模電課件楊素行主編 第二章

§2.1放大的概念§2.2放大電路的主要技術指標§2.3單管共發(fā)射極放大電路§2.4放大電路的基本分析方法§2.5工作點的穩(wěn)定問題§2.6放大電路的三種組態(tài)§2.8多級放大電路教學內(nèi)容第二章放大電路的基本原理§2.1放大的概念

電子學中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。本章所講的主要是電壓放大電路。放大的本質：實現(xiàn)能量的控制（小能量對大能量的控制作用）。放大的對象：變化量

放大電路主要用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉換成信號能量，提供給負載。電壓放大電路可以用有輸入端口和輸出端口的四端網(wǎng)絡表示，如圖：uoAu

Au放大倍數(shù)指輸出信號與輸入信號的變化量之比。雙極型三極管和場效應管都可以實現(xiàn)放大作用。ui

符號規(guī)定大寫字母、大寫下標，表示直流(靜態(tài)）量。IB小寫字母、小寫下標，表示交流瞬時值。ib大寫字母、小寫下標，表示交流有效值。Ib小寫字母、大寫下標，表示全量（直流＋交流）。iB全量IB直流分量

交流分量ibiBt放大電路三種基本組態(tài)三極管放大電路有三種形式共基放大器共射放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理§2.2放大電路的主要技術指標一、電壓放大倍數(shù)AuUi

和Uo

分別是輸入和輸出電壓的向量。二、輸入電阻Ri

放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源索取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級索取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。Au~USUiIi三、輸出電阻Ro

放大電路對其負載而言，相當于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。Au~US~roUS'輸出電阻越小，說明放大電路的帶負載能力越強?！?.2放大電路的主要技術指標如何確定電路的輸出電阻Ro

？方法一：計算步驟：1.所有的電源置零(將獨立源置零，保留受控源)。2.加壓求流法。UI如何確定電路的輸出電阻Ro

？方法二：測量步驟：在輸入端加一固定的正弦交流電壓1.測量開路電壓。2.測量接入負載后的輸出電壓。~RoUs'Uo

'~RoUs'RLUo3.計算。§2.2放大電路的主要技術指標四、通頻帶fAufL下限截止頻率0.707AumAumfH上限截止頻率放大倍數(shù)隨頻率變化曲線通頻帶越寬，表明放大電路對信號頻率的變化具有更強的適應能力。通頻帶：fBW=fH–fL2.3.1共射放大電路的組成RbVBBRCVT～VCCuIuo+－+－iBiC集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。2.3.1共射放大電路的組成RbVBBRCVT～VCCuIuo+－+－iBiC集電極電阻，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷骸?.3.1共射放大電路的組成RbVBBRCVT～VCCuIuo+－+－iBiC基極電源與基極電阻使發(fā)射結正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點。2.3.1共射放大電路的組成RbVBBRCVT～VCCuIuo+－+－iBiC放大元件△iC=

△iB，工作在放大區(qū)，要保證發(fā)射結正偏，集電結反偏。2.3.2基本放大電路的工作原理一、放大作用RbVBBRCVT～VCCuIuo+－+－IBICUBE+△uBE+△iB+△iC+△uo電路實現(xiàn)了放大作用。判斷放大電路有無放大作用的原則

外加直流電源的極性是否能保證三極管的發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。輸出回路是否將放大了的信號能送出來，以實現(xiàn)icuo.uIiB；

輸入回路的接法應保證信號能輸入，以實現(xiàn)采用單電源供電RbVBBRCVT～VCCuIuo+－+－iBiC采用單電源供電VCCRbRCC1C2VTRLuIuo+—+—++采用單電源供電Rb+VCCRCC1C2VTRLuIuo+—+—++2.3.2基本放大電路的工作原理一、靜態(tài)工作點IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)Rb+VCCRCC1C2RL++(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)分別對應于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。IBUBEUBEQIBQQICUCEUCEQICQQ靜態(tài)工作點UBEQuitibt假設uBE有一微小的變化ICUCEibtictuCE怎么變化？二、工作原理IB2.3.2基本放大電路的工作原理ICUCEictucetuCE的變化沿一條直線,稱為負載線uce相位如何？工作原理Rb+VCCRCC1C2VTRL++各點波形uituiiCuCEuoiBiBtuCEtiCtuotRb+VCCRCC1C2RL++§2.4放大電路的基本分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析計算機仿真估算法圖解法微變等效電路法圖解法直流通路直流通路Rb+VCCRCRb+VCCRCC1C2RL++開路開路2.4.1直流通路和交流通路置零交流通路uoRbRCRLui+-+-交流通路

Rb+VCCRCC1C2RL++短路短路直流負載線和交流負載線一、直流負載線直流通路Rb+VCCRCICUCE~IC滿足什么關系？1.三極管的輸出特性。2.UCE=VCC–ICRC。iCuCEQVCCUCE+－交流通路其中：△

iCRbRCRL△uiuo△uCE+-+-+-交流負載線這條直線通過Q點，稱為交流負載線。變化沿著斜率為：交流負載線的作法iCuCEVCCQIB過Q點作一條直線，斜率為：靜態(tài)工作點分析一、估算法：靜態(tài)工作點（IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ

）+VCC直流通路RbRC（1）根據(jù)直流通路估算靜態(tài)參數(shù)IBQIBQRb稱為偏置電阻，IBQ稱為偏置電流。UBEQ+－硅管

UBEQ=(0.6~0.8)V鍺管

UBEQ=(0.1~0.3)V（2）根據(jù)直流通路估算UCEQ、ICQ直流通道RbRCICQUCEQ+－+VCC靜態(tài)工作點分析靜態(tài)工作點分析二、圖解法先用估算法估算

IBQ，然后在輸出特性曲線上作出直流負載線，與

IB對應的輸出特性曲線與直流負載線的交點就是Q點。ICUCEVCCQ例2.4.1：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=3k，Rb=280k，RL=3k，三極管的=50，求靜態(tài)工作點。靜態(tài)工作點分析實例Rb+VCCRCC1C2VTRL++解：靜態(tài)工作點分析實例Rb+VCCRCC1C2VTRL+++VCCRbRC靜態(tài)工作點分析實例例2.4.2：用圖解法確定靜態(tài)工作點。已知電路參數(shù)同上題，三極管的輸出特性曲線如下圖。解：Q412uCE

/

ViB=806040200iC/mA026作直流負載線與IB=40的交點，即是靜態(tài)工作點Q.由圖知：ICQ=2mA,UCEQ=6V動態(tài)分析一、三極管的微變等效電路1.輸入回路當信號很小時，輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。iBuBEiBuBE對輸入的小交流信號而言，三極管相當于電阻rbe。對于小功率三極管：rbe的量級從幾百歐到幾千歐。2.輸出回路iCuCE近似平行iCuCE所以：(1)輸出端相當于一個受ib

控制的電流源。(2)考慮

uCE對

iC的影響，輸出端相當于并聯(lián)一個大電阻rce。rce的含義動態(tài)分析動態(tài)分析3.三極管的微變等效電路icibrbeibib

rce等效rbeibibbceicube+－uce+－ube+－uce+－三極管的h參數(shù)等效電路放大電路的微變等效電路交流通路RbRCRLuiuo+-+-動態(tài)參數(shù)特點：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。1.電壓放大倍數(shù)(增益）的計算－rbeRbRCRL++－動態(tài)參數(shù)2.輸入電阻的計算對于為放大電路提供信號的信號源來說，放大電路是負載，這個負載的大小可以用輸入電阻來表示。輸入電阻的定義：是動態(tài)電阻。電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRbRCRL+-+-3.輸出電阻的計算對于負載而言，放大電路相當于信號源，可以將它進行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。計算輸出電阻的方法：(1)所有獨立電源置零，保留受控源;(2)負載開路，加壓求流法。-放大電路RLRS++--+動態(tài)參數(shù)用加壓求流法求輸出電阻rbeRbRC00所以：+-等效電路法的步驟1.畫直流通路，確定靜態(tài)工作點。2.畫出放大電路的微變等效電路。3.求

rbe.4.求動態(tài)參數(shù)

、Ri、Ro。例2.4.5Rb+VCCRCC1C2280kΩ3kΩ+12VRL3kΩ+-uo+-ui已知電路如圖，求（1）

、Ri、Ro;(2)欲提高，應調(diào)整哪些參數(shù)？微變等效電路法的應用直流通路RbRC+Vcc解：由直流通路得靜態(tài)工作點微變等效電路法的應用＝300＋51×26／2＝963ΩRi=rbe//Rb≈rbe=963ΩRo=Rc=3kΩ欲提高，可調(diào)整Q點使IEQ增大，從而使rbe減小，提高放大倍數(shù)。即rbeRbRCRL+-+-微變等效電路法的應用UBEQuitibt假設uBE有一微小的變化ICUCEibtict二、圖解法IB動態(tài)分析ucet各點波形uituiiCuCEuoiBiBtuCEtiCtuotRb+VCCRCC1C2RL++動態(tài)分析圖解法的應用在放大電路中，輸出信號應該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設置在交流負載線的中間部分。如果Q設置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，就會造成非線性失真。一、分析非線性失真選擇靜態(tài)工作點iCuCEib可輸出的最大不失真信號選擇靜態(tài)工作點1.Q點過低，信號進入截止區(qū)iCuCE輸入波形ib放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形頂部失真減小Rb，提高Q點，可消除該失真。2.Q點過高，信號進入飽和區(qū)iCuCEib輸入波形uo輸出波形放大電路產(chǎn)生飽和失真底部失真增大Rb，降低Q點，可消除該失真。選擇靜態(tài)工作點圖解法的應用二、估算最大輸出幅度uCE

/

ViB=806040200iC/mA0直流負載線交流負載線QDCEAB最大不失真輸出幅度Uom將由CD和DE二者中較小的一個決定。當靜態(tài)工作點Q在交流負載線AB的中點時,CD=CE，Uom最大。圖解法的應用三、分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響uCE

/

ViB=806040200iC/mA0Q增大基極電阻Rb,IBQ將減小,Q點下移。Q1增大Vcc,直流負載線將平行右移，Q點移向右上方。Q2Vcc增大Rc，直流負載線與縱軸的交點(Vcc/Rc)下降，而IBQ不變，Q點移近飽和區(qū)。Q3增大β

，特性曲線寬度增大，Q隨之上移。uCE

/

ViC/mA0VccQQ4圖解法的應用三、分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響1.Rb↑→IBQ↓→Q1點靠近截止區(qū)→易截止失真2.VCC↑→直流負載線平行右移（Q2）→動態(tài)

范圍↑，靜態(tài)功耗↑3.RC↑→VCC/RC↓→直流負載線更平坦→Q3靠

近飽和區(qū)→易飽和失真4.β↑→ICQ↑→Q4靠近飽和區(qū)→易飽和失真電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響思考題：用示波器觀察NPN管共射單極放大器輸出電壓，得到下圖所示三種削波失真的波形，試分別寫出失真的類型。uoωtuoωtuoωt截止失真飽和失真輸入信號過大引起的削波失真電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響§2.5工作點的穩(wěn)定問題2.5.1溫度對靜態(tài)工作點的影響為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，UBE、

和ICBO這三個參數(shù)會隨溫度而變化，使靜態(tài)工作點發(fā)生變化。TUBEICBOQ一、溫度對UBE的影響50oCiBuBE25oCTUBEIBIC2.5.1溫度對靜態(tài)工作點的影響二、溫度對

值及ICEO的影響iCuCEQT、ICBOIC溫度上升時，造成Q點上移，易飽和失真；溫度下降時，Q點下移，易截止失真。總的效果是：Q′

UCE=VCC–ICRC2.5.1溫度對靜態(tài)工作點的影響小結：TIC

固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。

Q點不穩(wěn)定可能會導致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導致失真。為此，需要改進偏置電路，當溫度升高、

IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。2.5.1溫度對靜態(tài)工作點的影響2.5.2分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路

（電流負反饋式工作點穩(wěn)定電路）一、電路組成上偏電阻下偏電阻uoui+－+VCCRb2RCC1C2Rb1CeReRLiRiB＋－旁路電容條件：IR>>IBQ

時，有UBQ由Rb1、Rb2分壓得到，不受溫度影響。TICQIEQUEQ=IEQReUBEQ=UBQ－UEQIBQICQ

Re起負反饋作用，使ICQ基本不變，從而穩(wěn)定靜態(tài)工作點。一般取IR=(5~10)IB,UBQ=(3~5)V，Rb1、Rb2取幾十千歐.2.5.2分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路二、靜態(tài)與動態(tài)分析TIBQ+VCCRCReI1Rb1IRRb2直流通路1.靜態(tài)：uoui+－+VCCRb2RCC1C2Rb1CeReRLiRiB＋－2.5.2分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路2.動態(tài)：uoui+VCC+－Rb2RCC1C2Rb1CeReRL+－RC交流通路Rb1ui＋－uoRLRb2－＋2.5.2分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路問題1：如果去掉Ce，放大倍數(shù)怎樣？Ce的作用：交流通路中，Ce將Re短路，使Re對交流不起作用，放大倍數(shù)與基本共射放大電路相同。uoui+VCC+－Rb2RCC1C2Rb1CeReRL+－問題去掉

Ce

后的交流通路和微變等效電路：uoRb1RCRLuiRb2Re＋－＋－＋－rbeRCRLRe＋－Rb1Rb2問題問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？uoRb2+VCCRCC1C2TRb1CeRe1RLuiRe2＋－＋－問題靜態(tài)分析：IRI1IBQRb2+VCCRCC1TRb1Re1Re2動態(tài)分析：uo＋Rb1RCRLuiRb2Re1＋－－rbeRCRLRe1＋－＋－問題uoui+－+VCCRb2RCC1C2Rb1CeReRLiRiB＋－例2.5.1已知Rb1=2.5kΩ，Rb2=7.5kΩ，RC=2kΩ，Re=1kΩ，RL=2kΩ，VCC=12V，三極管的

=30.例子①估算放大電路的靜態(tài)工作點及、Ri和Ro②信號源內(nèi)阻RS=10kΩ,則此時③若

=60,其余參數(shù)不變,則靜態(tài)工作點有何變化?解：①TIB+VCCRCReI1Rb1IRRb2例子例子②考慮信號源內(nèi)阻Rs，則源電壓放大倍數(shù)為：當Rs>>Ri時，電壓放大倍數(shù)將下降很多。③當β＝60時，UBQ、IEQ、ICQ、UCEQ的值基本不變，僅僅uoui+－+VCCRbRCC1C2ReRLiRiB＋－例子例2.4.4已知RC=RL=3kΩ，Re=820Ω，Rb=240kΩ，VCC=12V，三極管的

=50.估算放大電路的靜態(tài)工作點及、Ri和Ro解：T+VCCRCReIBRbICIEIBQRb+UBEQ+IEQRe=Vcc例子uoRbRCRLuiRe＋－＋－rbeRCRLRe＋－＋－例子§2.6放大電路的三種基本組態(tài)

根據(jù)輸入信號與輸出信號公共端的不同，三極管構成的放大電路可有三種基本接法，也稱三種基本組態(tài)：共射組態(tài)、共集組態(tài)、共基組態(tài)。2.6.1共集電極放大電路

（射極輸出器、射極跟隨器）Rb+VCCRe直流通路UoRsC1C2RLUi+VCCRb+-+-Re+-UsuiRbReRLuo+-+-一、靜態(tài)分析Rb+VCCRe直流通路IBQIEQVCC－IBQRb－UBEQ－IEQRe=02.6.1共集電極放大電路

二、動態(tài)分析rbeReRLRb微變等效電路+-UiIiIbIc+-Uo2.6.1共集電極放大電路

uiRbReRLuo+-+-cebrbeReRLRb+－+－微變等效電路rbeReRLRbbce+-Ui+-Uo二、動態(tài)分析2.6.1共集電極放大電路

1.電流放大倍數(shù)2.電壓放大倍數(shù)+－rbeRbR’e+－2.6.1共集電極放大電路

結論：輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。2)1)所以但是，有較大的電流放大倍數(shù)。2.6.1共集電極放大電路

二、動態(tài)分析3.輸入電阻輸入電阻較大，作為前一級的負載，對前一級的放大倍數(shù)影響較小。rbeReRLRb+-+-2.6.1共集電極放大電路

二、動態(tài)分析4.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。U外+－rbeReRbRsRo2.6.1共集電極放大電路

二、動態(tài)分析一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。2.6.1共集電極放大電路

4.輸出電阻射極輸出器特點電壓增益近似等于1，輸出電壓與輸入電壓同相，輸入電阻高，輸出電阻低。射極輸出器的使用將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2.將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。3.將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用。2.6.1共集電極放大電路

例：2.6.1VCC=12V,RC=3kΩ,Re=5.6kΩ,Rb=240kΩ,RS=10kΩ,RL=5.6kΩ三極管的

=40.例子①估算靜態(tài)工作點②估算、、、Ri和Ro。RsC1C2RLUi+VCCRb+-+-Re+-Us解：Rb+VCCRe直流通路例子VCC－IBQRb－UBEQ－IEQRe=0微變等效電路rbeReRLRbbce+-Ui+-UoAi=－(1+β)=－41例子可見：輸入電阻很大，輸出電阻很小。例子2.6.2共基極放大電路

uoC1C2RLuiVCCRcReRb2Rb1Cb+-+-Rb2+VCCRe直流通路Rb1Rc一、靜態(tài)分析2.6.2共基極放大電路

Rb2+VCCRe直流通路Rb1RcICQIEQIBQ二、動態(tài)分析RLUiRcRe+-微變等效電路ecRLUiRcRerbeb+-uoC1C2RLuiVCCRcReRb2Rb1Cb+-+-2.6.2共基極放大電路

1.電流放大倍數(shù)2.電壓放大倍數(shù)+-UoecRLUiRcRerbeb+-2.6.2共基極放大電路

2.6.2共基極放大電路

3.輸入電阻4.輸出電阻Ib=0RO≈RC共基組態(tài)輸入電阻小。+-UoeR’LRerbeb+-UicecRcRerbeb+-U外Rs例2.6.2解：Rb2+VCCRe直流通路Rb1RcICQIEQIBQ例子例子Ro≈Rc＝5.1kΩ+-UoecRLUiRcRerbeb+-2.6.3三種基本組態(tài)的比較

共射電路:有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，電壓反相，輸入輸出電阻值比較適中，頻率響應差，在低頻電壓放大電路廣泛應用。共集電路:電壓跟隨，電壓放大倍數(shù)接近1，輸入電阻高輸出電阻低，可用作多級放大電路的輸入級、輸出級或作為隔離用中間級。共基電路：輸入電阻低，使晶體管結電容的影響不顯著，因此頻率響應好，常用于寬頻帶放大電路中?！?.8多級放大電路第一級放大電路輸入

輸出第二級放大電路第

n級放大電路……第

n-1

級放大電路功放級耦合：即信號的傳送。耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合。2.8.1多級放大電路的耦合方式一、阻容耦合優(yōu)點：1）各級靜態(tài)工作點相互獨立，設計調(diào)試方便。2）傳送中交流信號損失小，放大倍數(shù)大。缺點：1）不能放大緩慢變化及直流信號，低頻特性差。2）不便于集成化。2.8.1多級放大電路的耦合方式二