华成英第四版_第2章_基本放大电路
第二章 基本放大电路 2.1 放大的概念与放大电路的性能指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 静态工作点的稳定 2.5 晶体管放大电路的三种接法 2.6 场效应管及其基本放大电路 2.7 基本放大电路的派生电路
? 2.1 放大电路的概念与放大电路的性能指标 一、放大的概念
Vcc 至少一路直流电源供电
放大的对象：变化量。
放大的本质：能量的控制。
放大的特征：功率放大。（判断电路能否放大的基本出发点）
放大的基本要求：不失真。（放大的前提）
二、放大电路的性能指标 对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。
1. 放大倍数：输出量与输入量之比。
ioUUA Au uu??? ?? ?
ioIIA Ai ii??? ?? ?
ioIUA ui????
ioUIA iu????
电压放大
电流放大
互阻放大
互导放大 电压放大倍数是最常被研究和测试的参数。
2. 输入电阻与输出电阻
iiiIUR ?
输入电压与输出电压的 有效值之比。
LooLoo oRUURUU UR ) 1 (" "? ??? "oU ：空载时输出电压有效值；oU ：带LR 时的输出电压有效值。
3. 通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。
由于电容、电感及放大管 PN 结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数下降，并产生相移。（注：也包括平行导线间的分布电容等）
4. 最大不失真输出电压 U om ：交流有效值。
5. 最大输出功率 P om 和效率 η：功率放大电路的参数。
? 2.2 基本共射 放大电路的 工作原理 一、电路的组成及各元件的作用 V BB 、R b ：使 U BE ＞ U on ，且有合适的 I B 。
V CC ：使 U CE ≥U BE ，同时作为负载的能源。
R c ：将 Δi C 转换成 Δu CE (u o ) 。
动态信号作用时：
) ( o CE c b Icu u u i i uR? ? ? ? ? ? ?
压 输入电压 u i 为零时，晶体管各极的电流、b-e 间的电压、管压降称为静态工作点 Q ，作 记作 I BQ 、 、 I CQ （ （I EQ ）、 U BEQ 、 、
U CEQ 。
。
二、设置静态工作点的必要性 为什么放大信号对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电压和极间电压？
输出电压必然失真！
设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题， 但 但 Q 点几乎影响着所有的动态参数！
三、基本共射放大电路的波形分析
底部失真
顶部失真
四、放大电路的组成原则 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路 参数。
动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载 上能够获得放大了的动态信号。
对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。
两种实用的放大电路 1. 直接耦合放大电路
问题：
将两个电源合二为一
静态时，b1BEQ RU U ?
1) 两种电源
动态时，V CC 和 u I 同时作用于晶体管的输入回路。
2) 信号源与放大电路不“共地” 共地，且要使信号驮载在静态之上。
2. 阻容耦合放大电路
C 1 、C 2 为耦合电容！
耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似
为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。
静态时，C 1 、C 2 上电压？CEQ C2 BEQ C1U U U U ? ? ，
动态时，u BE ＝u I ＋U BEQ ，信号驮载在静态之上。负载 上只有交流信号。
? 2.3 放大电路的 分析方法 一、放大电路的直流通路和交流通路 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。
1. 直流通路：
①U s =0，保留 R s ；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为 0）。
2. 交流通路：
①容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为 0）。
基本共射放大电路的直流 通路和交流通路
c CQ CC CEQBQ CQbBEQ BBBQ R I V UI IRU VI? ?? ?－＝
列晶体管输入、输出回路方程，将 U BEQ 作为已知条件，令 I CQ ＝βI BQ ，可估算出静态工作点。
阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路
二、图解法（应实测特性曲线）
1.静态分析（图解二元方程）
2.电压放大倍数分析 b B I BB BER i u V u ? ? ? ?
符号为“－”。
反相， 与 ， 给定u uA u uuuA u u i i uI OIOO CE C B I) ( ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
3.失真分析 1) 截止失真
截止失真是在输入回路首先产生失真！
消除方法：增大 V BB ，即向上平移输入回路负载线。
减小 R b 能消除截止失真吗？ 2) 饱和失真：输出回路产生失真。
一、 等效电路法
消除方法：增大 R b ，减小 R c ，减小 β，小 减小 V BB 大 ，增大 V CC 。
。
最大不失真输出电压 U om
：比较 U CEQ 与（ V CC － U CEQ
），取其小者，除以 2 。
讨论一 1. 用 NPN 型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。
2. 用 PNP 型晶体管组成一个共射放大电路。
3. 画出图示电路的直流通路和交流通路。
三、等效电路法 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。
1. 直流模型：适于 Q 点的分析
bBEQ BBBQRU VI－＝
BQ CQ I I ? ?
c CQ CEQR I V UCC ??
利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。
2. 晶体管的 h 参数等效模型（交流等效模型）
低频小信号模型 在交流通路中可将晶体管看成一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。
在低频、小信号作用下的关系式 ???????????????????CECECBBCCCECEBEBBBEBEd d dd d dB CEB CEuuiiiiiuuuiiuuI UI U
?????? ?? ?ce 22 b 21 cce 12 b 11 be
U h I h IU h I h U? ? ?? ? ? 交流等效模型（按式子画模型）
h 参数的物理意义
b-e 间动态电阻：beBBE11CEriuhU????
内反馈系数：
BCEBE12 Iuuh???
电流放大系数：
? ????CEBC21 Uiih
c-e 间的电导：ce CEC221Br uihi????
分清主次，合理近似！什么情况下 h 12 和 h 22 的作用可忽略不计？ 简化的 h 参数等效电路－交流等效模型
EQTbb" e b" bb"bbebe) 1 (
IUr r rIUr ? ? ? ? ? ? ?
在输入特性曲线上，Q 点越高，r be 越小！
四、放大电路的动态分析
放大电路的交流等效电路
阻容耦合共射放大电路的动态分析
输入电阻不应含有 R s ；
输出电阻不应含有 R L .
讨论一
1.
在什么参数、如何变化时 Q 1 → Q 2
→ Q 3
→ Q 4 ？ 2.
从输出电压上看，哪个 Q 点下最易产生截止失真？哪个 Q 点下最易产生饱和失真？哪个 Q 点下 U om 最大？ 3.
设计放大电路时，应根据什么选择 V CC ？
讨论二
已知 I CQ ＝2mA，U CES ＝0.7V。
1. 在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？ 2. 空载和带载两种情况下 U om 分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？ 4. 增强电压放大能力的方法？
讨论三 ：基本共射放大电路的静态分析和动态分析
讨论四 ：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析
讨论五：
波形分析
? 2.4 静态工作点的稳定 一、温度对静态工作点的影响
所谓 Q 点稳定，是指 I CQ 和 U CEQ 在温度变化时基本不变，这是靠 I BQ 的变化得来的。
二、静态工作点稳定的典型电路 1.
电路组成
C e 为旁路电容，在交流通路中可视为短路 2.
稳定原理
设 U BEQ ＝ U BE ＋ΔU BE ，若 U BQ － U BE >>ΔU BE ，则 I EQ 稳定。
R e 的作用：T( ℃)↑→I C ↑→U E ↑→U BE ↓ （U B 基本不变）→ I B
↓→ I C ↓
关于反馈的一些概念：
将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。
直流通路中的反馈称为直流反馈。
I C 过 通过 R e 为 转换为 ΔU E 响 影响 U BE
反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。
高 温度升高 I C 增大，反馈的结果使之减小 R e 起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q 点越稳定。
R e 有上限值吗？ 3.
Q 点分析
e EQ BEQ b BQ BBR I U R I V ? ? ?
分压式电流负反馈工作点稳定电路
判断方法：
4.
动态分析
三、稳定静态工作点的方法 引入直流负反馈 温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。
例如，R b1 或 R b2 采用热敏电阻。
它们的温度系数？
讨论一 图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？
若采用了措施，则是什么措施？
? 2.5 晶体管放大电路的三种接法 一、基本共集放大电路
1.静态分析 e EQ CEQ CCe EQ BEQ b BQ BBR I U VR I U R I V? ?? ? ? 2.动态分析 电压放大倍数
U o ＜ U i
输入电阻的分析
R i 与负载有关！
输出电阻的分析 令 U s 为零，保留 R s ，在输出端加 U o ，产生 I o ，o o oI U R ? 。
R o 与信号源内阻有关！
从射极看基极回路电阻，被减小到（1+β）倍。
3.特点 输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！
二、基本共基放大电路 1.
静态分析
2.
动态分析
3.
特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！
三、三种接法放大电路的比较（ 空载情况下）
接法 共射 共集 共基 A u
大 小于 1 大 A i
β 1+β α R i
中 大 小 R o
大 小 中 频带 窄 中 宽
讨论一 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。
接法 共射 共集 共基 输入 b b e 输出 c e c 讨论二 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。
1. Q 为多少？ 2. R e 有稳定 Q 点的作用吗？ 3.电路的交流等效电路？ 4. V 变化时，电压放大倍数如何变化？
改变电压放大倍数
? 2.6 场效应管及其基本放大电路 一、场效应管（以 N 沟道为例）
单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作
场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的 e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。
1. 结型场效应管
符号
结构示意图 栅 栅- 源电压对导电沟道宽度的控制作用
沟道最宽
沟道变窄
沟道消失称为夹断 u GS 可以控制导电沟道的宽度。为什么 g-s 必须加负电压？ 漏 漏- 源电压对漏极电流的影响
场效应管工作在恒流区的条件是什么？ 转移特性 常量 ??DS) (GS D Uu f i
场效应管工作在恒流区，因而 u GS ＞U GS （ off ）
且 u GD ＜U GS （ off ）
。
在恒流区时：
输出特性 常量 ??GS) (DS D Uu f i
低频跨导：
常量 ????DSGSDm Uuig
不同型号的管子 U GS （ off ）
、I DSS 将不同。
2.
绝缘栅型场效应管 增强型管
u GS 增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个 N 区相接时，形成导电沟道。
增强型 MOS 管 u DS 对 i D 的影响
i D 随 u DS 的增大
u GD ＝U GS （ th ）
,预夹断
i D 几乎仅仅受控于 u GS ，
而增大，可变电阻区
恒流区 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N 沟道增强型 MOS 管工作在恒流区的条件是什么？
耗尽型 MOS 管
耗尽型 MOS 管在 u GS ＞0、 u GS
＜0、 u GS
＝0 时均可导通，且与结型场效应管不同，由于 SiO 2 绝缘层的存在，在 u GS ＞0 时仍保持 g-s 间电阻非常大的特点。
MOS 管的特性 1)增强型 MOS 管
在恒流区时，2GS(th)GSDO D) 1 ( ? ?UuI i ，式中DOI 为GS(th) GS2U u ? 时的Di 。
2)耗尽型 MOS 管
利用 Multisim 测试场效应管的输出特性
从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？
3.
场效应管的分类 工作在恒流区时 g-s、d-s 间的电压极性
u GS =0 可工作在恒流区的场效应管有哪几种？
u GS ＞0 才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？
u GS ＜0 才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？
二、场效应管静态工作点的设置方法 1.
基本共源放大电路 根据场效应管工作在恒流区的条件，在 g-s、d-s 间加极性合适的电源。
2.
自给偏压电路
置 哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q 点？
3.
分压式偏置电路
为什么加 R g3 ?其数值应大些小些？ 哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q 点？ 三、场效应管放大电路的动态分析 1.
场效应管的交流等效模型 与晶体管的 h 参数等效模型类比：
DSGSDm Uuig???
根据 i D 的表达式或转移特性可求得 g m 。
2.
基本共源放大电路的动态分析
若 R d =3kΩ， R g =5kΩ， g m =2mS，则 ? ?uA?与共射电路比较。
3.
基本共漏放大电路的动态分析
基本共漏放大电路输出电阻的分析
若 R s =3kΩ，g m =2mS，则 R o =?
? 2.7 基本放大电路的派生电路 一、复合管 复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。
目的：增大 β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。
不同类型的管子复合后，其类型决定于 T 1 管。
讨论一：
判断下列各图是否能组成复合管
在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。
讨论二
二、派生电路举例：
组合的结果带来什么好处？