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第二章半导体三极管及放大电路放大电路的概念和组成放大电路的工作原理2.2放大电路的组成和基本原理输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大的概念放大的对象：变化量。放大的本质：能量的控制和转换。放大电路的特征：功率放大。放大电路的必备元件：晶体管放大的前提：不失真。1一、放大电路的概念和组成放大电路的性能指标放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。23（1）放大倍数及增益电压放大倍数：（无量纲）iovUUA电流放大倍数：（无量纲）ioiIIA对于小功率放大电路，人们往往只关心上述单一指标的放大倍数，而不研究其功率放大能力。本章着重讨论电压放大倍数。适用条件:Uo没有明显失真4（2）输入电阻：iiiiiIUIUR对电压源形式的信号源，放大电路的输入电压：isssisiiRRUURRRU1所以，输入电阻越大，信号电压损失越小，输入电阻越大越好。sissiIRRRI所以，输入电阻越小，信号电流损失越小。（3）输出电阻:LoLLLRUURURRURRRU)1(110'0'00'0005输出电阻的大小，影响到输出到负载信号的大小。当放大电路输出端等效为电压源时，输出电阻越小，则负载获得的输出电压越大；当放大电路输出端等效为电流源时，输出电阻越大，则负载获得的输出电流越大。输入电阻和输出电阻，都描述了电子电路相互连接时对信号所产生的影响。直接或间接地影响到放大电路的放大能力。输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Uo为输出开路(空载)时电压有效值Uo为带负载后的输出电压有效值（4）通频带：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。所示。6低频段03dB20lg|AV|/dB带宽220406020210221032104f/HzfLfH图放大电路的频率响应中频段高频段HLHffffbw时，当LHbwfff其中上限频率—Hf下限频率—Lf通频带（带宽）如图在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于0．707倍的频率称为下限截止频率fL。信号频率上升到一定程度，放大倍数数值也将减小，使放大倍数的数值等于0．707倍的频率称为上限截止频率fH。f小于fL的部分称为放大电路的低频段，f大于的部分fH称为高频段，而fL与fH之间形成的频带称为中频段，也称为放大电路的通频带fbw。||mA||mA设中频电压放大倍数以||mA来表示。7（5）非线性失真：由元器件非线性特性引起的失真。如图所示。8OuotOuit图放大的非线性失真)sincos()(102nnnntbntaatf非线性失真系数：A1—基波幅值A2—二次谐波幅值A3—三次谐波幅值213212AAAAD对于周期是2π的函数f(t)，总可以以傅立叶级数的形式展开：（6）最大不失真输出电压Vom：VomPP（7）最大输出功率Pom与效率：式中，PV为电源消耗的功率。小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如vCE、iB等。大写字母、大写下标表示直流量。如VCE、IC等。小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、ib等。有关符号的约定上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如、等。ceUbI大写字母、小写下标表示交流有效值。如Vce、Ie等。omOPPUU22例题例2.1.1某电唱机拾音头内阻为1M，输出电压为1V（有效值），如果直接将它与10的扬声器相接，扬声器上的电压和功率各为多少？如果在拾音头和扬声器之间接入一个放大电路，其输入电阻Ri=1M，输出电阻Ro=10，开路电压增益为1，则此时扬声器上的电压和功率各为多少？Rs放大电路+–+–+–RLRiRo+–'oVsVoViViIoI图2.1.6例2.1.1求解示意图+–RLRs+–SVoVoI)(1011010110)(56VVRRRVasLsLo解：)(25.011010101010101)(666'VVRRRRRRAVARRRVRRRVbsisiLoLvoivoLoLoLoLo放大电路的组成及各元件的作用1晶体管：起放大作用的核心元件。Rc、VCC：集电极电阻和集电极电源，给输出回路提供静态工作点，保证晶体管处在线性放大区。同时，Rc还是集电极负载电阻将变化的集电极电流转换为电压输出。VCC还提供输出所需的能量。iu+VBBRb–+–ou基本共射放大电路VCCRcRb、VBB：基极电阻和基极电源，给输入回路的提供静态工作点。二、放大电路的工作原理1定性分析:在输入端加一ui将依次产生uBE、iB、iC、uCE和uo适当选择参数，uo可比ui大得多，从而实现放大作用。iu+VBBRb–+–ou图基本共射放大电路VCCRcuCEuBEibiCICQUCEQIBQiBtttttuiiCui+iB+VBBRb–+–图(a)ui=0时（静态）VCCRc–uCEuoiCuCEuo放大电路的工作原理(a)ui=0静态（直流工作状态）工作情况cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRVVI)(ICQUCEQIBQiBtttttuiiCui+iB+VBBRb–+–图(b)ui=sinwt时（动态）VCCRc–uCEuoiCuCEuo(b)ui=sint动态（交流工作状态）工作情况iB=IBQ+ibiC=ICQ+icuCE=UCEQ+uceuo=ucecCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRVVI)(设置静态工作点的必要性（1）静态工作点ui=0时，输入特性曲线上的点（UBEQ,IBQ)和输出特性曲线上的点（UCEQ,ICQ)，称之为静态工作点Q。（2）设置静态工作点的必要性放大的对象是动态信号，但前提是不失真。若去掉直流偏置，根据图(b)所示动态工作情况，在ui负半周以及ui正半周其幅值小于晶体管发射结的导通电压时，晶体管截止，输出电压不变，即动态电压为0，所以造成了严重的失真，从这个意义上讲，设置静态工作点是十分必要的。此外，静态工作点的设置，还影响到其它动态参数，必须合理设置静态工作点。1.三极管必须工作在放大区。原理电路缺点:★放大电路组成原则：2.有合适的静态工作点。1.需要两路直流电源,既不方便也不经济。2.输入、输出电压不共地。C1、C2是隔直或耦合电容，RL是放大电路的负载电阻，省去了基极直流电源VBB。克服了原理电路的缺点,比较实用。★单管共射放大电路的改进电路RbRcVT+-uo阻容耦合共射放大电路+-uiRLC1C2+VCC++小结本讲主要介绍了以下基本内容：放大的基本概念：放大的对象是动态信号（变化量）、放大的本质是能量的控制与转换、其特征是功率放大、放大的前提是不失真、放大的必备元件是有源器件（晶体管）放大电路的组成原则：合适的静态工作点；工作在放大区放大电路的主要性能指标：放大倍数、输入电阻、输出电阻；最大不失真输出电压；非线性失真系数；上、下限截止频率和通频带；最大输出功率和效率等。88第二章半导体三极管及放大电路图解法求静态工作点动态分析2.3图解法分析放大电路1（1）直流通路：直流电源作用下直流电流流经的通路，用于研究静态工作点。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。（2）交流通路：输入信号作用下交流电流流经的通路，用于动态分析。对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。给定输入输出特性曲线，求解（1）静态Q；（2）动态参数：Au2.3图解法分析放大电路2+Rs–usRb1VCCRcRb2RL图直接耦合共射放大电路的直流通路和交流通路RsRb1VCCRcRb2RL+Rs–usRb1VCCRcRb2RL+Rs–usRb1RcRb2RL(a)直流通路(b)交流通路3C2Rc+–usC1VCCRbRL图阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路VCCRcRb+–usRcRbRL(a)直流通路(b)交流通路C2Rc+–usC1VCCRbRL4C2Rc+Rs–usC1VCCRbRL图阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路VCCRcRb+Rs–usRcRbRL(a)直流通路(b)交流通路C2Rc+Rs–usC1VCCRbRL5（求Q）（IBQICQUCEQ）已知三极管的输入、输出特性曲线，用图解分析法。首先，画出直流通路，如图所示。UCE+–IB+–UBE图阻容耦合共射放大电路的直流通路VCCRcRbICRc+Rs–usC1VCCRbRLC22.3.1.图解法求静态工作点6在输入特性曲线上，作直线VBE=VCC－IBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。如图2所示。列输入回路方程：VBE=VCC－IBRb图2输入回路中的Q点UCE+–IB+–UBE图1直流通路VCCRcRbIC7在输出特性曲线上，作出直流负载线VCE=VCC－ICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。如图3所示。斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC图3输出回路中的Q点列输出回路方程：VCE=VCC－ICRcUCE+–IB+–UBE图1直流通路VCCRcRbIC8+Rs–usRb1VCCRcRb2RL直接耦合共射放大电路思考题：用图解分析法在晶体管特性曲线上作出下图所示直接耦合放大电路的静态工作点Q。9（2）动态分析首先，画出交流通路，如图4所示。C2图4阻容耦合共射放大电路的交流通路+Rs–usRcRbRLRc+Rs–usC1VCCRb2RL10由交流通路得交流负载线满足：vce=-ic(Rc//RL)=-icR’LRc+–uceic–+iBube图4交流通路+Rs–usRbRLR'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。又交流负载线必过Q点，即VCEQ=-ICQRL则交流负载线为:vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL即iC-ICQ=(-1/RL)(vCE–VCEQ)11过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL直线，该直线即为交流负载线。如图5所示斜率-1Rc斜率1Rc//RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC图5交流负载线思考题：直接耦合放大电路的交流负载线是否和图5所示的相同？12思考题：（1）动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变？vCE的实际电压极性是否改变？（2）是否可以从图2.3.7中求出电压放大倍数？QQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uA•动态工作情况如图2.3.7所示。图2.3.7动态工作情况123.图解法的步骤（一）画输出回路的直流负载线（二）估算IBQ，确定Q点，得到ICQ和UCEQ（三）画交流负载线（四）求电压放大倍数（3）非线性失真分析和最大不失真输出电压13①波形的失真：饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。截止失真图2.3.8放大器截止失真14饱和失真15图2.3.9放大器饱和失真波形失真的解决办法：•截止失真：输入：增大VBB，减少Rb•输出：增大Rc•饱和失真：输入：减少VBB，增大Rb•输出：减少Rc1617放大电路动态范围如图2.3.11所示放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：•工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；•要有合适的交流负载线。V