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1、第三章第三章 基本放大电路基本放大电路 3.1 放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标 3.4 放大电路的通频带放大电路的通频带 3.2 放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置 3.3 各种基本放大电路的分析与比较各种基本放大电路的分析与比较1 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号（电压变化信号（电压和电流等）和电流等）不失真地放大成较大的信号。不失真地放大成较大的信号。一、放大电路的组成一、放大电路的组成输输入入信信号号源源输输入入耦耦合合电电路路有有源源器器件件输输出出负负载载直流电源和相直流电
2、源和相应的偏置电路应的偏置电路输输出出耦耦合合电电路路 给放大电路提供输给放大电路提供输入信号，常为某物理入信号，常为某物理量的电气模拟变换。量的电气模拟变换。 信号源经输入耦合电路把信号加到放大电路，经输信号源经输入耦合电路把信号加到放大电路，经输出耦合电路把放大后的信号加到负载上。耦合电路可出耦合电路把放大后的信号加到负载上。耦合电路可是电容和变压器等，也可直接是导线，既直接耦合。是电容和变压器等，也可直接是导线，既直接耦合。 有源器件是放大电路的有源器件是放大电路的核心，通常为三极管、场核心，通常为三极管、场效应管或集成运放等。效应管或集成运放等。 为不失真地放大为不失真地放大信号，必须
3、给有源信号，必须给有源器件提供适当的静器件提供适当的静态（直流）工作点态（直流）工作点（Q Q点）。直流电点）。直流电源和偏置电路就是源和偏置电路就是提供合适的提供合适的Q Q点，点，使有源器件在放大使有源器件在放大交流信号时，工作交流信号时，工作在线性区域。在线性区域。 接受放大电路输出的元件。可以接受放大电路输出的元件。可以是电阻、电容或电感等；也可是下是电阻、电容或电感等；也可是下一级放大电路的等效输入阻抗。一级放大电路的等效输入阻抗。 把放大电路中的公共点，称为把放大电路中的公共点，称为“地地”。常为。常为输入电压、输出电压和直流电源的公共参考点。输入电压、输出电压和直流电源的公共参考
4、点。2 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标例例 下图所示的共发射极放大电路。下图所示的共发射极放大电路。有源元件有源元件信号源电信号源电压和内阻压和内阻给三极管提供给三极管提供直流工作点直流工作点Q负载电阻负载电阻耦合电容，其耦合电容，其作用是隔断直作用是隔断直流、耦合交流流、耦合交流三极管构成的共发射极放大电路三极管构成的共发射极放大电路+VCCRCC1C2VTRBrsRLus+-+-ui+-uo3 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标直流通路直流通路+VCCRCVTRB+-+-UBEQUCEQIBQICQ 静态工作点静态工作点Q的分析：的分
5、析： 将上图中的电容认为开路，可得放大电路的直流通路。将上图中的电容认为开路，可得放大电路的直流通路。UBEQ=0.7V(VT为硅管为硅管)4 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标二、放大电路的技术指标二、放大电路的技术指标ARSUSRL放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：表示，如图：1. 放大倍数放大倍数(1)电压放大倍数电压放大倍数Au(2)源源电电压压放放大大倍倍数数Aus5 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标(3)电流放大倍数电流放大倍数Ai(4)源源电流放大倍数电流放大倍数Ais
6、2. 输入阻抗输入阻抗RiAUSRS6 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标3. 输出阻抗输出阻抗Ro RO是负载开路时，从输出端向放大器看进去的是负载开路时，从输出端向放大器看进去的等效交流阻抗。等效交流阻抗。(1)计算法计算法* 输入信号源置零输入信号源置零 ，内阻保留。，内阻保留。* 加压求流法。加压求流法。7 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标(2)实验法实验法1. 测量开路电压。测量开路电压。2. 测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。UoroUsroUsRLUo3. 计算。计算。8 3.13.1放大电路的组成与技术指标
7、放大电路的组成与技术指标4. 通频带通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数随频率变化放大倍数随频率变化曲线曲线幅频特性曲幅频特性曲线线9 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标5. 非线性失真系数非线性失真系数 有源器件都具有非线性特性，输出信号不可避免地产生有源器件都具有非线性特性，输出信号不可避免地产生非线性失真。因而常用非线性失真系数来表示失真度。非线性失真。因而常用非线性失真系数来表示失真度。 非线性失真系数：非线性失真系数：放大电路在某一频率的正弦输入信号放大电路在某一频率的
8、正弦输入信号作用下，输出信号的谐波成分总量和基波分量之比，用表作用下，输出信号的谐波成分总量和基波分量之比，用表示。示。6. 最大输出幅度最大输出幅度 指放大电路输出信号非线性失真系数不超过额定值时的指放大电路输出信号非线性失真系数不超过额定值时的输出信号最大值，用输出信号最大值，用Uom（或（或Iom）来表示。）来表示。10 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标7.共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析共发射极放大电路共发射极放大电路+VCCRCC1C2VTRBrsRLus+-+-ui+-uo(1) 利用直流通路求利用直流通路求Q点点一般硅管一般硅管VBE=0.
9、7V，锗管锗管VBE=0.2V， 已知已知。11 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标(2) 画出小信号等效电路画出小信号等效电路先画交流通路先画交流通路 . 将将C1和和C2视为交流短路；视为交流短路； B. 直流电直流电源源VCC内阻为零，内阻为零，视为交流短路；视为交流短路；交流通路交流通路RCVTRBrsRLus+-+-ui+-uo12 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标再画出微变等效电路再画出微变等效电路将三极管将三极管VT用微变等效电路代替即得：用微变等效电路代替即得：根据根据则电压增益为则电压增益为RCRBrsRLus+-+-ui
10、+-uoRirbeibibRoRL13 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标输入阻抗输入阻抗Ri为为源电压增益为源电压增益为输出阻抗输出阻抗Ro为为令令Ro = Rc 所以所以根据定义，用根据定义，用“计算法计算法”则则14 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标 解：解：（1）（2）【例题例题】如图放大电路。求：（如图放大电路。求：（1）Q点；（点；（2）、。已知已知 =50。15 3.13.1放大电路的组成与技术指标放大电路的组成与技术指标【例题例题】 （进一步理解：静态工作点、直流负载线、交流负载线、饱和失真、截止失真）（进一步理解：静态工作
11、点、直流负载线、交流负载线、饱和失真、截止失真）共发射极放大电路如图所示，硅管的输入、输出特性曲线如图所示。已知ui=20sint(mV)，UCES=0.3V，试用图解法求:(1)uBE、iB、iC、uCE 和uo；(2)最大不失真电压Uomax。 16解：解： （1）静态分析求UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ画出直流通路，由于UBEQ 0.7V，故 输入特性曲线上的静态工作点Q（0.7V，30A）输出回路直流负载方程为(图中MN)：输出回路的静态工作点为Q(3V，3mA)直流通路17（2）动态分析求uBE 、iB 、ic 、uCE 、uo uBE = UBEQ+ube = (0.7+0.0
12、2sint) V iB=IBQ+ib=(30+10 sint) A输出回路交流负载方程为(图中AB)：输出回路交流负载线为一条过Q(UCEQ，ICQ)点,斜率为-1/RL的直线。由图可知：iC=ICQ+ic= (3+ sint) mA uCE=UCEQ+uce= (3-0.5sint) V uo= uce= -0.5sint (V) 18（3）求最大不失真电压Uomax。由图可见，不产生饱和失真允许的最大不失真电压幅值为不产生截止失真允许的最大输出电压幅值为 故该电路最大不失真输出电压幅值为最大不失真输出电压有效值为1920 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置一、温度对半导体器件
13、及静态工作点的影响一、温度对半导体器件及静态工作点的影响1. 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3. 温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C ， 要增加要增加0.5% 1.0%温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 211. 稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果
14、温度变化时，b b点电位能基点电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳定。定。T 稳定原理：稳定原理： IC IE IC VE 、VB不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制）b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件：I1 IB ，此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置二、分压式偏置电路二、分压式偏置电路222. 放大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点静
15、态工作点 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置23电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增益增益 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置24输入电阻输入电阻根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置25输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路网络内独立源置零网络内独立源置零负
16、载开路负载开路输出端口加测试电压输出端口加测试电压r rcece对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略其中其中r rc ce eRe,Re,则则当当时，时，一般一般（） 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置对回路对回路1和和2列列KVL方程方程26书上例题，书上例题，P83P83，例，例3.2.13.2.127 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置三、电流源偏置电路三、电流源偏置电路 直流电流源的输出阻抗很高，能提供恒定的直流电直流电流源的输出阻抗很高，能提供恒定的直流电流，故常用它给三极管特别是集成运放中的三极管提供流，故常用它给三极管特别是
17、集成运放中的三极管提供直流偏置。直流偏置。1. 简单的直流电流源简单的直流电流源 当三极管工作在放大区时，当三极管工作在放大区时，I IO O可表示为：可表示为：+VCCRB2UBERB1RL+-ROIORE其中其中 故当故当V VCCCC、R RB1B1、R RB2B2和和R RE E确定后，确定后，I IO O就基本确定，在一定范就基本确定，在一定范围内与负载围内与负载R RL L的大小无关，呈现恒流特性。且输出电阻的大小无关，呈现恒流特性。且输出电阻R RO O很很大（公式同分压式偏置电路）。大（公式同分压式偏置电路）。28恒流特性恒流特性无论无论Rc的值如何，的值如何， IC2的电流值
18、将保持不变。的电流值将保持不变。2. 镜像电流源镜像电流源 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置若若29交流电阻交流电阻 由由于于T2的的集集电电极极电电流流基本不变。所以交流量基本不变。所以交流量 一般一般Ro在几百千欧以上在几百千欧以上 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置30精度更高的镜像电流源精度更高的镜像电流源 由由于于增增加加了了T3，使使IC2更加接近更加接近IREF 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置 设设三三个个三三极极管管的的特特性一样，可推得：性一样，可推得：若若313. 比例电流源比例电流源 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的
19、稳定偏置忽略基极电流忽略基极电流则则若若32由于由于很小，很小， 所以所以IC2也很小也很小4. 微电流源微电流源 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置又由于又由于可得可得设设33共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为： 对对于于此此电电路路Rc就就是是镜镜像电流源的交流电阻，像电流源的交流电阻，因此增益为因此增益为比用电阻比用电阻Rc就作负载时提高了。就作负载时提高了。5. 直流电流源的应用直流电流源的应用 3.23.2放大电路的稳定偏置放大电路的稳定偏置镜像电流源镜像电流源放大管放大管34 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较一、共基极放大电
20、路一、共基极放大电路351. 静态工作点静态工作点 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较一、共基极放大电路一、共基极放大电路直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同362. 动态指标动态指标 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较372. 动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益： 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较38 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较补充书上例题补
21、充书上例题,P90,P90,例例3.3.13.3.139共集电极电路共集电极电路结构如图示结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器由由得得 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较二、共集电极放大电路二、共集电极放大电路求静态工作点求静态工作点40电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：确定模型参数确定模型参数画小信号等效电路画小信号等效电路 已知，求已知，求r rbebe增益增益其中其中一般一般，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1， 即即电压跟随器电压跟随器 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放
22、大电路的分析与比较41输入电阻输入电阻根据定义根据定义则输入电阻则输入电阻当当，时，时，输入电阻大输入电阻大其中其中 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较42共集电极电路特点：共集电极电路特点： 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程则则输出电阻输出电阻当当时，时，输出电阻小输出电阻小# # 既然共集电极电路的电压增益小于既然共集电极电路的电压增益小于既然共集电极电路的电压增益小于既然共集电极
23、电路的电压增益小于1 1（接近于（接近于（接近于（接近于1 1），那么），那么），那么），那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？ 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较43三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻： 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较44（1）自）自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS = - iDR（2）分）分压
24、式自式自偏压电路偏压电路 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较三、场效应管的直流偏置电路三、场效应管的直流偏置电路45 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较四、共源极放大电路四、共源极放大电路（1）静态工作点）静态工作点UDSQ = VDD IDQ(RS+RD )输入回路：输入回路：输出回路：输出回路：场效应管转移特性：场效应管转移特性：以上方程联立即可求出静态工作点以上方程联立即可求出静态工作点Q(UGSQ,IDQ,UDSQ)46 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较（2）动态分析）动态分析47
25、3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较 RG3 有何有何作用？作用？补充书上例题补充书上例题,P96,P96,例例3.3.33.3.348 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较五、共漏极放大电路五、共漏极放大电路（1）静态工作点）静态工作点输入回路：输入回路：UDSQ = VDD IDQRS1输出回路：输出回路：结型场效应管转移特性：结型场效应管转移特性：解方解方程程求静态求静态工作点工作点49 3.33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较五、共漏极放大电路五、共漏极放大电路（2）动态分析）动态分析50 3.
26、33.3基本组态放大电路的分析与比较基本组态放大电路的分析与比较补充书上例题补充书上例题,P98,P98,例例3.3.43.3.451 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带 当放大电路的工作频率较低时，耦合电容、旁路电当放大电路的工作频率较低时，耦合电容、旁路电容的容抗很大，不能忽略，结果使放大电路的性能下降，容的容抗很大，不能忽略，结果使放大电路的性能下降，下限频率用下限频率用fL表示。表示。 当放大电路的工作频率较高时，三极管或场效应管当放大电路的工作频率较高时，三极管或场效应管结电容的容抗很小，不能忽略，结果使放大电路的性能结电容的容抗很小，不能忽略，结果使放大电路的性能下降，上
27、限频率用下降，上限频率用fH表示。表示。 放大电路的通频带定义为放大电路的通频带定义为BW=fH-fL。52 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带一、三极管的高频参数一、三极管的高频参数 用于描述三极管频率特性的特征参数。常用的有共用于描述三极管频率特性的特征参数。常用的有共射截止频率射截止频率f、特征、特征频率率fT和共基截止和共基截止频率率f等。等。1. 三极管的频率参数三极管的频率参数共射截止频率共射截止频率f f 中频段时，中频段时，可可认为是个常数。当是个常数。当频率升高率升高时，由于三，由于三极管极管结电容的影响，三极管的放大作用会下降。容的影响，三极管的放大作用会下降。
28、可表示可表示为如下频率函数：为如下频率函数：式中式中 0是中是中频时共射共射电流放大倍数；流放大倍数； f为三极管的三极管的 时的的频率。率。53 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带对模取模取对数，可得：数，可得：0.1f0.1f10f10ff ff f-45-450 0-90-900 0 根据上式可画出根据上式可画出对数幅数幅频特性和相特性和相频特性的特性的渐近波特近波特图。54 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带特征频率特征频率f fT T fT为三极管的三极管的 时的的频率。率。将将 代入右式代入右式得：得：又因又因为实际上当上当 时，三极管已失去，三极管已失去电流放
29、大作用。流放大作用。55 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带共基截止频率共基截止频率f f将将 代入代入得：得：令：令： 当当f=f为时， ，f 称称为共基截止共基截止频率。率。可得：可得：则：56 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带2. 三极管的混合三极管的混合型等效型等效电路路高频简化模型高频简化模型忽略忽略rbc和和rce57因为因为所以所以模型参数的获得模型参数的获得（与（与H参数的关系）参数的关系）低频时，混合低频时，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效从手册中查出从手册中查出 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带58 3.43.4放大电路的通频带
30、放大电路的通频带二、共发射极放大电路的高频特性二、共发射极放大电路的高频特性其中其中R RC C为电路中集电极电阻和负载电阻并联后的等效电阻为电路中集电极电阻和负载电阻并联后的等效电阻其中,RB比RS大得多,已忽略。59 型高频等效电路的简型高频等效电路的简化化对节点对节点 c 列列KCL得得称为密勒电容 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带通常 很小60 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带CM1ZM1得：相当于在c和e之间也存在一密勒电容CM1，则等效后断开了输入输出之间的联系61最终简化电路如下图其中其中 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带又因为CMCM1所以电
31、路的频率响应主要由CM决定，故CM1可忽略。62共射电路的共射电路的高频响应高频响应由电路得由电路得电压增益频响电压增益频响其中其中其中低频增益上限频率 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带63增益增益-带宽积带宽积BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带64 解：解： 模型参数为模型参数为 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：试计算它的低频电压增益和上限频率。试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益为低频电压增益为 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带例题例题65又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为 3.43.4放大电路的通频带放大电路的通频带66电子技术电子技术第三章 结束模拟电路部分模拟电路部分67
