模拟电子技术基础:基本放大电路

一、放大的概念
1、放大的对象均为变化量
2、放大电路的本质是能量的控制与转换
3、放大的基本特征是功率的放大
4、有源元件：能够控制能量的元件称为有源元件
5、放大的前提是不要失真
二、放大电路的性能指标
1、

1、放大倍数：主要是电压放大倍数：Auu=U。/Ui
2、输入电Ri:是从放大电路输入端看进去的等效电阻，Rs是信号源内阻，
3、输出电阻R。:是指从输出端看进去的等效内阻
4、通频带：放大电路只适用于放大某一特定频率范围内的信号，fL为下限截至频率，fH为上上限截至频率，低频带，高频带，通频带如图所示
5、非线性失真系数D
6、最大不失真输出电压Uom
7、最大输出功率于效率Pom
二、基本共射放大电路的工作原理

输入回路与输出回路以发射极为公共端，故称共射放大电路，并称公共端为“地
1、设置静态工作点Q的必要性：是指输入信号为0.直流电单独作用时晶体管数据情况
2、Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所有的动态参数

2.2.3基本共射电路的工作原理级波形分析

IBQ为静态工作点的基极电流，基极总电流iB=IBQ+ib,由于基极对集电极电流的控制作用ib=βic,β为电流放大系数，集电极的电流ic=ICQ+βib，又由于Rc上的电压增大。降压管uCE必然减小（应为Vcc=icR+UCE,其中Vcc为常量）所以降压管产生一个与ic变化相反的交变电压uce，降压管uCE=UCEQ+uce,如图©,若再将其中的直流分量UCEQ去掉就得到了放大了的交流电压u。，如图（d）
以上可分析得：只有设置合适的静态工作点，使交流信号驼载在直流分量上，以保证晶体管在的输入信号在整个周期内始终在放大状态，才不会失真。
2.2.4放大电路的组成原则
1、组成原则
2、常见的两种共射放大电路

1、 可以发现该放大电路是将基极电源与集电极电源合二为一了，而且为了合理设置静态工作点，在基极回路又增加了一个电阻，
2、将输入端短路便可求静态工作点
IBQ=（Vcc-UBEQ）/Rb2-UBEQ/Rb1
ICQ=βIBQ
UCEQ=Vcc-ICQRc
3、但是，清楚的是由于信号电压在Rb1上均有损失，因而减小了晶体管基极与发射极之间的信号电压，也就会影响电路的放大能力，所以引出如下电路

由于电容有隔离直流，通过交流的作用，C1的作用为阻断信号源与直流电路的并联关系，从而直接作用在放大器上，C2的作用是将直流分量去掉，直接得到放大的交流信号
IBQ=(Vcc-UBEQ)/Rb
ICQ=βIBQ
UCEQ=Vcc-ICQRc
2.3放大电路的分析方法
2.3.1直流与交流通路
直流通路是直流电源作用下直流电流流经的通路，也就是静态电流流经的通路。用于研究静态工作点。
1、电容视为开路
2、电感视为短路
3、信号源视为短路，但保留其内阻
交流通路是交流信号流经的通路1、容量大的电容视为短路2、无内阻的直流电源视为短路

4、在分析放大电路时，应遵循先静态后动态的原则，求解静态工作点时要利用直流通路，求解动态参数时应利用交流通路
2.3.2图解法

一、静态工作点的分析
1、如图：在其中，虚线之间是晶体管，虚线之外是其他原件。于是有当Δu1=0 时，在晶体管的输入回路中，静态工作点即应该在其输入特性曲线上，又应该在外电路的回路方程：uBE=Vcc-iBRb
如图：
解即为静态工作点，直线称作输入回路负载线。
2、同理，在晶体管的输出回路中，输出特性曲线与输出回路的方程的解就是静态工作点。
二、电压放大倍数的分析
给定Δu1，在输入回路经图解可得ΔiB，根据ΔiB=βΔiC，在输出回路中，根据三角形即可解除ΔuCE，
电压放大倍数Au=ΔuCE/Δu1，以上即可求得电压放大倍数。
1、由此分析得，输入电压与输出电压的变化相反
2、仔细分析可得Q点对放大电路的重要性
三、波形非线性失真的分析

1、截止失真：由（a ）可知：当Q点过低时，b-e间的电压在某段时间会小于Uon，三极管的开启电压，从而无法产生电流，电流局部失真，导致输出电压失真，值得注意的是，输出电压的失真部位与输入电路相反。解决方法：只有增大基极电路电源才能消除截至失真。

2、饱和失真：当Q点过高时，输入回路不会失真，但是回事输出回路电压在某时刻进入饱和区，而产生失真。为了消除饱和失真，就要适当降低Q点，
1、增大基极电阻
2、减小集电极电阻
3、更换一只β较小的管子
4、为了使最大不失真输出电压尽可能大，将Q点的横坐标设为（Vcc+UCEs）/2处
四、直流负载线与交流负载线

这里是针对直接耦合与阻容耦合提出的
1、

根据阻容耦合的交流通路可以看出：当有负载时，输出电压是集电极Rc与负载电阻RL并联产生的电压，但是在ui=0时，应该看他的直流通路(a),可知在iB=ICQ时，管压降应该为UCEQ，即交流负载线时通过Q点的，由点和斜率可得其交流负载线，
2、直接耦合直流负载线与交流负载线是重合的，而对于阻容耦合来说，只有空载时两条是、直线才合二为一。
五、图解法多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况，在实际中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压，和失真情况
2.3.4等效电路法
一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算法

静态工作点时，b-e之间直流电流恒定，产生恒定电流ICQ，即可将理想化直流模型如图（c）所示，注意电流方向就行了。
二、晶体管共射参数等效模型

可以将共射电路等效为（d）所示的图，四个参数如下图所示：

h1表示在输入曲线上Q点处切线斜率的倒数，是动态的输入电压。
h12e是当iB=IBQ时uBE对uCE的偏导数（值很小）
h21e是uCE=UCEQ时。IC对iB的偏导数，即电流放大系数β
h22e是iB=IBQ时，IC对uCE的偏导数（值很小)
由于值很小的可以忽略，于是有：
那么rbe是什么呢：

h参数等效模型用于研究动态参数，它的四个动态参数都是在Q点求偏导数得到的，因此，只有在信号比较小，且工作线性度比较好的区域内，分析计算结果误差比较小，由于h参数没有考虑到结电容的作用，只适用于低频信号情况，故称之为晶体管的低频小信号模型。
三、共射电路的动态分析
1、放大倍数Au:
Ui=Ib(Rb+rbe),U。=-IcRc=-βIbRc,相除即可
2、输入电阻：Ri=Rb+rbe
3、输出电阻：是指输出回路的内阻。R。=Rc
2.4放大电路静态工作点的稳定
2.4.2典型的静态工作点稳定电路
一、电路组成和Q点稳定电路（与以往的电路有区别，更稳定）

在图（c)中，节点B的电流I2=I1+IBQ,为了稳定Q点，通常使参数的选取满足I1>>IBQ，因此I1约等于I2，于是基极的电位几乎仅仅取决于Rb1与Rb2对Vcc的分压，而与环境温度无关，即温度变化时UBQ基本不变。
于是有：当温度升高时：集电极电流增大，导致发射极电流增大，导致Re上的电压UE增大，发射极电位增高，又因为基极的电位基本不变，于是UBE减小，导致IB减小，导致Ic减小

由此可见：电路Q点稳定的原因是，1、Re的直流负反馈作用；2、在I1>>IBQ时，UBQ在温度变化时基本不变。从理论上讲，Re越大，反馈越强，Q点越稳定，但是实际上，对于一定的集电极电流Ic,由于Vcc的限制，Rc太大会使晶体管进入饱和区，电路无法正常工作
二、静态工作点的估算
经过一系列的计算：我们通过（1+β）Re>>Rb,来判断I1>>IBQ
三、动态参数的估算

1、有分析可得：Au=-βRL’/rbe,rbe会受温度的影响，即Re是直流负反馈电阻，若将旁路电容Ce搞得很大，导致Re短路。
2、
分析可得：虽然使|Au|减小了，但由于Au仅仅决定于电阻取值，不受环境的影响，所以温度稳定性好。
总结：Re与旁路电容，若有旁路电容，虽然动态分析中可以忽略Re,从而使Au增大，但是会受到温度的影响；若没有旁路电容，Au虽然变小了，但是稳定性增加了，所以二者需要权衡。
2.4.3 稳定稳态工作点的措施
1、温度补偿法

对于（a）来说：
IR为二极管的反向电流，当温度升高时，Ic增大，但是同时IR增大导致IB减小，（因为IR+IB几乎是个常量），又导致IC减小

对于（b）来说：设温度升高时，二极管内电流基本不变，因此其压降Ud必然减小，稳定过程简述如下

2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法
2.5.1 基本共集放大电路
1、电路的组成

动态分析：
把2.5.1（c）的图用其h参数等效模型取代便可得到


由式子可以发现0>Rb+rbe时，Au（向量为1），故常称作射集跟随器，电路电压无反打能力，但是输出电流Ie远大于Ib,所以电路仍有功率放大作用
输入电阻：Ri=Rb+rbe+(1+β）Re,因为流过Re的电流为ie,因此共集放大电路的输入电阻比共射放大电路的输入电阻大很多，可达几十千Ω
输出电阻：为了能计算输出电阻，，令输入信号为0，在输出端加正弦电压，得到电流，即可算出输出电阻，
由于Re的取值较小，所以R。可以小到几十欧。
总结：共集电极放大电路输入电阻大，输出电阻小，因而从信号源索取的电流小，而且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入极和输出级；也可用它连接两电路，减少电路间直接相连所带来的影响。
2…5.2
基本共基极放大电路
1、共基极放大电路无电流放大能力，电压放大倍数与阻容耦合放大电路差不多，
2、输入电压与输出电压同相，输入电阻较共射电路小，输出电阻与共射差不多
3、共基极放大电路的最大优点是频带宽，因而常用于无线电通信等方面。
2.6场效应管放大电路
2.6.1场效应管放大电路的三种接法

2.6.2 场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算
一、基本共源放大电路

一目了然。。。
二、自给偏压电路

问：UGS为什么会小于0呢？
静态时，由于场效应管栅极电流为0 ，因而电阻Rg的电流为0 ，栅极电位UCQ也就为0，也就是说原极的电位比栅极来得高，于是产生了静态电压，UGSQ=-IDQ*Rs
图2.6.4（b)所示的是自给偏压的一种特例，使用的是耗尽型mos管，因此不管正负均能工作。
三、分压式偏置电路（典型的稳定电路）
A点电位决定于Rg2与Rg1的分压，因为Rg3上没有电流，g点电位为与A点电位相等，但栅极电位仍比源极电位低，Rg3的作用是增大输入电阻。
2.6.3 场效应管放大电路的动态分析
一、场效应管的低频小信号等效模型

如图是由h参数画出的等效电路
gm是输出回路与输入回路电压之比，故称为跨导，其量纲是电导。

gm=偏iD/pian uGS,在小信号时，可以用IDQ近似iD，得出

gm与Q点紧密相关，Q点愈高，gm愈大，因此，场效应管Q但也会影响失真。
二、基本共源放大电路的动态分析


共源放大电路具有一定的电压放大能力，输出电压与输入电压，只是共源电路的输入电阻几乎开路，很大。
三、 基本共漏放大电路的动态分析

2.7 基本放大电路的派生电路
场效应管与晶体管相比，最突出的优点时=是可以组成高输入电阻的放大电路，此外，由于它还有噪声低，温度稳定性好，抗辐射能力强等优于晶体管的特点，而且便于集成化，构成功耗电路，所以被广泛的应用于各种电子电路中。
一、复合管放大电路
1、晶体管组成及其电流放大电路

特点：
基极入：NPN管
基极出PNP管
β约等于=β1*β2（=β1+β2+β1β2)
2、场效应管与晶体管组成的复合管及其跨导

3、复合管的组成原则
1、在正确的外加电压下，每只管子的各极电流均有合适的通路，均工作在放大区或恒流区
2、为了实现电流放大，应该将第一只管子的集电极或发射极作为第二支管子的基极电流。
二、复合管共射放大电路

分析表明：复合管共射放大电路增强了电流放大电路，从而减小了对信号源驱动电流的要求。
三、复合管共源放大电路

电路比单管共源放大电路的放大能力强很多。但同时输入电阻也大很多。
四、复合管共集放大电路

2.72 共射-共基放大电路

共集-共基放大电路
总结：集合管可以同时获得两种管子的优点。