基本放大电路组成课件.ppt
第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标放大的概念和放大电路的主要性能指标2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.5 2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6 2.6 晶体管基本放大电路的派生电路晶体管基本放大电路的派生电路(2-1)2.1放大电路的基本概念2.1.1放大的概念2.1.2放大电路的主要技术指标(2-2)2.1.1放大的概念 放放大大电电路路用用于于放放大大微微弱弱信信号号，输输出出电电压压或或电电流流在在幅幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。u ui iu uo oA Au u放大的本质：能量的控制和转换放大的本质：能量的控制和转换(2-3)放大电路的结构示意框图放大电路的结构示意框图放大的前提：放大的前提：不失真不失真要求：晶体管工作在放大区要求：晶体管工作在放大区返回返回(2-4)2.1.2 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带返回返回(2-5)(1)(1)放大倍数放大倍数对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。放大倍数的定义(2-6)电压放大倍数电压放大倍数定义为定义为：电流放大倍数电流放大倍数定义为定义为：电压对电流的放大倍数电压对电流的放大倍数定义为定义为：电流对电压的放大倍数电流对电压的放大倍数定义为定义为：重点重点返回返回(2-7)(2)(2)输入电阻输入电阻 RiRi 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri的定义返回返回 Ri越大，越小，Ui Us(2-8)(3)输出电阻Ro输输出出电电阻阻是是表表明明放放大大电电路路带带负负载载的的能能力力，Ro大大表表明明放放大大电电路路带带负负载载的的能能力力差差，反反之之则则强强。Ro是是从从放放大大电电路路输输入入端端看看进进去去的的等等效输出电阻：效输出电阻：(2-9)注注意意：放放大大倍倍数数、输输入入电电阻阻、输输出出电电阻阻通通常常都都是是在在正正弦弦信信号号下下的的交交流流参参数数，只只有有在在放放大大电电路路处处于于放放大大状状态态且且输输出出不不失真的条件下才有意义。失真的条件下才有意义。返回返回(2-10)(4)(4)通频带通频带相应的频率相应的频率fL称为下限频率，称为下限频率，fH称为上限频率称为上限频率。通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力通频带通频带fbw=fH fL越宽表明放大电路对不同信号的适应能力越强越宽表明放大电路对不同信号的适应能力越强返回返回(2-11)2.2.1 2.2.1 共射放大电路的共射放大电路的组成及各元件的作用组成及各元件的作用 2.2.2 2.2.2 设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性 一、静态和动态一、静态和动态 二、为什么要设置静态工作点二、为什么要设置静态工作点 三、直流通道和交流通道三、直流通道和交流通道 2.2.3 2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析2.2.4 2.2.4 放大电路的组成原则放大电路的组成原则2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理(2-12)三种三极管放三种三极管放大电路大电路共射极放大电路共射极放大电路共基极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路以共射极以共射极放大电路放大电路为例讲解为例讲解工作原理工作原理(2-13)2.2.1共射放大电路的共射放大电路的组成及各元件的作用组成及各元件的作用基本组成如下：基本组成如下：三三 极极 管管T 负载电阻负载电阻Rc、RL 偏置电路偏置电路VCC、Rb 耦合电容耦合电容C1、C2将变化的集电极电将变化的集电极电 流转换为电压输出。流转换为电压输出。提供电源，并使三提供电源，并使三 极管工作在线性区。极管工作在线性区。输入耦合电容输入耦合电容C1保证信号加到保证信号加到 发射结，不影响发射结偏置。发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容输出耦合电容C2保证信号输送保证信号输送 到负载，不影响集电结偏置到负载，不影响集电结偏置。大小为大小为10 F50 F起放大作用起放大作用。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，发射结正偏。保证集电结反偏，发射结正偏。参考点参考点(2-14)2.2.2 设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性 静态静态 Vi=0 Vi=0 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。也称直流工作状态。动态动态Vi 0 Vi 0 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。放放大大电电路路建建立立正正确确的的静静态态，是是保保证证动动态态工工作作的的前前提提。分分析析放放大大电电路路必必须须要要正正确确地地区区分分静静态态和和动动态态，正正确确地地区区分分直直流流通通道道和和交交流通道流通道。(1)(1)静态和动态静态和动态(2-15)由于电源的由于电源的存在存在IBQ 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ（2 2）静态工作点）静态工作点 ui=0时时(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)(2-16)(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)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称为静态工作点。特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ已知已知(2-17)静态工作点的表达式静态工作点的表达式：IBQICQIEQ=IBQ+ICQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)(2-18)没有设置合适的静态工作点没有设置合适的静态工作点静态工作点影响电路几乎所有的动态系数对放大电路的要求：对放大电路的要求：1、不能失真、不能失真2、能够放大、能够放大(2-19)(3)(3)直流通道和交流通道直流通道和交流通道 (a)直流通道(b)交流通道直流通道交流通道即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻，Rc、Rb。能通过交流的电路通道。如从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc/RL和偏置电阻Rb。(2-20)例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+VCC）开路开路开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通道直流通道RB+VCCRC(2-21)对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路(2-22)(2-23)2.2.32.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析(2-24)2.2.4 放大电路的组成原则放大电路的组成原则(2-25)静态工作点的表达式：静态工作点的表达式：1 1、直接耦合共射放大电路直接耦合共射放大电路(2-26)2 2、阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路静态工作点的表达式：静态工作点的表达式：(2-27)2.3 2.3 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法2.3.1 放大电路的静态分析2.3.2 放大电路的动态图解分析2.3.3 放大电路微变等效电路分析法 2.3.4 共射组态基本放大器工作点稳定问题2.3.5 共集、共基组态基本放大电路动态分析动态分析放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法(2-28)放大电路的分析方法放大电路的分析方法动态分析动态分析放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法(2-29)2.3.1 2.3.1 放大电路的静态分析放大电路的静态分析静态分析有静态分析有计算法计算法和和图解分析法图解分析法两种。两种。（1 1）静态工作状态的）静态工作状态的计算分析法计算分析法（2 2）静态工作状态的）静态工作状态的图解分析法图解分析法(2-30)静态工作状态的计算分析法静态工作状态的计算分析法根据直流通道可对放大电路的静态进行计算根据直流通道可对放大电路的静态进行计算(2-31)例：例：用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点。已知：已知：V VCCCC=12V=12V，R RC C=4k=4k，R RB B=300k=300k，=37.5=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。(2-32)静态工作状态的图解分析法静态工作状态的图解分析法利用三极管的输入和输出特性曲线画图求解(2-33)放大电路静态工作状态的图解分析(2-34)3.由直流负载列出方程由直流负载列出方程 VCE=VCCICRc4.在输出特性曲线上确定在输出特性曲线上确定两个特殊点两个特殊点,即可即可 画出直流负载线。画出直流负载线。直流负载线的确定方法直流负载线的确定方法：VCC 、VCC/Rc1.在输入回路列方程式在输入回路列方程式VBE=VCCIBRb2.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是线的交点即是Q。5.得到得到Q点的参数点的参数IBQ、ICQ和和VCEQ。返回返回直流负载线直流负载线(2-35)例题：例题：电路如图所示，设电路如图所示，设BJT的的=80，Vbe=0.6V,试分试分析当开关析当开关S分别接通分别接通A，B，C三位置时，三位置时，BJT各工作在其各工作在其输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电流输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电流Ic(2-36)解：解：1）当开关）当开关S接通接通A位置时，位置时，BJT工作在其输出特性曲线的饱工作在其输出特性曲线的饱和区，相应的和区，相应的Ic=12V/4K=3 mA。2）当开关）当开关S接通接通B位置时，位置时，BJT工工作在其输出特性曲线的放大区，作在其输出特性曲线的放大区，相应的相应的Ic=（12V/500K ）=80*24 uA=1.92 mA。3）当开关）当开关S接通接通C位置时，位置时，BJT工工作在其输出特性曲线的截止区，作在其输出特性曲线的截止区，相应的相应的Ic=0 mA(2-37)2.3.2 放大电路的动态图解分析（1）交流工作状态的图解分析）交流工作状态的图解分析 （2）交流负载线）交流负载线 （3）最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度 （自学）（自学）(2-38)(1)(1)交流工作状态的图解分析交流工作状态的图解分析RL(2-39)通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论：1.1.vi vBE 2.2.vo与与vi相位相反；相位相反；3.3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数；(2-40)（2）交流负载线（动态信号遵循的负载线）交流负载线（动态信号遵循的负载线）交流负载线确定方法：交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜点做一条直线，其斜 率为率为-1/RL 。2.RL=RLRc，是交流负载电阻。是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流交流负载线是有交流 输入信号时输入信号时Q点的运点的运 动轨迹。动轨迹。4.交流负载线与直流交流负载线与直流 负载线相交负载线相交Q点。点。图图 03.11 放大电路的动态放大电路的动态 工作状态的图解分析工作状态的图解分析返回返回(2-41)2.3.3 放大电路微变等效电路分析法一、晶体管的直流模型及静态工作的估算法一、晶体管的直流模型及静态工作的估算法二、晶体管共射二、晶体管共射H H参数等效模型参数等效模型 三、共射放大电路动态参数的分析三、共射放大电路动态参数的分析(2-42)UBEQ=0.7V ICQ =IBQ(2-43)1.1.在低频下，可将三极管看成一个线性双口网络。在低频下，可将三极管看成一个线性双口网络。2.2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.3.在小信号变化量作用下的等效电路，只能用于放在小信号变化量作用下的等效电路，只能用于放大动态小信号的分析。大动态小信号的分析。二、晶体管共射二、晶体管共射H H参数等效模型参数等效模型（1 1）H H参数等效模型的由来参数等效模型的由来(2-44)令令 0令令 000(2-45)(2)(2)h h参数微变等效电路简化模型参数微变等效电路简化模型三极管简化h参数模型(2-46)（3)3)模型中的主要参数模型中的主要参数 r rbebe三极管的交流输入电阻三极管的交流输入电阻rbeQ=rbb+rbe300+(1+)26/IEQ i iB B输出电流源输出电流源rbere归算到基极回路的电阻。rbb 相当于相当于基区的体电阻基区的体电阻,对于小功率三极管对于小功率三极管rbb 300，。，。三极管简化h参数模型(2-47)(2-48)动态参数的分析：动态参数的分析：1 1、A AU U2 2、RiRi3 3、RoRo特点：特点：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，从信号源取得的电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较大的的流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。输入电阻。所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。(2-49)(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)rbeQ=rbb+rbe300+(1+)26/IEQ(2-50)为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。TUBE ICEOQ(2-51)iBuBE25C50C温度对温度对UBE的影响的影响TUBEIBIC(2-52)温度对温度对 值及值及ICEO的影响的影响T、ICEOIC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。点上移。(2-53)小结小结TICQ点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真以及放大倍数和区或截止区，从而导致失真以及放大倍数的变换。为此，需要改进偏置电路，当温度的变换。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、升高、IC增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑，从而抑制制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本稳定。点基本稳定。(2-54)图晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定(2-55)(1)(1)电路的组成和电路的组成和Q Q点的稳定原理点的稳定原理 (2)(2)直流计算直流计算(3)(3)交流计算交流计算2.4.2典型的静态工作点稳定电路典型的静态工作点稳定电路(2-56)(1)(1)电路的组成和电路的组成和Q Q点稳定原理点稳定原理(2-57)Rb1和和Rb2系偏置电阻。系偏置电阻。C1是耦合电容，是耦合电容，将输入信号将输入信号vi耦合到三极管的基极。耦合到三极管的基极。Rc是集电极负载电阻。是集电极负载电阻。Re是发射极电是发射极电阻，阻，Ce是是Re的旁路电容。的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻负载电阻RL上。上。Rb1、Rb2、Rc和和Re处于直流通道中。处于直流通道中。Rc、RL相并联，相并联，处于输出回路的交流通道之中。处于输出回路的交流通道之中。直流通路直流通路交流通路交流通路(2-58)B点点 稳定稳定Q点的原理：设点的原理：设I1Ib，对，对Si管管10倍倍，对，对Ge管管20倍倍 则有：则有：V b=VCC Rb2/(Rb1+Rb2)当某种原因影响当某种原因影响IC IE UE UBE Ib IC 返回返回(2-59)(2)(2)直流计算直流计算I2I1IBQRB2+VccRCTRB1RE直流通路直流通路(2-60)例：例：已知已知=50，VCC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求该电路的静态工作点。求该电路的静态工作点。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo返回返回(2-61)(3)(3)交流计算交流计算输出电阻输出电阻Ro=Rc输入电阻输入电阻 =rbe/Rb1/Rb2电压放大倍数电压放大倍数Au=RL/rbe(2-62)CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中，CE将将RE短路，短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。对交流不起作用，放大倍数不受影响。如果去掉如果去掉CE，放，放大倍数怎样？大倍数怎样？I1I2IBRB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo(2-63)去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRERBRB1RCRLuiuoRB2RE可见，去掉可见，去掉CE后，放大倍数减后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。阻增大了。(2-64)问题：问题：Au 和和 Aus 的关系如何？的关系如何？定义：定义：放放大大电电路路RLRS(2-65)例题：例题：电路如图示，电路如图示，Vcc12v，si管，管，Vcc12v，50.计算计算（1）Q点（点（2）Au（3）Ri（4）Ro(2-66)（2 2）求电压放大倍数：）求电压放大倍数：(2-67)返回返回(2-68)IRbIRIBQ当当T IR IB IC IC 当当T UD UB UBE IC IC (2-69)n一.电路的组成:晶体管应工作在放大区,即发射结正偏,集电结反偏,(2-70)VBB=IBQRb+UBEQ+IEQRe=IBQRb+UBEQ+(1+)IBQRe使得到基极静态电流IBQ、发射极静态电流IEQ和管压降UCE(2-71)(2-72)1.所以所以但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2.输入输出同相，输出输入输出同相，输出电压跟随输入电压，电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：(2-73)输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大。的放大倍数影响较小且取得的信号大。(2-74)(2)输出电阻所以输出电阻的表达式为等效回路电阻Rb等效到射极回路时，应减少到原来的(2-75)射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。所谓所谓带负载能力强带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。数基本不变。一般：一般：所以：所以：(2-76)RB+VCCC1C2RERLuiuo例：例：已知射极输出器的参数如下：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，VCC=12V1.求求Au、ri和和ro。2.设：设：RS=1 k，求：求：Aus、ri和和ro。3.RL=1k 时，时，求求Au。(2-77)RB+VCCC1C2RERLuiuoRB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，VCC=12V(2-78)RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，VCC=12V1.求求Au、ri和和ro。rbeRERLRB微变等效电路微变等效电路rbe=2.8 k，RS=0(2-79)rbeRERLRB微变等效电路微变等效电路2.设：设：RS=1 k，求：求：Aus、ri和和roRB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12Vrbe=2.8 k，RS=0(2-80)RL=1k 时时3.RL=1k 和和 时，时，求求Au。比较：比较：空载时空载时,Au=0.995RL=5.6k 时时,Au=0.990RL=1k 时时,Au=0.967 RL=时时可见：可见：射极输出器射极输出器带负载能力强。带负载能力强。(2-81)射极输出器的使用射极输出器的使用1.1.将射极输出器放在电路的首级，可以将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。提高输入电阻。2.2.将射极输出器放在电路的末级，可以将射极输出器放在电路的末级，可以降降 低输出电阻，提高带负载能低输出电阻，提高带负载能。3.3.将射极输出器放在电路的两级之间，将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。可以起到电路的匹配作用。(2-82)四、共集组态基本放大电路另一种形式共集电极组态基本放大电路如图所示。(a)共集组态放大电路(b)直流通道 (1)(1)直流分析直流分析 IB=(VCCVBE)/Rb1+(1+)ReIC=IBVCE=VCCIERe=VCCICRe(2-83)(2)(2)交流分析交流分析电压放大倍数电压放大倍数 输入电阻输入电阻 Ri=Rb1/Rb2/rbe+(1+)RL)(03.20)RL=RL/Re(2-84)输出电阻输出电阻图03.24求Ro的微变等效电路 将输入信号短路，负载开路，由所加的等效输出信号 可以求出输出电流(2-85)(2-86)(2-87)(2-88)共基放大电路的另一种形式 共基组态放大电路如图03.25所示，其直流通道如图03.26所示。(1)直流分析与共射组态相同。图03.25共基组态放大电路图03.26共基放大电路的直流通道(2-89)(2)交流分析 共基极组态基本放大电路的微变等效电路如图03.27所示。图03.27CB组态微变等效电路电压放大倍数 =RL/rbe输入电阻 输出电阻 RoRC(2-90)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：(2-91)
