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1、第2章 基本放大电路和多级放大电路,2.1 基本共射极放大电路 2.2 基本放大电路的分析方法 2.3 工作点稳定电路 2.4 共集和共基放大电路 2.5 场效应管放大电路 2.6 多级放大电路及复合管 2.7 放大电路的频率响应 2.8 放大电路中的噪声与干扰 2.9 实际应用电路举例,2.1 基本共射极放大电路,2.1.1 三极管在放大电路中的三种连接方式 三极管有三个电极，它在组成放大电路时便有三种连接方式，即放大电路的三种组态：共发射极、共集电极和共基极组态放大电路。,图2.1所示为三极管在放大电路中的三种连接方式：图（a）从基极输入信号，从集电极输出信号，发射极作为输入信号和输出信号
2、的公共端，此即共发射极（简称共射极）放大电路；图（b）从基极输入信号，从发射极输出信号，集电极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共集电极放大电路；图（c）从发射极输入信号，从集电极输出信号，基极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共基极放大电路。,图2.1 三极管的三种连接方式,2.1.2基本放大电路的组成和工作原理 1.共射极放大电路 在三种组态放大电路中，共发射极电路用得比较普遍。这里就以NPN共射极放大电路为例，讨论放大电路的组成、工作原理以及分析方法。 图2.2所示为NPN型共射极放大电路的原理性电路。,图2.2 基本共射极原理性电路,电路中各元件的作用如下。 （1）三极管 （2）隔
3、直耦合电容C1和C2 （3）基极回路电源UBB和基极偏置电阻Rb （4）集电极电源UCC （5）集电极负载电阻Rc,电流的方向： 对NPN型三极管基极电流iB、集电极电流iC流入电极为正，发射极电流iE流出电极为正，这和NPN型三极管的实际电流方向相一致。,2.电压、电流等符号的规定 放大电路中（如图2.3所示）既有直流电源UCC，又有交流电压ui，电路中三极管各电极的电压和电流包含直流量和交流量两部分。,图2.3 单电源共射极电路,为了分析的方便，各量的符号规定如下。 （1）直流分量 （2）交流分量 （3）瞬时值。 （4）交流有效值 （5）交流峰值,3.放大电路实现信号放大的实质,图2.4
4、放大电路实现信号放大的工作过程,放大器放大的实质是实现小能量对大能量的控制和转换作用。根据能量守恒定律，在这种能量的控制和转换中，电源UCC为输出信号提供能量。 需要特别注意的是，信号的放大仅对交流量而言。,4.基本放大电路的组成原则 三极管具有三个工作状态，截止、放大和饱和。在放大电路中为实现其放大作用，三极管必须工作在放大状态。从上面放大电路的工作过程可概括放大电路的组成原则为：,（1）外加电源的极性必须保证三极管的发射结正偏，集电结反偏。 （2）输入电压ui要能引起三极管的基极电流iB作相应的变化。 （3）三极管集电极电流iC的变化要尽可能的转为电压的变化输出。 （4）放大电路工作时，直
5、流电源UCC要为三极管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ和电压UCEQ，即电路要有一个合适的静态工作点Q。,2.1.3 放大电路的主要性能指标 1.放大倍数Au、Ai 放大倍数是衡量放大电路对信号放大能力的主要技术参数。 （1）电压放大倍数Au 放大电路输出电压与输入电压的比值。 常用分贝（dB）来表示电压放大倍数，这时称为增益。 电压增益=20lg|Au|（dB）,（2）电流放大倍数Ai 它是指放大电路输出电流与输入电流的比值。,2.输入电阻Ri 对于一定的信号源电路，输入电阻Ri越大，放大电路从信号源得到的输入电压ui就越大，放大电路向信号源索取电流的能力也就越小。,图2.6 放大电路的
6、输入电阻,3.输出电阻Ro 图2.7为放大电路输出电阻的示意图。,图2.7 放大电路的输出电阻,图2.8所示为求解放大电路输出电阻的等效电路。 当放大电路作为一个电压放大器来使用时，其输出电阻Ro的大小决定了放大电路的带负载能力。Ro越小，放大电路的带负载能力越强，即放大电路的输出电压uo受负载的影响越小。,图2.8 输出电阻的求解电路,2.2 基本放大电路的分析方法,2.2.1 放大电路的图解分析法 图解分析方法是指根据输入信号，在三极管的特性曲线上直接作图求解的方法。,1.静态工作情况分析 （1）静态、动态和静态工作点的概念 静态 动态 静态工作点Q,图2.9 静态工作点Q,（2）直流通路
7、 直流通路：是指静态（ui=0）时，电路中只有直流量流过的通路。 画直流通路有两个要点： 电容视为开路 电感视为短路 图2.10和2.11所示分别为共射极放大电路及其直流通路。 估算电路的静态工作点Q时必须依据直流通路。,图2.10 共射极放大电路,图2.11 共射电路的直流通路,（3）Q点的估算 根据直流通路，估算Q点有两种方法。 公式估算法确定Q点 图解法确定Q点 如图2.12所示，此直线由直流通路获得，称为直流负载线。,图2.12 图解法确定Q点,2.动态工作情况分析 （1）交流通路 它是指动态（ui0）时，电路中交流分量流过的通路。 画交流通路时有两个要点：耦合电容视为短路。直流电压源
8、（内阻很小，忽略不计）视为短路。 图2.15所示为图2.10共射极放大电路的交流通路。,图2.15 共射极电路的交流通路,计算动态参数Au、Ri、Ro时必须依据交流通路。,（2）交流负载线 在图2.15中有关系式： uo=uCE=-iC（RcRL)=-ic/RL 其中，RL=RcRL称为交流负载电阻，负号表示电流ic和电压uo的方向相反。,交流变化量在变化过程中一定要经过零点，此时ui=0，与静点Q相符合。所以Q点也是动态过程中的一个点。交流负载线和直流负载线在Q点相交，如图2.16所示。 交流负载线由交流通路获得，且过Q点，因此交流负载线是动态工作点移动的轨迹。,图2.16 交流负载线,（3
9、）放大电路的动态工作范围 图2.17所示为电路的动态工作情况。,图2.17 动态工作情况,注意：三极管各电极的电压和电流瞬时值是在静态值的基础上叠加了交流分量，但瞬时值的极性和方向始终固定不变。,（4）非线性失真 所谓失真，是指输出信号的波形与输入信号的波形不一致。三极管是一个非线性器件，有截止区、放大区、饱和区三个工作区，如果信号在放大的过程中，放大器的工作范围超出了特性曲线的线性放大区域，进入了截止区或饱和区，集电极电流ic与基极电流ib不再成线性比例的关系，则会导致输出信号出现非线性失真。,非线性失真分为截止失真和饱和失真两种。 截止失真 当放大电路的静态工作点Q选取比较低时，IBQ较小
10、，输入信号的负半周进入截止区而造成的失真称为截止失真。图2.18所示为放大电路的截止失真。,图2.18 截止失真, 饱和失真 当放大电路的静态工作点Q选取比较高时，IBQ较大，UCEQ较小，输入信号的正半周进入饱和区而造成的失真称为饱和失真。图2.19所示为放大电路的饱和失真。ui正半周进入饱和区造成ic失真，从而使uo失真。,图2.19 饱和失真,2.2.2 放大电路的微变等效电路分析法 微变等效电路分析法指的是在三极管特性曲线上Q点附近，当输入为微变信号（小信号）时，可以把三极管的非线性特性近似看为是线性的，即把非线性器件三极管转为线性器件进行求解的方法。,1.三极管的微变等效电路分析法
11、（1）三极管的微变等效电路,图2.20 三极管的交流输入电阻rbe,图2.21 三极管的电流放大系数,结论：当输入为微变信号时，对于交流微变信号，三极管可用如图2.22（b）所示的微变等效电路来代替。图2.22（a）所示的三极管是一个非线性器件，但图2.22（b）所示的是一个线性电路。这样就把三极管的非线性问题转化为线性问题。,图2.22 三极管的微变等效电路模型,（2）交流输入电阻rbe （3）有关微变等效电路的几点说明,2.用微变等效电路分析法分析共射放大电路 （1）用微变等效电路分析法分析放大电路的求解步骤 用公式估算法估算Q点值，并计算Q点处的参数rbe值。 由放大电路的交流通路，画出
12、放大电路的微变等效电路。, 根据等效电路直接列方程求解Au、Ri、Ro。 注意： NPN和PNP型三极管的微变等效电路一样。,（2）用微变等效电路分析法分析共射放大电路 放大电路的微变等效电路 对于图2.10所示共射极放大电路，从其交流通路图2.15可得电路的微变等效电路，如图2.23所示。uS为外接的信号源，RS是信号源内阻。,图2.23 图2.10所示共射放大电路的微变等效电路, 求解电压放大倍数Au 负号表示输出电压uo与输入电压ui反相位。 求解电路的输入电阻Ri Ri=Rbrbe 一般基极偏置电阻Rbrbe，Rirbe。, 求解电路的输出电阻Ro 图2.24所示为求解输出电阻的等效电
13、路。 RoRc 输出电阻Ro越小，放大电路的带负载能力越强。输出电阻Ro中不应包含负载电阻RL。,图2.24 求解输出电阻的等效电路, 求解输出电压uo对信号源电压uS的放大倍数AuS 由于信号源内阻的存在，AuSAu，电路的输入电阻越大，输入电压ui越接近uS。,2.2.3 两种分析方法特点比较 放大电路的图解分析法：其优点是形象直观，适用于Q点分析、非线性失真分析、最大不失真输出幅度的分析，能够用于大、小信号；其缺点是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大，不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。,微变等效电路分析法：其优点是适用于任何复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、输入电阻、输出
14、电阻等；其缺点是只能用于分析小信号，不能用来求解静态工作点Q。 实际应用中，常把两种分析方法结合起来使用。,2.3 工作点稳定电路,2.3.1 温度变化对Q点的影响 Q点的影响因素有很多，如电源波动、偏置电阻的变化、管子的更换、元件的老化等等，不过最主要的影响则是环境温度的变化。三极管是一个对温度非常敏感的器件，随温度的变化，三极管参数会受到影响，具体表现在以下几个方面。,1.温度升高，三极管的反向电流增大 2.温度升高，三极管的电流放大系数增大 3.温度升高，相同基极电流IB下，UBE减小，三极管的输入特性具有负的温度特性。温度每升高1，UBE大约减小2.2mV。,2.3.2 工作点稳定电路
15、的组成及稳定Q点的原理 1.工作点稳定电路的组成 如图2.27所示工作点稳定电路,图2.27 分压偏置式的工作点稳定电路,2.稳定Q点的原理 分压偏置式放大电路具有稳定Q点的作用，在实际电路中应用广泛。实际应用中，为保证Q点的稳定，要求电路： I1IBQ 一般对于硅材料的三极管： I1=（510）IBQ,2.3.3 工作点稳定电路的分析 1.静态工作点Q的估算 图2.28所示为分压偏置式工作点稳定电路的直流通路 。,图2.28 稳定电路的直流通路,2.微变等效电路 图2.29（a）所示为工作点稳定电路的交流通路，图2.29（b）所示为其微变等效电路。因为旁路电容Ce的交流短路作用，电阻Re被短
16、路掉。,图2.29 稳定电路的交流通路及其微变等效电路,2.4 共集和共基放大电路,基本放大电路共有三种组态，前面讨论的放大电路均是共射极组态放大电路。另两种组态电路分别为共集电极和共基极组态电路。,2.4.1 共集电极放大电路 1.电路组成 共集电极放大电路应用非常广泛，其电路构成如图2.32所示。其组成原则同共射极电路一样，外加电源的极性要保证放大管发射结正偏，集电结反偏，同时保证放大管有一个合适的Q点。,图2.32 共集电极电路及其交流通路,交流信号ui从基极b输入，uo从发射极e输出，集电极c作为输入、输出的公共端，故称为共集电极组态，此电路也叫射极输出器。,2.静电工作点Q的估算,图2.33 直流通路及其微变等效电路,3.动态参数Au、Ri、Ro （1）电压放大倍数Au （2）输入电阻Ri （3）输出电阻Ro,图2.33 直流通路及其微变等效电路,共集电极电路的输出电阻很小，其带负载的能力比较强。实际应用中，射极跟随器常常用在多级放大电路的输出级，以提高整个电路的带负载能力。 共集电极电
