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nullnull第三版童诗白第二章 基本放大电路2.1放大的概念和电路主要指标 2.7场效应管放大电路2.6晶体管基本放大电路的派生电路2.5单管放大电路的三种基本接法2.4放大电路静态工作点的稳定2.3放大电路的方法2.2基本共射放大电路的工作原理null第三版童诗白本章重点和考点:1.共射放大电路的静态工作点分析和动态参数计算。2.放大电路失真分析和最大输出电压计算。3.BJT三种组态的特点、FET三种组态的特点。本章教学时数：　10学时　null第三版童诗白本章讨论的问：1.什么是放大？放大电路放大信号与放大镜放大物体意义相同吗？放大的特征是什么？2.为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？　如何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大　电路的原则是什么？有几种接法？3.如何评价放大电路的性能？有哪些主要指标？null第三版童诗白本章讨论的问题：4.晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它　们的特点组成派生电路？5.如何根据放大电路的组成原则利用场效应管构成放大　电路？它有三种接法吗？6.场效应管放大电路与晶体管放大电路有哪些不同处？在不同的场合下，应如何选用放大电路？null第二章 基本放大电路 2.1 放大的概念和电路主要指标(第五讲） 2.1.1 放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络(二端口）示，如图：放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。uoAunull第二章 基本放大电路2.1.2.放大电路的性能指标放大电路示意图null第二章 基本放大电路一、放大倍数　　　表示放大器的放大能力 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。null第二章 基本放大电路二、输入电阻 Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。 输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。Ri=Ui / Ii一般来说， Ri越大越好。Why？null第二章 基本放大电路三、输出电阻 Ro　　从放大电路输出端看进去的等效电阻。输出电阻愈小，带载能力愈强。null第二章 基本放大电路四、通频带通频带：fbw=　fH　–　fL放大倍数随频率变化曲线通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。null第二章 基本放大电路五、非线性失真系数 D所有谐波总量与基波成分之比，即六、最大不失真输出幅度 在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。七、最大输出功率与效率 输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。 ：效率 PV：直流电源消耗的功率null2.2　基本共射放大电路的工作原理2.2.1　基本共射放大电路的组成及各元件作用T：NPN 型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；　　RC：当 iC 通过 Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；　　VBB 、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流(静态基流)。第二章 基本放大电路null第二章 基本放大电路放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。2.2.2 设置静态工作点的必要性一、　静态工作点 (Quiescent Point)静 态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQICQ= IBQ对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2Vnull第二章 基本放大电路二、为什么要设置静态工作点输出电压会出现失真对放大电路的基本要求：1.输出波形不能失真。 2.输出信号能够放大。Q点不仅影响放大电路是否会失真， 而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。null第二章 基本放大电路→△uCE（-△iC×Rc）→△uBE→△iB→△iC（b△iB）电压放大倍数：→ BCE一．放大原理2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析若设置了适当静态工作点null第二章 基本放大电路符号说明基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。各电压、电流的波形null第二章 基本放大电路2.2.4 放大电路的组成原则一、组成原则1.必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。　　　　保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。　　对于晶体管能产生△uBE，对于场效应管能产生△uGS，从而改变输出回路的电流，放大输入信号。　　4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号　大得多的信号电流或信号电压。null第二章 基本放大电路二、常见的两种共射放大电路1.直接耦合共射放大电路2.阻容耦合共射放大电路ICQ   IBQUCEQ = VCC – ICQ RC 放大电路如图所示。已知BJT的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求： 放大电路如图所示。已知BJT的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：第二章 基本放大电路 （1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：所以BJT工作在饱和区。UCEQ不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V）， 例题null第二章 基本放大电路复习：1.放大电路的性能指标有哪些？2.放大电路为什么要设置静态工作点？包括哪几个参数？3.如何从计算出来的Q点判断放大电路处于什么工作区？2.3.1 直流通路和交流通路第二章 基本放大电路2.3.1 直流通路和交流通路2.3放大电路的分析方法null2.3.2　图解法　　在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、静态工作点的分析1. 先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。2. 用图解法确定输出回路静态值。方法：根据 uCE = VCC - iCRc 式确定两个特殊点第二章 基本放大电路null输出回路输出特性　　由静态工作点 Q 确定的 ICQ、UCEQ 为静态值。第二章 基本放大电路nullT　　【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V，试用图解法确定静态工作点。解：首先估算 IBQ做直流负载线，确定 Q 点根据 UCEQ = VCC – ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .第二章 基本放大电路null0iB = 0 µA20 µA 40 µA60 µA80 µA134224681012MIBQ = 40 µA ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由 Q 点确定静态值为：iC /mA第二章 基本放大电路null二、 电压放大倍数的分析1. 交流通路的输出回路 输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。2. 交流负载线交流负载线斜率为：第二章 基本放大电路null3. 动态工作情况图解分析（动画3-1）第二章 基本放大电路null 输出回路工作情况分析第二章 基本放大电路null4. 电压放大倍数　　【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，RL = 3 k 。uCE = (4.5 – 7.5) V = - 3 VuBE = (0.72 – 0.68) V = 0.04 V解：取 iB = (60 – 20) A = 40A则输入、输出特性曲线上有第二章 基本放大电路null三、波形非线性失真的分析　　1. 静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真ibui结论：iB 波形失真　　—— 截止失真（动画3-2）第二章 基本放大电路nulliC 、 uCE (uo )波形失真NPN 管截止失真时的输出 uo 波形。 uo 波形顶部失真uo = uce第二章 基本放大电路nullOIB = 0QtOO tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib(不失真)ICQUCEQ2. Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真—饱和失真uo 波形底部失真第二章 基本放大电路null3.用图解法估算最大输出幅度 输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的 A、B 所限定的范围。 Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE问题：如何求最大不失真输出电压？Uomax=min[(UCEQ-UCES) , (UCC–UCEQ)]第二章 基本放大电路null4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响（1） 改变 Rb，保持　　　VCC ，Rc ， 不变；Rb 增大，Rb 减小，Q 点下移；Q 点上移；（2）改变 VCC，保持 Rb，　　Rc ， 不变； 升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q2第二章 基本放大电路null　　3. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ， 不变；　　4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；　　增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。Q2　　增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。图 2.4.9 (c)图 2.4.9 (d)第二章 基本放大电路null图解法小结　　1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性　　　失真的关系； 　　2. 方便估算最大输出幅值的数值； 　　3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响； 　　4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。第二章 基本放大电路null2.3.3　等效电路法 （第六讲）　　晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。一、微变等效条件研究的对象仅仅是变化量信号的变化范围很小第二章 基本放大电路1. H(hybrid)参数的引出第二章 基本放大电路1. H(hybrid)参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce输入、输出特性如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：二、晶体管共射参数等效模型2. H参数的物理意义第二章 基本放大电路输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数。2. H参数的物理意义hybrid （H参数）h11eh21eh12eh22e3. H参数小信号模型第二章 基本放大电路3. H参数小信号模型根据可得小信号模型vbe= h11eib+ h12evceic= h21eib+ h22evce H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。  H参数与工作点有关，在放大区基本不变。  H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。4. 简化的H参数等效模型4. 简化的H参数等效模型即 rbe= h11e  = h21e uT = h12e rce= 1/h22e一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为 uT很小，一般为10-310-4 ，  rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路  ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。  电流方向与ib的方向是关联的。 5. H参数的确定5. H参数的确定   一般用测试仪测出；  rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+  ) re对于低频小功率管 rb≈(100－300） null三、共射放大电路动态参数的分析电路动态参数的分析就是 求解电路电压放大倍数、 输入电阻、输出电阻。 解题的方法是： 作出h参数的交流等效电路（动画3-7）根据根据则电压增益为（可作为公式）1. 求电压放大倍数（电压增益）2. 求输入电阻2. 求输入电阻3. 求输出电阻null4.当信号源有内阻时：Ri为放大电路的输入电阻null解（1）求Q点，作直流通路（1）试求该电路的静态工作点； （2）画出简化的小信号等效电路； （3）求该电路的电压增益AV ， 输出电阻Ro、输入电阻Ri。 例　如图，已知BJT的β=100，UBE=-0.7V。3. 求电压增益2. 画出小信号等效电路3. 求电压增益＝200+（1+100）26/4 =865欧4. 求输入电阻4. 求输入电阻5. 求输出电阻Ro = Rc = 2Knull7.非线性失真判断----截止失真6.非线性失真判断----饱和失真null 等效电路法的步骤(归纳)　　1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点 Q 。 　　2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数  和 rbe 。 　　3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。 　　4. 列出电路方程并求解。第二章 基本放大电路null2.4　放大电路静态工作点的稳定（第七讲）2.4.1　静态工作点稳定的必要性 三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管　　子参数的影响主要表现有： 1. UBE 改变。UBE 的温度系数约为 –2 mV/C，即温度　　每升高 1C，UBE 约下降 2 mV 。 2.  改变。温度每升高 1C，  值约增加 0.5% ~ 1 %， 　　 温度系数分散性较大。 3. ICBO 改变。温度每升高 10C ，ICBQ 大致将增加一　　倍，说明 ICBQ 将随温度按指数规律上升。动画avi\3-8.avi第二章 基本放大电路null温度升高将导致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。T = 20 C T = 50 C图 2.4.1　晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线第二章 基本放大电路null2.4.2典型的静态工作点稳定电路稳定Q点常引入直流负反馈或温度补偿的方法使IBQ在温度变化时与ICQ产生相反的变化。一、电路组成和Q点稳定原理（动画3-5）null　　所以 UBQ 不随温度变化，——电流负反馈式工作点稳定电路　　T   ICQ   IEQ   UEQ   UBEQ (= UBQ – UEQ) 　　　  IBQ   ICQ 阻容耦合的静态工作点稳定电路由于 IR >> IBQ， 可得(估算)第二章 基本放大电路null二、静态工作点的估算由于 IR >> IBQ， 可得(估算)静态基极电流第二章 基本放大电路null三、动态参数的估算第二章 基本放大电路null如无旁路电容，动态参数如何计算？null2.4.3　稳定静态工作点的措施 a利用二极管的反向特性进行温度补偿D图2.4.5静态工作点稳定电路　 b利用二极管的正向特性进行温度补偿IRbIDIBvi+-null复习：1.如何用图解法求静态工作点？2.NPN管共射放大电路Q点设置太低，输出电压将会如何？如何调节？3.直流通路、交流通路如何绘制？4.BJT的h参数等效模型如何？基射极等效电阻如何计算？6.为什么要稳定静态工作点？如何稳定？5.共射放大电路静态、动态分析包括哪些参数？null2.5　晶体管单管放大电路的三种基本接法 共射组态 CE共集组态 CC共基组态 CB第二章 基本放大电路null2.5.1　基本共集放大电路图 2.5.1　基本共集放大电路一、电路的组成信号从基极输入， 从发射极输出第二章 基本放大电路null二、静态工作点由基极回路求得静态基极电流则图 2.5.1　共集电极放大电路第二章 基本放大电路null三、电流放大倍数所以四、电压放大倍数　　结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近 1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。第二章 基本放大电路null五、输入电阻输入电阻较大。图2.5.2交流等效电路 第二章 基本放大电路null第二章 基本放大电路六、输出电阻输出电阻低，故带载能力比较强。Ro图 2.5.3　共集放大电路的输出电阻 如输出端加上发射极电阻Re如输出端无发射极电阻Renull2.5.2　共基极放大电路图 2.5.4　共基极放大电路(a)原理电路　　VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。(b)实际电路　　实际电路采用一个电源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分压提供基极正偏电压。第二章 基本放大电路null2.5.2　共基极放大电路图 2.5.4　共基极放大电路　　VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。第二章 基本放大电路null一、静态工作点(IBQ , ICQ , UCEQ)第二章 基本放大电路(a)直流通路null二、电压放大倍数微变等效电路由图可得：交流等效电路第二章 基本放大电路试讨论Re为零时的放大倍数null三、电流放大倍数由微变等效电路可得，共基极放大电路没有电流放大作用，因为：输入电流 Ii=Ie，输出电流 IO=IC， Ai= IO/Ii= Ic /Ie =a 但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。第二章 基本放大电路null四、输入电阻五、输出电阻 Ro = RC第二章 基本放大电路null2.5.3　三种基本组态的比较第二章 基本放大电路null2.5.3　三种基本组态的比较第二章 基本放大电路null例　如图属于何种组态？其输出电压的波形是否正确？若有错，请改正。解　共集电极组态不正确。null例　 电路如图题所示，BJT的 电流放大系数为β，输入电阻为rbe， 略去了偏置电路。试求下列三种情况下 的电压增益AV、输入电阻Ri和输出电阻RO ①vs2=0，从集电极输出； ②vs1=0，从集电极输出； ③vs2=0，从发射极输出。解　①共发射极接法null②共基极组态Ro  RCvs1=0，从集电极输出null③共集电极组态vs2=0，从发射极输出null一、复合管的组成及其电流放大系数复合管的构成：iB1由两个或两个以上三极管组成。1.复合管共射电流放大系数  值由图可见2.6　晶体管基本放大电路的派生电路（自学）2.6.1　复合管放大电路第二章 基本放大电路null则2.复合管输入电阻 rbe其中所以显然，、rbe 均比一个管子 1、rbe1 提高了很多倍。第二章 基本放大电路null3.构成复合管时　（1）. 前后两个三极管连接关系上，应保证前级输　　　　　出电流与后级输入电流实际方向一致。 　（2）. 外加电压的极性应保证前后两个管子均为发　　　　　射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。复合管的接法(a) NPN 型(b) PNP 型图 2.6.1　复合管第二章 基本放大电路null图 2.6.1　复合管第二章 基本放大电路null结 论1. 两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。复　合管的   1 2，复合管的rbe = rbe1 +(1+1 )rbe2 。 2. 两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管　相同。复合管的   1 2，复合管的 rbe = rbe1 +(1+1 ) rbe2 。 3. 在集成运放中，复合管不仅用于中间级，也常用于输入级　和输出级。第二章 基本放大电路null二、复合管共射放大电路图2.6.2　阻容耦合复合管共射放大电路电压放大倍数与没用复合管时相当，但输入电阻大大增加,增强了电流放大能力。null三、复合管共集放大电路图2.6.3　阻容耦合复合管共集放大电路复合管共集放大电路使输入电阻大大增加，输出电阻大大减小。 null2.6.2　共射－共基放大电路特点：电路的输入电阻较大，具有一定的电　　　压放大能力，有较宽的通频带。图2.6.4　共射－共基放大电路的交流通路null2.6.3　共集－共基放大电路图2.6.5　共集－共基放大电路的交流通路输入电阻较大，具有一定的电压放大能力，有较宽的通频带。null2.7　场效应管放大电路（第9讲）场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。2.7.1　场效应管放大电路的三种接法（以N沟道结型场效应管为例）null2.7.2场效应管放大电路的静态工作点的设置方法图 2.7.2　基本共源放大电路与双极型三极管对应关系b  G , e  S , c  D 为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：　N 沟道增强型 MOS 场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压)一、基本共源放大电路第二章 基本放大电路null静态分析－－ UGSQ 、 IDQ　 UDSQ两种方法近似估算法图解法 (一) 近似估算法　　MOS 管栅极电流为零，当 uI = 0 时UGSQ = VGG而 iD 与 uGS 之间近似满足(当 uGS > UT)式中 IDO 为 uGS = 2UT 时的值。则静态漏极电流为第二章 基本放大电路null (二) 图解法利用式 uDS = VDD - iDRD 画出直流负载线。图中 IDQ、UDSQ 即为静态值。第二章 基本放大电路nullUGSQ =UDSQ =已知UP 或 UGS（Off)　VDD- IDQ (Rd + R )- -IDQR可解出Q点的UGS Q、 IDQ 、 UDSQ 如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。二、自给偏压电路耗尽型MOS管自给偏压共源电路的分析方法相同。null三、分压式偏置电路(一)Q点近似估算法根据输入回路列方程解联立方程求出 UGSQ 和 IDQ。列输出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD – IDQ(RD + RS)将IDQ 代入，求出UDSQnull(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD 与 uGS 之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点，确定 UGSQ， IDQ 。第二章 基本放大电路null根据漏极回路方程　　在漏极特性曲线上做直流负载线， 与 uGS = UGSQ 的交点确定 Q，由 Q 确定 UDSQ 和 IDQ值。UDSQuDS = VDD – iD(RD + RS)VDDQIDQQIDQUGSQUGQ第二章 基本放大电路null2.7.3场效应管放大电路的动态分析iD 的全微分为上式中定义：—— 场效应管的跨导(毫西门子 mS)。—— 场效应管漏源之间等效电阻。一、场效应管的低频小信号等效模型第二章 基本放大电路null如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：根据上式做等效电路如图所示。图 2.7.6　MOS管的低频小信号等效模型由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。第二章 基本放大电路null微变参数 gm 和 rDS (1) 根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。(2) 用求导的方法计算 gm在 Q 点附近，可用 IDQ 表示上式中 iD，则　　一般 gm 约为 0.1 至 20 mS。 rDS 为几百千欧的数量级。　　当 RD 比 rDS 小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路。第二章 基本放大电路null二、基本 共源放大电路的动态分析基本共源放大电路的等效电路将 rDS 开路而所以输出电阻Ro = RDMOS 管输入电阻高达 109 。 1.基本共源放大电路动态分析第二章 基本放大电路null2.分压式偏置电路的动态分析等效电路入图所示　　由图可知电压放大倍数输入、输出电阻分别为第二章 基本放大电路null三、基本共漏放大电路——源极输出器或源极跟随器图 2.7.9基本共漏放大电路　　典型电路如右图所示。1.静态分析分析方法与“分压-自偏压式共源电路”类似，可采用估算法和图解法。第二章 基本放大电路null2.动态分析（1）. 电压放大倍数图 2.7.10　微变等效电路而所以（2）. 输入电阻Ri = RG + ( R1 // R2 )第二章 基本放大电路null（3）输出电阻图 2.7.11　微变等效电路因输入端短路，故则所以实际工作中经常使用的是共源、共漏组态。第二章 基本放大电路null2.7.4　场效应管放大电路的特点1. 场效应管是压控元件；2. 栅极几乎不取用电流，输入电阻高；3. 一种载流子导电，噪声小，受温度及辐射影响小；4. 制造工艺简单，利于大规模集成；5. 存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应良好接地，防止静电击穿管子；6. 跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低第二章 基本放大电路