放大电路分析基础解读.docx
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放大电路分析基础解读
第二章放大电路分析基础
§2、1放大电路工作原理
一：
放大电路的组成原理
基本共发射极电路如图右所示。
图中V是NPN型三极管，担负放大作用，是整个电路的核心器件。
放大电路的组成原则是：
（1）：
放大器件工作在放大区（三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置）
（2）：
输入信号能输送至放大器件的输入端（三极管的发射结）
（3）：
有信号电压输出。
我们判断一个放大电路能否放大输入，可按上述原则进行。
如用PNP三极管，则电源和电容C1，C2的极性均反向。
基本放大电路的习惯画法
（1）
（2）
二：
直流通路和交流通路
在分析放大电路时有两类问题：
直流问题和交流问题。
（1）直流通路：
将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。
它又被称为静态分析。
（2）交流通路：
将放大电路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路即得。
它又被称为动态分析。
按上述原则，可画出图
（2）的直流通路和交流通路。
如图所示（3）和（4）。
§2、2放大电路的直流工作状态
直流工作点，又称为静态工作点，简称Q点。
它可以通过公式求出，也可以通过作图的方法求出。
一：
公式法计算Q点
根据放大电路的直流通路，估算出放大电路的静态工作点。
下面把求IB、IC、UCE的公式列出来
三极管导通时，UBE的变化很小，可视为常数，我们一般认为：
硅管为0.7V
锗管为0.2V
例：
用估算法计算静态工作点。
已知：
VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。
解：
二：
图解法计算Q点
三极管的电流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线表示，我们可以在特性曲线上，直接用作图的方法来确定静态工作点。
用图解法的关键是正确的作出直流负载线，通过直流负载线与iB=IBQ的特性曲线的交点，即为Q点。
读出它的坐标即得IC和UCE
图解法求Q点的步骤为：
（1）：
通过直流负载方程画出直流负载线，（直流负载方程为UCE=UCC-iCRC）
（2）：
由基极回路求出IB
（3）：
找出iB=IB这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。
读出Q点的坐标即为所求。
例2：
如图（5）所示电路，已知Rb=280千欧，Rc=3千欧，Ucc=12伏，三极管的输出特性曲线如图（6）所示，试用图解法确定静态工作点。
（5）（6）
解：
（1）画直流负载线：
因直流负载方程为UCE=UCC-iCRC
iC=0，UCE=UCC=12V；UCE=4mA，iC=UCC/RC=4mA，连接这两点，即得直流负载线：
如图（3）中的兰线
（2）通过基极输入回路，求得IB=（UCC-UBE）/RC=40uA
（3）找出Q点（如图（3）所示），因此IC=2mA；UCE=6V
三：
Q点的影响电路参数对静态工作
静态工作点的位置在实际应用中很重要，它与电路参数有关。
下面我们分析一下电路参数Rb，Rc，Ucc对静态工作点的影响。
改变Rb
改变Rc
改变Ucc
Rb变化，只对IB有影响。
Rb增大，IB减小，工作点沿直流负载线下移。
Rc变化，只改变负载线的纵坐标
Rc增大，负载线的纵坐标上移,工作点沿iB=IB这条特性曲线右移
Ucc变化,IB和直流负载线同时变化
Ucc增大,IB增大,直流负载线水平向右移动,工作点向右上方移动
Rb减小，IB增大，工作点沿直流负载线上移
Rc减小,负载线的纵坐标下移,工作点沿iB=IB这条特性曲线左移
Ucc减小,IB减小,直流负载线水平向左移动,工作点向左下方移动
§2、3放大电路的动态分析
一：
图解法分析动态特性
1.交流负载线的画法
交流负载线的特点：
必须通过静态工作点
交流负载线的斜率由R"L表示（R"L=Rc//RL）
交流负载线的画法（有两种）：
（1）
先作出直流负载线，找出Q点；
作出一条斜率为R"L的辅助线，然后过Q点作它的平行线即得。
（此法为点斜式）
（2）
先求出UCE坐标的截距（通过方程U"CC=UCE+ICR"L）
连接Q点和U"CC点即为交流负载线。
（此法为两点式）
例1：
作出图
（1）所示电路的交流负载线。
已知特性曲线如图
（2）所示，Ucc=12V，Rc=3千欧，RL=3千欧，Rb=280千欧。
解：
（1）作出直流负载线，求出点Q。
（2）求出点U"cc。
U"cc=Uce+IcR"L=6+1.5*2=9V
（3）连接点Q和点U"cc即得交流负载线（图中黑线即为所求）
二．放大电路的非线性失真
作为对放大电路的要求，应使输出电压尽可能的大，但它受到三极管非线性的限制。
当信号过大或者工作点选择不合适，输出电压波形将产生失真。
由于是三极管非线性引起的失真，所以称为非线性失真。
1．由三极管特性曲线非线性引起的失真
这主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性的间距不匀，当输入又比较大时，就会使Ib、Uce和Ic的正负半周不对称，即产生非线性失真。
如图
（1）所示
2.工作点不合适引起的失真
（1）工作点Q点设置偏高会产生饱和失真
若工作点Q点设置偏高，虽然基极动态电流ib为不失真的正弦波，但是由于在输入信号正半周，靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，导致集电极动态电流iC产生顶部失真，集电极电阻Rc上的电压波形必然随之产生同样的失真。
由于输出电压vo与Rc上电压的变化相位相反，从而导致vo波形产生底部失真，此种由于晶体管进入饱和区工作而产生的失真现象称为饱和失真。
如图（3）所示
（2）工作点Q点设置偏低会产生截止失真。
若工作点Q点设置偏低，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压总量vBE小于其导通电压（开启电压），BJT截止。
因此基极电流ib将产生底部失真。
集电极电流iC和集电极电阻Rc上电压的波形必然会随之产生同样的失真，从而导致vo波形产生顶部失真。
这种由于BJT
进入截止区工作而产生的失真称为截止失真。
如图
（2）所示。
应当指出，截止失真和饱和失真都是比较极
端的情况。
实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输入特性和输出特性的非线性而使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可忽略不计而已。
三．微变等效电路
微变等效电路的基本思想是，当输入信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压，电流变化量之间的关心基本上是线性的。
即在一个很小的范围内，输入特性，输出特性均可近似的看作是一段直线。
因此，就可给三极管建立一个小信号的线性模型，这就是微变等效电路。
利用微变等效电路，可以将含有非线性元件（三极管）的放大电路转化成为我们熟悉的线性电路，然后，就可以利用电路分析课程中的学习的有关方法来求解。
四．三种基本组态放大电路的分析
微变等效电路，主要用于对放大电路的动态特性分析。
三极管有三种接法，故放大电路也有三种基本组态。
一个放大电路的性能怎样，是通过性能指标来描述的！
1．放大电路的性能指标
（1）电压放大倍数 Au
它是用来衡量放大电路的电压放大能力的指标。
它可定义为输出电压的幅值或有效值与输入电压的幅值或有效值之比，有时也称为增益。
即
Au=Uo/UiAus=Uo/Us
电压源放大倍数Aus是表示输出电压幅值或有效值与信号源电压值比。
显然，当信号源内阻R=0时，Aus=Au。
它就是考虑了信号源内阻Rs影响时的Au。
（2）电流放大倍数 Ai
它是用来衡量放大电路的电流放大能力。
它可定义为输出电流Io与输入电流Ii幅值或有效值之比即Ai=Io/Ii
Ai越大表明放大能力越好.
（3）功率放大倍数Ap.
它定义为输出功率与输入功率之比。
即
Ap=Po/Pi=|UoIo|/|UiIi|=|AuAi|
（4）输入电阻ri
放大电路由信号源提供输入信号，当放大电路与信号院相连时，就要从信号源索取电流。
索取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响，所以定义输入电阻来衡量放大电路对输入信号源的影响。
当信号频率不高时，电抗效应不考虑，则ri=Ui/Ii
（5）输出电阻 ro
从输出端看进去的放大电路的等效电阻，称为输出电阻ro。
输出电阻的高低表明放大电路所能驱动负载的能力。
ro越小表明带负载能力越强。
则ro=U2/I2
下面我们用微变等效电路法计算放大电路的Au，ri，ro
1．共e极放大电路
对放大电路进行静态分析，主要是确定其静态工作点Q，即求出IBQ，ICQ，UCEQ。
对放大电路进行动态分析，主要是计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
共射放大电路
（a）共射放大电路（b）微变等效电路
静态工作点的计算
ICQ=ßIBQ
UCEQ=VCC－ICQRC
交流性能参数的计算
电压放大倍数
输入电阻
输出电阻Ro=Rc
2．共c极放大电路
共集放大电路信号从基极输入，从发射极输出，集电极作为输入输出的公共端。
该电路又称为射极输出器，或称射极跟随器，也是最常用的一种基本电路。
共集电极电路的特点是：
输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数小于1接近于1，主要用作输入极、输出极和极间缓冲极。
用微变等效电路分析共集放大电路
（a）共集放大电路（b）h参数微变等效电路
静态工作点计算
再由ICQ=βIBQ,UCEQ=VCC-ICQRe可求出静态工作点。
交流性能的计算
共集电路的输入电阻很大而输出电阻很小；另外它的电压放大倍数虽然小于1，但它的电流放大倍数仍较大，约为（1+β）倍。
3．共b极放大电路
共基极电路的输入信号加在晶体管的发射极，输出是集电极，基极是输入输出的公共端。
用微变等效电路分析共基极放大电路
（a）共基极放大电路（b）微变等效电路
静态工作点分析
交流性能分析
其中
与共射放大电路比较，共基放大电路的特点是：
（1）电压放大倍数数值上同相，而共基电路是正值，表明输入与输出同相；电流放大倍数共基电路是略小于1。
（2）输入电阻比共射电路小，输出电阻相同。
（3）共基电路的频率响应好，在要求频率特性高的场合多采用共基电路。
三种电路的比较
连接方式
性能比较（大、中、小）
公共端
输入端
输出端
Ri
Ro
其它
共射电路
e
b
c
大
大
小
大
共集电路
c
b
e
小
大
大
小
共基电路
b
e
c
大
小
小
大
频带宽
例1共射放大电路如图所示。
设：
VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的β=60。
1、试求电路的静态工作点Q。
解：
2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。
解：
画微变等效电路
Ri=rbe//Rb≈rbe=993Ω
Ro=Rc=3kΩ
§2、4多极放大电路
一．多极放大电路的耦合的方式
常用的耦合方式有三种，即阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。
1．多极放大电路的耦合方式
多极放大电路方框如下图
其中,输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大,以推动负载工作。
在计算多级放大电路交流参数时常采用两种方法，一是画出多级放大电路的微变等效电路，然后用电路方面知识直接求出Uo和Ui之比，即整个多级放大电路的总电压放大倍，以及输入电阻和输出电阻。
另一方法是先求出每级电压放大倍数（利用基本放大电路的一些公式），然后相乘得到总电压放大倍数。
但在求单级放大电路的放大倍数时，要考虑到它后面一级的输入电阻应看作为它的负载电阻，而它前面一级的输出电阻对它而言应看作为是信号源的内阻。
在求多级放大电路输入电阻和输出电阻时也应考虑前后级的影响。
2．阻容耦合
阻容耦合电路级与级之间由电容、电阻来连接的。
如图右所示。
优点：
各级静态工作点是相对独立,不互相影响
缺点：
不使用于传送缓慢变化的信号（电容容抗过大，使信号衰减很大）；不能传送直流信号；在集成电路难于制造。
3．
直接耦合
为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响,也可以把级与级之间直接用导线连接起来,这种连接方式称为直接耦合。
其电路如图右所示。
直接耦合的特点:
（1）优点:
既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。
（2）缺点:
存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。
4．变压器耦合
我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。
其电路如下图所示。
二．
三．
二．多极放大电路的指标计算
1．电压放大倍数
根据电压放大倍数的定义式
多级放大电路的倍数等于各级放大电路倍数的乘积.即:
Au=Au1.Au2.Au3.......Aun
2．输入电阻
多级放大电路的输入电阻,就是输入级的输入电阻。
计算时要注意:
当输入级为共集电极放大电路时,要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。
3．输出电阻
多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。
计算时要注意:
当输出级为共集电极放大电路时,要考虑其前级对输出电阻的影响。
分析图P3.1所示是一个二级阻容耦合放大电路。
解:
它第一级是共集放大电路，第二级是共射放大电路，因此它是共集—共射组态的二级放大电路。
图3.1二级阻容耦合放大电路
下面我们来分析这个放大电路，设
电容C1,C2,C3,Ce均为足够大。
1.静态工作点计算
2.交流性能计算
先求出每级电压放大倍数，再求出总的电压放大倍数。
晶体管的h参数为
第二级的输入电阻ri2相当于是第一级的负载电阻，它为
输入电阻和输出电阻为
分析图P3.2所示是一个两级直接耦合放大电路。
解：
T1、T2分别为共集、共射放大组态。
共集电路具有阻抗变换作用，取其输入电阻高，输出电阻低，共射电路电压放大倍数较大，两者结合后放大电路的性能较好。
图P3.2
静态工作点的确定不能每级分别计算，可以通过下面的联立电路方程来求得：
第一级的电压放大倍
其中ri2为第二级的输入电阻，它为
在β1>>1、β2>>1时
输入电阻和输出电阻分别为
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