB2 RE RC + +VCC CC vo RB1 VT rS vs + RB1 RB2 RC RL RC +VCC VT vo
(a) 放大器电路
(b) 直流通路
(c) 交流通路
14
现代电子线路
3、失真
失真：输出波形与输入波形相比产生了畸变(即输出 与输入信号波形不一样了)。 失真种类：非线性失真、线性失真。 ⑴ 非线性失真(谐波失真) 产生原因：器件的非线性。例如：三极管 的饱和失真、截止失真。 特征: 输出信号产生了新的频率分量。
15
现代电子线路
放大器
非线性失真
非线性失真的大小常用非线性失真系数 表示。当输入为单一频率正弦波时, 定义:
RC + CC
+VCC vo RL
Icm
ic
A t
Vcem
当放大器带负载，则最大 可能的输出幅值和动态范 围在交流负载线上确定。
工作点太高，则 产生“饱和失真”
26
Ib
t
m
现代电子线路
RB CB + rS + VT RC + CC +VCC vo RL
ic Icm t A
IC
C
IB8 Qo IB6
现代电子线路
《现代电子线路》Ⅲ
第二部分第6讲
信号放大电路基础（1）
1
现代电子线路
复习
晶体管做放大器要解决两个问题 电流的单向和双向
ib
VBE ib vbe IB
vbe
0
t
t
输出波形发生畸变（失真）
2
现代电子线路
ICQ+ic VBEQ>>|vbe| IBQ+ib vbe VBEQ
IB IBQ
ib
Q
vo R ' A g R ， v m L vi r
' L
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现代电子线路
rs vs + -
ii
b ib + vi RB r -
BJT
c
ic io + RL vo Ro
ib
e
RC
▲ 电流增益
Ri
RC RC io ic ib RC RL RC RL
30
ib
RC
现代电子线路
rs vs + -
ii
b ib + vi RB r -
BJT
c
ic io + RL vo Ro
ib
e
RC
Ri
▲ 输入电阻
▲ 输出电阻
vi ii ( RB // r )
vi Ri RB // r ii
Ro RC
Ri r RB较大时，
31
现代电子线路
18
现代电子线路
Avo 0.7Avo 0
Av (jf ) dB
半功率点 中频区 BW0.7 (a) fH 高频区
Avo 0.7Avo f 0
Av (jf ) dB
半功率点 高频区 f
低频区 fL
低频区 BW0.7 (b) fH
BW0.7= fH-fL
BW0.7 = fH
只要保证被放大信号的带宽BWs在放大 器的通频带BW0.7之内，就认为放大器不会产 生频率失真。 通频带宽也称3dB带宽或半功率带宽。
' IB4 Q2
VCEQo
Q ' IB2 IBQ Q1' IB1=0
0 不失真动态范围 t
DB Vcem
VCE
工作点太低，则 产生“截止失真”
放大器合适工作点位置大致应在交流负载线中间 静态工作点的设置应当保证不出现截止失真和饱和失真
27
Ib
IB1
m
t
现代电子线路
IC ic Icm Q1 0 vce t D A t C Q2 Q IB8 IB6 IBQ IB4 IB2 IB1=0 B VCE
rs vs + -
ii
b ib + vi RB r -
BJT
c
ic io + RL vo Ro
ib
e
RC
▲ 电压增益
Ri
' vo ic RC // RL ib RC // RL ib RL
vi vbe ib r
因 / r gm
' ' vo ib RL RL Av vi ib r r
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现代电子线路
源增益的定义 电压源增益 电流源增益 互导源增益 互阻源增益
Av : Av(S) = Vo(S)/Vs(S) Ai : Ai (S) = Io(S)/Is(S) Ay : Ay(S) = Io(S)/Vs(S) Az : Az (S) =Vo(S)/Is(S)
增益和源增益的关系
Rs Ri 源电压增益：Avs Av R R ，源电流增益： Ais Ai R R s i s i 源互阻增益：A A Rs ，源互导增益： A A Ri zs z ys y R R Rs Ri s i
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现代电子线路
由于电抗元件和晶体管结电容的存在，对不 同频率的信号放大倍数不一样； 放大器一般放大某一频段的信号。 如不失真，放大器对这一频段的信号一视同仁 通频带：放大器幅频特性中增益 Aum / 2 对应的一段频率范围,Aum为放大器的 中频段增益。 带宽：通频带的宽度，因为 1/ 2 0.707， 带宽常以BW0.7表示
信号频率：低频、高频放大器
信号带宽：窄带、宽带放大器
导通时间：甲(A)类、乙(B)类、甲乙(AB)类和丙(C)类等
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现代电子线路
iC ICQ π (a) iC ICQ 0 π (c) 2π 3π ωt 0 2π 3π ωt 0 iC ωt π (b) ωt iC
0
2π
3π
π (d)
2π
3π
9
现代电子线路
RC IC IE
+VCC
CC
电容开路 电感短路 固定偏置
直流通路
4
现代电子线路
非线性和线性问题 IB IBQ N
ib
M Q
限制输入信号的动 态范围（小信号）～ 线性化。
VBEQ VBE
在具备合适的工作点和小信 号条件下，晶体管可视为一个 线性器件！
vbe
5
现代电子线路
B
三极管微变等效电路（E为公共端）：
+
共发射极放大电路
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1、直流通路和交流通路 直流 (静态)分析就是在没有交流输入信号
作用时，估算晶体管的工作点。
交流(动态)分析就是确定在交流输入信号作
用下，管子在工作点处的电压电流关系,进而计
算放大器的各项性能指标。 直流分析：直流通路 交流分析：交流通路 只有直流通路和交流通路都正确才能正常放大
Zo: 输入端电压源短路(保留
其内阻)、输出端负载开路， Zs(s) 由放大器输出端向放大器看 进去的等效电阻。
放 大 器
I(s) + -
V(s)
Zo(s)
◆ 描述放大器与负载之间的关系,反映放大器带负载 能力； ◆ 如输出稳定电流，则输出电阻越大越好；如输出 稳定电压，则输出电阻越小越好。
12
现代电子线路
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CE
CB
RB1 VT + RB2 RE
RC +
+VCC CC vo RL
RB=RB1//RB2
RS VS RB RC RL
rS vs + CE +
+ vo -
(a) 放大器电路
ii rs vs + b ib + vi RB r e Ri BJT c ic io + RL vo Ro
Zi : 放大器输入电压和输
入电流之比。
Zs(s) Vs(s) + -
放 大 器
ZL(s)
Z i s V i s /I i s

◆ 描述放大器对信号源所呈现的负载效应；
◆ 如信号源为小内阻电压源，则输入电阻越大越好； 如信号源为大内阻电流源，则输入电阻越小越好。
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输出电阻：
t
现代电子线路
3、基本组态放大器的技术指标分析
技术指标：输入电阻、输出电阻、增益和通频带等 分析方法：常用小信号等效电路法或图解法。 分析步骤：
工程估算法
先进行直流分析，确定三极管的静态工作点Q, 即直流电压和电流（IBQ、VBEQ、ICQ、VCEQ)； 再进行动态（交流）分析，即性能指标分析。 小信号等效电路法
22
现代电子线路
得到直流通路和交流通路的方法
直流通路：直流电流流经的通路即偏置电路，将 放大电路中电容开路、电感短路，直流电源保留后电路。
RB1 CB rS vs + RB2 RE CE + VT + RL
RB2 RE
RC +
+VCC CC vo
RB1 VT
RC
+VCC
(a) 放大器电路
(b) 直流通路
1 THD U1
2 U n 100% n 2
U1: 基波有效值; Un: n次谐波有效值。 非线性失真系数越大，失真越严重。
16
现代电子线路
⑵ 线性失真(频率失真)和通频带 原因：放大器中存在电抗性元件引起。
f
2f
幅度失真
f
2f
放大器
相位失真 特征：输出端不产生新的频率成分。 种类：幅度失真、相位失真。
r
ib
CE
ic ie
E
C
B
ib
r
ic
C
βib
E
ib gm vbe
E
三极管微变等效电路（B为公共端）：
E
re ie ib
B
ic αie
C
E
ie re
ic
ie
C
CB
B
B
6
现代电子线路
一、 放大器的基本概念
信号放大电路(放大器) 的主要功能是无失真地放大信号。 能放大微弱信号的电路叫放大器。这里的“信 号”是指随时间变化的连续电流或电压。
VBEQ VBE
vbe
建立工作点～使晶体管工作在放大区。
工作点～晶体管工作所需的直流电压和电流。 Q1（VBEQ ,IBQ）；Q2（VCEQ ,ICQ）
3
现代电子线路
静态工作点的建立
提供工作点的电路～偏置电路。
常见偏置形式～固定偏置、分压式偏置。
RB CB RS vs VT RC +VCC
RB IB VT
2、放大倍数（增益）
Avt(s)Vi(s) VS(s) ZS(s) 信号源 Vi(s) Zi(s) Vo(s) ZL(s) 负载
ZO(s) 放大器
常用增益的定义 电压增益 Av : Av(S) = Vo(S)/Vi(S) 电流增益 Ai : Ai (S) = Io(S)/Ii(S) 互导增益 Ay : Ay(S) = Io(S)/Vi(S) 互阻增益 Az : Az (S) =Vo(S)/Ii(S)
Pi
放大器
Po AP
Po Pi
1 的电路。
两个要求：1)输出信号不失真，线性放大。 2)输出功率大于输入功率，电压或者 电流幅度增大。
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现代电子线路
二、 放大器的分类
级数：单级和多级； 按器件：晶体管（共射、共基、共集） 场效应管（共源、共栅、共漏）
信号幅度：小信号（电压）、大信号（功率）放大器
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现代电子线路
四、 晶体管3种基本组态放大器
b ib ic c e
基极 不能作 输出、 集电极 不能作 输入用！
e
共基CB
b
ie
ic
c b
b c
ib
ie
e c
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注意：组态是针对交流信号而言的。
现代电子线路
RB1 CB rS vs + RB2 RE VT +
RC +
+VCC CC vo RL
CE
三、放大器的主要技术指标和关注的问题
性能指标都是对交流而言的，但与静态工作点 有关。放大器模型如下图： Avt(s)Vi(s)
VS(s) Vi(s) ZS(s) 信号源 Zi(s) ZO(s) 放大器 Vo(s) ZL(s) 负载
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现代电子线路
1、输入电阻和输出电阻
输入电阻：
+ Ii(s) Vi(s) Zi(s)
ic Icm t 0 不失真动态范围 A
IC
t
C IB8 IB6 Qo
' I B4 Q2
Ib
m
VCEQo
Q ' IB2 IBQ Q1' IB1=0
Vcem
D B
Vcem
VCE
t
消除饱和失真：减小输入信号幅度，降低静态工作 点电流。
消除截止失真：减小输入信号幅度，提高静态工作 点电流。
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Ib
IB1
m
ib RB ii RB r
io io ib RC RB Ai i i ib i i RC RL RB r
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现代电子线路
VT vo rs + RB1 RB2 RE RC RL vs + rS vS
ii + vi
b ib
BJT
ib
c
ic + vo -