第二章第二章 BJTBJT放大电路放大电路 基础基础学时数：12 内容框架：重点难点： 1、放大电路的组成原则 2、放大电路的静态分析（近似估算法、图解法） 3、放大电路的动态分析（图解法、微变等效电路法）放大电路概述放大电路的组成原则共射放大电路共集放大电路共基放大电路电 路 组 成放 大 原 理电路分析静态 分析近似 估算 法图 解 法微变等 效电路 法分析方法基本放大电路三者 比较动态 分析4、三种组态放大电路的性能比较2-1 放大电路的基本组成和工作原理一、放大电路概述四、放大电路的直流通路和交流通路二、放大电路的基本组成原则三、电压放大器的放大原理五、电压放大器的三种基本组态一、放大电路概述 1、放大的概念3、放大电路的主要性能指标2、基本放大电路及其模型问题：1、“放大”的作用和实质是什么？2、放大电路有哪些基本类型？各适用于什么场合？3、放大电路有哪些主要的性能指标？ 各指标是如何定义的？1、放大的概念放大的作用： 把微弱的电信号放大 至负载所需的数值。放大的实质：小能量对大能量的控制。由小能量的输入信号去控制放大 电路中的直流电源，使之输出较 大的能量，然后推动负载。放大的对象：变化量。放大的特征：功率放大：xixo放 大 器信 号 源负 载扬声器 （执行机构）例： 扩音系统放大电路声音 声音话筒 （传感器）E放大的基本要求：不失真放大的前提。2、基本放大电路及其模型按输入信号与输出信号的 不同组合方式，放大电路 有四种基本类型：iouoiouo输出信号xo跨导增益ui跨导放大器跨阻增益ii跨阻放大器电流增益ii电流放大器电压增益ui电压放大器电路增益 ( 放大能力)输入信号xi类型xixo放 大 器信 号 源负 载下面介绍四种放大器的简单模型，了解它们之间的本质 区别和联系。2、基本放大电路及其模型xixo放 大 器信 号 源负 载+ ui -+ uo -iiio对信号而言，任何放大电 路均可看成二端口网络。信号源内阻信号源输入电压输入电流输出电压输出电流Rs usRi uoRORL输入电阻输出电阻输入电阻Ri： 用来描述放大电路对信号源索取电流的大小，也表示 放大器对信号源的影响程度。从放大电路输入端看进去的等效电阻。输出电阻Ro：描述放大电路带负载能力的指标。2、基本放大电路及其模型 （1）电压放大器： 输入是电压信号，输出 也是电压信号，是一种 电压控制电压源。 RsusRiAuouiRoRL+ ui -+ uo -iiio电压增益Au：当RL =时，Au=Auo ，Auo称为开路电压增益 Ro越小， Au越稳定，放大器的带负载能力越强。为使ui尽可能接近us 提高电源利用率，Ri越大越好。为提高电源利用率和带负载能力，设计电压放大器时应满足 RoRs。理想电压放大器的条件是Ro=0和Ri = ，此时 ，Au恒等于Auo ，而其电流增益和功率增益恒等于无穷大。 输入电阻Ri： 2、基本放大电路及其模型 （2）电流放大器： 输入信号是电流，输出 信号也是电流，是一种 电流控制电流源。 输入电阻Ri： 电流增益Ai：当RL =0时，Ai=Aio ， Aio称为短路电流增益 Ro越大， Ai越稳定，放大器的带负载能力越强。为使ii尽可能接近is 提高电源利用率，Ri越小越好。RsisRiAioiiRoRL+ uo -+ ui -iiio为提高电源利用率和带负载能力，设计电流放大器时应满足 RoRL，RiRL，RiRs 。 当RL =0时，Ag = Ag o , Ag o称作短路跨导增益 iiioRsusRiAgouiRoRL+ uo -+ ui -（5）四种基本放大器的区别和联系 区别是：增益的量纲不同 对输出电阻的要求不同对输入电阻的要求不同 以电压作为输出量的放大器要求Ro RL 以电压作为输入量的放大器要求Ri Rs 以电流作为输入量的放大器要求Ri Rs适用场合不同 电压放大器和跨阻放大器适用于负载电阻较大的场合，多用于信号的前置放大和中间放大。 电流放大器和跨导放大器适用于负载电阻较小的场合，多用于电子系统的输出级或执行机构的驱动电路。（5）四种基本放大器的区别和联系 联系是： 四种模型电路的参数之间可以相互转换。 一般电压增益更容易测量，其他 增益可以由电压增益换算得到。 + ui -+ ui -iiioRLRsisRiAroiiRo+ uo -iiioRsusRiAgouiRoRL+ uo -+ ui -RsisRiAioiiRoRL+ uo -iiio电流增益：跨阻增益：跨导增益：电 流 放 大跨 阻 放 大跨 导 放 大说到放大你最关 心什么? 能放多大?象不象 ?对信号源影 响有多大 ?带负载能 力如何 ?1、放大倍数（增益） 2、输入电阻 3、输出电阻 4、通频带 5、非线性失真系数 6、动态范围xixo放 大 器信 号 源负 载频率响应 ?3、放大电路的主要性能指标交 流 指 标能够输出的最 大电压?（1）放大倍数（增益）描述放大电路放大能力的指标。放大倍数输出量 输入量 电压放大器： 电流放大器： 跨阻放大器： 跨导放大器：电压增益（无量纲） 电流增益（无量纲） 跨阻增益（）跨导增益（S）（是复数，反映两者的幅值比和相位差）放大倍数（增益）的“分贝”表示方法： 放大倍数也常用分贝作单位，其换算关系为：3、放大电路的主要性能指标是最常被研究 和测试的参数（2）输入电阻Ri用来描述放大电路对信号源索取电流的大小，也表示放大 器对信号源的影响程度。输入为电压源： Ri，ii ，ui就越接近uS，输入信号的利用率越高。uSRSuiuoAuiiiO（ Ri越大越好）输入为电流源：Ri ，iRS ，ii就越接近iS，输入信号的利用率越高。（ Ri越小越好）iSRSRi从放大电路输入端看进去的等效电阻。3、放大电路的主要性能指标（3）输出电阻Ro描述放大电路带负载能力的指标。放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以用戴维南 定理将之等效为一个电压源，电压源的内阻就是输出电阻。uSRSRouO 以电压作为输出量的放大器：Ro 越小越好。 以电流作为输出量的放大器：Ro越大越好。3、放大电路的主要性能指标如何获得电路的输出电阻Ro ？（1）将信号源置零 ，保留内阻(保留受控源)。（2）将负载开路，在输出端加一个电压uo ，得到输出电流io 。方法1：加压求流法（外加激励法）iOuo（3）计算。*注意! !计算输出电阻时必须将独立 信号源置零并保留内阻。输出电阻与负载无关。保留内阻=LR=Su0 OO OiuR =uSRSRouS如何获得电路的输出电阻RO ？方法2：实验测量法uSRSRouS（1） 将负载开路，测量开路（空载）输出电压US。（2） 在输出端接入一个已知负载，测输出电压UL。（3） 计算。RLUL（4）通频带BW 描述放大电路对不同频率信号的放大能力。3、放大电路的主要性能指标f|Au|0结电容效应，使放PN由于电路中的电抗元件以及放大管的 大电路在信号频率较低或较高时的电压放大倍数下降，并 产生相移。描述放大倍数的幅值随频率变化的曲线，称为 幅频特性曲线。中频区|Aum|中频 增益 0.7 |Aum|3dB高 频 区低 频 区 fLfH下限频率上限频率通频带BW = fH fL3dB带宽（5）非线性失真系数D 描述放大电路的失真程度。（6）动态范围UO(P-P)放大电路的最大输出幅度。表示非线性失真系数D在允许范围时，放大器能够输出的最 大电压的值，一般用输出电压的峰峰值或有效值表示。3、放大电路的主要性能指标思考题 ：1. 测量放大器输入电阻、输出电阻应该用什么信号？ 2. 测量放大器的通频带用什么信号？ 3. 测量放大器的动态范围用什么信号？1、基本放大电路的组成及各元件的作用二、放大电路的基本组成和工作原理2、设置静态工作点的必要性3、基本放大电路的工作原理及波形分析4、放大电路的组成原则RCECEBRb+ -uSuo+-共射1、基本放大电路的组成及各元件的作用EB , Rb:使发射结正偏，且有合适的IB。 （不用Rb可以吗？） EC :使集电结反偏，同时提供能量。 RC :将iC转化为uCE (uo ）。RCECEBRb+ -uSuo+-BJT :电流的控制和放大作用。信号源作用时：信号源为uS0时，BJT的各极电流和极间电压均为直流量 ，称为静态工作点Q，即为：（对RC的取值有要求吗？）静态工作点设置是否合适，对放大器性能的影响至关重要。放大的对象是变化量RC Rb+ECuo+-2、设置静态工作点的必要性RCECEBRb+ -uSuo+-为什么放大的对象是动态信号，却需要晶体管在 信号为0时有合适的直流电流和极间电压呢？分析没有基极偏置的情况：+-uSuBEiB0UonuSt一般的输入信号不足以使BJT导通， uo =EC， 即使输入信号足够大，也只有在输入信号大于 Uon时，输出才有变化，产生严重失真！结果：输出电压必然产生失真!设置合适的静态工 作点，首先要解决 失真问题，但是Q 点的位置几乎影响 着放大电路所有的 动态参数。RCECEBRb+-uSuCE+-iBiC3、基本放大电路的工作原理及波形分析当uS0时，iBt0iCt0UCEQuCEt0IBQICQt0uS当uS0时，uSUBEQ+ubeIBQ+ibICQ+icuCE=EC-iCRCUCEQ+uce=EC-ICQRC-icRC=UCEQ-icRC动态信号驮载 在静态之上输出与输 入反相基本放大器的电压放大作用是通过三极管的电流放大，并经电 阻RC将集电极电流的变化转换为集电极电压的变化而获得。波形特点：在输入端加入一个正弦电压后，各极电压和电流围 绕各自的静态值按正弦规律变化。4、放大电路的组成原则（1）静态工作点合适：合适的直流电源，合适的电路参数（2）动态信号能够作用于有源器件的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。（3）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。RCECEBRb+ -uSuo+-5、两种实用的放大电路（1）直接耦合放大电路RCECEBRb+ -uSuo+-存在问题： 两种电源； 信号源与放大电路不共地；Rb1Rb2RCRL+ECui+-T输入信号和放大电路、负载和放大电路直接连接。 输出含有直流分量。存在问题： 输入的交流信号在电阻上有损耗； 输出含有直流分量5、两种实用的放大电路 （2）阻容耦合放大电路C1，C2为耦合电容！耦合电容的特点：耦合电容的容 量应足够大，在放大电路的通频 带内，对于交流信号近似为短路 ，其作用是“隔断直流、通过交 流”。Rb1Rb2RCRL+ECui+-C1C2输入信号和放大电路、负载和放大电路通过电容连接。静态时C1、C2上的电压？动态时：信号驮载在静态之上。 负载上只有交流信号。耦合电容没有动态损耗。缺点：当信号频率较低时，电容上的交流损耗变大。（注意电容的极性）C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+旁路 电容三、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和交流信号的作用共存，并且由于电路中电 抗元件的存在，交流电流和直流电流流过的通路是不一样的，使电路的分 析复杂化。为简化分析，在分析时将它们分开作用，引入直流通路和交流 通路的概念。 1、直流通路 直流电源作用的通路，解决静态工作点问题。2、交流通路 交流信号源作用的通路，反映交流信号的传输问题。交流信号源置零，保留内阻； 电容开路；适用的频率范围：放大电路的中频区电感短路（线圈电阻近似为0）。大电容（耦合电容、旁路电容）相当于短路；直流电源相当于短路；电感相当于开路。Rb1Rb2RCRL+ECui+-TCBEn直接耦合放大电路的直流通路