電子技術主講教師：傅穎項目二放大器2.基本放大電路及其分析方法2.1概論2.2共射放大電路的組成和工作原理2.3放大電路的性能指標2.4放大電路的分析方法1.放大概念放大現象：電子學中放大的目的是將微弱的變化信號放大成負載（例如喇叭或者儀表）所需要的值。用來對電信號進行幅度放大的電路叫做放大電路，也叫做放大器Amplifier。放大特點：物體形狀按照比例放大；遵循能量守恒。2.放大的本質放大電路本質就是實現小能量對大能量的控制和轉換，輸出信號的能量得到了加強。對放大電路的要求：一是要放大，二是要不失真。3.放大電路的組態電壓放大電路用有輸入口和輸出口的四端網絡表示，如圖：

2.1概論uiuoAu放大器(晶體管)晶體管在放大電路中的三種連接方式：雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入，兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公用電極。三種接法也稱為三種組態。

2.1概論2.1概論三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例學習工作原理2.2共射放大電路的組成和工作原理共射放大電路的基本組成：放大元件iC=iB，工作在放大區，要保證集電結反偏，發射結正偏。uiuo輸入輸出參考點RB+VCCEBRCC1C2T2.2共射放大電路的組成和工作原理電路改進：采用單電源供電可以省去RB+VCCEBRCC1C2T2.2共射放大電路的組成和工作原理單電源供電電路+VCCRCC1C2TRB2.2共射放大電路的組成和工作原理耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+VCCRCC1C22.2共射放大電路的組成和工作原理集電極電源，為電路提供能量。直流信號交流信號并存RB+VCCRCC1C22.2共射放大電路的組成和工作原理集電極電阻，將變化的電流轉變為變化的電壓。RB+VCCRCC1C22.2共射放大電路的組成和工作原理基極電阻：1.給發射結提供正向偏置電壓；2.決定基極靜態電流IB的大小。RB+VCCRCC1C22.2共射放大電路的組成和工作原理基本放大電路的放大過程各點波形：RB+VCCRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiB2.2共射放大電路的組成和工作原理基本放大電路的放大過程一、ui=0時（靜態工作點）IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+VCCRCC1C2T2.2共射放大電路的組成和工作原理基本放大電路的放大過程(IBQ

,

UBEQ)和(ICQ

,

UCEQ)

分別對應于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態工作點。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ2.2共射放大電路的組成和工作原理基本放大電路的放大過程二、

時,uBE=

ui+UBEQ，圖形怎么畫？IBUBEQICUCEuCE怎么變化？假設uBE有一微小的變化ibtibtictuit2.2共射放大電路的組成和工作原理基本放大電路的放大過程二、

時,uBE=

ui+UBEQ，圖形怎么畫？uce相位如何？uce與ui反相！ICUCEictucet2.2共射放大電路的組成和工作原理基本放大電路的放大過程請總結設置靜態工作點的必要性。實現放大的條件：1.晶體管必須偏置在放大區。發射結正偏，集電結反偏。2.正確設置靜態工作點，使整個波形處于放大區。各點波形：RB+VCCRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiB2.3放大電路的性能指標一、電壓放大倍數Au

Ui和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。2.3放大電路的性能指標二、輸入電阻Ri

放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號。輸入電阻是衡量放大電路對前級電路索取電壓的能力。結論：輸入電阻越大，從其前級取得的電壓越大。AuIi~USUi2.3放大電路的性能指標三、輸出電阻Ro任何放大電路的輸出都可以等效成一個有內阻的電壓源，從放大電路輸出端看進去的等效電阻稱為輸出電阻RO。RO越小，負載電阻RL變化時UO的變化越小，稱為放大電路的帶負載能力越強。2.3放大電路的性能指標工程測量方法：1.測量開路電壓

。2.測量接入負載后的輸出電壓

。3.計算。2.3放大電路的性能指標思考：研究輸入、輸出電阻的意義。例：若放大器多級相連時，要考慮輸入、輸出電阻的影響。2.3放大電路的性能指標四、通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力。2.3放大電路的性能指標fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數隨頻率變化曲線我們以共射放大電路為研究對象。通常，電路中直流電源的作用和交流信號的作用總是共存的。但是，由于電容電抗元件的存在，直流量所流經的通路與交流信號所流經的通路不完全相同。因此，為了研究問題方便，常把兩種通路區分開來。1、直流通路和交流通路交流通路：只考慮交流信號的分電路。直流通路：只考慮直流信號的分電路。例：對直流信號（只有+EC）2.4放大電路的分析方法2.4放大電路的分析方法開路開路RB+VCCRCC1C2T直流通道RB+VCCRC對交流信號(輸入信號ui)：2.4放大電路的分析方法短路短路置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路練習：畫出直流通路和交流通路。練習答案：畫出直流通路和交流通路。2.4放大電路的分析方法2、靜態分析方法估算法（1）根據直流通道估算IBQ，UBEQ。RB稱為基極偏置電阻，IB稱為基極偏置電流。2.4放大電路的分析方法IBQUBEQ+VCC直流通道RBRC2、靜態分析方法估算法（2）根據直流通道估算UCEQ、ICQ。2.4放大電路的分析方法ICUCE直流通道RBRC+VCC（放大狀態）（飽和狀態）例：用估算法計算靜態工作點。已知：EC=12V，RC=3k，RB=300k，

=50。解：若電路中RB=30k，晶體管的工作狀態怎樣？2.4放大電路的分析方法2、靜態分析方法圖解法為了比較直觀地了解晶體管靜態工作點的位置，便于分析失真問題，可采用圖解法。已知條件：三極管輸入特性曲線和輸出特性曲線，所有電路的參數。靜態時，△ui=0，對直流通道進行分析：輸入特性曲線；輸出特性曲線。2.4放大電路的分析方法直流通道RB+VCCRC2、靜態分析方法圖解法電路靜態時，△ui=0，輸入回路電路方程為：采用作圖方法在iB/uBE坐標系內分別作出曲線，其交點即為IBQ、UBEQ。顯然方程為一直線方程，稱為輸入負載線。在實際應用中，由于UBEQ近似為0.7V，故圖解法會忽略畫輸入負載線的步驟，而改為估算。故圖解法步驟如下：（1）估算IBQ；（2）然后在輸出特性曲線上作出直流負載線，與IBQ對應的輸出特性曲線與直流負載線的交點就是Q點。2.4放大電路的分析方法2、靜態分析方法圖解法應用同樣方法在輸出回路可以寫出回路方程為：VCC-ICRC=UCE在放大回路中可測量出iC/uCE座標系中在不同IB下的關系曲線,上述直線方程與輸出關系曲線在IB=IBQ時的交點值即為ICQ、UCEQ。上述直線方程對應的直線即為輸出負載線，也稱直流負載線。直流負載線的意義？2.4放大電路的分析方法2、靜態分析方法圖解法例：如圖(a)所示電路,已知Rb=280kΩ,Rc=3kΩ,UCC=12V,三極管的輸出特性曲線如圖(b)所示,試用圖解法確定靜態工作點。2.4放大電路的分析方法38M2、靜態分析方法圖解法解：首先寫出直流負載方程,并作出直流負載線:然后,由基極輸入回路,計算IBQ。直流負載線與iB=IBQ=40μA這一條特性曲線的交點,即為Q點,從圖上查出IBQ=40μA,ICQ=2mA,UCEQ=6V。2.4放大電路的分析方法圖解法總結：

主要功能：分析靜態工作點，動態范圍和波形失真。分析步驟：

①

畫出三極管的輸出特性，根據電路參數求出IBQ；

②

作直流負載線，確定靜態工作點；

③

通過靜態工作點作交流負載線；

④

根據輸入信號引起的ib變化，由交流負載線確定iC和uCE的變化范圍；

⑤

檢查是否有失真，確定輸出波形。2.4放大電路的分析方法練習1：放大電路及三極管的輸出特性如圖所示，UCC=18V；Rb=300kΩ；RC=4.5kΩ；RL=18kΩ，UBE可忽略不計。（a）作出直流負載線，求靜態工作點；（b）作出交流負載線；（c）若增大輸入電壓，首先出現何種失真？請說明消除該失真的方法。2.4放大電路的分析方法3、動態分析方法圖解法2.4放大電路的分析方法ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路3、動態分析方法圖解法ic和uce是交流量，與全量iC和uCE有如下關系。所以：即：全量信號的變化沿著斜率為

的直線。這條直線通過Q點，稱為交流負載線。2.4放大電路的分析方法3、動態分析方法圖解法過Q點作一條直線，斜率為：交流負載線的意義？2.4放大電路的分析方法iCuCEECQIB交流負載線

共射極放大電路3、動態分析方法圖解法動態工作時，iB、iC的實際電流方向是否改變，vCE的實際電壓極性是否改變？2.4放大電路的分析方法假設在靜態工作點的基礎上，輸入一微小的正弦信號ui練習2：已知如圖所示電路中VCC＝16V，RC＝4kΩ，靜態管壓降UCEQ＝6V；并在輸出端加負載電阻RL，其阻值為4kΩ。請問：該電路的最大不失真輸出電壓有效值Uom≈3.5V。2.4放大電路的分析方法非線性失真分析：失真——信號經過放大電路放大后，輸出波形和輸入波形不完全一致，發生畸變，稱為“失真”。產生非線性失真的原因：主要與靜態工作點的位置和輸入信號的幅值大小有關。①截止失真2.4放大電路的分析方法iCuCEuo輸出波形輸入波形ib②飽和失真2.4放大電路的分析方法iCuCEib輸入波形uo輸出波形思考題：1.試分析下列問題：（1）增大Rc時，直流負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（2）增大Rb時，直流負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（3）減小VCC時，直流負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（4）減小RL時，直流負載線將如何變化？Q點怎樣變化？交流負載線怎么變化？2.4放大電路的分析方法

共射極放大電路思考題：2.放大電路如圖所示：當測得BJT的VCE接近VCC的值時，問管子處于什么工作狀態？可能的故障原因有哪些？答：截止狀態。故障原因可能有：?Rb支路可能開路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。?C1可能對地短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。2.4放大電路的分析方法

共射極放大電路icuceRBRCRLuiuo交流通路

3、動態分析方法---微變等效電路法2.4放大電路的分析方法微變等效電路分析法1、晶體管的微變等效電路2、計算電壓放大倍數3、計算輸入電阻4、計算輸出電阻

一、電壓放大倍數AuUi和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。2.4放大電路的分析方法二、輸入電阻Ri放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號。輸入電阻是衡量放大電路對前級電路索取電壓的能力。結論：輸入電阻越大，從其前級取得的電壓越大。2.4放大電路的分析方法AuIi~USUi三、輸出電阻Ro任何放大電路的輸出都可以等效成一個有內阻的電壓源，從放大電路輸出端看進去的等效電阻稱為輸出電阻RO。RO越小，負載電阻RL變化時UO的變化越小，稱為放大電路的帶負載能力越強。2.4放大電路的分析方法思考：研究輸入、輸出電阻的意義例：若放大器多級相連時，要考慮輸入、輸出電阻的影響。2.4放大電路的分析方法2.4放大電路的分析方法icuceRBRCRLuiuo交流通路3、動態分析方法微變等效電路法由于放大電路中BJT是一個非線性器件，電路的分析不能運用我們在電路分析中已掌握的公式和定律。如能在一定條件下，建立BJT的線性化模型，將BJT非線性器件線性化，那么，對放大電路的分析就迎刃而解了。從實際的BJT特性曲線可見，從實際的BJT特性曲線可見，在小范圍內可將其非線性作線性化處理，此時，BJT的電流、電壓有線性關系存在。這樣，在小信號范圍可建立BJT的線性模型了。此時，BJT的電流、電壓有線性關系存在。這樣，在小信號范圍可建立BJT的線性模型了。2.4放大電路的分析方法1、三極管的微變等效電路畫法（1）輸入回路：當信號很小時，將輸入特性在小范圍內近似線性。2.4放大電路的分析方法iBuBE

uBE

iB對輸入的小交流信號而言，三極管基極和射基之間可用交流電阻rbe來等效。Rbb的值一般為300歐。1、三極管的微變等效電路畫法（2）輸出回路：輸出端相當于一個受ib控制的電流源；uCE對iC幾乎無影響，等效電流源的內阻非常大，用rce表示。2.4放大電路的分析方法iCuCE

近似平行rce

的含義

iC

uCE1、三極管的微變等效電路畫法2.4放大電路的分析方法ubeuceicrce很大，一般忽略。rbe

ibib

rcerbe

ibibbce等效bubeibuceicce1、三極管的微變等效電路畫法將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:放大電路的微變等效電路。2.4放大電路的分析方法61交流通路RBRCRLuiuouirbe

ibibiiicuoRBRCRL關于微變等效電路的幾點說明：①對于微變輸入信號，晶體管的基極和發射極之間可用交流電阻rbe來代替；集電極和發射極之間可以用內阻很大的受控電流源βΔib來代替。②微變等效電路適用的前提條件是：微變小信號，對于大信號電路（如功率放大電路）不適用。③微變等效電路中的受控電流源不能獨立存在，其方向不能隨意假定。④微變等效電路中的電壓、電流都是交流量，電路中無直流量，因此不能用微變等效電路來求解靜態工作點Q的值。⑤用晶體管的微變等效電路直接取代交流通路中的晶體管。即不管電路是什么組態，晶體管的b、e間用交流電阻rbe代替，c、e間用受控電流源βΔib代替。2.4放大電路的分析方法2、電壓放大倍數的計算2.4放大電路的分析方法rbeRBRCRL3、輸入電阻的計算對于為放大電路提供信號的信號源來說，放大電路是負載，這個負載的大小可以用輸入電阻來表示。電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。2.4放大電路的分析方法輸入電阻的定義：是動態電阻。rbeRBRCRL4、輸出電阻的計算2.4放大電路的分析方法rbeRBRC所以：總結：微變等效電路分析法分析步驟：

1、交流通路（耦合電容和電壓源短路）2、微變等效電路（將交流通路中的三極管用微變等效模型替代）3、計算電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。例：阻容耦合共射放大電路，已知UBE=0.7Vβ=50,Rb=377k,RC=6k,Rs=100,RL=3k,Vcc=12V，計算:1.電路的靜態工作點Q;2.reb，電壓放大倍數Au,Aus;3.輸入、輸出電阻Ri、Ro。2.4放大電路的分析方法解：1.靜態工作點Q

根據直流通路可得：

IBQ=(Vcc

－UBE)/Rb=(12－0.7)/377=30(uA)ICQ=βIBQ=50×0.03=1.5(mA)UCEQ=Vcc

－ICQ·RC=12－1.5×6=3(V)

2.4放大電路的分析方法+EC直流通道RBRC解：2.電壓放大倍數Au

畫出電路的微變等效

圖如圖，則

Au=Uo/Ui=-(βRC//RL)/rbe而rbe≈rbb＋26

/IBQ

=300+26mV/30uA

≈1.18k∴Au=－50×(6//3)/1.18=－85Aus=－792.4放大電路的分析方法3.輸入、輸出電阻Ri、Ro

畫出電路的微變等效

圖如圖，則

Ri=(Rb//rbe)=377//1.18≈1.18kRo=Rc=6k2.4放大電路的分析方法【例】簡單放大電路如下圖所示，ＶCC=12V，晶體管為硅管，其β=70,rbb′=300Ω，已