第2章 基本放大器與多級(jí)放大器

1、新世紀(jì)高職高專(zhuān)教材編審委員會(huì)組編主編王成安孟曉明（基礎(chǔ)篇）（第三版）第第2 2章章 基本放大器與多級(jí)放大器基本放大器與多級(jí)放大器2.32.3場(chǎng)效應(yīng)管基本放大器場(chǎng)效應(yīng)管基本放大器2.42.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.1 2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.22.2其他組態(tài)放大器其他組態(tài)放大器第第2 2章章 基本放大器與多級(jí)放大器基本放大器與多級(jí)放大器三極管是放大器的心臟，其組成放大器有三種組態(tài)。共發(fā)射極放大電路是應(yīng)用最廣泛的電路，本章首先討論了由分立元件組成的共發(fā)射極電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，從而總結(jié)出對(duì)放大器的分析方法，這是今后分析各種放大器的基礎(chǔ)。然后分別討論了三種基本組態(tài)放大器電路的

2、特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定是放大器能正常工作的前提，當(dāng)然也要在電路中加以解決。場(chǎng)效應(yīng)管放大器是在現(xiàn)代電路中廣泛應(yīng)用的另一種放大器，尤其在集成電路中更是倍受青睞，它又有什么特性呢？學(xué)完了本章，這些問(wèn)題就解決了。章首導(dǎo)言2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路三極管只有三個(gè)電極，要組成一個(gè)有信號(hào)輸入并有信號(hào)輸出的四端網(wǎng)絡(luò)，就必須有一個(gè)電極充當(dāng)公共端，這樣就有三種接法，也叫做三種組態(tài)，即：共發(fā)射極、共集電極和共基極連接方式。晶體管放大電路的三種組態(tài)晶體管放大電路的三種組態(tài)2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路共

3、發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路1. 放大器中各元件的名稱(chēng)作用(1)三極管VT它是放大器中的核心元件，利用它的電流控制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大。2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路1. 放大器中各元件的名稱(chēng)作用(2)偏置電阻RB它的作用有二：一是給三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓；二是決定電路在沒(méi)有信號(hào)輸入的情況下（也叫靜態(tài)）的基極電流IBQ的大小。 IBQ也叫做偏置電流，所以RB常被叫做偏置電阻。2.1 三極

4、管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路1. 放大器中各元件的名稱(chēng)作用(3)集電極電阻RC它的作用有二：一是給三極管的集電結(jié)提供反偏電壓通路；二是把流過(guò)集電極的電流轉(zhuǎn)換成電壓，這樣就可以把三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變成電壓放大作用，再進(jìn)行信號(hào)的輸出。2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路1. 放大器中各元件的名稱(chēng)作用(4) 輸入耦合電容C1和輸出耦合電容C2它們的作用是“隔直流，通交流”，即把輸入信號(hào)中的交流成分傳遞給三極管，把集電極電壓中的交流成分傳遞給負(fù)

5、載。只要耦合電容的容量足夠大，其容抗就可以忽略不計(jì)。2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路1. 放大器中各元件的名稱(chēng)作用 (5)直流電源 VCC電源的作用是提供能量。一方面電源要給三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，給集電結(jié)提供反偏電壓，保證三極管工作在放大狀態(tài)，這就要求電源的極性要正確。另一方面，是把直流電源的能量通過(guò)三極管的控制作用轉(zhuǎn)變成負(fù)載所需要的交流能量。2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 2.關(guān)于符號(hào)的規(guī)定 從放大器的組成可以知道，放

6、大電路中既含有直流量又含有交流量。流波形符號(hào)確定流波形符號(hào)確定2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 3.信號(hào)放大的工作原理流波形符號(hào)確定流波形符號(hào)確定2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(1)靜態(tài)分析放大電路的直流電路放大電路的直流電路BQCQIICCQCCCEQRIVUBBEQCCBQRUVICCESCCCSRUVICSBSII2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大

7、電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(2) 動(dòng)態(tài)分析 三極管的微變等效模型； 放大器的交流通路； 放大器的微變等效電路。從晶體管的特性曲線(xiàn)求從晶體管的特性曲線(xiàn)求Rbe 、2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(2) 動(dòng)態(tài)分析 三極管的微變等效模型； 放大器的交流通路； 放大器的微變等效電路。晶體管等效電路模型晶體管等效電路模型2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(2) 動(dòng)態(tài)分析 三極管的微變等效

8、模型； 放大器的交流通路； 放大器的微變等效電路。共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(3)放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)的估算電壓放大倍數(shù)Au微變等效電路微變等效電路beLbeLCbebLCCuRRRRRRIRRIA)/()/(2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(3)放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)的估算 放大器的輸入電阻Ri放大電路的輸入電阻和輸出電阻放大電路的輸入電阻和輸出電阻iiiIUR be

9、BiRRR/2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(3)放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)的估算 放大器的輸入電阻Ri放大電路的輸入電阻和輸出電阻放大電路的輸入電阻和輸出電阻iiiIUR beBiRRR/2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.12.1.1固定固定偏置式共發(fā)射極放大電路偏置式共發(fā)射極放大電路 4.放大器的分析(3)放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)的估算 放大器的輸出電阻Ro放大電路的輸入電阻和輸出電阻放大電路的輸入電阻和輸出電阻CORR2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.22.1.2分分壓偏置

10、式放大器壓偏置式放大器 1.分壓偏置式放大器的電路固定偏置式放大器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它的靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，會(huì)引起輸出電壓波形的失真，因而在實(shí)際中很少使用。在放大器的電路結(jié)構(gòu)上采取一些措施，人們?cè)O(shè)計(jì)了分壓偏置式放大器。分壓偏置放大電路分壓偏置放大電路221BBBCCBRRRVU2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.22.1.2分分壓偏置式放大器壓偏置式放大器 2.分壓偏置式放大器穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理因?yàn)殡娐分谢鶚O的電位是由電阻分壓決定的，而電阻的阻值隨溫度的變化很小，所以在這個(gè)放大器中，三極管的基極電位可以認(rèn)為是不隨溫度的變化而變化的。這個(gè)過(guò)程可以用下面的流程圖來(lái)表示：EEERIUCQBQ

11、BEECQOIIUUICT)(2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.22.1.2分分壓偏置式放大器壓偏置式放大器 3.分壓偏置式放大器的分析分壓偏置放大電路分壓偏置放大電路2.1 三極管基本放大電路三極管基本放大電路2.1.22.1.2分分壓偏置式放大器壓偏置式放大器 3.分壓偏置式放大器的分析2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.12.2.1共共集電極放大器集電極放大器射極跟隨器射極跟隨器1. 射極跟隨器電路共集電極放大器也是應(yīng)用比較廣泛的電路。從它的交流通路可見(jiàn),基極和集電極是輸入端,發(fā)射極和集電極是輸出端,集電極是輸入回路和輸出回路的公共端,故叫做共集電極放大器，也叫做

12、射極跟隨器。共集電極放大電路共集電極放大電路2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.12.2.1共共集電極放大器集電極放大器射極跟隨器射極跟隨器2.射極跟隨器的特點(diǎn)(1) 電壓放大倍數(shù)AU1，且輸出電壓與輸入電壓相位相同。)/()1 (ELboRRiU)/)(1 (LEbebiRRRiU1)/)(1 ()/()1 (ELbebELbiOuRRRiRRiUUAbCioiiiIIA2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.12.2.1共共集電極放大器集電極放大器射極跟隨器射極跟隨器2.射極跟隨器的特點(diǎn)(2) 輸入電阻高射極跟隨器的輸入電阻比較大，從信號(hào)源索取的電流就比較小，有利于與微弱信號(hào)源的銜

13、接。實(shí)際上，射極跟隨器常常作為多級(jí)放大器的第一級(jí)，以減少信號(hào)電壓在信號(hào)源內(nèi)阻上的損耗，盡可能獲得大的輸入信號(hào)電壓。)/)(1 (/LEbeBiRRRRR2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.12.2.1共共集電極放大器集電極放大器射極跟隨器射極跟隨器2.射極跟隨器的特點(diǎn)(3) 輸出電阻小其輸出電阻為：即射極輸出器有極小的輸出電阻（一般為幾歐到幾十歐），表明它帶負(fù)載的能力很強(qiáng)。實(shí)際上，射極跟隨器也常常作為多級(jí)放大器的最后一級(jí)，用于帶動(dòng)負(fù)載。1)/(/SBbeEORRRRR2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.2 2.2.2 共基極共基極放大器放大器 1. 共基極放大器電路共基極放大電路共

14、基極放大電路2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.2 2.2.2 共基極共基極放大器放大器 1. 共基極放大器電路由微變等效電路可求得：beLbebLCcIOuRRRiRRiUUA)/(2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.2 2.2.2 共基極共基極放大器放大器 2. 共基極放大器的特點(diǎn)(1)共基極放大器的電壓放大倍數(shù)與共射極放大器的電壓放大倍數(shù)大小相同，但輸出電壓和輸入電壓的相位同相，即共基極放大器是一個(gè)同相放大器。(2)共基極放大器的輸入電阻比較小，輸出電阻比較大。共基極放大器的輸入電阻為：共基極放大器的輸出電阻為：1/beEeiiRRIURCORR2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放

15、大器2.2.2 2.2.2 共基極共基極放大器放大器 2. 共基極放大器的特點(diǎn)(3)共基極放大器的電流放大倍數(shù)小于等于1。共基極放大器的電流放大倍數(shù)：(4)共基極放大器的頻率特性比較好。在三極管是同種型號(hào)時(shí)，共基極放大器的頻率特性比較好，適合用于信號(hào)頻率較高（10MHz以上）的場(chǎng)合。1eciiiA2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.32.2.3 三種組態(tài)放大器的比較三種組態(tài)放大器的比較2.2其它組態(tài)放大器其它組態(tài)放大器2.2.32.2.3 三種組態(tài)放大器的比較三種組態(tài)放大器的比較2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器2.3.12.3.1自自偏壓電路共源極放大器電路偏壓電路共源

16、極放大器電路由N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的共源極放大器。其大小為：合理選擇源極上電阻的大小，就可以得到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。自偏壓電路自偏壓電路2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器2.3.22.3.2分分壓式自偏壓放大器電路壓式自偏壓放大器電路分壓式自偏壓電路分壓式自偏壓電路2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器2.3.22.3.2分分壓式自偏壓放大器電路壓式自偏壓放大器電路偏壓的數(shù)值還與源極上電阻RS的大小有關(guān)，可由下式求出：此電路的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri和輸出電阻RO分別由下式給出：負(fù)號(hào)表示輸出電壓和輸入電壓的相位相反。這是因?yàn)镽G3的值通常要取的比RG1和RG2

17、的值大許多，用以減小RG1和RG2對(duì)輸入信號(hào)的分流作用。SDDDGGGSGGSRIVRRRUUU212)/(LDmuRRgA3213)/(GGGGiRRRRRDORR2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器2.3.22.3.2分分壓式自偏壓放大器電路壓式自偏壓放大器電路以上兩個(gè)電路都屬于共源極放大器。共漏極放大器和共柵極放大器的電路及其分析請(qǐng)參考其它書(shū)籍。由于一般場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)比較小，因此單級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管放大器的電壓放大倍數(shù)要比三極管放大器的電壓放大倍數(shù)小的多。但由于場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，在許多場(chǎng)合有著獨(dú)特的作用，在加上場(chǎng)效應(yīng)管的其他優(yōu)點(diǎn)，使得場(chǎng)效應(yīng)管放大器的應(yīng)用越

18、來(lái)越廣，這一點(diǎn)要引起我們的充分重視。2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本放大器2.3.3 2.3.3 功率功率MOSMOS管介紹管介紹 在場(chǎng)效應(yīng)管問(wèn)世的一段時(shí)間里，由于它的輸出功率比較小，在許多場(chǎng)合還不得不使用三極管。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和制造工藝的改進(jìn)，大功率場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱(chēng)VMOS）被制造出來(lái)。現(xiàn)在VMOS管的不失真輸出功率已達(dá)到幾十千瓦，漏極和源極之間的擊穿電壓可高達(dá)1000V，同時(shí)它還具有跨導(dǎo)線(xiàn)性好，開(kāi)關(guān)速度快（可達(dá)到3nS），在大功率領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。2.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.4.12.4.1多級(jí)多級(jí)放大器電路的一般組成放大器電路的一般組成 1. 多級(jí)放大器的組成框

19、圖輸入級(jí)主要完成與信號(hào)源的銜接并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，一般都采用輸入電阻高的放大器，如射極跟隨器；中間級(jí)主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行電壓放大，將微弱的信號(hào)電壓放大到設(shè)計(jì)規(guī)定的幅度，一般都采取幾級(jí)共發(fā)射極放大器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)；輸出級(jí)主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，輸出負(fù)載所需要的功率并完成和負(fù)載的匹配。多級(jí)放大器的組成框圖多級(jí)放大器的組成框圖2.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.4.12.4.1多級(jí)多級(jí)放大器電路的一般組成放大器電路的一般組成 2.多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式(1)阻容耦合兩級(jí)放大器之間通過(guò)電容連接起來(lái)，后級(jí)放大器的輸入電阻充當(dāng)了前級(jí)放大器的負(fù)載，故稱(chēng)為阻容耦合。阻容耦合方式阻容耦合方式2.4多級(jí)放大器多級(jí)放大

20、器2.4.12.4.1多級(jí)多級(jí)放大器電路的一般組成放大器電路的一般組成 2.多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式(2) 變壓器耦合變壓器耦合的缺點(diǎn)是體積和重量都比較大，耗費(fèi)有色金屬。再則是其頻率特性不好，不但低頻特性不好(變壓器不能傳遞直流信號(hào))，高頻特性也不好。變壓器耦合方式變壓器耦合方式2.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.4.12.4.1多級(jí)多級(jí)放大器電路的一般組成放大器電路的一般組成 2.多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式(3) 直接耦合前兩種耦合方式都存在著一個(gè)共同的問(wèn)題，就是放大器的頻率特性不好。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)了直接耦合放大器，用導(dǎo)線(xiàn)把前后級(jí)放大器直接相連。直接耦合方式直接耦合方式2.4多級(jí)放大器多

21、級(jí)放大器2.4.22.4.2多級(jí)多級(jí)放大器的分析放大器的分析1.多級(jí)放大器電壓放大倍數(shù)的計(jì)算按照定義，多級(jí)放大器的總電壓放大倍數(shù)：在多級(jí)放大器中，前一級(jí)放大器的輸出電壓可以看成是后一級(jí)放大器的輸入信號(hào)，后一級(jí)放大器的輸入電阻可看成是前一級(jí)放大器的負(fù)載電阻。多級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大器電壓放大倍數(shù)的乘積。即：2.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.4.22.4.2多級(jí)多級(jí)放大器的分析放大器的分析 2.多級(jí)放大器的輸入電阻和輸出電阻對(duì)于多級(jí)放大器來(lái)說(shuō)，其輸入電阻Ri等于從第一級(jí)放大器的輸入端所看到的等效電阻，多級(jí)放大器的輸出電阻RO等于從最后一級(jí)放大器的負(fù)載兩端（不含負(fù)載）所看到的等效電阻。2.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.4.22.4.2多級(jí)多級(jí)放大器的分析放大器的分析 3.多級(jí)放大器的功率放大倍數(shù)放大器的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)的乘積，就是放大器的功率放大倍數(shù)，可以表示為：所以放大器的功率放大倍數(shù)也常常表示為：IUIIOOIOPAAIUIUPPALIUIUPRRAAAA22.4多級(jí)放大器多級(jí)放大器2.4.32.4.3放大器放大器的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng) 1.放大器的頻率特性阻容耦合放大器和變壓器耦合