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1、 第第5章章 放大电路基础放大电路基础5.1 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理5.2 图解分析法图解分析法 5.3 计算分析法计算分析法5.4 放大电路的三种接法放大电路的三种接法5.5 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路5.6 场效应管场效应管放大电路放大电路5.7 多级放大电路多级放大电路5.8 放大器的通频带放大器的通频带 l放大电路的功能及性能指标放大电路的功能及性能指标l共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成 l放大电路的工作原理放大电路的工作原理5.1 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理 （1）放大电路功能简介放大电路功能简介 放大电路是放大信号的
2、一种装置。它的功能是放大电路是放大信号的一种装置。它的功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）放大到将微弱的电信号（电压、电流、功率）放大到所需要的数值，从而使电子设备的终端执行元所需要的数值，从而使电子设备的终端执行元件（如继电器、扬声器、仪表等）有所动作或件（如继电器、扬声器、仪表等）有所动作或显示。显示。 图图5-1是放大电路功能的方框图。是放大电路功能的方框图。1.放大电路的功能及性能指标放大电路的功能及性能指标 放大电路功能简介放大电路功能简介放放大大器器RsusRLVS开关开关图图5-1放大电路的功能框图放大电路的功能框图信号源信号源负载负载直流电源直流电源向放大器提供向放大器提供
3、输入的电信号输入的电信号提供放大提供放大所需能源所需能源提供足够的放大能提供足够的放大能力并尽可能减小失力并尽可能减小失真真终端执终端执行元件行元件 l 放大电路的主要性能指标有：放大电路的主要性能指标有：放大倍数放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻最大不失真输出电压幅值最大不失真输出电压幅值非线性失真系数非线性失真系数通频带通频带最大输出功率和效率等最大输出功率和效率等 放大电路的性能指标放大电路的性能指标 2. 共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成usuo共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路RsRbVBBVTRcVCCRLuiuBEiEiBiCbceuCE输入回路输入回路输
4、入回路输入回路放大电路组放大电路组成的原则成的原则l发射结正偏，集发射结正偏，集电结反偏；保证电结反偏；保证VT处于放大区。处于放大区。l输入信号得到足输入信号得到足够的放大和顺利够的放大和顺利地传送。地传送。三极管三极管VT：实现电流放实现电流放大。大。VBB 、VCC :确保确保 三极管三极管工作在放大工作在放大状态状态Rb :为放大为放大电路提供静电路提供静态工作点态工作点将将VT集电极集电极电流的变化电流的变化转变为电压转变为电压变化，以实变化，以实现电压放大现电压放大3. 放大电路的工作原理放大电路的工作原理无输入信号（无输入信号（ui=0）时放大电路的工作情况）时放大电路的工作情况
5、n假设：负载假设：负载RL开路，信号源为理想电压源，即开路，信号源为理想电压源，即Rs =0, ui= us 。l当当输输入入信信号号ui=0时时，称称放放大大电电路路的的工工作作状状态态为为静静态态。电电路路如如图图(a)所示。所示。放大电路放大电路的静态也就的静态也就是它的直流是它的直流状态。这个状态。这个电路叫电路叫直流直流通路，或称通路，或称直流偏置电直流偏置电路路RbIBICIEVCCUBEUCERCIRcVBBui=0+(a) ui = 0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+ 有输入信号（有输入信号（ui0）时放大电）时放大电路的工作情况
6、路的工作情况l在静态的基础上，给放大电路加上交流输入信号在静态的基础上，给放大电路加上交流输入信号ui，如图，如图(b)所示。这时放大电路的工作状态称为所示。这时放大电路的工作状态称为动态动态。VT用不同的符号来表示不同性质的电量用不同的符号来表示不同性质的电量l总瞬时值：符号小写，下标大写，如总瞬时值：符号小写，下标大写，如iB。l交流分量瞬时值：符号、下标均小写，如交流分量瞬时值：符号、下标均小写，如ib。l交流有效值：交流有效值： Ib 。l交流幅值：交流幅值： Ibm。l交流分量的复数形式：交流分量的复数形式：l直流分量：符号、下标均大写，如直流分量：符号、下标均大写，如IB。ui0
7、时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况设输入信号设输入信号ui为正弦信号为正弦信号晶体管基晶体管基-射极电压瞬射极电压瞬时值为：时值为：据上式据上式 画出画出uBE的波形的波形RbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+VTiBuBEQiBuBEuBEttt/2 /2 3/23/2220000UBEIBIB+IbmIB-Ibm(a)(b)(c)(d)UBEui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l由由iB 求求iC。晶体管工作在放大区，则集电极电流。晶体管工作在放大区，则集电极电流iC为：为：在负载电阻在
8、负载电阻RL开路的情况下开路的情况下当当输输入入信信号号ui=0时时，iC的的交交流流分分量量 为为 0， 则则 iC=IC， 对对 应应 的的uCE=UCE=VCC-ICRc。因因此此上上式式可以写成可以写成RbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况uce=-Ucemsint=Ucemsin(t-180)。-180相移来表示相位相反。相移来表示相位相反。从从图图(b)电电路路中中可可知知，输输出出端端瞬时电压瞬时电压uO=uCEuO
9、= UCE+Ucemsin(t-180)共射极放大电路的输出信共射极放大电路的输出信号电压号电压uO与输入电压与输入电压ui反反相，或者说相位差相，或者说相位差180。VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形uit0lui的的波形波形VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形ubet0luBE的的波形波形uBEt0UBEt0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b
10、) ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形ibt0liB的的波形波形iBt0IBt0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形ict0liC的的波形波形iCt0ICt0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b) ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形luCE的的波形波形uCEt0UCEt0ucet0仿真仿真VT放大电路仿真放大电路仿真仿真电路仿真电路仿真波形仿真波形重要概念：重要概念： l
11、 ui =0时时静静态态。直直流流电电源源和和Rb、Rc共共同同确确定定IB、UBE、IC、UCE，确保晶体管工作在放大区。，确保晶体管工作在放大区。l ui 0时时动动态态。电电路路中中的的iB、iC、uBE和和uCE都都随随ui的变化而变化。信号：的变化而变化。信号：ui uo实现电压放大。实现电压放大。l 动动态态时时，交交直直流流共共处处一一体体。是是在在直直流流分分量量的的基基础础上上叠叠加加一一个个交交流流分分量量。且且直直流流量量始始终终大大于于交交流流分量的幅值。分量的幅值。l 共共射射电电路路中中，交交流流分分量量ui 与与uo反反相相位位。直直接接耦耦合合放放大大电电路路：
12、电电路路与与信信号号源源和和负负载载电电阻阻RL之之间间是是通过电阻或导线直接连接的。通过电阻或导线直接连接的。5.2 图解分析法图解分析法 l图图解解分分析析法法：利利用用晶晶体体管管的的特特性性曲曲线线以以及及负负载载线线等等，用用作作图图的的方方法法直直接接描描绘绘出出各各有有关关的的电电压压、电流波形；电流波形；l计计算算分分析析法法：是是将将晶晶体体管管简简化化成成线线性性等等效效电电路路，然然后后对对整整个个放放大大电电路路进进行行计计算算，求求出出各各有有关关的的电压、电流值。电压、电流值。l以共射放大电路为典型进行分析。以共射放大电路为典型进行分析。1.用图解法分析静态工作情况
13、用图解法分析静态工作情况Rb+_VCCVTRCVBBui+_(a)共射极放大电路共射极放大电路uol静态时常用直流量静态时常用直流量IB、UBE、IC和和UCE来描述晶来描述晶体管的静态工作情况。体管的静态工作情况。lIB、UBE可以在输入特可以在输入特性确定一点；性确定一点；IC、UCE在输出特性上确定一点。在输出特性上确定一点。该点就称为静态工作点。该点就称为静态工作点。l静态工作点通常用静态工作点通常用Q表表示，示， Q点坐标为点坐标为IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。l用图解法来分析静态的用图解法来分析静态的目的：目的： 确定确定Q点。点。l用图解法求静态用图解法求静态 工作点的步骤
14、：工作点的步骤： 画出直流通路画出直流通路lui=0V即可。即可。Rb+_VCCVTRCVBBuCE+_uBEiCiB+ui_1.用图解法分析静态工作情况用图解法分析静态工作情况 利用输入特性曲线来确定利用输入特性曲线来确定IBQ和和UBEQl列输入回路方程。列输入回路方程。 Rb+_VCCVTRcVBBuBE+_(b)uCEiCiBVBB=iBRb+uBEl写输入特性曲线方程写输入特性曲线方程iB=f (uBE)|uCE=常数l求解，即为求解，即为IBQ、UBEQl由由VBB = iBRb+uBE 得得l斜率为斜率为-1/Rb。取两点。取两点(0,VBB/Rb)及及(VBB,0)，在坐标系中
15、画出这条线。，在坐标系中画出这条线。 iBuBE0(a)UBEQIBQMNVBB/Rb-1/RbQl该线称为静态负载线，或该线称为静态负载线，或直流负载线直流负载线(Static Load Lines)，它与输入特性的，它与输入特性的交点交点Q就是静态工作点。就是静态工作点。 lQ点的坐标就是静态时的点的坐标就是静态时的基极电流基极电流IBQ和基和基-射极间射极间电压电压UBEQ 利用输入特性曲线来确定利用输入特性曲线来确定IBQ和和UBEQ 利用输出特性曲线确定利用输出特性曲线确定UCEQ及及ICQl列列输输出出回回路路及及输输出出特特性性曲曲线方程：线方程：iC = f (uCE) | i
16、B = 常数常数VCC = iCRc + uCEl方程方程VCC = iCRc + uCE 可写成斜截式方程可写成斜截式方程l取两点取两点(0,VCC/Rc)，(VCC,0)，连成直线。，连成直线。Rb+_VCCVTRcVBBuBE+_(b)uCEiCiB iC0uCE(b)IBQ-1/RcVCCVCC/RcQHLUCEQICQ该线称为输出特该线称为输出特性的直流负载线，性的直流负载线，交点交点Q就是就是静态静态工作点工作点。 利用输出特性曲线确定利用输出特性曲线确定UCEQ及及ICQ2. 用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况l输输入入交交流流信信号号ui0，此此时时电电路路中中各处为直流与交流的叠加。各处为直流与交流的叠加。 利用输入特性画出利用输入特性画出iB和和uBE波形波形l设输入信号设输入信号ui=Uim sint(mV)l从输入回路可列出方程：从输入回路可列出方程：VBB+ui = iBRb+uBE=取两点取两点（VBB+ui，0）和和（0，（，（ VBB+ui ）/Rb）Rb+_VCCVTRCVBBui+_uo图解法求图解法求uBE及及iB波形波形iB(A)u
