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1、清华大学 王宏宝 清华大学 王宏宝 2.1 2.1 放大的概念和放大电路的主要放大的概念和放大电路的主要 性能指标性能指标2.1.1 2.1.1 放大的概念放大的概念 放大镜、杠杆、变压器、扩音机放大镜、杠杆、变压器、扩音机; ; 放大的对象均为放大的对象均为变化量变化量； 放大电路是能量的放大电路是能量的控制和转换控制和转换； 电子电路放大的基本特征是电子电路放大的基本特征是功率放大功率放大； 电子放大电路中要有能控制能量的元件，电子放大电路中要有能控制能量的元件， 即即有源元件有源元件； 放大的前提是不失真，只有在放大的前提是不失真，只有在不失真不失真的的 情况下才有意义。情况下才有意义。
2、清华大学 王宏宝 图图2.1.1 2.1.1 扩音机示意图扩音机示意图2.1.2 2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标图图2.1.22.1.2放大电路放大电路的示意图的示意图清华大学 王宏宝 一、放大倍数一、放大倍数清华大学 王宏宝 二、输入电阻二、输入电阻三、输出电阻三、输出电阻根据图根据图2.1.22.1.2有有清华大学 王宏宝 输入电阻和输出电阻是影响多级放大电路输入电阻和输出电阻是影响多级放大电路连接的重要参数。连接的重要参数。图图2.1.3 2.1.3 两个放大电路的连接两个放大电路的连接四、四、 通频带通频带 通频带用于衡量放大电路对不同频率通频带用于衡量放大电路对
3、不同频率信号的放大能力。信号的放大能力。清华大学 王宏宝 图图2.1.4 2.1.4 f fbwbw=f=fH H-f-fL L清华大学 王宏宝 五、非线性失真系数五、非线性失真系数六、最大不失真输出电压六、最大不失真输出电压 当输入电压再增大就会使输出波形当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。此时的产生非线性失真时的输出电压。此时的非线性失真系数要被定义，如非线性失真系数要被定义，如10%10%。清华大学 王宏宝 七、最大输出功率与效率七、最大输出功率与效率2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.2.1 2.2.1 基本共射放大电路的组成和
4、各元件的作用基本共射放大电路的组成和各元件的作用清华大学 王宏宝 图图2.2.12.2.1 各元件的作用各元件的作用: :T:T:有源元件有源元件, ,放大放大V VBBBB: :提供提供静态工作点静态工作点V VCCCC: :为输出提供为输出提供能量能量R Rb b: :决定静态电流决定静态电流I IB BR Rc c: :将集电极电流变将集电极电流变 化转换成电压变化转换成电压变 化化 输入回路和输出回路以发射极为公共点输入回路和输出回路以发射极为公共点, ,所以称之为所以称之为共射放大电路共射放大电路, ,并称公共端为并称公共端为“地地”。清华大学 王宏宝 2.2.2 2.2.2 设置静
5、态工作点的必要性设置静态工作点的必要性一、静态工作点一、静态工作点二、为什么要设置静态工作点二、为什么要设置静态工作点图图2.2.22.2.2是没有设置静态工作点的放大电路。是没有设置静态工作点的放大电路。清华大学 王宏宝 信号正半周信号正半周大于导通电大于导通电压时晶体管压时晶体管才导通，因才导通，因而严重失真而严重失真 图图2.2.22.2.22.2.3 2.2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 及波形分析及波形分析清华大学 王宏宝 图图2.2.12.2.1图图2.2.32.2.3註註: :输出应有隔直电容输出应有隔直电容清华大学 王宏宝 2.2.4 2.2.4 放
6、大电路的组成原则放大电路的组成原则一、一、 组成原则组成原则1 1、直流工作电源的选择要根据晶体管的类型、直流工作电源的选择要根据晶体管的类型、 需要的输出电压大小。原则是要保证放大管需要的输出电压大小。原则是要保证放大管 的发射结正向偏置，集电结反向偏置。的发射结正向偏置，集电结反向偏置。2 2、电阻取值适当，使放大管有合适的静态工作、电阻取值适当，使放大管有合适的静态工作 点。点。3 3、输入信号必须能作用于放大电路的输入回路。、输入信号必须能作用于放大电路的输入回路。4 4、当负载接入时，必须保证动态电流能作用于、当负载接入时，必须保证动态电流能作用于 负载，即负载能得到比输入信号大得多
7、的信负载，即负载能得到比输入信号大得多的信 号输出。号输出。清华大学 王宏宝 图图2.2.42.2.4二、常见的两种共射放大电路二、常见的两种共射放大电路1 1、直接耦合共射放大电路、直接耦合共射放大电路清华大学 王宏宝 2 2、阻容耦合共射放大电路、阻容耦合共射放大电路图图2.2.52.2.5清华大学 王宏宝 2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 解决问题解决问题: :求解静态工作点和各项动态参数。求解静态工作点和各项动态参数。 直流通路直流通路: : 直流电源作用下直流电流流经的通路。直流电源作用下直流电流流经的通路。 电容开路，电感短路，信号源短路但电容开路，电感短路，信
8、号源短路但 保留其内阻。保留其内阻。交流通路：输入信号作用下交流信号流经的通路。交流通路：输入信号作用下交流信号流经的通路。 容量大的电容视为短路，无内阻的直容量大的电容视为短路，无内阻的直 流电源视为短路。流电源视为短路。 2.3.1 2.3.1 直流通路和交流通路直流通路和交流通路清华大学 王宏宝 图图2.3.12.3.1基本共射基本共射放大电路放大电路 图图2.3.22.3.2直接耦合共直接耦合共射放大电路射放大电路清华大学 王宏宝 图图2.3.32.3.3阻容耦合共阻容耦合共射放大电路射放大电路清华大学 王宏宝 2.3.2 2.3.2 图解法图解法 利用放大管的输入、输出特性曲线和外
9、电路利用放大管的输入、输出特性曲线和外电路特性用作图的方法对放大电路进行分析。特性用作图的方法对放大电路进行分析。一、静态工作点的分析一、静态工作点的分析图图2.3.4 2.3.4 基本共射放大电路基本共射放大电路 1 1、输入回路、输入回路（1 1）输入特性曲线）输入特性曲线（2 2）输入电路方程）输入电路方程u uBEBE=V=VBBBB-i-iB BR Rb b清华大学 王宏宝 图图2.3.5 2.3.5 用图解法求解静态工作点和电压放大倍数用图解法求解静态工作点和电压放大倍数2 2、输出回路、输出回路 （1 1）输出特性曲线）输出特性曲线 （2 2）输出电路方程：）输出电路方程：u u
10、CECE=V=VCCCC-i-iC CR Rc c清华大学 王宏宝 二、电压放大倍数的分析二、电压放大倍数的分析当加入输入信号当加入输入信号uuI I时，输入回路方程为时，输入回路方程为 u uBEBE=V=VBBBB+ u+ uI I-i-iB BR Rb b结合上图分析对输入、输出回路的影响，得到：结合上图分析对输入、输出回路的影响，得到： Q Q点高，同样的点高，同样的uuI I产生的产生的iiB B越大，因而越大，因而A Au u大。大。R Rc c变化时，影响变化时，影响负载线负载线的斜率，从而影响的斜率，从而影响A Au u的大小。的大小。清华大学 王宏宝 图图2.3.6 2.3.
11、6 基本共射放大电路的波形分析基本共射放大电路的波形分析三、波形非线性失真的分析三、波形非线性失真的分析清华大学 王宏宝 图图2.3.7 2.3.7 基本共射放大电路的截止失真基本共射放大电路的截止失真清华大学 王宏宝 图图2.3.8 2.3.8 基本共射放大电路的饱和失真基本共射放大电路的饱和失真清华大学 王宏宝 四、直流负载线和交流负载线四、直流负载线和交流负载线过过Q Q点作一条斜点作一条斜率为率为-1/(R-1/(Rc cRRL L) )的直线即为的直线即为交流交流负载线负载线。 放大电路带负放大电路带负载后，电压放大载后，电压放大倍数减小，最大倍数减小，最大不失真输出电压不失真输出电
12、压也将减小。也将减小。图图2.3.9 2.3.9 清华大学 王宏宝 五、图解法的适用范围五、图解法的适用范围 多适用于分析输出幅值比较大而工作频率多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况。常用来分析不太高时的情况。常用来分析Q Q点的位置、最点的位置、最大不失真输出电压和失真情况。大不失真输出电压和失真情况。2.3.3 2.3.3 等效电路法等效电路法 在一定的条件下将晶体管的非线性特性在一定的条件下将晶体管的非线性特性线性化线性化, ,就可应用线性电路的分析方法来分析晶就可应用线性电路的分析方法来分析晶体管电路。晶体管有不同的等效模型，用直流体管电路。晶体管有不同的等效模型，用直流
13、模型来分析静态工作点，用低频小信号模型来分析静态工作点，用低频小信号h h参数等参数等效模型来分析放大电路的动态参数。效模型来分析放大电路的动态参数。清华大学 王宏宝 一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算图图2.3.112.3.11清华大学 王宏宝 在上图中在上图中,V,VCCCC=12V,R=12V,Rb b=510K=510K.R.Rc c=3k=3k, ,晶体管的晶体管的=100,U=100,UBEQBEQ 0.7V.0.7V. 则可得则可得I IBQBQ 2222AA, , I ICQCQ 2.2mA, 2.2mA, U UCEQCEQ 5.3
14、5V5.35V清华大学 王宏宝 二、晶体管共射二、晶体管共射h h参参 数等效模型数等效模型1 1、h h参数等效模型参数等效模型 的由来的由来 在低频小信号作在低频小信号作用下，将共射放大用下，将共射放大电路中的晶体管看电路中的晶体管看成一个双口网络成一个双口网络b-eb-e作为输入端口，作为输入端口，c-ec-e作为输出端口。作为输出端口。如图如图2.3.122.3.12所示。所示。图图2.3.122.3.12清华大学 王宏宝 可以写成关系式可以写成关系式: : 式中式中u uBEBE、i iC C等均为各电量的等均为各电量的瞬时总量。为研究瞬时总量。为研究低频小信号作用下各变化量之间的关
15、系，对上边两低频小信号作用下各变化量之间的关系，对上边两式求全微分，得出：式求全微分，得出：清华大学 王宏宝 duBE代表代表uBE的变化部分，可以用的变化部分，可以用 取代。所以：取代。所以：清华大学 王宏宝 2、h参数的物理意义参数的物理意义图图2.3.13(a)h11e (b)h12e (c)h21e (d)h22e清华大学 王宏宝 3、简化的、简化的h参数等效模型参数等效模型图图2.3.14rbeh11e h21e清华大学 王宏宝 4、rbe的近似表达式的近似表达式图图2.3.15因为因为清华大学 王宏宝 所以所以 由于由于u大于开启电压（大于开启电压（0.5V），而常温下），而常温下
16、UT 26mV。所以。所以 代入上式可得代入上式可得当用以当用以Q点为切点的切线代替点为切点的切线代替Q点附近的曲线时点附近的曲线时即即清华大学 王宏宝 根据根据rbe的定义的定义所以所以或或清华大学 王宏宝 三、共射放大电路动态参数的分析三、共射放大电路动态参数的分析 图图2.3.16 基本共射基本共射 放大电路放大电路（a）交流等）交流等 效电路效电路（b）输出电）输出电 阻分析阻分析1、电压放大倍数、电压放大倍数清华大学 王宏宝 2、输入电阻、输入电阻Ri3、输出电阻、输出电阻Ro分析输出电阻，也可令其信号源电压分析输出电阻，也可令其信号源电压 ，但，但保留其内阻保留其内阻Rs。然后在输
17、出端加一正弦波测试信。然后在输出端加一正弦波测试信号号Uo，必然产生动态电流，必然产生动态电流Io， 为恒压源，其内为恒压源，其内阻为阻为0，且，且 =0时，时， =0， =0，所以，所以清华大学 王宏宝 2.4 放大电路工作点的稳定放大电路工作点的稳定2.4.1 静态工作点稳定的必要性静态工作点稳定的必要性图图2.4.12.4.2 典型的静态工作点稳定电路典型的静态工作点稳定电路一、电路组成和一、电路组成和Q点稳定原理点稳定原理清华大学 王宏宝 图图2.4.2 静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路 (a) 直接耦合直接耦合 (b) 阻容耦合阻容耦合 (c) 直流通路直流通路清华大学 王宏宝
18、B点的电流方程为点的电流方程为 I2=I1+IBQ 一般选择一般选择 I1IBQ所以所以, I2 I1 B点电位为点电位为T(oC) IcUEUBEIBIc清华大学 王宏宝 二、静态工作点的估算二、静态工作点的估算 由由UBQ可以算出可以算出IEQ清华大学 王宏宝 当然也可以用戴维南等效电路法来计算静当然也可以用戴维南等效电路法来计算静态工作点态工作点,如图如图2.4.3所示所示 图图2.4.3图图2.4.2(c)所示电路所示电路的戴维南等效电路的戴维南等效电路清华大学 王宏宝 三、动态参数的估算三、动态参数的估算 图图2.4.2(b)的交流等效电路如图的交流等效电路如图2.4.4(a)所示
19、所示,无旁路电容时的交流等效电路如图无旁路电容时的交流等效电路如图2.4.4(b)所示。所示。图图2.4.4清华大学 王宏宝 若没有旁路电容，则若没有旁路电容，则清华大学 王宏宝 2.4.3 稳定静态工作点的其它措施稳定静态工作点的其它措施 上述电路用负反馈来稳定静态工作点上述电路用负反馈来稳定静态工作点Q,下下面的方法用温度补偿方法来稳定静态工作点面的方法用温度补偿方法来稳定静态工作点Q。图图2.4.5清华大学 王宏宝 2.5 晶体管放大电路的三种基本接法晶体管放大电路的三种基本接法2.5.1 基本共集放大电路基本共集放大电路一、电路的组成一、电路的组成图图2.5.1清华大学 王宏宝 二、静
20、态分析二、静态分析清华大学 王宏宝 三、动态分析三、动态分析图图2.5.2清华大学 王宏宝 输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻图图2.5.3产生的产生的 从而产生的从而产生的 。令输入信号为令输入信号为0,在输出端加在输出端加 ,则输出电阻则输出电阻Ro=Uo/Io, 由两部分由两部分组成组成: 在在 Re上产上产生的电流生的电流 ,另外是另外是 作用于基极回路作用于基极回路清华大学 王宏宝 清华大学 王宏宝 2.5.2 基本共基放大电路基本共基放大电路图图2.5.4 清华大学 王宏宝 静态工作点静态工作点:动态参数动态参数:清华大学 王宏宝 2.5.3 三种接法的比较三种接法的比较1、共射电路
21、对电压、电流均能放大，输入电阻、共射电路对电压、电流均能放大，输入电阻 值居中，输出电阻较大，频带较窄。常用作值居中，输出电阻较大，频带较窄。常用作 低频电压放大电路的单元电路。低频电压放大电路的单元电路。2、共集电路只能放大电流，不能放大电压，输、共集电路只能放大电流，不能放大电压，输 出电压跟随输入电压。输入电阻最大，输出出电压跟随输入电压。输入电阻最大，输出 电阻最小。常用于电压放大电路的输入级和电阻最小。常用于电压放大电路的输入级和 输出级，功率放大电路也常用射极输出电路。输出级，功率放大电路也常用射极输出电路。3、共基电路只能放大电压不能放大电流，输入、共基电路只能放大电压不能放大电
22、流，输入 电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电 路相当。频率特性最好，常用于宽频带放大路相当。频率特性最好，常用于宽频带放大 电路。电路。清华大学 王宏宝 三种接法放大电路的比较三种接法放大电路的比较接法接法电压放大电压放大 电流电流放大放大输入输入电阻电阻输出输出电阻电阻频率频率特性特性共射共射大大 大大 （ ）中中大大差差共集共集小（小（11） 大（大（1 1）大大小小一般一般共基共基大大 小小 （）小小 大大 好好 清华大学 王宏宝 2、7 晶体管放大电路的派生电路晶体管放大电路的派生电路2.7.1 复合管放大电路复合管放大电路一、一、 复合管的组
23、成及电流放大系数复合管的组成及电流放大系数图图2.7.1 复合管复合管清华大学 王宏宝 二、复合管共射放大电路二、复合管共射放大电路图图2.7.2 阻容耦合复合管共射放大电路阻容耦合复合管共射放大电路清华大学 王宏宝 电压放大倍数、输入电阻和输出电阻电压放大倍数、输入电阻和输出电阻三、复合管共集放大电路三、复合管共集放大电路清华大学 王宏宝 图图2.7.3阻容耦合阻容耦合 复合管复合管放大电路放大电路清华大学 王宏宝 2.7.2 共射共射共基放大电路共基放大电路 图图2.7.4共射共射-共基共基 放大电路放大电路的交流通路的交流通路清华大学 王宏宝 2.7.3 共集共集共基放大电路共基放大电
24、路 图图 2.7.5交流通路交流通路清华大学 王宏宝 2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路2.6.1 场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法 共源、共漏、共栅放大电路共源、共漏、共栅放大电路图图2.6.1 场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法清华大学 王宏宝 2.6.2 场效应管放大电路静态工作点场效应管放大电路静态工作点 的设置方法及其分析估算的设置方法及其分析估算一、基本共源放大电路一、基本共源放大电路图图2.6.2 图图2.6.3静态工作点静态工作点: UGS=VGG的曲线和符合方程的曲线和符合方程uDS=VDDiDRd的负的负载线的交点。载线的交点。清
25、华大学 王宏宝 也可利用场效应管的电流方程，求出也可利用场效应管的电流方程，求出IDQ。清华大学 王宏宝 二、自给偏压电路二、自给偏压电路图图2.6.4清华大学 王宏宝 三、分压式偏置电路三、分压式偏置电路图图2.6.5清华大学 王宏宝 2.6.3 场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析一、场效应管的低频小信号等效模型一、场效应管的低频小信号等效模型iD=f(uGS,uDS)研究动态信号作用时用全微分表示研究动态信号作用时用全微分表示令令清华大学 王宏宝 根据上式可以构造出场效应管的低频小信号根据上式可以构造出场效应管的低频小信号作用下的等效模型，如图作用下的等效模型，如图2.
26、6.6所示。所示。图图2.6.6跨导跨导gm可以从转移特性曲线求出；可以从转移特性曲线求出；电阻电阻rds可以从输出特性曲线求出。可以从输出特性曲线求出。如图如图2.6.7所示。所示。清华大学 王宏宝 图图2.6.7也可以从管子的电流方程来求也可以从管子的电流方程来求gm,对增强型对增强型MOS管有管有:清华大学 王宏宝 在小信号作用时在小信号作用时,可用可用IDQ来近似来近似iD,得出得出:二、基本共源放大电路的动态分析二、基本共源放大电路的动态分析 图图2.6.8 交流等效电路交流等效电路清华大学 王宏宝 三、基本共漏放大电路的动态分析三、基本共漏放大电路的动态分析图图2.6.9清华大学
27、王宏宝 输入回路方程和场效应管的电流特性方程联立输入回路方程和场效应管的电流特性方程联立求出求出IDQ和和UGSQ,再列输出回路方程求出管压降再列输出回路方程求出管压降而动态参数为而动态参数为清华大学 王宏宝 将输入端短路将输入端短路,在输出端加交流电压在输出端加交流电压Uo,然后然后求出求出Io,则输出电阻则输出电阻Ro=Uo/Io。如下图所示：。如下图所示：图图2.6.10由上图分析可知由上图分析可知清华大学 王宏宝 本章要求本章要求:1 1、掌握掌握以下基本概念和定义：放大、静态工作点、以下基本概念和定义：放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路和交流通路、直流饱和失真与截止失真
28、、直流通路和交流通路、直流负载线与交流负载线、负载线与交流负载线、h h参数等效模型、放大倍数、参数等效模型、放大倍数、输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定。工作点的稳定。2 2、掌握掌握组成放大电路的原则和各种基本放大电路的组成放大电路的原则和各种基本放大电路的工作原理及特点，理解派生电路的特点，能够根据具工作原理及特点，理解派生电路的特点，能够根据具体要求选择电路的类型。体要求选择电路的类型。3 3、掌握掌握放大电路的分析方法，能正确估算基本放大放大电路的分析方法，能正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数电路的静态工作点和动态参数A A0 0、R Ri i和和R Ro o，正确分析，正确分析电路的输出波形和产生饱和失真与截止失真的原因。电路的输出波形和产生饱和失真与截止失真的原因。4 4、了解了解稳定静态工作点的必要性和稳定方法。稳定静态工作点的必要性和稳定方法。
