1、第二章 放大器基礎 本章教學要求：6掌握多級放大器的藕合方式及主要性能指標的計算。1掌握放大器的主要性能指標及其定義。2掌握雙極型晶體管和場效應管的低頻微變等效電路，運算放大器的線性等效電路。3掌握放大器的基本分析方法：圖解法和微變等效電路法。4掌握雙極型晶體管和場效應晶體管放大器的常用的偏置電路、三種基本組態以及射極(源極)帶有電阻的放大器的基本組成、各指標計算和主要特點。5掌握運算放放大器組成的放大電路的各指標的計算和同相放大電路、反相放大電路的特點。放大器的基本功能和分類 放大器的基本功能是將信號不失真地放大到所需的大小。 放大器的分類按器件可分為晶體管放大器、場效應管放大器、電子管放大

2、器和集成放大器； 按用途可分為電流放大器、電壓放大器和功率放大器；按工作頻率可分為低頻放大器、高頻放大器和超高頻放大器，而低頻放大器又可分為音頻放大器、直流放大器和寬帶放大器；按工作狀態可分為甲A類放大器、乙B類放大器、甲乙AB類放大器、以及丙D類放大器等。 放大器的基本功能低頻放大器，它具有較寬的頻率范圍，所帶負載不能采用諧振回路，故又稱為非諧振放大器。 放大器變量及輸入輸出變量參考方向的規定放大器變量的規定 用大寫字母帶大寫下標表示直流電壓及電流如UBE、IE等）；用小寫字母帶小寫下標表示交流電壓及電流如ube、ib等）；用小寫字母帶大寫下標表示直流和交流在內的總的瞬時電壓及電流如uBE、

3、iE等）；用大寫字母帶小寫下標表示正弦交流有效值電壓及電流如Ube、Ie等）。 放大器輸入輸出變量參考方向的規定iiiouo放大電路ui放大電路一般視為二端口網絡，兩個端口電壓與電流的參考方向的規定為：嚴格地講，放大電路與放大器是有區別的，但有時候這兩個名詞是混用的，均指放大電路。2-1 放大電路的主要性能指標和電路組成2-1-1放大電路的主要性能指標1 1放大倍數增益）放大倍數增益）1 1電壓放大倍數電壓放大倍數 放大器輸出電壓的有效值相量與輸入電壓的有效值相量之比稱放大器輸出電壓的有效值相量與輸入電壓的有效值相量之比稱為電壓放大倍數，用表示：為電壓放大倍數，用表示：iuUUA0usiiio

4、sisousARZZUUUUUUA若考慮信號源內阻RS的影響，則常用源電壓放大倍數 表示，即：usA 放大電路ZiRsusiiiououi2 2電流放大倍數電流放大倍數 放大器的輸出電流有效值相量與輸入電流有效值相量之比稱為電放大器的輸出電流有效值相量與輸入電流有效值相量之比稱為電流放大倍數，用流放大倍數，用 表示，即：表示，即：iAiiIIA0若考慮信號源內阻的影響，則常用源電流放大倍數表示，即：iiio 放大電路 ZiRsisuouiisisiosisoisARZRIIIIIIA3 3功率放大倍數功率放大倍數 放大器輸出功放大器輸出功率與輸入功率之比稱為功率放大倍率與輸入功率之比稱為功率放

5、大倍數，用數，用GPGP表示，即：表示，即：iuiiooioPAAIUIUPPG放大倍數是無量綱的量，在工程上，常用分貝dB作為單位： iiuuPPAdBAAdBAGdBGlg20)(lg20)(lg10)(2輸入阻抗和輸出阻抗放大器處于信號源于負載之間，因此對信號源而言，放大器是它的負載，這個等效負載阻抗就定義為放大器的輸入阻抗；對于放大器的負載來說，放大器可等效為一個信號源，這個信號源內阻就為放大器的輸出阻抗。放大器的輸入阻抗定義為：iiiIUZ如果電路中所有的電抗性元件均不予考慮，那么輸入阻抗就可用輸入電阻來表示：iiiIUR 放大器的輸出阻抗是將負載斷開后，信號源為零時，從輸出端看進去

6、的等效阻抗，可用戴維南定理來求，即：0sUoooIUZ3非線性失真 具有放大作用的電子器件一般都是非線性器件，信號經過放大器后，必然產生某種程度的失真。當輸入單一頻率的正弦信號時，輸出信號將是一個周期性的非正弦波，即輸出信號新的諧波分量產生，基波頻率和輸入信號頻率相同，為有用信號，諧波分量就是由電子器件的非線性引起的。顯然，諧波成分比例越大，失真就越大。這種因電子器件非線性特性引起的產生新的諧波分量的失真稱為非線性失真。工程上常將諧波功率與基波功率之比定義為非線性失真系數，用來表示，即：1PPk4頻帶特性由于放大器中含有電抗元件，所以放大倍數將隨信號頻率而變化，即：)()()(jeAjAA低頻

7、區中頻區高頻區)()(AmA2/mAlh幅頻特性相頻特性通頻帶5噪聲系數放大器的噪聲系數NF定義為： oNSiNSFPPPPN)/()/(或dBPPPPdBNoNSiNSF)/()/(lg10)(式中 、 分別為輸入、輸出信號功率與噪聲功率的比值。一般地，NF 1，這是由于構成放大器的元件如電阻、晶體三極管、場效應管及集成放大器等都會產生噪聲，使得輸出信號的信噪比小于輸入信號的信噪比。為了放大微弱信號，要求放大器特別是前置放大器的內部噪聲盡可能低。iNSPP)/(oNSPP)/(2-1-2 放大電路的組成放大電路的組成 UOC2 RLC1USRS放大單元EC放大電路一般由這樣幾部分組成 ：信號

8、源，包括內阻放大單元負載耦合元件電源放大單元由三極管及周邊元件組稱為三極管放大電路 UoC2RLC1USRSECRCRB放大單元由場效應管及周邊元件組稱為場效應管放大電路UoC2RLC1UsRsEDRDRGRSCS放大單元由場效應管及周邊元件組稱為場效應管放大電路UiRLR1RfUO+UCCUEE放大電路正常工作條件：第一，必須有直流電源，直流電源有兩個作用：一是給放大單元提供正確的偏置，使其工作在放大狀態，（如使晶體三極管發射結正偏，集電結反偏）。二是為輸出信號提供能量，信號通過放大電路使輸出電壓或電流得到放大，也就是信號功率得到放大，而直流電源就提供了輸出功率。第二，必須有一個使信號通過放

9、大器件如三極管、場效應管或運算放大器輸入端到負載的交流通路。耦合元件的作用 耦合元件起到隔離直流耦合交流的作用，隔離直流是為了使信號源或負載的接入不影響對三極管的正確偏置；耦合交流是要使交流信號盡可能無損失地通過。因而，一般選用容量較大的電容作為耦合電容。而對于由運算放大器組成的放大電路來說，由于其特殊結構，信號直接接入不會對運放內的偏置發生影響，故不需要電容耦合。 由于分立元件組成的基本放大電路是組成各類放大電路和運算放大器的基礎，所以對分立元件基本放大器的分析，不但對于掌握基本放大器工作原理，理解信號放大過程是必須的，而且對于幫助理解其它各類放大器的工作原理也是很有必要的。下面先對晶體三極

10、管放大電路進行分析。2-2 放大器的分析方法放大電路的分析有靜態分析和動態分析。靜態分析是分析靜態偏置是否正確，靜態工作點是否恰當 。動態分析是分析放大電路的性能指標，如增益、輸入輸出電阻等。對于運算放大器組成的放大電路來說，由于在器件集成過程中保證了在給定外加直流電壓條件下靜態工作點的正確，因此只要外加直流電壓在給定范圍內，就不需進行靜態分析。因而，只有分立元件電路才進行靜態分析。靜態和動態分析又有圖解法和解析法圖解法比較直觀，但分析精度差，但對于理解信號在放大電路中的放大過程，建立動態范圍、非線性失真和穩定工作點等概念具有直觀的作用。解析法分析精度較高，是放大電路分析的常用方法。2-2-1

11、 圖解法UCCUoUiC2C1RBRCRL靜態分析（1畫出直流通路隔直電容開路，信號源和負載對三極管直流無影響，故去掉得到直流通路I B EQU B EQUCCRBRCUCEQ（2寫出三極管輸入、輸出回路負載方程由輸入回路可以得到BBCCBERiUu由輸出回路可以得到CCCCCERiUu（3在輸入、輸出特性曲線的伏安平面上分別畫出輸入、輸出回路負載線 UCC0IBQQBBCCBERiUuBEuBiBCCRUBEQU輸入特性曲線輸入回路直流負載線其交點Q所對應的電流和電壓就是工作點電流和電壓輸出特性曲線0CCCCCERiUuCEuCiIBQ所對應的曲線輸出回路直流負載線CCUCCCRUQCEQU

12、CQI直流負載線與IBQ所對應的曲線交點Q所對應的電流和電壓就是工作點電流和電壓2. 動態分析動態分析是在靜態分析基礎上進行的，即在Q點已知的前提下展開的。1 1輸入回路的交流分析輸入回路的交流分析IbmtUBEQIBQ0U CC0UimBCCRUBiber1BEuBEuQ當放大電路加一交流信號，通過耦合電容C1，交流信號加到三極管發射結，使得發射結電壓在靜態工作點電壓UBEQ上疊加了一信號電壓在小信號條件下，工作點將沿Q點切線在Q點附近來回變化在變化的uBE的作用下，基極電流iB也將在靜態電流的基礎上疊加一交變電流靜態工作點Q以及IBQ和UBEQ信號電壓幅度為發射結電壓由兩部分組成tUUum

13、iBEQBEsin基極電流由兩部分組成tIIibmBQBsin交變電流幅度為交變部分電流與電壓的關系為tIruruibmbebebeibsin2 2輸出回路的交流分析輸出回路的交流分析交流負載線t0t0CiCQICCRECiCEQUCCUCEuCEuBQIQCR1輸出回路工作點電流ICQ和電壓UCEQ基極交變電流使集電極電流也產生交變分量交流負載線通過Q點，斜率為/1LR交變的集電極電流使工作點在交流負載線上下移動引起集射極間電壓uCE相應地發生變化集電極電流由兩部分組成集電極電流由兩部分組成cCQmCQCiItIIisin集射極間電壓也集射極間電壓也由兩部分組成由兩部分組成LcCEQceCE

14、QCERiUuUu放大器各點波形C1RCiCuBEiBICQiCt IBQiBt UBEQu BEtuitUCCuouiC2RBRLUCEQu CEtuotu CE靜態時各點波形輸入信號電壓ui發射結在UBEQ上疊加ui動態時各點波形發射結電壓變化引起基極在IBQ上疊加一變化分量在放大區，iC與iB成正比，在ICQ上疊加一變化分量iC的交變分量流過RC和RL使uCE在UCEQ上疊加一交變電壓電容C2隔去直流，輸出交流分量uo3.放大電路的非線性失真對放大電路，除要求其輸出電壓盡可能大外，還要求輸出不失真。 但由于三極管為非線性器件，當工作點不合適或輸出信號過大時，就會產生失真。 交流負載線t0

15、0tCiCiCEuCEuQBQICQI工作點偏高，引起飽和失真。工作點偏高iB減小時，工作點仍在放大區變化，iC與iB成正比。iB增加時，工作點進入飽和區，iC不隨iB成正比變化。iC的變化通過RC和RL，即沿交流負載線使uCE發生變化，輸出是真波形。可見，輸入波形出現了失真。由于這種失真是工作點進入飽和區引起的，故稱為飽和失真。3.放大電路的非線性失真工作點偏低，引起截止失真。交流負載線t00tCiCiCEuCEuQBQICQIt00BiBEuBEuQ工作點偏低輸入ui隨著ui的變化，工作點上下移動，向下進入截止區。iB產生失真波形iC波形與iB相似iC的變化使輸出特性曲線工作點沿交流負載線

16、上下移動uCE輸出是真波形由于這種失真是工作點進入截止區引起的，故稱為截止失真。動態范圍分析動態范圍是表征放大器放大能力的一個重要指標。通常把最大的不失真輸出信號的幅值稱為放大電路的動態范圍，它與靜態工作點密切相關。 UCB0IB=ICB0UCEQuCESICB0uCES交流負載線0u CECiCQILCQRIQ1LRBQI當放大電路加入交流信號時，工作點將在靜態工作點Q上沿交流負載線上下移動上移至飽和區，將產生飽和失真下移至截止區，將產生截止失真uCE向下變化的最大范圍是忽略UCB0后，uCE向上變化的最大范圍是由于交流信號上下對稱，故最大不失真范圍是)(),min(0maxCEQCBCEC

17、ESCEQomUUUuUU),min(LCEQCESCEQRIuUuCES為集射極飽和壓降，一般為0.3V左右4. 靜態工作點的穩定I B EQU B EQUCCRBRCUCEQ固定偏置電路由輸入回路可得BCCBBECCBQRURUUI可見該電路基極電流是固定不變的，所以被稱為固定偏置電路 工作點的穩定就是集電極靜態電流的穩定。溫度對該電路工作點的影響在于：TUBE0IBQICQICQICB0ICQICQ靜態工作點的變化交流負載線0CiCQICQIQQBQIBQICEu溫度升高前的輸出特性曲線和靜態工作點溫度升高后的輸出特性曲線和靜態工作點ICB0增加增加IBQ增加由此可見，當溫度升高時，如果

18、電路其它參數不變的話，靜態工作點就從Q點移至 ， 使信號很容易進入飽和區，產生飽和失真；反之，當溫度降低時，有可能使工作點下移，使信號產生截止失真。顯然，固定偏置電路不能夠使靜態工作點穩定。 Q Ui分壓式偏置電路UBUE UCEIC IBI1 U CC RERC R B1 RER B1 UCCRC UoV C2 C1Ui RB2R B2其直流通路為忽略IB的影響，UB為：CCBBBBURRRU212EBEBEBEQCQRURUUII這說明，在這時只取決于外電路UCC和RB1、RB2、RE，而與晶體三極管參數無關。而影響靜態工作點穩定的就是晶體三極管參數隨溫度的變化，所以分壓式偏置電路穩定了工

19、作點。 分壓式偏置電路穩定靜態工作點的過程是： TICIEUEUB不變UBEIBIC2-2-2 解析法 1. 靜態分析當晶體三極管工作在放大狀態時，UBEQ變化很小，可以近似為常數，即：硅管：UBE 0.60.8V，常取UBEQ硅管） 0.6V鍺管：UBE 0.10.3V，常取UBEQ鍺管） 0.2V進行靜態分析必須先得到放大電路的直流通路。例例2-1 如圖所示固定偏置放大電路，已知如圖所示固定偏置放大電路，已知RB =200 K，RC =3K，UCC = 12V，=50，試計算該電路的靜態工作點。（設晶體管為硅管，試計算該電路的靜態工作點。（設晶體管為硅管，UBE = 0.6V）UCCUoU

20、iC2C1RBRCRLI B EQU B EQUCCRBRCUCEQ將耦合電容開路，得到直流通路靜態分析就是要計算IBQ、ICQ和UCEQ根據固定偏置電路的特點，應先計算基極電流IBQ，然后計算ICQ和UCEQ。由直流通路輸入回路ARUUIBBEQCCBQ572000.6-12一般情況下，ICB0忽略不計，故有：mAIIBQCQ85. 2057. 050再由直流通路的集電極輸出回流可得：I B EQU B EQUCCRBRCUCEQVRIUUCCQCCCEQ6.322.85-12例例2-2 對于分壓式偏置電路，試計算其靜態工作點。對于分壓式偏置電路，試計算其靜態工作點。分壓式偏置電路直流通路U

21、BUE UCEIC IBI1 U CC RERC R B1R B2對于輸入回路得到戴維南等效電路UCEICIBUCCRERCRBEBCCBBBBURRRE21221/BBBRRR所以在輸入回路BEEBEBBQERIURI由于 ，故可得BEII)1 (EBBEBBQRRUEI)1 (BQCQIICQECCCEQECQCCCCEQIRRUIRIRUU)(分壓式偏置電路靜態工作點的也可以近似計算 ，先忽略IB計算UB，再計算IE(IC)和UCECCBBBBURRRU212EBEBCQEQRUUII例例2-3 場效應管放放大電路，已知場效應管放放大電路，已知IDSS和和VP，試計算靜態工作點。，試計算

22、靜態工作點。uoC1uiCSC2RLR GRSRDUDD解解 場效應管放大電路的靜態工作點的計算需要場效應管放大電路的靜態工作點的計算需要確定確定IDQ和和UDSQ。由于場效應管輸入電阻極大，輸入電流IG = 0，RG兩端的靜態電壓為零，所以SDGSRIU由結型場效應管的轉移特性2)1 (PGSDSSDVUII與上式聯立求解可得 PDSSSPDSSSPDSSSDVIRVIRVIRI/2/41/212DSSDPGSIIVU1求出ID后，就可以求出UDSQ了。產生工作點電流ID的偏壓是ID自己給出的，所以這種偏置電路稱為自給偏置電路。 混合偏置電路靜態分析對于結型、耗盡型場效應管均可采用自給偏置。

23、但是，對于增強型場效應管，由于只有柵源電壓達到開啟電壓時才有漏極電流，故不能采用自給偏置電路。這時可以采用混合偏置電路， RGCSC2C1RLR 2R1RSRDUoUDD同樣，由于IG=0，可以得到柵源電壓為 SDDDGSRIURRRU212再聯立增強型場效應管的轉移特性可以求出ID。與自給偏置電路相比，混合偏置電路有如下優點：（1可以更好地穩定靜態工作點，因為有R2的分壓，RS可以選得大一些，而RS越大，靜態工作點越穩定。（2可以適用于所有場效應管。但RS不能太大，太大會使跨導減小，影響電壓放大倍數。2. 動態分析1 1小信號小信號H H參數微變等效電路參數微變等效電路（1 1） 晶體管小信

24、號晶體管小信號H H參數微變等效電路參數微變等效電路晶體管共射接法的輸入、輸出特性的電流、電壓關系可一般表示為 ),(1CEBBEuifu),(2CEBCuifi對上兩式微分CECEBEBbbeBEduuudiiuduCECECBbCCduuidiiidi定義0CEduBBEBBEiediduiuh（單位為） 0BdiCEBECEBEreduduuuh（無量綱） 在小信號時，則有cerebiebeuhihuceoebfecuhihi0CEduBCBCfedidiiih（無量綱） 0BdiCECCECoedudiuih（單位為S） 對于交流信號，上式寫成有效值形式cerebiebeUhIhUce

25、oebfecUhIhI根據上式，可得微變等效電路 beUbIbIcereUhbfeIhoehbfeIhbeUcIcIceUbbcceeiehiehceUhie為晶體管共射輸入電阻rbehre為共射輸入開路時的電壓反饋系數，表示輸出電壓對輸入端的影響 hfe為共射電流放大倍數 hoe為共射輸出電阻的倒數，為輸出特性曲線工作點出斜率的倒數 忽略hre和hoe，則有簡化的等效電路hie為輸入特性曲線工作點出斜率的倒數，與工作點有關，可用下式近似計算：)()(26AImVrrhBQbbbeie（2 2） 場效應管微變等效電路場效應管微變等效電路對場效應管的輸出特性 進行同樣的分析可得),(DSGSDu

26、ufidsDSGSmDrdudugdi式中 常數DSuGSDmdudig/gm為uDSIDSS在某一值時的跨導，為場效應管轉移特性曲線工作點出斜率的倒數。 rds為輸出電阻，為輸出特性曲線工作點處斜率的倒數。 ggsUsdIgsrgsmUgdsroU場效應管種類較多，但是在不考慮襯存底影響時其微變等效電路都是相同的。 （3 3運算放大器的線性等效電路運算放大器的線性等效電路 對于運算放大器，為了分析方便，一般假設，除輸入電阻Ri、輸出電阻Ro和電壓放大倍數Au之外，其余參數均為理想情況。則可得運算放大器線性等效電路為U+UiIoI)(UUAuoUiRoR對于理想情況，在線性范圍內，運算放大器的

27、輸入電流和輸入電壓均為零，其輸出電壓為任意值，由外電路決定。因而，在分析理想運算放大器組成的放大電路時，只需要根據這一特性虛短和虛開特性分析即可，而無須等效電路。2 2動態分析方法動態分析方法動態分析步驟（1靜態分析，計算出靜態工作點得到動態分析等效電路所需的參數值，如果這些參數已經給出，則這一步可不需要；（2從放大電路得到交流通路，由于在中頻時，耦合電容和旁路電容的容抗較小，可認為短路；而直流電源由于交流電流流過不會產生交流電壓，所以在交流通路中直流電壓源對交流信號而言相當于短路，即對地短路；（3從交流通路得到微變等效電路，也就是將放大器件用它的等效電路替換；（4交流分析，根據放大電路各指標

28、的定義在微變等效電路的基礎上進行分析。下面通過實例加以說明下面通過實例加以說明 例例2-4 2-4 固定偏置放大電路，設固定偏置放大電路，設 ，RL=3KRL=3K，其余各元件參，其余各元件參數與例數與例2-12-1相同，忽略相同，忽略 和和 ，試計算電壓放大倍數，試計算電壓放大倍數Au Au 、輸入電阻、輸入電阻Ri Ri 和和輸出電阻輸出電阻RoRo。 200bbrrehoeh解解 （1 1靜態分析靜態分析 已在例已在例2-12-1中進行，這里中進行，這里直接引用分析結果，即直接引用分析結果，即IBQ= 57IBQ= 57A A，所以有，所以有656105710262002663BQbbb

29、eieIrrh（2交流通路，將耦合電容C1、C2短路，直流電壓源為零對地短路），得到交流通路 UCCUoUiC2C1RBRCRLUoUiRB RC RL（3微變等效電路 用三極管的微變等效電路取代三極管bIbfeIhbeUcIbceiehceU hfeIb Ib hieUo Ui RB RC RL（4動態分析：由圖可以得到iebihIU LbLbfeoRIRIhULCLRRR/所以 114656105 . 1503ieLiouhRUUA656/ieieBiiihhRIUR根據輸出電阻定義，將負載RL斷開，信號源Ui為零，從輸出端看進去的等效電阻為KRRCo32-3 2-3 放大電路性能指標的分

30、析放大電路性能指標的分析中頻時放大電路的性能指標的分析，主要分析放大電路的電壓放大倍數Au 、輸入電阻Ri 和輸出電阻Ro。2-3-1 2-3-1 晶體管放大電路性能指標分析晶體管放大電路性能指標分析晶體管有三個電極，也就是三個端，放大電路有輸入、輸出兩個端口四個端子，所以晶體管作為放大元件時，其中必有一個端子是輸入輸出端口的公共端。根據作為公共端的電極不同，晶體管放大電路可分為共發射極放大電路、共基極放大電路和共集電極放大電路。這三種放大電路性能不同，在電路中所起的作用也不相同。1. 1.性能指標計算性能指標計算CERLRER B1U CCRCUoVC2C1UiR B2R B1CBRLRB2

31、RCUoVC2UiU CCRSRLRERBUoVC2C1USUiU CC1 1共射放大電路共射放大電路CERLRERB1UCCRCUoVC2C1UiRB2IoIiIbhfeIbhieUoUiRCRL21/BBBRRR BR微變等效電路電流放大倍數AifebbfeioihIIhIIA電壓放大倍數AuieLfebieLbfeioumhRhIhRIhUUA)/(LCLRRR輸出電阻Ro 將負載電阻RL斷開，信號源Ui為零，從輸出端看進去的等效電阻coRR 輸入電阻RiiebbieiiihIIhIUR2 2共基放大電路共基放大電路RB1CBRLRB2RCUoVC2UiUCCIoIihfeIbhieUo

32、UiRC RL Ib微變等效電路電流放大倍數電流放大倍數AiAi)1)1fefebfebfeioihhIhIhIIA（電壓放大倍數電壓放大倍數AumAumieLfebieLbfeioumhRhIhRIhUUA)/(LCLRRR輸入電阻輸入電阻RiRifeiebfebieiiihhIhIhIUR1)1（輸出電阻輸出電阻RoRo將信號源為零，Ib 為零，受控電流源為零開路，故在負載電阻開路是從輸出端看進去的電阻為coRR RSRLRERBUoVC2C1USUiUCC3 3共集放大電路共集放大電路 Io IiUs RS Ib hfeIbhieUo Ui RBRERL微變等效電路電流放大倍數電流放大倍

33、數Ai Ai)1 ()1 (febbfeioihIIhIIA電壓放大倍數電壓放大倍數Au Au )1 ()1 ()1 ()1 ()(LfeieLfeLbfebieLbfeLobieLoioumRhhRhRIhIhRIhRIIhRIUUA輸入電阻輸入電阻RiRi IiUs RS Ib hfeIbhieUo Ui RBRERL)1)1LfeiebLbfebieiiiRhhIRIhIhIUR（輸出電阻輸出電阻Ro Ro I2 U2 RSIb hfeIb hieRE根據輸出電阻的定義，共集放大電路輸出電阻的計算電路為 由圖可得EbfeRUIhI22)1 (而 iesbhRUI2所以 EiesfeRUU

34、hRhI222)1 (feiesEfeiesohhRRhhRIUR1/1222 2 性能分析比較性能分析比較將以上三種基本組態的晶體管放大電路計算結果作一比較，在晶體管參數和各元件值相同的條件下，可以得出：（1共射放大電路電流、電壓放大倍數均較高，因而功率放大倍數最大，輸入、輸出電阻適中，故使用最廣泛；（2共基放大電路電壓放大倍數高，但電流放大倍數小于1，輸入電阻最小，作為電壓放大器使用較少，但它可以較好地改善放大電路的高頻特性，故在高頻放大電路中使用較多；（3共集放大電路從射極輸出，電壓放大倍數小于1，接近于1，經常被稱為射極輸出器或射極跟隨器。這種電路電流放大倍數高，有一定的功率放大作用，

35、而且輸入電阻高，輸出電阻低，具有廣泛的用途，經常被作為放大電路的輸入級、輸出級和中間隔離級使用。2-3-2 2-3-2 場效應管放大電路性能指標分析場效應管放大電路性能指標分析場效應管放大電路也有共源放大電路、共柵放大電路和共漏放大電路三種組態，但是一般情況下共柵和共漏兩種組態的放大電路使用較少，下面僅對共源放大電路進行分析。RGUiCSC2C1RL R 2 R1RSRDUoUDDgmUgsUgsR2rdsRDRLUoRGR1Ui微變等效電路電壓放大倍數Aum )/()/(LDdsmgsLDdsgsmioumRRrgURRrUgUUA輸入電阻RiGGiiiRRRRIUR21/輸出電阻RoDds

36、oRrR/2-3-3 2-3-3 運算放大器放大電路性能指標分析運算放大器放大電路性能指標分析1. 1. 反相放大電路反相放大電路R1 UiR fUoIiRo Ri Uo A(U+U-)R1UiRfU2線性等效電路由于U+ = 0，所以U2 = （U+ U），可得節點法節點方程。 0)(121ofiifUGUGUGGG0)()(22AUGUGUGGofoof解上述聯立方程，可得ioiifoifoioURRRRRRARRRARRRU)()()(111ioiifoiiofURRRRRRARRRRRRU)()()(1112電壓放大倍數電壓放大倍數Aum oiifoifoiioumRRRRRRARRR

37、ARRRUUA)()()(111由U2求出Ii后求得輸入電阻輸入電阻Rif1111111)()()(RRRARRRRRRRRRARRRRIURfoioiifoiiiif根據輸出電阻的定義 ，得到求取輸出電阻的電路RfU2IoRoRiUo A(U+U-)R1得到節點方程 0)(21ofifUGUGGG于是 ifofGGGUGU12在求出U2后，就得到受控源電壓為A(U2)，進而可以求出Io，于是 輸出電阻輸出電阻Rof ifofiiioififoooofRARRRRRRRRRRRRRRRRRRIUR1111112. 2. 同相放大電路同相放大電路RfR1UiUoA(U+U)R iRo U2R1R

38、 fUiUo線性等效電路由于U+ = Ui，所以，(U+ U）= (U2 Ui)，可得節點法節點方程 0)(21ofiiifUGUGUGGG0)()(22）（ioooffUUAGUGGUG解聯立方程，有 ioiifoioifioURRRRRRARRRRRRRRRAU)()()(11111ioiifoiofiURRRRRRARRRRRRARU)()()(11112所以可得oiifoioifiioumRRRRRRARRRRRRRRRAUUA)()()(11111fooiifoiiiifRRRRRRRRRARRRIUR1111)()(電壓放大倍數電壓放大倍數Aum 輸入電阻輸入電阻Rif根據輸出電阻

39、的定義，將信號源Ui為零，得到的等效電路與反相放大器的求輸出電阻的等效電路是一樣的，所以它們的輸出電阻也是相同的，即輸出電阻輸出電阻Rof ifofiiioififoooofRARRRRRRRRRRRRRRRRRRIUR111111例例2-5 反相放大電路，運放參數為：反相放大電路，運放參數為：A=105，Ri=106，Ro=200；電阻值為：；電阻值為：R1=20K，Rf=200K，試計算放大電路各，試計算放大電路各指標。指標。 R fR1 UiUo解解 ：根據上面的推導，有：根據上面的推導，有oiifoifoiioumRRRRRRARRRARRRUUA)()()(1114111111110

40、2)()()(RRRARRRRRRRRRARRRRIURfoioiifoiiiif1010210210210210210)10102(102)10210210102(1010210102(10811151626645245465526）0224. 0111111ifofiiioififoooofRARRRRRRRRRRRRRRRRRRIUR例例2-6 2-6 同相放大電路，運放參數為：同相放大電路，運放參數為：A=105A=105，Ri=106Ri=106，Ro=200Ro=200；電阻值為：；電阻值為：R1=20KR1=20K，Rf=200KRf=200K，試計算放大電路各指標。，試計算放大

41、電路各指標。 解解 同樣的計算可得同樣的計算可得11umA0224. 0ofR而對于輸入電阻則有10524254452456109 . 0102102102)102102(102)10210102102102(10ifR例例2-7 2-7 設運算放大器是理想器件，試分別計算例設運算放大器是理想器件，試分別計算例2-52-5和例和例2-62-6中反相和同相放中反相和同相放大電路指標。大電路指標。解解 理想運放的特性是理想運放的特性是 Ii = 0U + = U U U+Ii=0I1Uo UoR1UiR fU+=U反相放大電路反相放大電路理想運放時反相放大電路等效電路由圖可知，U=U+ = 0，所

42、以有fofiRUIRUI11所以有 電壓放大倍數 10202001kkRRUUAfioum輸入電阻 kRIURiif2011由于受控電壓源內阻為零，故放大電路輸出電阻 Rof = 0 這說明，對于Aum、Rif和Rof等指標，例2-5的結果與理想情況非常接近。所以在一般情況下，我們以后都將運放看作是一個理想器件。同相放大電路同相放大電路理想運放時反相放大電路等效電路R fU+UUoIi=0R1UiUoU + = U由圖可知，U=U+ = Ui，所以有foifiRUUIRUI11所以可得 電壓放大倍數1120200111kkRRUUAfioum輸入電阻iiifIUR可見，例2-7的結果與運算放大

43、器理想情況也是非常接近的。對于同相放大電路，當R1=，或Rf=0，這時Aum=1。這就構成了電壓跟隨器。 運放組成的放大電路與分立元件組成的放大電路比較：（1電壓放大倍數，運算放大電路的電壓放大倍數幾乎與運放器件無關，因此便于設計和調試；（2輸入電阻，運算放大電路的輸入電阻比晶體管放大電路要大得多，特別是同相放大電路，它比場效應管放大電路還要高因為場效應管放大電路受偏置電阻的影響）；（3輸出電阻，運算放大電路的輸出電阻幾乎為零，因此在電路設計和調試時可以不考慮后級或負載的影響。（4由運放組成的電壓跟隨器比射極跟隨器的輸入電阻更大可近似為無窮大），輸出電阻更小可近似為0），所以效果更好。由運算放

44、大器組成的同相放大電路與反相放大電路相比反相放大電路的同相端接地，反相端“虛地”，運算放大器輸入的共模信號為零；而在同相放大電路中，由于運放同相輸入端和反向輸入端的電位均為U+，所以這時運算放大器將有大小為U+的共模信號輸入。2-4 2-4 多級放大電路多級放大電路信號源輸入級中間放大級輸出級負載輸入級和中間放大級屬于小信號放大電路 輸出級為大信號放大電路 對于分立元件組成的放大電路，存在著級間耦合和多級放大電路的計算問題。 2-4-1 2-4-1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式分立元件放大電路耦合電路的要求要既能使信號順利通過，又要使前后級的靜態工作點不相互影響。 最簡單的耦合

45、方式就是將前后級直接連接起來，但是對于分立元件的放大電路來說，直接耦合有可能使得前后級放大電路的工作點相互影響，甚至不能正常工作。 1.1.電容耦合電容耦合R E1C2RB21RB22RB12UCCRB11R E2R C2R C1UoRLV2V1C3C1UiC1為信號源與第一級間的耦合C2為第一和第二級間的耦合C3為第二級和負載間的耦合阻容耦合的優點是 第一，由于電容的隔直作用，使前后級的靜態工作點互不影響，這樣給設計、調試靜態工作點帶來了方便 第二，當電容足夠大，在信號的頻率范圍其內阻抗足夠小，可使信號順利通過 。但是對于變化緩慢或直流信號而言，這種耦合方式是不適用的。2.2.直接耦合直接耦合 VDRB1RC2RC1Uo RLV2V1C2C1UiU CC直接耦合直接耦合電路的優點是耦合簡單，任何頻率的信號場合都可以使用。但是，其缺點是靜態工作點會相互影響，給靜態工作點的設計和調試帶來不方便。 UC1=UB