电气工程模电辅导：2基本放大器.ppt

2.1 2.1 放大电路的基本概念及性能指标放大电路的基本概念及性能指标一一. .放大的基本概念放大的基本概念 放大放大————把微弱的电信号的幅度放大把微弱的电信号的幅度放大一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时间变化的规律不能变到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即，即不失真不失真第二章第二章 基本放大器基本放大器二二. .放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标1.1.放大倍数放大倍数————表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力（（1）电压放大倍数）电压放大倍数定义为定义为: AU=uo/ui（（2）电流放大倍数）电流放大倍数定义为定义为: AI=io/ii （（3）互阻增益）互阻增益定义为定义为: Ar=uo/ii（（4）互导增益）互导增益定义为定义为: Ag=io/ui根根据据放放大大电电路路输输入入信信号号的的条条件件和和对对输输出出信信号号的的要要求求，，放放大大器器可可分分为为四四种种类类型，所以有四种型，所以有四种放大倍数的定义。

放大倍数的定义2. 输入电阻输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui / ii一般来说，一般来说， Ri越大越好越大越好1））Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小就越小，从信号源索取的电流越小2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时， Ri越大，越大， ui就越接近就越接近uS3. 输出电阻输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻从放大电路输出端看进去的等效电阻 输出电阻是表明放大电路带负载能力的输出电阻是表明放大电路带负载能力的，，Ro越越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差小，放大电路带负载的能力越强，反之则差 输出电阻输出电阻的定义：的定义：4. 通频带通频带fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带： fbw=fH–fL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线——幅频特性曲幅频特性曲线线 3dB带宽带宽放大元件放大元件iC= iB，，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏发射结正偏2.2 2.2 单管共射放大电路单管共射放大电路 的工作原理的工作原理各元件作用：各元件作用：使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静IB和和UBE。

基极电源与基基极电源与基极电阻极电阻集电极电源，为集电极电源，为电路提供能量电路提供能量并保证集电结反并保证集电结反偏集电极电阻集电极电阻RC，，将变化的电流转将变化的电流转变为变化的电压变为变化的电压耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F~50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离输入输出与电路直流输入输出与电路直流的联系，同时能使信的联系，同时能使信号顺利输入输出号顺利输入输出各元件作用：各元件作用：基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法1.静态工作点静态工作点——Ui=0时电路的工作状态时电路的工作状态 三三. . 静态工作点静态工作点ui=0时时由于电源的由于电源的存在，电路存在，电路中存在一组中存在一组直流量ICIEIB+UBE-+UCE-由于由于(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分别对应于输入、输出分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点静态工作点IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？为什么要设置静态工作点？ 放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作性区，以保证信号不失真。

工作性区，以保证信号不失真开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 2. 2. 静态工作点的估算静态工作点的估算 将交流电压源短路，将电容开路将交流电压源短路，将电容开路直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路画直流通路：画直流通路：Rb称为称为偏置电阻偏置电阻，，IB称为称为偏置电流偏置电流用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点（（ IB、、UBE、、IC、、UCE））IC=  IB例：用估算法计算静态工作点例：用估算法计算静态工作点已知：已知：VCC=12V，，RC=4K ，，Rb=300K  ，， =37.5解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级2.3 2.3 放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法一一. 用图解法分析放大器的静态工作点用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流负载线直流负载线由由估算法求出估算法求出I IB B，，I IB B对应的输出对应的输出特性与直流负特性与直流负载线的交点就载线的交点就是工作点是工作点Q IB静态静态UCE静态静态ICiBuBEQuiibic1. 交流放大原理（设输出空载）交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号入一微小的正弦信号 uiib静态工作点静态工作点二二. 用图解法分析放大器的动态工作情况用图解法分析放大器的动态工作情况iCuCEuce注意：注意：uce与与ui反相！反相！uiiBiCuCEuo各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反工作原理演示工作原理演示结论：结论：（（1）放大电路中的信）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：号是交直流共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变（（2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相被放大了，频率不变，但相位相反。

反uituBEtiBtiCtuCEtuot对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)2.放大器的交流通路放大器的交流通路交流通路交流通路——分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法： 将直流电压源短路，将电容短路将直流电压源短路，将电容短路短路短路短路短路置零置零交流通路交流通路3.交流负载线交流负载线输出端接入负载输出端接入负载RL：：不影响不影响Q 影响动态！影响动态！交流负载线交流负载线ic其中：其中：uce=-ic（（RC//RL）） = -ic RL交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：即：交流负载线的斜率为：即：交流负载线的斜率为：uce=-ic（（RC//RL））= -ic RL或或ic=（（-1/ RL）） uce交流负载线的作法：交流负载线的作法：①①斜斜 率为率为- -1/R'L R'L= RL∥∥Rc ））②②经过经过Q点 交流负载线的作法：交流负载线的作法：iCuCEVCCQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线①①斜斜 率为率为- -1/R'L 。

R'L= RL∥∥Rc ））②②经过经过Q点 注意：注意：（（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹输入信号时工作点的运动轨迹 （（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合空载时，交流负载线与直流负载线重合iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号（（1）合适的静态工作点）合适的静态工作点ib4．非线性失真与．非线性失真与Q Q的关系的关系iCuCEuo（（2））Q点过低点过低→信号进入截止区信号进入截止区称为截止失真称为截止失真信号波形信号波形iCuCEuo（（3））Q点过高点过高→信号进入饱和区信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真信号波形信号波形动画演示动画演示截止失真和饱和失真截止失真和饱和失真统称统称“非线性失真非线性失真”EWB演示演示——放大器的饱和与截止失真放大器的饱和与截止失真2.4 放大电路的交流模型分析法放大电路的交流模型分析法条件：交流小信号条件：交流小信号思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路1、三极管的、三极管的h参数等效电路参数等效电路一一 . 三极管的共射低频三极管的共射低频h参数模型参数模型根据网络参数理论：根据网络参数理论：求变化量：求变化量：在小信号情况下：在小信号情况下：各各h参数的物理意义：参数的物理意义：iBuBE uBE iB——输出端交流短路时的输出端交流短路时的 输入电阻，用输入电阻，用rbe表示。

表示——输入端开路时的电压反馈系数，输入端开路时的电压反馈系数， 用用μr表示iBuBE uBE uCE iC iBiCuCE——输出端交流短路时的电流放大输出端交流短路时的电流放大 系数系数，，　　用　　用β表示——输入端开路时的输出电导输入端开路时的输出电导，，用用1/rce表示iCuCE iC uCE该式可写为：该式可写为：由此画出三极管的由此画出三极管的h参数等效电路参数等效电路：：2、、简化的简化的h h参数参数等效电路等效电路（（1））μr＜＜10-3，，忽略2））rce＞＞105，，忽略得三极管简化的得三极管简化的h h参数等效电路参数等效电路3、、rbe的计算：的计算：由由PN结的电流公式：结的电流公式：（常温下）（常温下）其中：其中：rbb’=200Ω所以：所以：二二. 放大器的交流分析放大器的交流分析1. 画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路动画演示动画演示（（1）画出放大器的交流通路）画出放大器的交流通路（（2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用h参参数等效电路代替数等效电路代替2 2、电压放大倍数的计算：、电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。

负载电阻越小，放大倍数越小电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻较大的的输入电阻3 3、输入电阻的计算：、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：定义：定义：当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：由图知：由图知：所以：所以：所以：所以：4、输出电阻的计算：、输出电阻的计算：根据定义：根据定义：0+-例例2.4.1 2.4.1 共射放大电路如图所示设：共射放大电路如图所示设：VCC＝＝12V12V，，Rb=300k=300kΩΩ, ,Rc=3k=3kΩΩ, , RL=3k=3kΩ,Ω,BJTBJT的的  =50=501 1、、试求电路的静态工试求电路的静态工作点作点Q Q解：解：2 2、、估算电路的电压放大倍数、输入电阻估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro解：画微变等效电路解：画微变等效电路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ 3. 若输出电压的波形出现如若输出电压的波形出现如 下失真下失真 ，是截止还是饱和，是截止还是饱和 失真失真？应调节哪个元件？如何调节？？应调节哪个元件？如何调节？解：解：为截止失真。

为截止失真 应减小应减小Rb对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、、 和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化数随温度而变化Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变三三. 静态工作点的稳定静态工作点的稳定1. 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响1、温度对、温度对UBE的影响的影响iBuBE25 ºC50ºCTUBEIBIC2、温度对、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、、 ICEOICiCuCE´温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移总之：总之：TIC动画演示动画演示I1I2IB2. 静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器选选I2=（（5~10））IB ∴∴I1  I2ICIE（（1）） 结结构及工作构及工作原理原理静态工作点静态工作点稳定过程：稳定过程：TUBEICICIEUE UBE=UB-UE =UB - IE ReUB稳定稳定IB由输入特性曲线由输入特性曲线演示演示I1I2IBICIE（（2）直流通道及静态工作点估算）直流通道及静态工作点估算:IB=IC/ UCE = VCC - ICRC - IEReIC  IE =UE/Re = （（UB- UBE））/ Re 电容开路电容开路,画出直流通道画出直流通道 将电容短路将电容短路,直流电源短路，画出电路的直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路交流小信号等效电路（（3）动态分析：）动态分析：电压放大倍数：电压放大倍数：RL= RC // RL输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：思考：思考：若在若在Re两端并电容两端并电容Ce会对会对Au、、Ri、、Ro有什么影响？有什么影响？RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–对信号源电压的对信号源电压的对信号源电压的对信号源电压的放大倍数？放大倍数？放大倍数？放大倍数？信号源信号源信号源信号源考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS 时时例例例例1:1: 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6kΩ, RE1= 300Ω，， RE2= 2.7kΩ，， RB1= 60kΩ，， RB2= 20kΩ RL= 6kΩ ，，晶体管晶体管ββ=50，， UBE=0.6V, 试求试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点 IB、、IC 及及 UCE；；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) (3) 输入电阻输入电阻ri、、ro及及 Au。

RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2解解解解: : : :(1)(1)由直流通路求静态工作点由直流通路求静态工作点由直流通路求静态工作点由直流通路求静态工作点直流通路直流通路直流通路直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(2) (2) 由微变等效电路求由微变等效电路求由微变等效电路求由微变等效电路求A Au u、、、、 ri i 、、、、 ro oR RS S微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路r rbebeR RB BR RC CR RL LE EB BC C+ + + +- - - -+ + + +- - - -+ + + +- - - -R RE1E12.5 共集和共基放大电路、电流源共集和共基放大电路、电流源一一. 共集电极放大电共集电极放大电路路1. 结构：结构：2. 直流通道及静态工作点分析：直流通道及静态工作点分析：IBIEUBEUCE3. 动态分析动态分析（（1）交流通道及微变等）交流通道及微变等效电路效电路（（2）电压放大倍数：）电压放大倍数：（（2）输入电阻）输入电阻3、输出电阻、输出电阻射极输出器的特点：电压放大倍数射极输出器的特点：电压放大倍数=1，， 输入阻抗高，输出阻抗小。

输入阻抗高，输出阻抗小演示：演示：射极输出器的应用射极输出器的应用1、放在多级放大器的输入端，提高整个放、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻大器的输入电阻2、放在多级放大器的输出端，减小整个放、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻大器的输出电阻2、放在两级之间，起缓冲作用放在两级之间，起缓冲作用二二. 共基极电路共基极电路1. 静态工作点静态工作点直流通路：直流通路：2. 动态分析动态分析画出电路的交流小信号画出电路的交流小信号等效电路等效电路（（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数（（2 2）输入电阻）输入电阻（（3）输出电阻）输出电阻3. 三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：共集共集共基共基共射共射2.6 2.6 多级放大电路多级放大电路一一. 多级放大器的耦合方式多级放大器的耦合方式1.阻容耦合阻容耦合优点：优点：• 各级放大器静态工作点独立各级放大器静态工作点独立• 输出温度漂移比较小输出温度漂移比较小缺点：缺点：• 不适合放大缓慢变化的信号不适合放大缓慢变化的信号• 不便于作成集成电路。

不便于作成集成电路2.直接耦合直接耦合优点：优点：• 各级放大器静态工作点相互影响各级放大器静态工作点相互影响• 输出温度漂移严重输出温度漂移严重缺点：缺点：• 可放大缓慢变化的信号可放大缓慢变化的信号• 电路中无电容，便于集成化电路中无电容，便于集成化二二. 多级放大器的分析多级放大器的分析• 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗• 后级的输入阻抗是前级的负载后级的输入阻抗是前级的负载1. 两级之间的相互影响两级之间的相互影响2. 电压放大倍数（以两级为例）电压放大倍数（以两级为例）注意：在算前级放大注意：在算前级放大倍数时，要把后级的倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的输入阻抗作为前级的负载！负载！扩展到扩展到n级：级：3. 输入电阻输入电阻4. 输出电阻输出电阻Ri=Ri（（最前级）最前级） (一般情况下）一般情况下）Ro=Ro（（最后级）最后级） (一般情况下）一般情况下）设：设： 1= 2= =100，，UBE1=UBE2=0.7=0.7 V举例举例1：两级放大电路如下图示，求：两级放大电路如下图示，求Q、、Au、、Ri、、Ro解：解：（（1 1）求静态工作点）求静态工作点（（2 2）求电压放大倍数）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻先计算三极管的输入电阻画微变等效电路：画微变等效电路：电压增益：电压增益：（（3 3）求输入电阻）求输入电阻Ri =Ri1 =rbe1 // Rb1 // Rb2 =2.55 k （（4 4）求输出电阻）求输出电阻RO =RC2 =4.3 k 三. 阻容耦合共射放大电路的频率响应（了解） 对于如图所示的共射放大电路，分对于如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究。

低、中、高三个频段加以研究1 .中频段中频段 所有的电容均可忽略所有的电容均可忽略可用可用前面讲的前面讲的h参数等效电路分析参数等效电路分析中频电压放大倍数：中频电压放大倍数：2. 低频段低频段 在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、、C2不能忽略不能忽略 为方便分析，现在只考虑为方便分析，现在只考虑C1，，将将C2归入第二级画出低归入第二级画出低频等效电路如图所示频等效电路如图所示可推出低频电压放大倍数：可推出低频电压放大倍数：该电路有该电路有 一个一个RC高通环节高通环节有下限截止频率：有下限截止频率：共射放大电路低频段的波特图共射放大电路低频段的波特图幅频响应幅频响应 ：： 相频响应相频响应 ：： f0.01fL-180°0.1fL fL10fL-90°-135°f0.01fL0.1fL fL10fL20dB/十倍频十倍频 在高频段，耦合电容在高频段，耦合电容C1、、C2可以可视为短路可以可视为短路，，三极管三极管的极间电容不能忽略的极间电容不能忽略这时要用混合这时要用混合π等效电路等效电路，画出高频等效电路如图所示。

画出高频等效电路如图所示3. 高频段高频段用用“密勒定理密勒定理”将集电结电容单向化将集电结电容单向化用用“密勒定理密勒定理”将集电结电容单向化：将集电结电容单向化：其中：其中：用戴维南定理将用戴维南定理将C左端的电路进行变换：左端的电路进行变换： 忽略忽略CN，，并将两个电容合并成一个电容并将两个电容合并成一个电容: 得简化的高频等效电路得简化的高频等效电路其中：其中：可推出高频电压放大倍数：可推出高频电压放大倍数：其中：其中：其中：其中： 该电路有该电路有 一个一个RC低通环节低通环节有上限截止频率：有上限截止频率：共射放大电路高频段的波特图共射放大电路高频段的波特图幅频响应幅频响应 ：： 相频响应相频响应 ：： f0.1fH-180°fH10fH100fH-225°-270°f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程十倍频程4. 完整的共射放大电路的频率响应完整的共射放大电路的频率响应f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135°-90°20dB/十倍频程十倍频程（（1）通频带：）通频带：（（2 2）带宽）带宽- -增益积：增益积：│fbw×Aum│BJT BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数5. 频率失真频率失真——由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真。

而产生的失真频率失真动画演示频率失真动画演示两个频率响应指标：两个频率响应指标：f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135°-90°20dB/十倍频程十倍频程。