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1、模拟电子技术 (第2版),第2章 基本放大电路,第2章 基本放大电路,第2章 基本放大电路,2.1 基本放大电路的组成 及主要性能指标,放大电路组成框图,2.1.1 基本放大电路的组成,vsisRs,动画演示,2.1.2 放大电路的主要性能指标,信号源,负载,直流电源,1. 放大倍数,工程上常用分贝（dB）来表示放大倍数，称为增益。,电压放大倍数 Avvo/vi或,电流放大倍数 Aiio/ii 或,功率放大倍数 ApPo/Pi,例如，电压增益 Av（dB）20lgAv,2.1.2 放大电路的主要性能指标,2. 输入电阻,3. 输出电阻,Rivi/ii,Ro（vo /vo1）RL,2.1.2 放
2、大电路的主要性能指标,4. 通频带,BWf Hf L,2.1.2 放大电路的主要性能指标,2.1 课堂提问和讨论,课堂提问和讨论 ：,要组成一个放大电路，应包括哪几部分？,什么是有源器件？试举例说明。,放大的实质是什么？,为了衡量放大电路的性能，常用的性能指标参数有哪几个？意义如何？,试说明对放大电路的基本要求。,2.2 基本共射放大电路 及基本分析方法,2.2.1 基本共射放大电路的组成 及工作原理,2.2.1 基本共射放大电路的组成 及工作原理,动画演示,1. 静态（直流工作状态）,2.2.2 放大电路的两种工作状态,当vi0时，放大电路的直流工作状态，称为静态。,IBQ、ICQ、VBEQ
3、和VCEQ确定的三极管特性曲线上的Q点称为静态工作点。,静态工作点: vi=0时的IB、VBE、IC、VCE 。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,静态时，IB、VBE、IC、VCE，分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点Q，称为静态工作点，分别用(IBQ、VBEQ) 和( ICQ、VCEQ )表示。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,设置合适静态工作点的目的是使放大电路中的三极管在对输入信号进行放大的过程中始终工作在放大区域。,估算法具体步骤：,（1）画出放大电路的直流通路；,（2）依据直流通路近似计算对应的静态工作点。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,【案例分析2.2.1】如图2.
4、2.1所示，三极管的80， VBE（on）0.7V，VCES0.3V，VCC12V，Rc2.4k。试分析在下列两种情况下，电路的静态工作点，并说明三极管的工作状态:（1）Rb270 k; （2）Rb120 k 。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,画出图2.2.1所示放大电路的直流通路：,分析、求解：,2.2.2 放大电路的两种工作状态,ICQIBQ800.042mA3.36mA,（1）,VCEQVCCICQRC（123.362.4）V3.94V,因为VCEQ3.94V， VBEQ0.7V，VCVBVE， 发射结正偏、集电结反偏，故三极管工作在放大状态。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,
5、ICQIBQ800.094mA7.52mA,（2）,VCEQVCCICQRC（127.522.4）V-6.05V,VCEQ为负值，不符合实际情况，三极管有可能是工作在饱和状态。验证：VBCQVBEQVCEQ0.7V（6.05）V6.75V，集电结与发射结均正偏，说明三极管是工作在饱和状态。,也可通过求取IBS予以验证：,因IBQIBS，说明三极管实际上是工作在饱和状态。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,动态时 ，输入信号vi使三极管各极电流及电压都在静态值的基础上叠加了一个交流量，即：vBEVBEQvbe；iBIBQib；iCICQicICQib；vCEVCEQvce。,2. 动态（交流工
6、作状态）,输入正弦信号vs后，放大电路工作的动态或交流工作状态 。,vBE、iB、iC、vCE都将随输入信号vi作相应的动态变化。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,动态时的vBE、iB、iC、vCE,2.2.2 放大电路的两种工作状态,输入正弦信号vi后，电路中各点波形,2.2.2 放大电路的两种工作状态,分析放大电路的交流参数，一般要画出放大电路的交流通路（交流信号作用所形成的电流通路）。画交流通路的原则是：,（1）对交流信号，内阻很小的直流电压源（如VCC等）可视为短路；内阻很大的电流源或恒流源可视为开路；,（2）对一定频率范围内的交流信号，容量较大的电容（如隔直电容、旁路电容等）可视
7、为短路。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,图2.2.1电路的交流通路，如图2.2.4所示。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,由以上分析可知，设置好合适的静态工作点，并在输入回路中加入时变信号，利用发射结正向电压对三极管各极电流的控制作用，就能将直流电源VCC提供的能量，按输入信号vi的变化规律转换为较大的信号供给负载，从而实现交流放大。,放大作用是指输出与输入的交流成分的关系，不包括直流成分。,2.2.2 放大电路的两种工作状态,放大电路工作状态分析就是求解其静态工作点参数（静态分析）和各项动态性能指标参数（动态分析）的过程。,通常遵循“先静态，后动态”的原则，因为，只有静态工作点合适
8、，电路没有产生失真，动态分析才有意义。,所采用的基本分析方法有图解分析法和小信号微变等效电路模型（简称微变等效电路）分析法。,2.2.3 放大电路的图解分析方法,放大电路分析,静态分析：输入信号为零时，放大电路的静态工作点，即：IB、 VBE、 IC、VCE 。,动态分析：输入信号后，放大电路的各项主要动态技术指标，如电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,2.2.3 放大电路的图解分析方法,直流通路和交流通路,直流通路：直流信号作用所形成的电流通路。交流通路：交流信号作用所形成的电流通路。,信号的不同分量，可以分别在不同的信号通路
9、中，进行相应的分析。,图解分析法,在实测出放大电路中三极管的输入特性和输出特性曲线上，通过作图对放大电路的静态和动态进行分析的方法。,2.2.3 放大电路的图解分析方法,2.2.3 放大电路的图解分析方法,1.静态工作点图解分析,为便于分析，将图2.2.1所示基本共射放大电路的直流通路，变换成图2.2.5所示形式。在输入回路，有,vBEVCCiBRb,由此，可做出一条斜率为1/Rb的直流负载线（VCC，0； 0，VCC/Rb ） ，其与输入特性曲线的交点Q （VBEQ ，IBQ）就是要求的静态工作点如图2.2.6中所示。,从图2.2.5所示输出回路，有,vCEVCCiCRc,由此，可做出一条斜
10、率为1/Rc的直流负载线（VCC，0； 0，VCC/Rc ） ，其与输入特性曲线的交点Q （VCEQ ，ICQ）就是要求的另一组静态工作点如图2.2.6中所示。,2.2.3 放大电路的图解分析方法,直流负载线方程： vBEVCCiBRb ； 坐标点： VCC、0， 0、VCC/Rb 交流负载线方程： vCEVCCiCRc ； 坐标点： VCC、0， 0、VCC/Rc,静态工作点Q : VBEQ( VBEQ(on) 、IBQ和VCEQ、ICQ。,从以上分析可知，三极管各极的电流和极间电压，不但取决于三极管自身的输入、输出特性曲线，还取决于与之相连接形成的回路方程决定的输入、输出直流负载线，二者的
11、交点就是静态工作点Q。,2.2.3 放大电路的图解分析方法,2.动态工作情况的图解分析,图2.2.1所示基本共射放大电路的交流通路，如图2.2.7所示。,图2.2.7,等效交流负载电阻 RLRcRL 。 交流负载线是过静态工作点 Q， 且斜率为1/ RL、横坐标为 （VCEQICQ RL，0）的一条直线。,输入回路中vBE和iB的图解分析，输出回路中vCE和iC的图解分析，分别如图2.2.8中所示。,2.2.3 放大电路的图解分析方法,2.2.3 放大电路的图解分析方法,通过图解分析，可以看出： vi vBE iB iC vCE |-vo| ，vo与vi反相； 可以测量出放大电路的电压放大倍数
12、Av ； 可以确定最大不失真输出幅度。,2.2.3 放大电路的图解分析方法,3.电路非线性失真的图解分析,根据三极管的工作区域可以判断放大电路是否会产生失真，当三极管工作在截止区时产生的失真称为截止失真，当三极管工作在饱和区时产生的失真称为饱和失真。,如图2.2.9所示，要使放大电路工作在放大区，不产生非线性失真，vCE的变化量(动态范围)最大不能超过（VCEQVCES）与ICQ RL，否则输出信号就会产生饱和失真（输出信号波形底部被削波）或截止失真（输出信号波形顶部被削波）。,要设置放大电路合适的静态工作点，以使三极管在输入信号的全过程都工作在放大区，从而不产生输出波形失真。,2.2.3 放
13、大电路的图解分析方法,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,不合适的静态工作点(1):,静态工作点偏高、VCEQ偏小时，ib虽为不失真的正弦波，但在输入信号vi的正半周靠近峰值的某段时间内，由于VCEQVcem，三极管进入了饱和区，集电极电流ic将产生顶部失真，从而导致输出电压底部失真（饱和失真）。,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,不合适的静态工作点(2):,静态工作点偏低、在vi负半周靠近峰值的某段时间内，vBE VBE（on），三极管将工作在截止状态、ib将产生底部失真，与之对应的ic和vce也将产生同样的失真，所以输出电压vo（vce）由于三极管进入截止区将产生顶部失真
14、（截止失真） 。,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,合理地设置静态工作点:,当输入信号vi较大时，一般把Q点设置在交流负载线的中点，以获得vo的最大动态范围（忽略VCES和ICEO的影响）；当vi较小时，为了减小功率损耗和热噪声，在不产生截止失真和保证一定电压增益的前提下，可适当降低静态工作点Q。,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,4.图解分析法的适用范围,图解分析法直观、形象，适用于电路参数、静态工作点、失真问题的定性分析、确定输出电压的最大动态范围等，特别是大信号时的电路分析。但由于三极管的输入和输出特性曲线需实测得出，且作图难于准确，过程繁琐，所以工程上使用并不广泛，
15、一般只作定性分析使用。,图解分析法中没有考虑耦合电容、三极管极间电容的影响，所以图解分析法只适合于信号频率较低的放大电路的中频段。,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,三极管是非线性器件，为简单明了，在工程上，常根据一定的工作条件和要求，在精度允许的条件下，把三极管等效为一个线性的电路模型，像处理线性电路一样，称为微变等效电路法来分析、计算三极管放大电路。,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,1.三极管的交流微变等效电路,在输入交流信号电压幅值足够小的条件下，三极管在静态工作点附近小范围内的特性曲线可近似地用直线，即三极管的小信号线性模型来代替。由于忽略了三极管结电容的影响，因此微变等效电路法只适用于微变的低频小信号放大电路。,（1）小功率三极管的简化微变等效电路,三极管输出端交流短路时的输入电阻 rbe,rbb为三极管的基区体电阻，低频小功率管 rbb 200 ； 26mV是常温（300 K）时的温度电压当量。所以,2.2.4 放大电路的微变等效电路 分析法,在小信号的条件下，当三极管工作在放大状态时，其c、e间可用一受控电流源icib等效，以表示三极管的电流控制作用，有,icib,即在低频小信号的条件下，共射放大电路中三极管的b、e间可用一线性电阻
