模電-2-基本放大電路

第二章 基本放大電路§2.1

放大的概念與放大電路的性能指標§2.2

基本共射放大電路的工作原理§2.3

放大電路的分析方法§2.4

靜態(tài)工作點的穩(wěn)定§2.5

晶體管放大電路的三種接法§2.6

場效應管基本放大電路§2.7

基本放大電路的派生電路§2.1

放大的概念與放大電路的性能指標一、放大的概念二、放大電路的性能指標一、放大的概念放大的對象：變化量（通常情況）放大的本質：能量的控制與轉換放大的特征：功率放大（電壓或電流）放大的基本要求：不失真或失真小于一定值判斷電路能否放大的基本出發(fā)點VCC至少一路直流電源供電二、性能指標

ouuuUA

U

Ai

i

oii

iI

A

I

ouiIiA

A

U

oiiuUA

I1.放大倍數：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數是最常被研究和測試的參數信號源信號源內阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流對信號而言，任何放大電路均可等效成二端口網絡。2.輸入電阻和輸出電阻將輸出等效成有內阻的電壓源，內阻就是輸出電阻。ooUU

'RLUoU

'1)RLo

(

oURo

空載時輸出電壓有效值帶RL時的輸出電壓有效值i

iiIUR

輸入電壓與輸入電流有效值之比。從輸入端看進去的等效電阻3.

通頻帶最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力。由于（耦合）電容、電感及放大管PN結的電容效應，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數數值下降，并產生相移。下限頻率上限頻率fbw

fH

fL§2.2基本共射放大電路的工作原理一、電路的組成及各元件的作用二、設置靜態(tài)工作點的必要性

三、波形分析四、放大電路的組成原則實驗以VBB作為輸入電壓uI，通過實驗分析圖示電路在uI小于何值時晶體管截止、大于何值時晶體管飽和。改變VBB，測繪出電路的電壓傳輸特性——描述輸出電壓uO與輸入電壓uI之間函數關系的曲線。1.5

uI(V)286400uO(V)1210約小于0.5V時截止約大于1V時飽和0.5

0.8

1.0如果輸入電壓u

在0.8V附OI近變化時，輸出電壓u

將如何變化？Q一、基本共射放大電路的組成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合適的IB。VCC：使UCE≥UBE，同時作為負載的轉換能源。Rc：將ΔiC轉換成ΔuCE(uo)。c

uCE

(uo

)動態(tài)信號作用時：uI

ib

ic

uR輸入（交變）電壓ui為零時，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點Q，記作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射二、設置靜態(tài)工作點的必要性輸出電壓波形必然發(fā)生（嚴重）失真！要解決失真問題，首先必需設置合適的靜態(tài)工作點；且，Q點幾乎影響著所有的動態(tài)參數！為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要求晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？三、基本共射放大電路的波形分析tUCEQVCCuCE

飽和失真OtuCEVCCUCEQO底部失真截止失真頂部失真要想不失真，就要在信號的整個周期內保證晶體管始終工作在放大區(qū)！動態(tài)信號馱載在靜態(tài)之上與iC變化方向相反四、放大電路的組成原則靜態(tài)工作點合適：合適的直流電源、合適的電路（元件）參數。動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負載上無直流分量。兩種實用放大電路：（1）直接耦合放大電路問題：1.兩種電源2.

信號源與放大電路不“共地”共地，且要使信號馱載在靜態(tài)之上BEQRb1靜態(tài)時，U

U動態(tài)時，VCC和uI同時作用于晶體管的輸入回路。將兩個電源合二為一有直流分量有交流損失—

＋UBEQ（2）阻容耦合放大電路耦合電容的容量應足夠大，即對于交流信號近似為短路。其作用是“直流、通過交流”。靜態(tài)時，C1、C2上電壓？UC1

UBEQ，UC2

UCEQ動態(tài)時，uBE＝uI＋UBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。uO＝uCE-UCEQ，負載上只有交流信號。C1、C2為耦合電容！§2.3

放大電路的分析方法一、圖解法二、放大電路的直流通路和交流通路三、等效電路法一、圖解法應實測特性曲線uBE

VBB

iB

RbuCE

VCC

iC

Rc輸入回路負載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負載線1.靜態(tài)分析：圖解二元方程2.

電壓放大倍數的分析IOI

B

C

CE

O

uuO與uI反相，Au符號為“－”。uuu

)

A

給定u

i

i

u

(uBE

VBB

uI

iB

RbIB

IBQ

iBiCuCE斜率不變3.

失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。減小Rb能消除截止失真嗎？uittuBE截止失真是在輸入回路首先產生失真！飽和失真：飽和失消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，減小VBB，增大VCC。Q''Q'''Rb↑或β↓或VBB

↓Rc↓或VCC↑要）是輸出回路產生的失真。這可不是好辦法！比較（UCEQ

－UCES

）與（

VCC?－UCEQ

）取其小者，除以

2

(?)。最大不失真輸出電壓Uom截止失真4.

直流負載線與交流負載線參見書中圖2.3.10（page93）對于上圖所示的阻容耦合放大器，其交流（動態(tài)）輸出電壓是集電極電流ic在Rc//RL上產生的壓降?。╱ce與直流不同?。┲绷髫撦d線UCE

VCC

IC

RC斜率：–1/RC交流負載線uCE

VCC

iC

(RC

//

RL

)斜率：–1/(RC

//RL)：基本電路與輸出特性Q點如下在什么參數、如何變化時Q1→Q2

→Q3

→Q4？從輸出電壓上看，哪個Q點下最易產生截止失真？哪個Q點下最易產生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？設計放大電路時，應根據什么選擇VCC？二、放大電路的直流通路和交流通路通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化分析，將它們分開，引入直流（偏置）通路和交流（信號）通路的概念。（具有端接的非線性雙口的增量模擬與小信號分析）直流通路確定原則：①Us=0，保留Rs；②電容開路；③電感相當于短路（線圈電阻近似為0）。交流通路確定原則：①(內阻為0的)直流電源相當于短路；②大容量電容相當于短路;③大容量電感相當于開路。bU

CEQICQR

ICQ

Rc

VCC

IBQVBB－U

BEQIBQ＝基本共射放大電路的直流通路和交流通路列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ以及β作為已知條件，令ICQ＝βIBQ，可估算出靜態(tài)工作點。VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。交流通路直流通路bBQU

CEQICQI

VCC

ICQ

Rc

IBQV

－U＝

CC

BEQRCC

BEQbBQ當V

>>U

時，IR

VCC已知：VCC＝12V，Rb＝600kΩ，Rc＝3kΩ，β＝100。Q＝？直流通路阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路交流通路三、等效電路法半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化

所描述非線 件的特性。1.直流模型：適于Q點的分析利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質上是利用了直流模型。bU

CEQICQR

VCC

ICQ

Rc

IBQVBB－U

BEQ謂等效就是：基于線性元件建立器件模

IBQ＝輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源2.

晶體管的h參數等效模型（交流等效模型）在交流通路中可將晶體管看成為一個二端口網絡，輸入回路、輸出回路各為一個端口。iCuBE

fie

(iB，uCE

)

foe

(iB，uCE

)低頻小信號模型22

ce

c

21

b12

ce

h

I

h

UU

be

11

bI

h

I

h

U

在低頻、小信號作用下的關系式

iC

iCCEuBBiCdiCEBiduIB

CEdiUCEBCEudiB

duCEuBE

uBEduBE

IU交流等效模型（按式子畫模型）電阻無量綱無量綱電導21h參數的物理意義beB11hU

CE

ri

uBECE12I

Bhu

uBE

B21U

CEi

iChCE

ce221rhiBui

C

b-e間的動態(tài)電阻內反饋系數交流電流放大系數c-e間的電導分清主次，合理近似！很多時候h12和h22的作用可忽略不計簡化的h參數等效電路－交流等效模型bebb'bb'b

EQrIIbe

Ube

r

(1

)r

r

(1

)

UT查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數值小可忽略利用PN結的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越??！3.

放大電路的動態(tài)分析i

b

be

b

b

beiU

I

(R

r

)

I

(R

r

)

c

coU

I

RbebiuR

r

RcU

UoAbebiiiIU

R

rR

Ro

Rc放大電路的交流等效電路輸入阻抗輸出阻抗直流耦合電路阻容耦合共射放大電路的動態(tài)分析U

I

(R

∥

R

)

R'Au

o

c

c

L

LUi

Ibrbe

rbeA

Uo

Ui

Uo

Ri

Aus

U

U

U

R

R

us

s

i

s

iRi

Rb

∥rbe

rbeRo

Rc輸入電阻中不Rs!輸出電阻中不應含有RL!交應流等含效有電路例（2.3.3）已知：試求：解：（1）由CC

BEQBQbRICQ

IBQUCEQ

VCC

ICQ

RcV

－UI

＝be

bb'EQIr

r

(1

)

UTbeb

beorc

c

R'L

LI

rUiUAu

I

(R

∥

R

)uU

U

UA

ARi

Rs

Ris

i

Ui

Uo

s

UousRi

Rb

∥rbe

rbeRo

Rc（2）交流等效模型Vcc

12V,

Rb

510k,

Rcrbb

150,

80,UBEQ

3k,

RL

3k0.7V(1)

Au

,

i(2)若RS

2kus華成英hchy~用NPN型晶體管組成一個直接耦合的共射放大電路。

用NPN型晶體管組成一個輸出通過變壓器耦合的共射放大電路。畫出圖示電路的直流通路和交流通路。用PNP型晶體管組成一個共射放大電路。增強電壓放大能力的方法？已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V在空載情況下，當輸入信號增大時，電路首先出現飽和失真還是截止失真？若帶負載的情況下呢？空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而帶上負載后這種失真消除？二u

(Rc

∥

RL

)Abe

EQbe

bb'r

Ir

r

(1

)

UT三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析bebR

ru

(Rc

∥

RL

)

11ARo

Rc

3kIBQ≈37μAUBEQ≈0.65VBICQ

UCEQ

VCC

ICQ

Rc

為什么用圖解

80

法求解IBQ和UBEQ？rbb'

200QRi

Rb

rbe

11kbe

bb'EQIr

r

(1

)

UT

890berAu

四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析

80，rbe

1.5kBQb

bIRR

VCC

UBEQ

VCC

20μAICQ

IBQ

1.6mAUCEQ

VCC

ICQ

Rc

7.2Vususs

iA

Uo

Ui

Uo

A

48RiU

U

U Rs

RiRo

Rc

3kRi

Rb∥rbe

rbe

1.5k五：波形分析失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真§2.4

靜態(tài)工作點的穩(wěn)定一、溫度對靜態(tài)工作點的影響

二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法一、溫度對靜態(tài)工作點的影響若溫度升高時要Q’回到Q，則只有減小IBQ所謂Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的?！鶴’T（

℃

）→β↑→ICQ↑ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑Q’二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路1.

電路組成CCBQVRb1Rb1

Rb2U

eEQI

U

BQ

U

BEQR2.

穩(wěn)定原理為了穩(wěn)定Q點，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。設UBEQ＝

UBEQ0＋ΔUBE，若UBQ－UBEQ0>>ΔUBE，則IEQ穩(wěn)定。Re

的作用T(℃)↑→IC↑→UE

↑→（UB基本不變時）UBE↓→IB

↓→IC↓關于反饋的一些概念：將輸出量通過一定的方式引回輸入回路，從而影響輸入量的措施稱為反饋。直流通路中的反饋稱為直流反饋。反饋的結果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱Re起直流負反饋作用，其值越大，反饋越強，Q點越穩(wěn)定。為正反饋。Re有上限值嗎？IC通過Re轉換為ΔUE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結果使之減小3.

Q

點分析CCRb

Rb1

∥

Rb2VRb1Rb1

Rb2VBB

eEQCCb1

b2

b1

BQIR

UBQ

UBEQRVR

RU

UCEQ

VCC

ICQ

Rc

IEQ

Re

VCC

IEQ

(Rc

Re

)1

BQ

IEQI分壓式電流負反饋工作點穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？VBB

UBEQ

IBQ

Rb

IEQ

Re判斷方法：Rb1

∥Rb2

(1

)Re

?4.

動態(tài)分析i

beuUA

oRi

Rb1

∥Rb2

∥rbeRo

RcuiUA

U

o

Ib

rbe

Ie

Re

RLrbe

(1

)Re

Ib

(Rc∥RL

)Ri

Rb1

∥Rb2

∥[rbe

(1

)Re

]利?弊?Le

beeuRR若(1

)R

r

，則A

無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法引入直流負反饋溫度補償：利用對溫度敏感的元件，在溫度變化時直接影響輸入回路。例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。它們的溫度系數？T

(℃)

IC

UE

UBE

IB

IC

Rb1

UB

華成英hchy~圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點？若采用了措施，則是什么措施？IS二電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路。Q點怎么算？Re有穩(wěn)定Q點的作用嗎？電路的交流等效電路？V

變化時，電壓放大倍數如何變化？華成英hchyu

(Rc

∥

RL

)rbe

(1

)(Re

∥

rD

∥

AuA當Re

∥R＞＞rD時，rbe

(1

)rD

(Rc

∥

RL

)

，二改變電壓放大倍數§2.5晶體管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較一、基本共集放大電路CEQVBBCCV

U

IEQ

Re

IEQ

ReUBEQ

IBQ

RbBQU

CEQ

VCC

IEQ

ReVBB

U

BEQI

b

eIEQ

(1

)IBQR

(1

)R1.

靜態(tài)分析2.

動態(tài)分析：電壓放大倍數Au

Ui

b

(1

)Re

Rb

rbe

(1

)Re若（1＋）Re

Rb

rbe，則

Au

1，即

Uo

Ui

。故稱之為射極跟隨器Uo＜

Ui交流等效模型？2.

動態(tài)分析：輸入電阻的分析Ii

IbU

U

Rb

rbe

(1

)ReRi

i

iRi與負載有關！RLRi

Rb

rbe

(1

)(Re

//

RL

)帶負載電阻后從基極看Re，被增大到（1+β）倍Rs2.

動態(tài)分析：輸出電阻的分析oeeUoo

ReUoUoUoReR

Uo

I

I

I

(1

)Rb

rbe

Rs

rbe

Rs1

R

∥

RbRo與信號源內阻有關！3.

特點：輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！有功率增益！Uo令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產生Io,Ro

Uo

Io從射極看基極回路電阻，被減小到1/(1+β)二、基本共基放大電路eEQI

VBB

U

BEQR1

BQ

IEQIUCEQ

VCC

ICQ

Rc

UBEQUBEQ

IEQ

Re

VBBICQ

Re

UCBQ

VCC1.

靜態(tài)分析2.

動態(tài)分析3.

特點：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！rbe1

Ri

Re

Ro

Rcbe

e

c

c

ciu

Rr

(1

)RI

R

I

re

e bbeI

RU

UoA三、三種接法的比較：空載情況下接法共射共集共基Au大小于1大Aiβ1＋βαRi中大小Ro大小大頻帶窄中寬一：圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點、電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻的表達式接法共射共集共基輸入bbe輸出cec§2.6

場效應管基本放大電路一、場效應管放大電路靜態(tài)工作點的設置方法二、場效應管放大電路的動態(tài)分析一、場效應管靜態(tài)工作點的設置方法1.

基本共源放大電路根據場效應管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源DQDOGS(th)(

VGGUUGSQ

VGGI

I1)2UDSQ

VDD

IDQ

Rd2.

自給偏壓電路UGQ

0USQ

IDQ

RsUGSQ

UGQ

USQ

IDQ

RsGS(o

f)DSSDQ)2U(1

UGSQI

IUDSQ

VDD

IDQ

(Rd

Rs

)由正電源獲得負偏壓稱為自給偏壓哪些種類的場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？3.

分壓式偏置電路DDg1RVRg1

Rg2USQ

IDQRsUGQ

UAQ

GS(th)1)2DQ

DO

U(

UGSQI

IUDSQ

VDD

IDQ

(Rd

Rs

)為什么加Rg3？其數值應大些小些？哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？即典型的Q點穩(wěn)定電路二、場效應管放大電路的動態(tài)分析GSmU

DSgu

iD近似分析時可認為其為無窮大！根據iD的表達式或轉移特性可求得gm。1.

場效應管的交流等效模型與晶體管的h參數等效模型類比：P1202.

基本共源放大電路的動態(tài)分析m

digsmDO

DQGS(th)(2.6.1