2019/5/22,1,第三章三极管放大电路基础,2019/5/22,2,本章基本要求,1）熟悉晶体三极管结构、工作原理及特性曲线； 2）掌握由BJT、FET组成的基本放大电路的静态和动态分析，即静态工作点和交流性能参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）的计算；多级放大电路的分析和计算； 3）了解放大电路的频率特性等。,2019/5/22,3,3.1 放大电路的基本概念,“放大”是最基本的模拟信号处理功能。,这里的“放大”是指把微小的、微弱的信号不失真地进行放大。以小能量对大能量的控制作用称为放大作用。,所谓“不失真”就是保证原信号波形的形状、基本参数等不变。,具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。,2019/5/22,4,“放大”的表现形式是将信号的幅度增大若干倍，但在电子技术中，放大的本质并非能量的改变，而是能量的控制与转换，即通过放大器输入信号(如麦克风输出的微弱能量的信号)的控制，使放大器将直流电源提供的能量转换成(较大能量的)交流输出信号。这种以小能量对大能量的控制作用就是放大作用。,2019/5/22,5,一般来说，放大电路就是一个双端口网络。,信号源电压,输入电压,输出电压,Rs,信号源内阻,RL,负载电阻,输入电流,输出电流,2019/5/22,6,3.1.2 放大器的主要性能指标,放大器的增益也称为放大倍数，定义为输出变化量的幅度与输入变化量的幅度的比。,1电压增益,2电流放大增益,3.1.2.1 放大器的增益,2019/5/22,7,3.1.2.1 放大器的增益,4互阻增益,5互导增益,3. 功率增益,(3-3),2019/5/22,8,放大电路的其他性能指标：,输入电阻,输出电阻,最大不失真输出幅度,非线性失真,(3-6),(3-7),最大输出功率与效率,(3-8),通频带,(3-9),2019/5/22,9,输入电阻Ri,放大电路 （放大器）,Ri决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，即它决定了放大电路对信号源的要求。,一般情况下，要求RiRs,2019/5/22,10,输出电阻Ro,Ro的求法：将信号源短路，即 =0，但保留Rs；且负载RL两端开路，即RL=时,短路,开路,2019/5/22,11,3.增益,实质上就是输出对输入的放大倍数。,2019/5/22,12,在工程上常用以10为底的对数增益表达，其基本单位为B（贝尔，Bel），平时用它的十分之一单位dB（分贝，decibel的缩写）。,由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因此功率增益表示为：,2019/5/22,13,4. 频率响应,指在输入正弦信号情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。,式中：,信号的角频率；,Au () 幅频响应；,相频响应；,2019/5/22,14,3.2 放大电路及其基本分析方法,3.2.1三极管放大电路的3种组态,由BJT构成的放大器3种组态：共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路，如图3-4所示。,基极输入集电极输出,基极输入发射电极输出,发射极输入集电极输出,2019/5/22,15,3.2.2 共发射极放大电路的组成,1. 三极管的放大作用,在实际应用中利用三极管放大电路放大微弱信号，其原理电路如图3-5a所示，实际电路中常取 ，于是常采用习惯画法的共射极放大电路图。,2019/5/22,16,放大的原理,2019/5/22,17,2放大电路的组成原则,2019/5/22,18,电路与波形,2019/5/22,19,3.各元器件的作用,2019/5/22,20,2019/5/22,21,4. 基本放大电路中电压和电流的表示方法,2019/5/22,22,3.2. 3 共发射极放大电路的分析,三极管放大电路的分析包括静态(直流)分析和动态(交流)分析，其分析方法有图解法和微变等效分析法。图解法主要用于大信号放大器分析，微变等效分析法用于低频小信号放大器的动态分析。,2019/5/22,23,3.2.3.1 图解法,1. 直流通路和交流通路 当 时，放大电路处于静态，直流电路流经的通路称为放大电路的直流通路。通过直流通路为放大电路提供直流偏置，建立合适的静态工作点。画直流通路时应令交流信号源为零(交流电压源短路，交流电流源开路)，保留其内阻；相关电容器开路，电感短路。 当 时，放大电路处于动态工作状态，交流电流流经的通路称为放大器的交流通路。 画交流通路时，令直流电源为零(直流电压源短路，直流电流源开路)，保留其内阻；令电抗很小的大容量电容和小电感短路；令电抗很大的小容量电容和大电感开路；保留电抗不可忽略的电容或电感。,2019/5/22,24,2静态分析,2019/5/22,25,2静态分析,在 时，放大电路只有直流电源作用，放大电路的这种状态称为静态，对直流通路的分析称为静态分析。用作图的方法求得Q点的值。其步骤如下： 1）给定晶体三极管的输入特性和输出特性，由放大电路的直流通路求得IB和UBE的方程，并在输入特性上作出这条直线。根据图3-7(b)由KVL得,则,2019/5/22,26,2）由直流通路得到直流负载线IC f（UCE），并在晶体管的输出特性上作出这条直线。根据图3-7(b)，由KVL得,2019/5/22,27,2019/5/22,28,2019/5/22,29,2动态分析,1）交流通路及交流负载线,2019/5/22,30,2019/5/22,31,输出回路的瞬时电压为,式中,2019/5/22,32,图解法分析共发射极放大器的波形,2019/5/22,33,2019/5/22,34,2019/5/22,35,晶体三极管各极间的电压和电流均为直流和交流的分量,电压放大倍数的计算：,放大电路的电压放大倍数等于输出电压相量与输入电压相量的比值。,2019/5/22,36,(4) 非线性失真,2019/5/22,37,(4) 非线性失真,2019/5/22,38,(4) 非线性失真,C. 双向失真,当静态工作点合适但输入信号幅度过大时，在输入信号的正半周三极管会进入饱和区；而在负半周，三极管进入截止区，于是在输入信号的一个周期内，输出波形正负半周都被切削，输出电压波形近似梯形波，这种情况为双向失真。为了消除双向失真，应减小输入信号的幅度。,2019/5/22,39,【例3-1】链接,2019/5/22,40,3.2.3.2 微变等效电路法,三极管是一个非线性器件，由它组成的放大电路属于非线性电路，不能简单地直接采用线性电路的分析方法进行分析。由图3-11(a)可见，当输入交流信号时，工作点在 之间移动，若该信号为低频小信号，则 在三极管特性曲线 的线性范围内移动，图3-11(b)所示。因此可将三极管视为一个线性二端口网络，并采用线性网络的H参数表示三极管输入、输出电流和电压的关系，从而把包含三极管的非线性电路变成线性电路，然后采用线性电路的分析方法分析三极管放大电路。这种方法称为H参数等效电路分析法，又称为微变等效电路分析法。,2019/5/22,41,1静态分析,时，放大电路只有直流电源作用，电容相当于开路，放大电路的这种状态称为静态，对应的电路称为直流通路，对直流通路的分析称为静态分析。,由图3-14(b)所示直流通路可得,【例3-2】 【例3-3】链接,2019/5/22,42,2动态分析,(3-14),2019/5/22,43,H参数及其物理意义,(3-14),对上述方程取全微分得,由三极管输入输出参数得,(3-15),在输入信号为低频小信号的情况下，可以用交流分量代替相应的电流和电压增量，则式(3-15)可改写为,(3-16),2019/5/22,44,2019/5/22,45,为晶体管输出端交流短路时晶体管的输入电阻，单位为欧姆（）,为晶体管输入端交流开路时反向电压传输比 ，无量纲,为晶体管输出端交流短路时电流放大系数，无量纲,为晶体管输入端交流开路时的输出导纳，其单位为西门子（S）,2019/5/22,46,式（3-16）方程组也可写成矩阵形式,(3-17),(3-18),(3-19),(3-20),2019/5/22,47,2) 放大电路的微变等效电路,在画放大电路的微变等效电路时，首先令图3-13(a)所示放大电路中的耦合电容、交流旁路电容交流短路，令其直流电压源交流接地，得到如图3-15(a)所示放大器的交流通路，然后将三极管用图3-14(c)所示的H参数等效电路来代替三极管符号，即可得到如图3-15(b)所示放大电路的微变等效电路。 由于被放大的交流输入信号ui为正弦量，若已选择了合适的静态工作点，则三极管工作在线性区域，各电极交流电压和电流均为同频率的正弦信号，且用相量表示。,2019/5/22,48,2019/5/22,49,3) 放大电路动态性能参数的计算,(3-21),输入电压为,2019/5/22,50,（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro,在图3-15(b)所示的电路中，放大电路相对于信号源而言相当于负载，可用电阻Ri代替，即放大电路的输入电阻。放大电路相对于负载而言相当于信号源，可用戴维南(或若顿)定理等效为电压源和内阻串联(或电流源和内阻并联)的形式，其内阻即为放大电路的输出电阻。,由图3-15(b)可知,放大器的输入电阻为,2019/5/22,51,放大器输出电阻,2019/5/22,52,放大器输出电阻,(3-24),对于一个电压放大器来说，输入电阻应尽可能大些，输出电阻尽可能小。,【例3-4】链接,2019/5/22,53,3.3 放大电路静态工作点的稳定,3.3.1 温度对放大电路静态工作点的影响 固定偏置放大电路的优点是电路组件少，电路简单，易于调整。对于图3-7(a)所示的共发射极放大电路，电路的优点是电路组件少，电路简单，易于调整。但由于 ，当电源电压 和偏置电阻 确定后，基极电流 就为某一常数。 当环境温度变化、电源电压波动或组件参数变化时，静态工作点将不稳定，尤其是温度变化引起Q点漂移。,2019/5/22,54,2019/5/22,55,3.3.2 分压偏置式共发射极放大电路,1. 各元件的作用,2019/5/22,56,1. 各元件的作用,图3-20所示电路是在图3-7(a)所示的共发射极放大电路基础上，引入发射极电阻Re和基极偏置电阻Rb2，构成分压偏置式共发射极放大电路。 其中， 、 分别为上、下偏置电阻，为发射极偏置稳定工作点电阻，电容Ce为发射极交流旁路电容，对直流量相当于开路，为避免Re对交流信号产生压降使电压放大倍数下降，Ce对于交流信号相当于短路，其容量应满足 。 C1、C2为耦合电容，起到通交流分量、隔离直流分量的作用，通常要求 、， 、分别为放大器的输入电阻和负载电阻。,2019/5/22,57,稳定静态工作点的原理,2019/5/22,58,2. 静态工作点的估算,由直流通路可知,(3-26),2019/5/22,59,3动态参数的计算,图3-20(a)的分压偏置式放大电路的交流通路及微变等效电路如图3-21所示 .,2019/5/22,60,3动态参数的计算,1）电压放大倍数,(3-30),2019/5/22,61,2）输入电阻、输出电阻,由KCL得,(3-32),2019/5/22,62,旁路电容Ce的影响,如果将图3-20(a)的电容去掉，其直流通路没有变化，其交流通路和微变等效电路如图3-22所示。电路的电压放大倍数为,(3-33),2019/5/22,63,由图3-22(b) 可得无旁路电容时分压偏置放大电路得输入电阻为,(3-34),【例3-5】 【例3-6】链接,2019/5/22,64,应用示例,解： 1) 选择电路方案