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1、第 2 章 基本放大电路,2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,2.2 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,小 结,2.5 晶体管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,本章是学习电子技术的基础，是学习的重点之一。其主要内容有： 放大的基本概念 放大电路的组成原则 放大电路的主要性能指标 放大电路的分析方法（静态分析和动态分析） 晶体管放大电路的三种基本组态 场效应管基本放大电路 基本放大电路的派生电路。,内容简介,2.基本放大电路,2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,2.1.1 放大的概念,一、放大的对
2、象：对变化量的放大；,二、放大的本质：能量的控制和转换；,四、放大的前提：不失真的放大。,三、放大的基本特征：功率放大；,有源元件能控制能量转换；,有源元件要工作在合适的工作区域；,2.1.2 放大电路的性能指标,放大倍数 Au ；输入电阻 Ri ； 输出电阻 Ro ；通频带 fbw 。,一、放大倍数,放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标。,设输入量为 ，输出量为,则,例如：当 Xo=Uo ；Xi=Ui 时,（2.1.1）注意 Auu下标,Home,Next,Back,电压放大倍数： （无量纲）,互阻放大倍数： （欧姆）,电流放大倍数： （无量纲）,互导放大倍数： （西门子S),本章着
3、重讨论电压放大倍数。,需要注意的是，在实际应用时，只有在波形不失真的情况下，测试的放大倍数才有意义。,二、输入电阻 Ri,从放大电路输入端看进去的等效电阻。,输入端,输出端,信号源,一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。,（2.1.5）,三、输出电阻 Ro,整理得：,从放大电路输出端看进去的等效电阻。,输出端,（2.1.6）,Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,放大电路,四、通频带 fbw,通频带用于衡量放大电路对 不同频率信号的放大能力。,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,下限截
4、止频率,上限截止频率,通频带：,fbw=fHfL,中频放大倍数,音频：20Hz20kHz,男音：700Hz,女音：1kHz,五、非线性失真系数,对于周期是2的函数f(t)，总可以以傅立叶级数的形式展开：,直流项,n=1 基波项,奇函数只有sin项，偶函数只有cos项,非线性失真系数,式中： A1 基波幅值 A2 二次谐波幅值 A3 三次谐波幅值,（2.1.8）,在额定失真范围内的最大输出幅值 以有效值Uom、峰值UOP 或 峰-峰值UOPP 表示,六、最大不失真输出电压,七、最大输出功率与效率,电源消耗功率,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的作用,i
5、B,iC,uBE,uCE,地,放大元件iC=iB，工作在放大区，集电结反偏，发射结正偏。,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,IB,IC,UBE,UCE,当ui = 0时，为三极管的静态（Quiescent）,当ui 0时,2.2.2 设置静态工作点的必要性,一、静态工作点（Q）,IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ,三极管电路中，其各极的电压和电流：,uBE、iB、uCE、iC,当ui = 0时，为三极管的静态（Quiescent）,静态时的工作点称为静态工作点，记为,静态工作点对放大器的性能有至关重要的影响。 调整放大器，主要就
6、是调整静态工作点。,UBEQ=,0.7v 硅,0.2v 锗,图2.2.1 基本共射放大电路 的静态工作点,静态时，ui = 0,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,二、为什么要设置静态工作点,目的：在信号的整个周期中，使晶体管始终工作在线性放 大状态,图2.2.2 没有设置合适的静态工作点,IBQ= 0,2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析,图2.2.3 基本共射放大 电路的波形分析,交流信号驮载在 直流分量上,直流分量,脉动直流,uCE与iC反相,iB 与 iC 同相,对于基本共射放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个
7、周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。,输入信号中，只有交流分量。,2.2.4 放大电路的组成原则,一、组成原则 （1）正确的电源电压，以便设置合适的Q点，为输出提供 能源； （2）电阻取值得当，形成正确的Q点 （3）输入信号能够影响输出电流 （ui ube ib ic uce uo） （4）放大后的信号能够输出给负载,二、常见的两种共射放大电路,1.直接耦合共射放大电路,图2.2.4 直接耦合共射放大电路,特点： 信号源、负载 与放大器直连,共地,单电源供电,求 IBQ 时，uI = 0，Rb1 一端接地,UBEQ,(2.2.2a),求Q点：,(2.2.2b),(2.2
8、.2c),2. 阻容耦合共射放大电路,图2.2.5 阻容耦合共射放大电路,特点：具有隔直电容，信号源、负载不与放大器直连,耦合电容,作用：隔直流、通交流。隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,阻容耦合共射放大电路的Q点计算,(2.2.3a),(2.2.3b),(2.2.3c),UBEQ,IBQ,ICQ,UCEQ,2.3 放大电路的分析方法,2.3.1 直流通路与交流通路,直流通路：在直流电源作用下直流电流流经的通路，也就 是静态电流流经的通路，用于研究静态工作点。,直流通路的特点： 电容视为开路； 电感线圈视为短路(即忽略线圈电阻)； 信号源视为短路，但应保留其内阻。,图2
9、.3.1（a） 图2.2.1 所示基本共射放大电路的直流通路,ui = 0,直流通路:,举例:,所有电容器看作开路。,交流通路:,交流通路：交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态（交流）参数。,交流通路的特点： 容量大的电容(如耦合电容)视为短路 无内阻的直流电源(如VCC)视为短路,交流通路:,图2.3.1 (b) 图2.2.1 所示基本共射放大电路的交流通路,直流电源： VCC 、VBB 看作短路,举例:,电容器和直流电源都短路:,图2.3.2 直接耦合共射放大电路及其 直流通路和交流通路,直流工作点与Rs和RL有关,图2.3.3 阻容耦合共射放大电路 的直流通路和交流通
10、路,RL = RC / RL 是阻容耦合放大电路的总负载电阻,RL是负载电阻,直流工作点与Rs和RL无关,直流,交流,分析放大电路应注意：,在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”。 求解静态工作点时应利用直流通路； 求解动态参数时应利用交流通路。 静态工作点合适，动态分析才有意义。 分析时不一定非画出直流通路不可。,课堂练习,P126 自测题二,二、试分析图T2.2所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路,2.3.2 图解法,图2.3.4 基本共射放大电路,一、Q点分析:,图解法用于分析放大电路的Q点、放大倍数和失真。,1. 输入回路的图解分析（直
11、流状态）,三极管输入特性,令uI = 0,左右两边： iB = iB uBE=uBE 两边共同决定Q点,斜率：,输入负载线,2. 输出回路的图解分析,直流负载线,左边：三极管输出特性,右边：输出负载线,uCE = VCC iC Rc,直流负载线与输出特性曲线的交点就是Q点。,斜率：,VCC,12V,3K,uCE = VCC - Ic RC,令 uCE = 0 , iC = VCCRC= 12V3K = 4 mA,令 iC = 0 , uCE = VCC = 12V,实例：,5,4,3,2,1,6,3,12,6,9,15,iC = 4mA,VCC = 12V,直流负载线,利用直流负载线求解 Q
12、点（UCEQ 和 ICQ）,1. 求出 IBQ对应的输出曲线,2. 作出直流负载线,3. 交点为Q点。,实际应用时，一般不需要在晶体管特性曲线上作图，而是利用晶体管特性曲线可以求出值，只要知道了晶体管的值，便可根据：,ICQ=IBQ ,求出ICQ 。,图解法主要用来求解放大电路的最大不失真输出幅值。,注意： uI uBEiB uI uBE,VBB+uI,uI 形成 iB,二、电压放大倍数的分析,当加入输入信号uI 时：,uBE = VBB+uI - iBRb,1. 在输入回路中，uI 影响基极电流变化量i B 。,uI 0时，iB 0,iBiCuCE,2. 在输出回路负载曲线上Q点附近找到iB
13、造成的uCE ，,uI 0时，iB 0， iC 0，而uCE 0,电压放大倍数：,图解法得到的结论：,1. 从输入特性曲线来看 IBQ 越大，Q点附近的曲线越陡，uI 作用下形成的iB 就越大。,uI iBiCuCEAu,结论1：Q 点影响 Au , QAu,Q点高，iB大,Q点低，iB小,2. 从输出回路来看，RC越大，负载特性曲线则越平，iC引起的uCE则越大，使Au增大。,应当指出：利用图解法求解电压放大倍数时，uI的数值愈大，晶体管的非线性特性对分析结果的影响愈大。 另外，其分析过程与后面将阐述的微变等效电路法相比，较为繁琐，而且误差较大。 因此，讲述图解法求解 Au 的目的是为了进一
14、步体会放大电路的工作原理和 Q 点对 Au 的影响。所以，真正用于求解Au 的方法不是图解法。,三、波形非线性失真的分析,本节讨论Q点位置与非线性失真的关系。,（一）Q 点位置合适，电路有较小的非线性失真,Q点位于负载线中部，且输入信号幅值不是太大，能保证工作点始终位于三极管的放大区内，称为Q点位置合适。,假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,Q点位置合适，不产生非线性失真。,UCE与Ui反相！,输入信号 ui 过大，会形成输出“截幅失真”。,结论一：,Q点设置合适，输出信号幅值不超过电路允许“最大不失真输出电压幅值”（Uom）时，输出信号不失真。输出信号幅值过大，
15、超过Uom，输出信号将出现上下部同时截幅失真。,Q点偏低，工作点易进入截止区，当信号稍大时，便会出现“截止失真”。,上,uce顶部失真,ib低部失真,（二）Q 点偏低，首先出现“截止失真”,Q点位于输出负载线的底部，称为Q点偏低。,截止失真的波形,ui,uo,当Q点偏低时，在输入信号幅值较大时，负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压总量UbeUon，晶体管截止，基极电流ib将产生底部失真。 集电极电流 ic ，和集电极电阻 Rc 上电压的波形必然随之产生同样的失真，所以输出电压一定失真。因晶体管截止而产生的失真称为“截止失真”。,结论二：,Q点偏高，工作点易进入饱和区，当信号稍大时， 便会出现“饱和失真”。,上,底部失真,（三）Q 点偏高，首先出现“饱和失真”,Q点位于输出负载线的上部，称为Q点偏高。,结论三,Q点偏高，当输入信号较大时，晶体管工作点进入饱和区，使输出波型产生饱和失真。,应当指出：,应当指出，截止失真和饱和失真都是比较极端的情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输人特性和输出特性的非线性使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可忽略不计而已。,因晶体管输入特性曲线的非线性，输出电压总是存在不可避免的失真现象。,t,
