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1、蔡竟业 第四章 单管放大电路蔡竟业 第四章第四章 单管放大电路单管放大电路4.1 4.1 放大的概念与放大电路的性能指标放大的概念与放大电路的性能指标（模电（模电2.1）4.24.2 晶体管共射放大电路晶体管共射放大电路（模电（模电2.2、2.3、2.4）4.34.3 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法（模电（模电2.5）4.4 4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路（模电（模电2.6）蔡竟业 4.1 放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标蔡竟业 一、放大的概念u放大的对象：变化量（通常情况）放大的对象：变化量（通
2、常情况）u放大的放大的本质本质：能量的控制与转换：能量的控制与转换u放大的特征：功率放大（电压或电流）放大的特征：功率放大（电压或电流）u放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真或失真小于一定值或失真小于一定值判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点VCC至少一路直流至少一路直流电源供电电源供电蔡竟业 二、性能指标1. 放大倍数：输出量与输入量之比：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流对信号而言，任何放大电路均可对信号而言，任
3、何放大电路均可等效等效成二端口网络。成二端口网络。蔡竟业 2. 输入电阻和输出电阻 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源，内阻就压源，内阻就是输出电阻。是输出电阻。空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值输入电压与输入电压与输入电流输入电流有有效值效值之比。之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻课堂练习：课堂练习：根据外部可测特性如何求出根据外部可测特性如何求出Ro？蔡竟业 3. 通频带4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。交流有效值。 由于（耦合）电容、电感及放大管由于（耦合）电容、电感及放大管PN结的电容效应，使
4、放大结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。相移。衡量放大电路对衡量放大电路对不同频率不同频率信号的放大能力。信号的放大能力。下限频率下限频率上限频率上限频率5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数：功率放大电路的参数蔡竟业 4.2 晶体管共射放大电路一、一、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（模电（模电2.22.2）二、二、放大电路的分析方法放大电路的分析方法（模电（模电2.32.3）三、三、静态工作点的稳定静态工作点的稳定（模电（模电2.42.4）蔡竟业 一、基本共射放
5、大电路的工作原理（模电2.2）（一）、电路的组成及各元件的作用（一）、电路的组成及各元件的作用（二）、设置静态工作点的必要性（二）、设置静态工作点的必要性（三）、波形分析（三）、波形分析（四）、放大电路的组成原则（四）、放大电路的组成原则蔡竟业 （一）、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有，且有合适的合适的IB。VCC：使：使UCEUBE，同时作为，同时作为负载的负载的转换转换能源。能源。Rc：将：将iC转换成转换成uCE(uo) 。动态信号作用时：动态信号作用时： 输入（交变）电压输入（交变）电压ui为零时，晶体管各极的电流、为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电
6、压、管压降称为间的电压、管压降称为静态工作点静态工作点Q，记作，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、）、 UBEQ、 UCEQ。共射共射蔡竟业 （二）、设置静态工作点的必要性 输出电压波形必然发生（严重）失真！输出电压波形必然发生（严重）失真！ 要解决失真问题，首先要解决失真问题，首先必需设置合适的静态工作点必需设置合适的静态工作点；且，；且，Q点几乎影响着所有的动态参数！点几乎影响着所有的动态参数！ 为什么放大的对象是动态信号，却为什么放大的对象是动态信号，却要求要求晶体管在信号为晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？零时有合适的直流电流和极间电压？蔡竟业 （三）、基本共射放大电路的波形
7、分析饱和失真饱和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真输出和输入反相！输出和输入反相！动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上与与iC变化变化方向相反方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区！在放大区！蔡竟业 （四）、放大电路的组成原则静态工作点静态工作点合适合适：合适的直流电源、合适的电：合适的直流电源、合适的电路路（元件）（元件）参数。参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电
8、路的要求：对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。尽可能少、负载上无直流分量。蔡竟业 两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1. 两种电源两种电源2. 信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，动态时，VCC和和uI同时作用同时作用于晶体管的输入回路。于晶体管的输入回路。将两个电源将两个电源合二为一合二为一有直流分量有直流分量有交流损失有交流损失 UBEQ蔡竟业 （2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应耦合
9、电容的容量应足够足够大大，即对于交流信号近似，即对于交流信号近似为短路。其作用是为短路。其作用是“隔离隔离直流、通过交流直流、通过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。蔡竟业 作业2.1蔡竟业 二、放大电路的分析方法（模电2.3）（一）、放大电路的直流通路和交流通路（一）、放大电路的直流通路和交流通路（二）、图解法（二）、图解法（三）、等效电路法（三）、等效电路法蔡竟业 （一）、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通
10、路 确定原则：确定原则： Us=0，保留，保留Rs；电容开路；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。）。2. 交流通路 确定原则：确定原则：直流电源相当于短路（内阻为直流电源相当于短路（内阻为0） ； 大容量电容相当于短路大容量电容相当于短路; 大容量电大容量电感相当于开路感相当于开路。 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化简化分析，将它们分开，引入直流（分析，将它们分开，引入直流（偏置偏置）通路和交）通路和交流（流（信号信号）通路
11、的概念。）通路的概念。蔡竟业 基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ和和作为已知条作为已知条件，令件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。 VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。交流通路交流通路直流通路直流通路蔡竟业 当当VCCUBEQ时，时，已知：已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路交流通路交流通路课堂练习：课堂练习：求解静态工作点求解静态工作点Q-IBQ,IC
12、Q,UCEQ蔡竟业 （二）、图解法 应实测特性曲线应实测特性曲线应实测特性曲线应实测特性曲线 输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1. 静态分析：图解二元方程：图解二元方程蔡竟业 2. 电压放大倍数的分析斜率不变斜率不变蔡竟业 3. 失真分析截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路截止失真是在输入回路首先首先产生失真！产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？蔡竟业 饱和失真饱和失真消除方法：消除方法：增大增大Rb，减小减小Rc，减小减小，减小减小VB
13、B，增大增大VCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC：饱和失真（主要）是输出回路产生的失真。：饱和失真（主要）是输出回路产生的失真。最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom ：比较（：比较（UCEQ UCES ）与（）与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以），取其小者，除以 ( (? ?) ) 。这可不是这可不是好办法！好办法！蔡竟业 4. 直流负载线与交流负载线 对于上图所示的阻容耦合放大器，显然其交流（动态）输出电压是对于上图所示的阻容耦合放大器，显然其交流（动态）输出电压是集电极电流集电极电流ic在在Rc/RL上产生的压降！（上产生的压降！（Vce变化变化与与直流不同！）直流不同
14、！）直流负载线直流负载线交流负载线交流负载线过过Q点新作一如后斜点新作一如后斜率的直线率的直线可得之？可得之？斜率：斜率：/ Rc斜率：斜率：/ (Rc /RL)参见书中图参见书中图2.3.10（page93）交流通路交流通路蔡竟业 讨论：基本电路与输出特性Q点如下1. 在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2. 从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3. 设计放大电路时，应根据什么选择设计放大电路时，应根据什么选择VCC？蔡竟
15、业 （三）、等效电路法将半导体器件的线性等效模型代入电路中，进行解析求将半导体器件的线性等效模型代入电路中，进行解析求解解1. 直流模型：应用于：应用于Q点的分点的分析析理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上是利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上是利用了直流模型。输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源蔡竟业 2. h参数等效模型应用于动态分析完整模型完整模型简化模型简化模型查阅手册查阅手册由由IEQ算出算出注意什么条件下可以用简化模型！注意什么条件下可以用简化模型！蔡竟业 3. 放大电路的动态分析放大电路的
16、放大电路的交流等效电路交流等效电路输入阻抗输入阻抗输出阻抗输出阻抗直流耦合电路直流耦合电路蔡竟业 阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电输入电阻中不阻中不应含有应含有Rs!输出电输出电阻中不阻中不应含有应含有RL!交流等效电路交流等效电路蔡竟业 例（例（2.3.3）已知：）已知：试求：试求：解解：（：（1）由由（2）可求得静态可求得静态Q点点!交流等效模型交流等效模型蔡竟业 作业 2.2 2.3 2.4 2.6蔡竟业 清华大学 华成英 讨论一1.用用NPN型晶体管组成一个在本节授课中未型晶体管组成一个在本节授课中未见过的共射放大电路。见过的共射放大电路。3. 用用P
17、NP型晶体管组成一个共射放大电路。型晶体管组成一个共射放大电路。2. 画出图示电路的直流通路和交流通路。画出图示电路的直流通路和交流通路。课堂练习课堂练习蔡竟业 2. 空载和带载两种情况下空载和带载两种情况下Uom分别为多少？分别为多少？讨论二 已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空载情况下，当输入信号在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的真还是截止失真？若带负载的情况下呢？情况下呢？3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？带上负载后这
18、种失真消除？4. 增强电压放大能力的方法？增强电压放大能力的方法？蔡竟业 讨论三：基本共射放大电路的静态分析和动态分析：基本共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为什么用为什么用图解法求解图解法求解IBQ和和UBEQ？蔡竟业 讨论四：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析蔡竟业 讨论五：波形分析波形分析 失真了吗？如何判失真了吗？如何判断？原因？断？原因？饱和饱和失真失真蔡竟业 三、 静态工作点的稳定（模电2.2）（一）、温度对静态工作点的影响（一）、温度对静态工作点的影响（二）、静态工作点稳定的典型电路（二）、静态工作点
19、稳定的典型电路（三）、稳定静态工作点的方法（三）、稳定静态工作点的方法蔡竟业 （一）、温度对静态工作点的影响 所谓所谓Q点稳定，是指点稳定，是指ICQ和和UCEQ在温度变化时基本不变，在温度变化时基本不变，这是靠这是靠IBQ的变化得来的。的变化得来的。 若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，则只有减小则只有减小IBQT（ ）ICQQICEO若若UBEQ不变不变IBQQ蔡竟业 （二）、静态工作点稳定的典型电路 直流通路？直流通路？Ce为旁路电容，在交流为旁路电容，在交流通路中可视为短路通路中可视为短路1. 电路组成蔡竟业 2. 稳定原理 为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I
20、1 I2；因此；因此基本不随温度变化。基本不随温度变化。设设UBEQ UBEQ0UBE，若，若UBQ UBEQ0UBE，则，则IEQ稳定。稳定。蔡竟业 Re 的的作用作用T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念：关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路，从而将输出量通过一定的方式引回输入回路，从而影响输入影响输入量的措施称为量的措施称为反馈反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的
21、称为反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈负反馈，反之称，反之称为为正反馈正反馈。Re有上限值吗？有上限值吗？IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小蔡竟业 3. Q 点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是上静态电压是否可忽略不计？否可忽略不计？判断方法：判断方法：蔡竟业 4. 动态分析利利?弊弊?无旁路电容无旁路电容Ce时：时：如何提高电压如何提高电压放大能力？放大能力？蔡竟业 （三）、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏温度补偿：利用对温
22、度敏感的元件，在温度变化时感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。直接影响输入回路。例如，例如，Rb1或或Rb2采用热敏采用热敏电阻。电阻。 它们的它们的温度系数？温度系数？蔡竟业 清华大学 华成英 讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？若采用了措施，则是什么措施？蔡竟业 作业2.9 2.10 2.11 蔡竟业 4.3 4.3 晶体管放大电路的三种接法 （模电2.5）一、基本共集放大电路一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较三、三种接法放大电路的比较蔡竟业 一
23、、基本共集放大电路1. 静态分析蔡竟业 2. 动态分析：电压放大倍数：电压放大倍数故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui交流等效模型？交流等效模型？-课堂练习：课堂练习：试画出左侧电路（试画出左侧电路（h参数）交参数）交流等效模型流等效模型蔡竟业 2. 动态分析：输入电阻的分析：输入电阻的分析Ri与负载有关！与负载有关！RL带负载电阻后带负载电阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到（大到（1+）倍）倍蔡竟业 2. 动态分析：输出电阻的分析：输出电阻的分析Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3. 该电路特点：该电路特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，输入电阻大，输出电阻小；只
24、放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！有功率增益！有功率增益！ 令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，产生，产生Io, 。从射极看基极回路电阻，被减从射极看基极回路电阻，被减小到（小到（1+）倍）倍蔡竟业 二、基本共基放大电路1. 静态分析蔡竟业 2. 动态分析3. 特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！蔡竟业 三、三种接法的比较：空载情况下空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大
25、大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽蔡竟业 讨论一： 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。输出电阻的表达式。接法接法共射共射共集共集共基共基输入输入bbe输出输出cec蔡竟业 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1. Q点怎么算点怎么算？讨论二2. Re有稳定有稳定Q点的作用吗？点的作用吗？3. 电路的交流等效电路？电路的交流等效电路？4. V 变化时，
26、电压放大倍数如何变化？变化时，电压放大倍数如何变化？蔡竟业 清华大学 华成英 讨论二改变电压放大倍数改变电压放大倍数动态等效电路？动态等效电路？蔡竟业 作业2.13 蔡竟业 4.4 场效应管基本放大电路（模电2.6）一、场效应管放大电路静态工作点的设置方法一、场效应管放大电路静态工作点的设置方法二、场效应管放大电路的动态分析二、场效应管放大电路的动态分析蔡竟业 一、场效应管静态工作点的设置方法 根据场效应管工作在恒流区的条件，在根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间间加极性合适的电源加极性合适的电源1. 基本共源放大电路蔡竟业 2. 自给偏压电路由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压
27、称为自给偏压称为自给偏压哪些种类的场效应管能够采用这种电路形式设置哪些种类的场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？蔡竟业 3. 分压式偏置电路为什么加为什么加Rg3?其数值应大些小些？其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路蔡竟业 二、场效应管放大电路的动态分析近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！根据根据iD的表达式或转移特性可求得的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的与晶体管的h参数等效模型类比：参数等效模型类比：1. 场效应管的交流等效模型蔡竟业 2. 基本共源放大电
28、路的动态分析若若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，则，则与共射电路比较。与共射电路比较。蔡竟业 例（例（2.6.1）电路如侧，若）电路如侧，若解：由解：由蔡竟业 3. 基本共漏放大电路的动态分析若Rs=3k，gm=2mS，则蔡竟业 基本共漏放大电路输出电阻的分析若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?蔡竟业 作业2.14 2.17蔡竟业 2.7 派生电路一、复合管一、复合管二、派生电路举例二、派生电路举例蔡竟业 一、复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。 不同类型的管子复合后，不同类型的管子复合后，其类型决定于其类型决定于T1管
29、。管。目的：增大目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。，减小前级驱动电流，改变管子的类型。iB方向决定复方向决定复合管的类型合管的类型蔡竟业 讨论一：判断下列各图是否能组成复合管判断下列各图是否能组成复合管 在合适的外加电压在合适的外加电压下，每只管子的电流下，每只管子的电流都都有合适的通路有合适的通路，才能组，才能组成复合管。成复合管。课堂练习：试画出该复合管的等效类型，课堂练习：试画出该复合管的等效类型，并推导出其直流电流放大倍数并推导出其直流电流放大倍数蔡竟业 清华大学 华成英 Ri=? Ro=?讨论二蔡竟业 二、派生电路举例：组合的结果带来什么好处？组合的结果带来什么好处？宽频带，以及宽频带，以及更大的增益！更大的增益！蔡竟业 作业2.1 2.2 2.3 2.4 2.6 2.9 2.102.11 2.13 2.14 2.17 2.18
