模电放大电路的基本原理

U Ri i Ii
五、输出电阻 Ro
o U 从放大电路输出端看进去的等效电阻。Ro o I
0 U S RL
，分别测量空载和输出端接负载 输入端正弦电压 U i o 。 RL 的输出电压 U 、U
o
R U o L U o Ro RL
输出电阻愈小，带载能力愈强。
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； 2. 方便估算最大输出幅值的数值； 3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响；
4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。
2.4.4 微变等效电路法
晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静 态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的 特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就
由 Q 点确定静态值为： IBQ = 40 µ A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.
单管共射放大电路 当输入正弦波 uI 时， 放大电路中相应的 uBE、 iB 、 iC 、 uCE 、 uO 波形。
单管共射放大电路输出 信号与输入信号反相。
图 2.4.6 单管共射放大电路的 电压电流波形
1. 外加直流电源的极性 必须使发射结正偏，集 电结反偏。则有：
Δ i C Δ i B
2. 输入回路的接法应使输入电压 u 能够传送到三 极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。 3. 输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化 量 uCE，并传送到放大电路的输出端。
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
图 2.4.3(a)
iC /mA
4 3
80 µ A
60 µ A
静态工作点 40 µ A 20 µ A M iB = 0 µ A
2 1 0
Q
2
4
6
8
10
12
uCE /V
图 2.4.3(b)
引入发射极电阻 降低了。 后， A u
I c
e
I e
若满足(1 + ) Re >> rbe I b b RL + Au rbe Re
c +
与三极管的参数 A u 、rbe 无关。
U i Rb

I b R c
Re
RLU o

2. 放大电路的输入电阻 U Ri i rbe (1 ) Re // Rb I
o U Ro ( 1) RL Uo
六、通频带
Aum fL：下限频率
1 2
Aum
BW fL fH
fH：上限频率
图 2.3.2
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。 ：效率 Pom PV：直流电源消耗的功率 P
V
2.4
放大电路的基本分析方法
Q
uB E rbe iB U
CE 常数
uBE
O
图 2.4.10(a)
uBE
rbe ：晶体管的输入电阻。 在小信号的条件下， rbe 是一常 数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效 代替。
2. 输出电路 假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与 uCE 无关)，数量关系上， iC 是 iB 的 倍； 从三极管输出端看， 可以用 iB 恒流源代 替三极管；
放大的对象是变化量。
核心元件：双极型三极管和场效应管。
2.2
单管共发射极放大电路
2.2.1 单管共发射极放大电路的组成
VT：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； VBB 、Rb：为发射结提 供正向偏置电压，提供静 图 2.2.1 单管共射放大电路 态基极电流(静态基流)。 的原理电路
注意：这里忽略了 rce 对 iC与输出特性的影响，在 大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说 误差很小。
4. 电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO
+VCC Rb C1 + Rc C2 + VT RL +
I b b
+
I c
c Rc
+
+
U i
U O

U iR
iC Q
该恒流源为受控源； i B 为 iB 对 iC 的控制。
O
iB
uCE
图 2.4.10(b)
3. 三极管的简化参数等效电路
iC iB
c
+
iB
iC
b
+
uBE

c
+
b
+ uBE

uCE
rbe
iB uCE
rce


e
图 2.4.11
e 三极管的简化 h 参数等效电路
(二) rbe 的近似估算公式 rbb ：基区体电阻。
iC c
iB b rbb
reb ：基射之间结电阻。 re ：发射区体电阻，一般 只有几
re
b e
reb
欧姆，可忽略。 UT 26 reb I EQ I EQ
UT ：温度电压当量。
rbe duB E 26 rbb (1 ) diB I EQ
二、 微变等效电路法的应用
例：接有发射极电阻的单管放大电路，计算电压放 大倍数和输入、输出电阻。
1. 计算电压放大倍数 A u
+VCC Rb C1 + Rc
C2 +
+ VT
I b b
+
I c
e
I e
c +
+ U i
Re
RL
U O

U i Rb

rbe
I b R c
Re
RLU o

图 2.4.14
接有发射极电阻的放大电路
根据微变等效电路列方程 I r I R U
i b be e
e
其中
(1 ) I I e b
而
I R I R U O C L b L
U RL O Au Ui rbe (1 ) Re
RL Au rbe
(三) 等效电路法的步骤(归纳)
1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路 的静态工作点 Q 。
2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数 和 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三 极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交 流通路。 4. 列出电路方程并求解。
iE e 图 2.4.13
低频、小功率管 rbb 约为 300 。
讨论
因：
电流放大倍数与电压放大倍数之间关系
26 rbe 300 (1 ) EQ
1. 当 IEQ 一定时， 愈大则 rbe 也愈大，选用 值 较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高； 2. 当 值一定时，IEQ 愈大则 rbe 愈小，可以得到较 大的 Au ，这种方法比较有效。
图解法 微变等效电路法
基本分析方法两种
2.4.1 直流通路与交流通路
图 2.2.2(b)
图 2.4.1(a)
图 2.4.1(b)
2.4.2 静态工作点的近似计算
VCC U B EQ IB Q Rb
硅管 UBEQ = (0.6 ~ 0.8) V
c b ICQ
锗管 UBEQ = (0.1 ~ 0.2) V
输出特性
图 2.4.2
直流负载线
Q
由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ 、 UCEQ 为静态值。
【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 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
Rb 12 0.7 ( )mA 40 μA 280 做直流负载线，确定 Q 点 IBQ VCC U B EQ
o I i A i I
图 2.3.1
放大电路技术指标测试示意图
二、最大输出幅度
在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供 给负载的最大输出电压(或最大输出电流 )可用峰-峰值表 示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
三、非线性失真系数 D
所有谐波总量与基波成分之比，即
2 2 U2 U3 D U1 四、输入电阻 Ri 从放大电路输入端看进去的等 效电阻。
可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个
线性电路。
研究的对象仅仅是变化量
微变等效条件 信号的变化范围很小
一、简化的 h 参数微变等效电路
(一) 三极管的微变等效电路 1. 输入电路 晶体管的输入特性曲线 Q 点附近的工作段 近似地看成直线 可认为 uBE 与 iB 成正比
iB
iB
三、原理电路的缺点：
1. 双电源供电； 2. uI、uO 不共地。
四、单管共射放大电路
图 2.2.2
单管共射放大电路
C1 、C2 ：为隔直电容或耦合电容； RL：为负载电阻。 该电路也称阻容耦合单管共射放大电路。
2.3
放大电路的主要技术指标
) 电流放大倍数 ( A i
一、放大倍数 u) 电压放大倍数 ( A o U u A i U
i
引 入 Re 后，输入电阻 增大了。
I Ic
c
3. 放大电路的输出电阻
将放大电路的输入 端短路，负载电阻 RL 开 路 ，忽略 c 、e 之间的 内电阻 rce 。
I b b Ib b
+
c c
R U i Rb
b
rbe be r
I Ie
e
+
e
Re e R
I I b R b c Rc
2.2.2 单管共发射极放大电路的 工作原理
一、放大作用：
Δ uΙ Δ uB E Δ iB Δ iC ( Δ iB ) Δ uO Δ uCE ( Δ iC RC )
ΔuO ΔuΙ 实现了放大作用。
图 2.2.1
单管共射放大电路 的原理电路
二、组成放大电路的原则：
ICQ IBQ UCEQ = VCC – ICQ RC
IBQ
e
UCEQ
图 2.4.1(a)
【例】图示单管共射放大电路中，VCC = 12 V， Rc = 3 k，Rb = 280 k，NPN 硅管的 = 50，试估算静 态工作点。 解：设 UBEQ = 0.7 V
IBQ VCC U B EQ Rb 12 0.7 ( ) mA 280 40 A
第二章
2.1
放大电路的基本原理
放大的概念
2.2 2.3 2.4
2.5 2.6 2.7 2.8
单管共发射极放大电路 放大电路的主要技术指标 放大电路的基本分析方法
工作点的稳定问题 放大电路的三种基本组态 场效应管放大电路 多级放大电路
2.1
放大的概念
本质：实现能量的控制。 在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入 信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动 负载。 小能量对大能量的控制作用称为放大作用。
ICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mA 图 2.4.3(a) UCEQ = VCC – ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V
2.4.3 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、图解法的过程
(一)图解分析静态

b
rbe

I b
e
U R o
L

图 2.4.12
单管共射放大电路的等效电路
o U I r u 而 U A i b be i U o U RL 所以 Au rbe Ui
o I c RL b I U Rc // RL ) ( RL Ri = rbe // Rb ， Ro = Rc
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 方法：根据 uCE = VCC iCRc 式确定两个特殊点
当 iC 0 时，uCE VCC 当 uCE VCC 0 时，iC Rc
输出回路
iC 0，uCE VCC uCE VCC 0，iC RC
U R RL L o

Ro Rc

e
图 2.4.14(b)
例 如 图 ， 已 知 BJT 的 β =100， VBE=-0.2V。 （1）试求该电路的静态工作点； （ 2 ）画出简化的小信号等效电路； （3）求该电路的电压增益AV， 输出电阻Ro、输入电阻Ri。
解（1）求Q点，作直流通路
VCC VBE 12 (0.2) IB 40uA Rb 300 K I C β I B 100 (40) 4mA VCE VCC I C Rc 12 4 2 4V