《模擬電子技術》ch2 電壓放大器

模塊2電壓放大器2.1放大器的基本組成及主要性能指標2.2放大電路的組成及工作原理2.3

放大電路的分析方法2.4

放大器的三種基本組態(tài)2.5

場效應管放大電路2.1放大器的基本組成及主要性能指標2.1.1三極管放大電路的組成原則

1.放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)射結正偏。2.輸入回路將變化的電壓轉化成變化的基極電流。3.輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的集電極電壓，經電容濾波只輸出交流信號。2.1.2電壓電流表示方法IB/UB大寫字母、大寫下標，表示直流量。iB/uB小寫字母、大寫下標，表示全量。iB/uB小寫字母、小寫下標，表示交流分量。uBub全量交流分量tUB直流分量2.1.3放大電路的性能指標一、電壓放大倍數AuUi

和Uo

分別是輸入和輸出電壓的有效值。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，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數。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。AuIi~USUi三、輸出電阻roAu~US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阻就是輸出電阻。~roUS'如何確定電路的輸出電阻ro

？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方法一：計算。方法二：測量。Uo1.測量開路電壓。~roUs'2.測量接入負載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計算。四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數隨頻率變化曲線2.2放大電路的組成及工作原理2.2.1

單管共射放大電路的組成放大的實質：用較小的信號去控制較大的信號。Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)射結正偏。uiuo輸入輸出參考點RL2.2.2基本共射放大電路的工作原理使發(fā)射結正偏，并提供適當的靜態(tài)工作點IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基極電源與基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷?。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯系，同時能使信號順利輸入輸出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo單電源供電可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共發(fā)射極放大電路的實用電路2.3

放大電路的分析方法靜態(tài)是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。直流通路：耦合電容可視為開路。2.3.1等效電路法1.放大電路的靜態(tài)分析（1）估算IB（UBE

0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=IB例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數量級UBE

0.7VRb+VCCRC(IB,UBE)和(IC,UCE)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。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設置靜態(tài)工作點？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。動態(tài)是指放大電路在接入交流信號后，電路中的各處電流、電壓的變化情況，動態(tài)分析是為了了解放大信號的傳輸過程和波形變化。結論在動態(tài)工作時,放大電路中的各處電流、電壓都是在靜態(tài)(直流)工作點的基礎上疊加一個正弦交流分量。電路中同時存在直流分量和交流分量，這是放大電路的特點。2.放大電路的動態(tài)分析

-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符號說明ωtUCEωtωtωtωtωtURCURCiB(e)管壓降的波形(d)RC上壓降的波形(c)集電極電流波形uCEuceuRCurcICiciCibIB000000000000ωtωtωtωtωtωtωt(b)基極電流波形ui0(a)輸入信號電壓波形0uoωt(f)輸出信號電壓波形交流通路：（ui單獨作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當于短路），直流電源UCC去掉（短接）。用微變等效法分析放大電路基本思路把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）三極管的微變等效電路輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內可以認為是線性的。當uBE有一微小變化ΔUBE時，基極電流變化ΔIB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：微變等效電路法輸出特性曲線在放大區(qū)域內可認為呈水平線，集電極電流的微小變化ΔIC僅與基極電流的微小變化ΔIB有關，而與電壓uCE無關，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：（2）放大電路的微變等效電路++－+uoCeReRb1VC2C1RLRcRb2+ui－RsΒibRb1uo+－ieicibRcRb2RL+us－riui－+RcRbrs－+bcicrbeibuoRLro放大電路的微變等效電路①電壓放大倍數式中RL'=RC//RL。當RL=∞（開路）時動態(tài)性能指標②輸入電阻Ri輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負擔，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認為是較低的，并不理想。③輸出電阻對于負載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認為是較大的，也不理想。（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40μA）。（2）根據IBQ在輸出特性曲線中找到對應的曲線。（3）作直流負載線。根據集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關系式UCE=UCC－ICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為－1/RC

，只與集電極負載電阻RC有關，稱為直流負載線。（4）求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40μA的輸出特性曲線，又要滿足直流負載線，因而晶體管必然工作在它們的交點Q，該點就是靜態(tài)工作點。由靜態(tài)工作點Q便可在坐標上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。1.靜態(tài)圖解法2.3.2圖解法

IB=40μA的輸出特性曲線由UCE=UCC－ICRC所決定的直流負載線兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點過Q點作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點作垂線，在橫軸上的截距即為ICQ圖解步驟：（1）根據靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。（2）根據ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負載線。（4）由輸出特性曲線和交流負載線求iC和uCE。2.動態(tài)圖解法從圖解分析過程，可得出如下幾個重要結論：（1）放大器中的各個量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。（3）放大器的電壓放大倍數可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負載電阻RL越小，交流負載電阻RL'也越小，交流負載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數下降。（4）靜態(tài)工作點Q設置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點偏高，當ib按正弦規(guī)律變化時，Q'進入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負半周出現平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點偏低，則Q"進入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統稱為非線性失真。非線性失真

2.4放大器的三種基本組態(tài)三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理溫度對靜態(tài)工作點的影響溫度升高UBE減小ICBO增大β增大IC增大2.4.1共射放大器（靜態(tài)工作點的穩(wěn)定電路）Q變T變IC變UBICEO變溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBE曲線左移IBIC溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移?？傊篢IC常采用分壓偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。為此，需要改進偏置電路，當溫度升高時,能夠自動減少IB，IBIC，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。條件：I2>>IB，則與溫度基本無關。調節(jié)過程：靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大電路直流通道及靜態(tài)工作點估算IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

UBE0.7V

+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE電容開路,畫出直流通道電容短路,直流電源短路，畫出交流通道交流通道及微變等效電路Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuoBEC交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微變等效電路及電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的計算Ri=

Rb1//Rb2//rbeRo=

RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC//RL電容CE的作用：例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點（2）求電壓放大倍數（3）求輸入電阻和輸出電阻Rb+VCCC1C2ReRLuiuo2.4.2共集電極放大器靜態(tài)分析直流通道及靜態(tài)工作點分析：VCC=IBRb+UBE+IERe

=IBRb+UBE+(1+

）IBReRb+VCCReIBIEUBEUCEIC=IB動態(tài)分析交流通路及微變等效電路RB+ECC1C2RERLuiuo交流通路及微變等效電路rbeReRLEBCRbReRLuiuoBCE=LbbebLbRI)1(rIRI)1(￠b++￠b+···電壓放大倍數rbeRERLRLIeuA=UoUi1、所以2、輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器，或者射極跟隨器。討論輸出電壓與輸入電壓近似相等，電壓未被放大，但是電流放大了，即輸出功率被放大了。Au輸入電阻rbeReRLIRBRi=Ui

Ibrbe+(1+)RL=Ri=UiIi=Rb//[rbe+(1+)RL]RiRi輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rbeRERsro置0保留RsrbeRe輸出電阻ro=Re//rbe1+當RS=0時（加電壓求流法）ro=Re//rbe1+當RS=0時rob++=1Rr//RsbeE射極輸出器的特點：電壓放大倍數=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。[例]在射極輸出器中

已知UCC=12V，

RB=240kΩ，

RE=3kΩ，

RL=6kΩ，

RS=150Ω，

β=50。RSuS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCC+－uO（1）靜態(tài)工作點IB=————————=—————————=0.029mAUCC－UBE12－7RB+（1+β）RE240+（1+50）×3IE=（1+β）IB=（1+50）×0.029=1.48mAUCE=UCC－REIE=12－3×1.48=7.56VRSuS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCC+－uO（2）Au、ri

和r0ri=RB//［rbe+（1+β）R'L

］=240//［1.2+

（1+50）（2//6）

］=72.17kΩrO=————=——————=26.47Ωrbe

+RS1+β1200+1501+50...UO

RSRERLeb

cIb

Ie

.IC

rberir'iUS

.Ii

.βIb

RB+－+－...Uo

.=1.20kΩrbe

=300+（1+50）×——261.48例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點2.4.3共基放大器如圖（a）所示電路，信號由發(fā)射極輸入，由集電極輸出，從其交流通路(b)所示，輸入與輸出回路的公共端為基極，所以稱為“共基極放大電路”。

圖2-21共基極放大電路

共基極放大電路的微變等效電路如圖所示圖

共基極放大電路的微變等效電路對共基極放大電路進行分析，可知共基極放大電路無電流放大作用，但電壓放大倍數較大，所以仍有功率放大作用；輸出電壓和輸入