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1、任务二放大电路的基本分析方法任务二放大电路的基本分析方法任务二放大电路的基本分析方法任务二放大电路的基本分析方法一、放大电路的组成一、放大电路的组成二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管三、放大电路的基本分析方法三、放大电路的基本分析方法11共射放大电路的组成原则共射放大电路的组成原则 2.2.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理 必须使晶体管处于放大状态。必须使晶体管处于放大状态。 输入回路应使输入信号能产生交变电流。输入回路应使输入信号能产生交变电流。 输出回路应使动态电流能够作用于负载电阻。输出回路应使动态电流能够作用于负载电
2、阻。 保证放大电路能不失真地放大信号。保证放大电路能不失真地放大信号。2 一般概念一般概念2.2.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理 2共射放大电路各元件的作用共射放大电路各元件的作用 33基本工作原理基本工作原理 直流量用大写字母表示直流量用大写字母表示 交流量用小写字母表示交流量用小写字母表示 交直流共存量用小写字母加大写字交直流共存量用小写字母加大写字母作脚标表示母作脚标表示 动画演示动画演示4一、放大电路的组成及各元件的作用一、放大电路的组成及各元件的作用 把微弱的电信号转换成较强电信号的电路称为放大电路，简称放大器。把微弱的电信号转换成较强电信号的电路称为放大电路，简称放大器。
3、 直流电源直流电源信信号号源源放大放大电路电路负负载载 放大电路必须对电信号有功率放大作用，即：放大电路的输出功率应比输放大电路必须对电信号有功率放大作用，即：放大电路的输出功率应比输入信号的功率大。入信号的功率大。 （一）（一） 放大电路的组成放大电路的组成模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管5(二二) 放大电路的组成原则放大电路的组成原则1. 应有为放大器提供能源的直流电源。电源的极性应满足使管子工作于放大区的应有为放大器提供能源的直流电源。电源的极性应满足使管子工作于放大区的条件。条件。 2. 让输入信号电压让输入信号电压ui在基极产生电流在基极产生电流ib以控制集电极电
4、流以控制集电极电流ic，且在输入端应能最大，且在输入端应能最大限度地获取信号。限度地获取信号。 3. 在输出端应能方便地把放大的信号以尽可能小的损耗输送到负载。在输出端应能方便地把放大的信号以尽可能小的损耗输送到负载。 4. 为对信号进行不失真地放大，偏置电路应保证放大电路静态工作点合适而稳定。为对信号进行不失真地放大，偏置电路应保证放大电路静态工作点合适而稳定。模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管6（三）（三） 基本放大电路中各元件的作用基本放大电路中各元件的作用VCC提供偏置电压提供偏置电压提供能量提供能量RB基极偏置电阻基极偏置电阻RC集电极负载电阻集电极负载电阻C1隔离
5、放大电路与信号源直流通路隔离放大电路与信号源直流通路C2隔离放大电路与负载直流通路隔离放大电路与负载直流通路RL放大电路的负载电阻放大电路的负载电阻模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管7其组成元件的作用如下: （1）三极管(NPN型硅管)V 。 起电流放大作用，用IB控制IC，使ICIB。（2）电源UBB和 Ucc。使三极管发射结正偏，集电结反偏，三极管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供IB和IC。 （3）基极电阻R b。 又称偏流电阻，用来调节基极直流电流IB，使三极管能工作在特性曲线的线性部分。（4）集电极负载电阻RC 。将受基极电流IB控制而发生变化的集电极电
6、流IC转换成变化的电压UCE（ICRC），这个变化的电压UCE就是输出电压U0，假设RC0，则UCEUcc，当Ic变化时UCE无法变化，因而就没有交流电压传送给负载RL。 8(5) 耦合电容C1、C2 。起“隔直通交”的作用，它把信号源与放大电路之间，放大电路与负载之间的直流隔开，在图2.1所示电路中，使C1左边，C2右边只有交流而无直流，中间部分为交直流共存。耦合电容一般多采用电解电容器。在使用时，应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致，正极接高电位，负极接低电位。 9二、二、 放大电路的性能指标放大电路的性能指标电压增益电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|1. 放大倍数
7、放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 Au = Uo/Ui电流放大倍数电流放大倍数 Ai = Io/ Ii功率放大倍数功率放大倍数 AP = Po/ Pi电流增益电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|功率增益功率增益 AP (dB) = 10lg AP.Io.Ii.11 22 放大放大电路电路RSRL+Ui.+Uo.Us.+_.模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管102.输入电阻输入电阻1 +usRS+uiiiRiRi 越大，越大， ui 与与 us 越接近越接近测量：测量：Ri信信号号发发生生器器放放大大电电路路RPRiUi.Us.+_Ii.调节调节RP使：使：Ui=0
8、.5Us则有：则有：Ri=Rp模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管113.输出电阻输出电阻放放大大电电路路的的输输出出相相当当于于负负载载的的信信号号源源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：计算：I22 11 UsRS+U放大放大电路电路= 0Ro测量：测量：Uo/ 负载开路时的输出电压；负载开路时的输出电压；Uo 带负载时的输出电压，带负载时的输出电压，Ro 越小，越小，Uo/ 和和 Uo 越接越接近。近。22 11 +usRS+ui+uoRLRo+uo/Ri模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管12图解法图解法 用微变等
9、效电路法分析计算电路动态参数，分析放大电路的交流性能指标用微变等效电路法分析计算电路动态参数，分析放大电路的交流性能指标 。主要计算放大电路的主要计算放大电路的Au、Ri、Ro等等 。三、放大电路的分析方法三、放大电路的分析方法放大电路分析放大电路分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法静态分析：静态分析：动态分析：动态分析： 主要是计算放大电路的静态工作点，并判断放大器件是否工作在放大状态主要是计算放大电路的静态工作点，并判断放大器件是否工作在放大状态 。13放大电路的两种工作状态放大电路的两种工作状态静态静态 当输入信号为零时电路的工作状态当
10、输入信号为零时电路的工作状态静态时放大电路中只有直流分量。静态时放大电路中只有直流分量。动态动态 有输入信号时电路的工作状态有输入信号时电路的工作状态 动态时电路中的信号为交、直流混合信号。动态时电路中的信号为交、直流混合信号。14例例2-1 估算如图所示放大电路的静态工作点。估算如图所示放大电路的静态工作点。 解解:2.2.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理 ，。 15说明：电量的符号表示规则说明：电量的符号表示规则A AA 大写表示电量与时间无关大写表示电量与时间无关( (直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；A小写表示电量随时间变化小写表示电量随时间变化( (瞬时值瞬时值
11、) )。大写表示直流量或总电量大写表示直流量或总电量( (总最大值，总瞬时值总最大值，总瞬时值) )；小写表示交流分量。小写表示交流分量。总瞬时值总瞬时值直流量直流量交流瞬时值交流瞬时值交流有效值交流有效值直流量往往在下标中加注直流量往往在下标中加注 QA 主要符号；主要符号； A 下标符号。下标符号。tuOuBE = UBE + ube(一一) 静态工作点设置及放大原理静态工作点设置及放大原理如：如：IBQ、ICQ、UCEQ等等模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管16 当输入交流信号为零时，称放大电路处于静态。当输入交流信号为零时，称放大电路处于静态。 +VCC为三极管提供发
12、射结正偏压为三极管提供发射结正偏压UBE、基极电流、基极电流IB、集电极电流、集电极电流IC、集电极与、集电极与发射极间电压发射极间电压UCE等直流量，它们决定了放大器的直流工作状态。这些量在输入输等直流量，它们决定了放大器的直流工作状态。这些量在输入输出特性曲线上表示成一个点，因而叫做静态工作点，用出特性曲线上表示成一个点，因而叫做静态工作点，用Q表示。即静态工作点表示表示。即静态工作点表示为为UBEQ、IBQ、 ICQ、UCEQ。 （二）设置静态工作点的必要性（二）设置静态工作点的必要性 为使放大器能对输入信号进行不失真地放大，必须设置合适的静态工作点。为使放大器能对输入信号进行不失真地放
13、大，必须设置合适的静态工作点。 2.放大原理放大原理 由于三极管具有较强的电流放大作用，可使由于三极管具有较强的电流放大作用，可使iB（IBQ+ib）控制）控制iC（ iB =ICQ+ic）作更大的变化。只要电路参数选择合适，输出电压）作更大的变化。只要电路参数选择合适，输出电压uo比输入电压比输入电压ui要大得多，要大得多，从而实现电压放大作用。从而实现电压放大作用。模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管17+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V(三三) 直流通路与交流通路直流通路与交流通路1.直流通路画法：直流通路画法：电容开路；电感短路；信号源保留内阻，且电压源
14、视为短路，电流源应视为开电容开路；电感短路；信号源保留内阻，且电压源视为短路，电流源应视为开路。路。共射放大电路共射放大电路直流通路直流通路交流通路交流通路2.交流通路画法：交流通路画法：电容视为短路；无内阻电源视为短路。电容视为短路；无内阻电源视为短路。+VCCRCC2RLRB+ uo C1+ui V+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V+VCCRCRBVRCRLRB+ uo +ui V模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管18(四四)图解法图解法输入直流负载线方程：输入直流负载线方程：uCE = VCC iC RCuBE = VBB iBRB输出直流负载线方程：输
15、出直流负载线方程：输入回路图解输入回路图解QuBE/ViB/ A静态工作点静态工作点VCC(VCC-UBEQ)/RBUBEQIBQ0.730输出回路图解输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQ33UCEQICQOiB = 30 A+VCCRCRBVIBQICQUBEQ_+UCEQ+_6V1K176K硅管硅管=100=1001、直流分析、直流分析模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管19uBE/ViB/ AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA41O23iB=10 A20304050505Q6直流负
16、载线直流负载线Q Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuce2、交流分析、交流分析(动态分析动态分析)ibRCRLRB+ uo +ui ViCiCE模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管20当当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 当当 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin tiC = ICQ + Icmsin tuCE = UCEQ Ucem sin t = U
17、CEQ +Ucem sin (180 t)uBE/ViB/ A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管21基本共发射极基本共发射极电路的波形：电路的波形：IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管22放大电
18、路的非线性失真问题放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。的线性范围，从而引起非线性失真。（1 ）“Q”过低引起截止失真过低引起截止失真Q点过低时，输出信号出现顶部失真称为截止失真。点过低时，输出信号出现顶部失真称为截止失真。不发生截止失真的条件：不发生截止失真的条件：IBQ Ibm 。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体
19、三极管23（2）“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流Q点过高时，输出信号出现底部点过高时，输出信号出现底部失真称为饱和失真。失真称为饱和失真。uCEiCt OOiCO tuCEQV CC不接负载时，交、直流负载不接负载时，交、直流负载线重合，线重合，V CC= VCC合理设置静态工作点可以避免放大合理设置静态工作点可以避免放大电路产生非线性失真。电路产生非线性失真。注意：信号过大时，可能即发生饱和失注意：信号过大时，可能即发生饱和失真，又产生截止失真。消除的方法：减真，又产生截止失真。消除的方法：减小信号幅度。小信号幅度。第二章半导体三极管及放大电路
20、基础第二章半导体三极管及放大电路基础24选择工作点选择工作点Q的原则：的原则：当当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设得低一些；可设得低一些；为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；可以设得高一些；为获得最大输出，为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。可设在交流负载线中点。特别提醒：无论特别提醒：无论Q点设在何处，都要确保信号不失真。点设在何处，都要确保信号不失真。模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管25(五五)微变等效微变等效电路法电路法( (小信号等效分析法小信号等效分析法) )1、晶体三极管电路小信号等效电
21、路分析法、晶体三极管电路小信号等效电路分析法三极管电路三极管电路可当成双口可当成双口网络来分析网络来分析晶体三极管晶体三极管 H ( (Hybrid) )参数微变等效电路模型参数微变等效电路模型从输入端口看进去，相当于电阻从输入端口看进去，相当于电阻 rbe从输出端口看进去为一个受从输出端口看进去为一个受 ib 控制的电流源控制的电流源 ic = ib ， 电流放大系数电流放大系数+uce+ube ibicCBErbe Eibic I b+ube +uce BCrbb 三极管基区体电阻三极管基区体电阻模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管262 2、 晶体三极管交流分析晶体三极管
22、交流分析步骤：步骤： 分析直流电路，求出分析直流电路，求出“Q”，计算，计算 rbe。 画电路的交流通路画电路的交流通路 。 在交流通路上把三极管画成在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。参数模型。 分析计算叠加在分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。点上的各极交流量。模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管27【例例】 共射电路中，共射电路中， =8 0，UBEQ=0.7V，求求： (1)静态工作点；静态工作点； (2)画出微变等效电路；画出微变等效电路； (3)计算计算Au、Ri、Ro。12 V3 k510 k3k+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V模块二测量分
23、析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管28【例例】 共射电路中，共射电路中， =8 0，UBEQ=0.7V，求求： (1)静态工作点；静态工作点； (2)画出微变等效电路；画出微变等效电路； (3)计算计算Au、Ri、Ro。12 V3 k510 k3k 解解 令令 ui = 0，求静态电流，求静态电流 IBQ 求求“Q”，计算，计算 rbeICQ = IBQUCEQ = VCC-ICRC+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V800.0222mA = 1.77 mA= 12 1.77 3 =6.69 (V)模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管29 交流通路交流通路+uo + iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ + RS+uCE +uBE ubeuce微变等效电路微变等效电路+uo + RBRLRSrbe Eibic icBCusRC+ube 根据放大电路性能指标定义得：根据放大电路性能指标定义得：“-”号表示输出信号与输入信号反相。号表示输出信号与输入信号反相。模块二测量分析半导体三极管模块二测量分析半导体三极管30
