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第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.1.1放大的概念与放大电路的性能指标放大的概念与放大电路的性能指标2.1 2.1 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理 2.1.2 基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.2.1 放大的概念放大的概念 与放大电路的性能指标与放大电路的性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 一、放大的概念u放大的对象：变化量放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真放大的前提放大的前提判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点VCC至少一路直流至少一路直流电源供电电源供电第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 二、性能指标1.放大倍数：输出量与输入量之比：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.输入电阻和输出电阻 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源，内阻就压源，内阻就是输出电阻。是输出电阻。空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值输入电压与输入电压与输入电流有输入电流有效值之比。效值之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。交流有效值。由于电容、电感及放大管由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率下限频率上限频率上限频率5.最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数：功率放大电路的参数放大倍数随频率变化放大倍数随频率变化曲线曲线幅频特性曲幅频特性曲线线第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 Ua大写字母、小写下标，表示交流有效值。大写字母、小写下标，表示交流有效值。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.1.2 基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理一、电路的组成及各元件的作用一、电路的组成及各元件的作用二、基本共射放大电路的二、基本共射放大电路的波形分析波形分析三、放大电路的组成原则三、放大电路的组成原则第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有，且有合适的合适的IB。VCC：使：使UCEUBE，同时作为，同时作为负载的能源。负载的能源。Rc：将：将iC转换成转换成uCE(uo)。动态信号作用时：动态信号作用时：输入电压输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、间的电压、管压降称为静态工作点管压降称为静态工作点Q，记作，记作IBQ、ICQ（IEQ）、）、UBEQ、UCEQ。共射共射第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 二、基本共射放大电路的波形分析饱和失真饱和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上与与iC变化变化方向相反方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区！在放大区！第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 三、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负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。载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。尽可能少、负载上无直流分量。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1.两种电源两种电源2.信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，动态时，VCC和和uI同时作用同时作用于晶体管的输入回路。于晶体管的输入回路。将两个电源将两个电源合二为一合二为一有直流分量有直流分量有交流损失有交流损失 UBEQ第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 两种实用放大电路：（2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似大，即对于交流信号近似为短路。其作用是为短路。其作用是“隔离隔离直流、通过交流直流、通过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ静态工作点静态工作点RB+ECRCC1C2T第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 实现放大的条件实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动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计算机仿真计算机仿真第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 一一.放大电路的直流通路和交流通路放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：只考虑直流信号的分电路只考虑直流信号的分电路 Us=0，保留，保留Rs；电容开路；电容开路；电感相当于短电感相当于短路（线圈电阻近似为路（线圈电阻近似为0）。）。2.交流通路：只考虑交流信号的分电路只考虑交流信号的分电路 大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流电源相当于短直流电源相当于短路（内阻为路（内阻为0）。）。放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路RB+VCCRC直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ)对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 短路短路短路短路置零置零RB+VCCRCC1C2T交流通路交流通路阻容耦合单管共射放大电路的交流通路第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 二、放大电路的静态分析二、放大电路的静态分析静态：静态：静态：静态：放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。）时的工作状态。分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：估算法、图解法。估算法、图解法。分析对象：分析对象：分析对象：分析对象：各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。设置设置设置设置Q Q点的目的：点的目的：点的目的：点的目的：(1)使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；(2)2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是 动态的基础。动态的基础。动态的基础。动态的基础。静态工作点静态工作点Q：IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ 。静态分析：静态分析：确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 由由由由直流通路估算直流通路估算直流通路估算直流通路估算 I IBQBQ当当UBEQ IBQ，即即I1 I2；因此；因此基本不随温度变化。基本不随温度变化。设设UBEQ UBEUBE，若，若UBQ UBEUBE，则，则IEQ稳定。稳定。Re 的作用的作用Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.求静态工作点求静态工作点I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReUBQUEQ第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 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+VCCRcC1C2Rb2CeReRLuiuo第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 二、动态分析二、动态分析+VCCRb1RcC1C2Rb2CeReRLui第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 uoRb1RcRLuiRb2交流通路交流通路如何提高电压如何提高电压放大能力？放大能力？微变等效电路微变等效电路第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 无旁路电容无旁路电容Ce时：时：Rb1RcRLuiuoRb2Re利利?弊弊?第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。rbeRCRERBRS可见，去掉可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。但输入电阻增大了。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 三、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈引入直流负反馈温度补偿：利用对温度温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。化时直接影响输入回路。例如，例如，Rb1或或Rb2采用热敏采用热敏电阻。电阻。它们的它们的温度系数温度系数？第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 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第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.4 2.4 晶体管放大电路的三种接法一、基本共集电极放大电路一、基本共集电极放大电路二、基本共基放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较三、三种接法放大电路的比较第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 RB+VCCRCC1C2TRb1RcC1C2Rb2CeReRLui第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 一、基本共集电极放大电路射极输出器射极输出器交流通路交流通路 第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 1.静态分析直流通路直流通路 第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.动态分析：小信号等效电路小信号等效电路交流通路交流通路 Uo Ui第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：其中其中一般一般，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，电压跟随器电压跟随器即即。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 输入电阻输入电阻当当，时，时，输入电阻大输入电阻大Ri与负载有关！与负载有关！第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程其中其中则则输出电阻输出电阻当当，时，时，输出电阻小输出电阻小Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 共集电极电路特点：共集电极电路特点：电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 二、共基极放大电路1.1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻小信号等效电路小信号等效电路 输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 三、三、放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 空载情况下空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽2.2.三种组态的比较三种组态的比较第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 3.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路：电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.5 场效应管及其基本放大电路一、场效应管一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析三、场效应管放大电路的动态分析第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 一、场效应管（以N沟道为例）场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管的对应于晶体管的e、b、c；有；有三个工作区域：截止区、恒流区、三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于可变电阻区，对应于晶体晶体管的截止区、放大区、饱和区。管的截止区、放大区、饱和区。1.结型场效应管符号符号结构示意图结构示意图栅极栅极漏极漏极源极源极导电导电沟道沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作噪声小、抗辐射能力强、低电压工作第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加必须加负电压？负电压？UGS（off）第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 漏-源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几乎几乎仅仅决定于仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流转移特性场效应管工作在恒流区，因而场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 g-s电压控电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻输出特性预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导：低频跨导：第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.绝缘栅型场效应管 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层增强型管增强型管大到一定大到一定值才开启值才开启第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 增强型MOS管uDS对iD的影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？iD随随uDS的增的增大而增大，可大而增大，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，恒，恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻来克服夹断区的电阻第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 耗尽型 MOS管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、uGS 0、uGS 0时均可导时均可导通，且与结型场效应管不同，由于通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大的特点。间电阻非常大的特点。加正离子加正离子小到一定小到一定值才夹断值才夹断uGS=0时就存在时就存在导电沟道导电沟道第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 MOS管的特性1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 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？从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 3.场效应管的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压极性uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 二、场效应管静态工作点的设置方法 根据场效应管工作在恒流区的条件，在根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间间加极性合适的电源加极性合适的电源1.基本共源放大电路第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.自给偏压电路由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压称为自给偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 3.分压式偏置电路为什么加为什么加Rg3?其数值应大些小些？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哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 三、场效应管放大电路的动态分析近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！根据根据iD的表达式或转移特性可求得的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的与晶体管的h参数等效模型类比：参数等效模型类比：1.场效应管的交流等效模型第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 2.基本共源放大电路的动态分析若若Rd=3k，Rg=5k，gm=2mS，则，则与共射电路比较。与共射电路比较。第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 3.基本共漏放大电路的动态分析若Rs=3k，gm=2mS，则第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 基本共漏放大电路输出电阻的分析若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?