第二章放大电路分析基础.docx
《第二章放大电路分析基础.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章放大电路分析基础.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第二章放大电路分析基础
第二章放大电路分析基础
〖本章主要内容〗
本章重点讲述基本放大电路的组成原理和分析方法，三种组态基本放大电路的特点和应用场合。
多级放大电路的耦合方式和分析方法，差动放大器的分析方法。
首先介绍基本放大电路的组成原则。
三极管的低频小信号模型。
固定偏置共射放大电路的图解法和等效电路法静态和动态分析，最大不失真输出电压和波形失真分析。
分压式偏置共射放大电路的分析以及稳定静态工作点的方法。
共集和共基放大电路的分析，由BJT构成的三种组态放大电路的特点和应用场合。
然后介绍多级放大电路的两种耦合方式、直接耦合多级放大电路的静态偏置以及多级放大电路的静态和动态分析，差动放大器的分析方法。
通过习题课掌握放大电路的静态偏置方法和性能指标的分析计算方法。
〖学时分配〗
本章有6讲，每讲两个学时。
第四讲放大电路的工作原理
一、主要内容
1、放大的概念在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。
放大电路放大的本质
是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT或FET）对直流电源的能量进行控制和转换，
使负载从电源中获得输出信号的能量，比信号源向放大电路提供的能量大的多。
因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。
在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如BJT和FET等。
放大的前
提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。
2、电路的主要性能指标
1）输入电阻Ri：
从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。
2）输出电阻Ro：
从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大电路带负载的能力。
3）放大倍数（或增益）：
输出变化量幅值与输入变化量幅值之比。
或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。
根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同，有四种不同的放大倍数：
电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。
Aii
电压放大倍数定义为：
I0
Ai
Ii
Ui
电流放大倍数定义为：
互阻放大倍数定义为：
AiUo
Ui
Ii
AuIo
互导放大倍数定义为：
Ui
注意:
:
放大倍数、输入电阻、
输出电阻通常都是在正弦信
号下的交流参数，只有在放大
Auu
Au
Uo
电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
4）最大不失真输出电压：
未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值或峰值。
一般用有效值Uom表示；也可以用峰一峰值UOPP表示。
5）上限频率、下限频率和通频带：
由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电
容，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的幅值会下降并产生相移。
一般，放大电路只
适合于放大某一特定频率范围内的信号。
如P75图2.1.4所示。
上限频率fH（或称为上限截止频率）：
在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。
下限频率fL（或称为下限截止频率）：
在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。
通频带fBW：
fBW=fH-fL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。
6）最大输出功率Pom与效率：
Pom是在输出信号基本不失真的情况下，负载能够从放大电路获得的最大功率，是负载
从直流电源获得的信号功率。
此时，输出电压达到最大不失真输出电压。
Ppm
为直流电源能量的利用率。
巳式中Pv为电源消耗的功率
7）非线性失真系数D:
在某一正弦信号输入下，输出波形因放大器件的非线性特性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比。
即
电路、放大电路与负载之间均直接相连。
适合于放大直流信号和变化缓慢的交流信号。
2）
阻容耦合共射放大电路：
信号源与放大电路、放大电路与负载之间均通过耦合电容相连。
不
能放大直流信号和变化缓慢的交流信号；只能放大某一频段范围的信号。
如P72图2.7所示。
3）放大电路中元件及作用
（1）三极管T――起放大作用。
（2）集电极负载电阻FC——将变化的集电极电流转换为电压输出。
（3）偏置电路Vcc,Fb――使三极管工作在放大区，Vx还为输出提供能量。
（4）耦合电容C,C2――输入电容C保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。
输出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。
4、静态工作点设置的必要性
对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。
只有保证在交流信号的整个周期内三
极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。
故需要设置合适的静态工作点。
Q点不仅
电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。
5、基本共射放大电路的工作原理及波形分析
对于基本放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以
保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。
波形分析见P74图2.8所示。
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，并依靠将电流的变化转化为电压的变化来实现的。
6、放大电路的组成原则
1）为了使BJT工作于放大区、FET工作于恒流区，必须给放大电路设置合适的静态工作点，以保证放大电路不失真。
2）在输入回路加入Ui应能引起UBE的变化,从而引起iB和ic的变化。
3）输出回路的接法应当使ic尽可能多地流到负载Rl中去，或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。
二、本讲重点
1、放大的本质；
2、放大电路工作原理及静态工作点的作用；
3、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；
三、本讲难点
1、放大电路静态工作点的设置方法；
2、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示放大电路的组成原理、信号传输过程和设置合适Q
点的必要性等，便于学生理解和掌握。
判断放大电路能否正常工作举例可以启发讨论。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”。
第五讲放大电路的基本分析方法
一、主要内容
1、直流通路、交流通路及其画法
（1）直流通路：
在直流电源的作用下，直流电流流经的通路，用于求解静态工作点Q的值。
（2）直流通路的画法：
电容视为开路、电感视为短路；信号源视为短路，但应保留内阻。
（3）交流通路：
在输入信号作用下，交流信号流经的通路，用于研究和求解动态参数。
（4）交流通路的画法：
耦合电容视为短路；无内阻直流电源视为短路；
2、放大电路的静态分析和动态分析
（1）静态分析：
就是求解静态工作点Q在输入信号为零时，BJT或FET各电极间的电流和电压就是Q点。
可用估算法或图解法求解。
（2）动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。
通常，利用三极管h参数等效模型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路，并进而计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数。
或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。
放大电路的分析应遵循“先静态，后动态”。
的原则，只有静态工作点合适，动态分析才有意义；Q点不但影响电路输出信号是否失真，而且与动态参数密切相关。
3、图解法确定Q点和最大不失真输出电压
（1）用图解法确定Q点的步骤：
已知晶体管的输出特性曲线族t由直流通路求得Ibqt
列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线t在输出特性曲线平面上作出直流负载线t由Ibq所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q点。
（2）输出波形的非线性失真非线性失真包括饱和失真和截止失真。
饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和区而引起的非线性失真。
截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性失真。
放大电路要想获得大的不失真输出，需要满足两个条件：
一是Q点要设置在输出特性
曲线放大区的中间部位；二是要有合适的交流负载线。
（3）直流负载线和交流负载线
由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。
由直流通路确定的负载线为
直流负载线；由交流通路确定的负载线为交流负载线，可通过Q、BUcEQIcQ（Rc〃Rl）,0两点作出。
对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，只有在空载情况下，两条直线才合二为一。
（4）最大不失真输出电压有效值Uom
IBQ.
1BQ可求得ICQ；
UCEQ.
即利用直流通路估算静态工作点Ubeq、Ibq、Icq和UCEQ。
其中硅管的UBEQ0-7v；
锗管的Ubeq0・5v，无须求解；其余三个参数的求解方法为：
（1）列放大电路输入回路电压方程可求得
（2）根据放大区三极管电流方程Icq
（3）列放大电路输出回路电压方程可求得
5、BJT的h参数等效模型
（1）BJT等效模型的建立：
三极管可以用一个二端口模型来代替；对于低频模型可以
不考虑结电容的影响；小信号意味着三极管近似在线性条件下工作，微变也具有线性同
样的含义。
（2）BJT的h参数方程及等效模型
{Ubeh|1eIb人任Uce
Ich?
1eIbh?
2eUce
BJT的h参数等效模型如P31图
2h12e电压反馈系数：
反映三极管内部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。
3h21e:
在小信号作用时，表示晶体管在Q点附近的的电流放大系数。
4h22e：
三极管输出电导，反映输出特性上翘的程度。
常称1/h22e为c-e间动态电阻「ce。
通常h22e的值小于10-5s，当其与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。
注意：
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，所以只适合对交流小信号的分析
6、等效电路法求解放大电路的动态参数
将BJT的h参数等效模型代入放大电路的交流通路，即为放大电路的微变等效电路。
放大电路的动态分析就是利用放大电路的微变等效电路计算输入电阻、输出电阻与电压放大
倍数。
举例：
如P86例2.3图2.20所示放大电路静态工作点的求解和性能指标计算。
二、本讲重点
1、基本放大电路静态工作点的估算；
2、BJT的h参数等效模型及放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算；
三、本讲难点
1、放大电路的微变等效电路的画法；
2、放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示图解法求Q点、Uom及分析非线形失真；用直流通
路估算Q点；BJT的h参数模型建立、微变等效电路的画法及动态参数计算等，便于学生理解和掌握。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”。
第六讲放大电路静态工作点的稳定
一、主要内容
1、静态工作点稳定的必要性
静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动
态参数。
实际上，电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化，都
会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时甚至造成电路无法正常工作。
在
引起Q点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管的影响是最主要的。
2、温度变化对静态工作点产生的影响
温度变化对静态工作点的影响主要表现为，温度变化影响晶体管的三个主要参数：
Icbo、卩和Ube。
这三者随温度升高产生变化，其结果都使Icq值增大。
硅管的Icbo小，受温度影响小，故其卩和Ube受温度影响是主要的；
锗管的Icbo大，受温度影响是主要的。
3、稳定静态工作点的原则和措施
为了保证输出信号不失真，对放大电路必须设置合适的静态工作点，并保证工作点的稳定。
（1）采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是：
当温度升高使Ic增大时，Ib要自动减小以牵制Ic的增大。
（2）稳定静态工作点可以归纳为三种方法：
P89图2.21所示。
（1）温度补偿；
（2）直流负反馈；
（3）集成电路中采用恒流源偏置技术；
4、典型静态工作点稳定电路分压式偏置电路的分析
1）Q点稳定原理
分压偏置电路如P90图2.22所示。
稳定静态工作点的条件为：
I1>>Ib和Vb>>UBe；此时，
Rb1
Ubqb1Vccu
Rb1Rb2，即当温度变化时，UBq基本不变。
静态工作点的稳定过程为：
T（C）—Icf（IeUE1ERef（因为UBq基本不变Ube—1bJ
IcJ<1
当温度降低时，各物理量向相反方向变化。
这种将输出量（Ic）通过一定的方式（利用Re
将Ic的变化转化为电压UE的变化）引回到输入回路来影响输入量Ube的措施称为反馈。
可见，在Q点稳定过程中，Re作为负反馈电阻起着重要的作用。
典型静态工作点稳定电路
利用直流负反馈来稳定Q点。
2）分压式偏置电路的静态分析分压式偏置电路的静态分析有两种方法：
一是戴维南等效电路法；二是估算法，这种方
法的使用条件为Il>>Ibe,或者
（1）ReRb。
3）分压式偏置电路的动态分析动态分析时,射极旁路电容应看成短路。
画放大电路的微变等效电路时,要特别注意射极电阻有无被射极旁路电容旁路,正确画出“交流地”的位置,根据实际电路进行计算即可。
二、本讲重点
1、放大电路稳定静态工作点的原理和常用方法；
2、分压式偏置电路Q的估算；
3、分压式偏置电路动态性能指标的计算；
三、本讲难点
1、稳定静态工作点的原理和措施；
2、分压式偏置电路微变等效电路画法及动态性能指标的计算；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示稳定静态工作点的原理和常用方法、分压式偏置电路Q的估算、动态性能指标的计算等,便于学生理解和掌握。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”。
第七讲共集放大电路和共基放大电路
一、主要内容
1、三极管放大电路的基本接法
三极管放大电路的基本接法亦称为基本组态,有共射（包括工作点稳定电路）、共基和
共集三种。
共射放大电路以发射极为公共端,通过iB对ic的控制作用实现功率放大。
共集放大电路以集电极为公共端，通过iB对iE的控制作用实现功率放大。
共基放大电路以基极
为公共端，通过iE对iB的控制作用实现功率放大。
2、共集放大电路的组成及静态和动态分析
1）共集放大电路的组成
共集放大电路亦称为射极输出器如P92图2.23（a）所示，为了保证晶体管工作在放大
区，在晶体管的输入回路，Rb、Re与VCc共同确定合适的静态基极电流；晶体管输出回路
中，电源Vcc,提供集电极电流和输出电流，并与Re配合提供合适的管压降UCe。
2）共集放大电路的静态分析
与共射电路静态分析方法基本相同。
可求得IEQ；（3）列放大电路输出方程可求得
3）共集放大电路的动态分析共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同,只是由于共集放大电路的“交流地”是集电极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同，如P92图2.23
（d）所示。
3、共基放大电路的静态和动态分析
1）共基放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同。
[IEQ
1BQ|
UCEQ；
（2）根据放大区三极管电流方程1可求得Ibq
（3）列放大电路输出回路电压方程可求得
2）共基放大电路的动态分析
共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共基放大电路的“交流地”
是基极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同。
如P94图2.24
所示。
4、三种接法的比较
共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适用于一般放大。
共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其输
入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。
共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。
二、本讲重点
1、共集和共基放大电路的性能指标计算；
2、三种接法放大电路的特点及应用场合；
三、本讲难点
1、共集和共基放大电路微变等效电路的画法；
2、共集和共基放大电路微变等效电路的输入、输出电阻计算；；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示三种接法电路的构成方法，便于学生理解和掌握。
启发讨论三种不同接法电路各自特点及应用场合。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”
第八讲多级放大电路
一、主要内容
1、单管放大电路的局限性和多级放大电路的提出
在实际应用中，一般对放大电路的性能有多方面的要求：
如输入电阻大于2MQ、电压
放大倍数大于2000、输出电阻小于100Q等，依靠单管放大电路的任何一种，都不可能同时
满足要求。
这时，就可以选择多个基本放大电路，并将它们合理连接，从而构成多级放大电
路。
组成多级放大电路的每一个基本单管放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦
合。
2、多级放大电路的基本耦合方式及其特点
1）直接耦合：
耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。
直接耦合放大
电路存在温度漂移问题，但因其低频特性好，能够放大变化缓慢的信号且便于集成，而得到
越来越广泛的应用。
但直接耦合电路各级静态工作点之间会相互影响，应注意静态工作点的
稳定问题。
2）阻容耦合：
将放大电路前一级的输出端通过电容接到后一级的输入端。
阻容耦合放
大电路利用耦合电容隔离直流，较好地解决了温漂问题，但其低频特性差，不便于集成，因
此仅在分立元件电路中采用。
3）变压器耦合：
将放大电路前一级的输出端通过变压器接到后一级的输入端或负载电
阻上。
采用变压器耦合也可以隔除直流，传递一定频率的交流信号，各放大级的Q互相独立。
但低频特性差，不便于集成。
变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配，以获
得有效的功率传输。
常用作调谐放大电路或输出功率很大的功率放大电路。
4）光电耦合：
以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递。
光电耦合放大电路利用光电耦合器将信号源与输出回路隔离，两部分可采用独立电源且分别接不同的“地”，因而，即使是远距离传输，也可以避免各种电干扰。
3、直接耦合多级放大电路静态工作点的设置
直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时首先要加以解决的问题。
（1）电位移动直接耦合放大电路
如果将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直接连接，则Vci=Vb2,Vc2=Vb2+VcB2>
VB2（VC1）这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻或在后级的发射极加稳压管，如P108图2.32所示。
由于集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，从而使后级无法设置正确的工作点。
这种方式只适用于级数较少的电路。
⑵NPN+PNP组合电平移动直接耦合放大电路
级间采用NPN管和PNP管搭配的方式，由于NPN管集电极电位高于基极电位，PNP管集电极电位低于基极电位，它们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高，如P109图2.33
所示。
（3）电流源电平移动放大电路在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路，电流源在电路中的作用实际上是个有源负载，其上的直流压降小，通过Ri上的压降可实现直流电平移动。
但电流源交流电阻
大，在R1上的信号损失相对较小，从而保证信号的有效传递。
同时，输出端的直流电平并不高，实现了直流电平的合理移动。
如图2.34所示。
4、直接耦合多级放大电路的零点漂移问题
1）零点漂移：
当放大器的输入信号ui0时，其输出电压uo往往不为常数，或者三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。
2）产生零点漂移的原因：
电路中参数变化，如电源电压波动、元件老化、半导体元件参数随温度而变化。
其中主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。
工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。
一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。
例如V/c或V/min。
5、多级放大电路的静态分析
1）直接耦合放大电路的静态分析
直接耦合放大电路各级之间的直流通路相连，静态工作点相互影响，因而在求解Q点时，
应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解。
使用各种计算机辅助分析软件可使电路设计和Q点的求解过程大大简化。
2）阻容耦合多级放大电路的静态分析
阻容耦合多级放大电路中，由于级间耦合电容的隔直作用，所以，每一级Q点都可以
按单管放大电路求解。
6、多级放大电路的动态分析
多级放大电路的总电压放大倍数等于组成它的各级放大电路电压放大倍数的乘积，即AuAu1Au2Aun，其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输出电阻。
在求解某一级电压放大倍数时，有两种处理方法：
一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑（后级的Ri就是前级的RL），简称输入电阻法；二是将后一级与前一级之间开路，计算
前一级的开路电压和输出电阻，作为后一级的信号源和内阻，简称开路电压法。
举例：
两级放大电路的分析，如P110图2.35所示。
二、本讲重点1、多级放大电路的耦合方式及其特点、直接耦合放大电路静态工作点的设置；2、两级阻容耦合电路的动态分析；
三、本讲难点
1、直接耦合放大电路静态工作点的设置；
2、多级放大电路的动态分析方法；
四、教学组织过程本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示直接耦合放大电路静态工作点的设置、两级阻容耦合电路的动态分析方法等，便于学生理解和掌握。
启发讨论多级放大电路的耦合方式及其特点。
五、课后习题
见相应章节的“习题指导”。
第九讲差动放大器
一、主要内容
1、直接耦合放大电路的零点漂移直接耦合放大电路的零点漂移主要是晶体管的温漂造成的。
在基本差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制温漂。
在长尾电路和具有恒流源的差动放大电路中，还利用共模负反馈或恒流源抑制每只放大管的温漂。
2、差动放大电路组成及特点
1）电路组成差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。
“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等，即Rc1=Rc2，Rb1=Rb2，1=2，VBE1=VBE2，rbe1=rbe2，ICBO1=ICBO2。
2）电路特性
（1）差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用；
（2）差动放大电路对差模信号有放大作用；
（3）共模负反馈电阻Re的作用：
①稳定静态工作点。
②对差模信号无影响。
③对共模信号有负反馈作用：
Re越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差。
3、
升级会员 