目录

基本概念-toc" style="margin-left:0px;">3.放大器的基本概念

3.1.定义14个放大器和4个放大倍数

3.1.放大器模型和放大器主要指标

3.23种组态放大电路

3.共发射极放大器分析

3.3.极放大器电路结构

3.3.2.直流工作状态分析与计算

3.3.3共射放大器的交流分析及主要指标估算

3.4共集电极放大器

3.4.1.直流工作状态分析

3.4.2.计算交流指标

3.5共基极放大器

3.5.1.直流工作状态分析

3.5.2.计算交流指标

3.6三种组态放大器比较

3.7讨论非线性失真和输出动态范围

3.7.1直流负荷线和交流负荷线

3.7.22非线性失真和动态范围

3.8场效应管放大器

3.8.1偏置电路

3.8.2场效应管放大器一般形式

3.9级联放大器

3.9.1级间耦合和组合原理

3.9.计算多级放大器的性能指标

3.10放大器的频率响应

3.10.1频率特性与频率失真概念

3.10.2低频区频率响应

3.10.3负载电容CL对高频区响应的影响

晶体管的高频小信号模型及高频参数-toc" style="margin-left:40px;">3.10.4晶体管的高频小信号模型和高频参数

3.10.5共射放大器的高频响应

3.10.6共集放大器和共基放大器的高频响应

3.10.7场效应管放大器的高频响应

3.10.8多级放大器的频率响应

3.1放大器的基本概念

• 电子技术中的放大是将微弱的变化信号放大成较大的电信号，以推动负载正常工作。放大电路放大的本质是能量的控制和转换；电子电路放大的基本特征是功率放大；放大的前提是不失真。

• 3.1.1四种放大器及四种放大倍数定义

  • 由于放大器可等效为有源二端口网络，且输入量可分别取电压或电流，因此一共存在四种不同的组合与四种放大倍数。
  • 电压放大倍数：输出电压与输入电压之比

    

  • 电流放大倍数：输出电流与输入电流之比

  • 互阻放大倍数：输出电压与输入电流之比

  • 互导放大倍数：输出电流与输入电压之比

  • 3.1.2放大器模型及放大器主要指标

    • 1.放大器的主要指标

      • （1）电压放大倍数
      • （2）输入电阻Ri：放大器输入端看进去的等效电阻

      • （3）输出电阻Ro：放大器输出端看进去的等效电阻

      • （4）频率响应与带宽：由于实际放大器中存在电抗元件，因此放大倍数是关于频率的频率函数，定义频率下降使放大倍数数值为0.707倍时的信号频率为下限截止频率fL，频率上升使放大倍数数值达到0.707倍时的信号频率为上限截止频率fH。通频带（带宽）为上线截止频率减去下限截止频率。

      • 采用分贝（dB）表示：
        • （5）总谐波失真系数（非线性失真系数）THD：输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比。THD越大，非线性失真越严重。

3.2三种组态的放大电路

3.3共发射极放大器分析

• 3.3.1阻容耦合共发射极放大器电路结构

  
  VBB为直流信号，ui为交流信号

• 3.3.2直流工作状态分析与计算

  • 直流工作状态分析时利用放大电路的直流通路。直流通路中，电容视为开路，电感线圈视为短路，信号源视为短路并保留其内阻。
  • 1.直流工作点Q的主要参数（IBQ、ICQ、UCEQ）ui=0，可得静态工作点的表达式：
    
    主要通过KVL定理与晶体管的电流分配求得
  • 2.关于直流工作状态的讨论
    • （1）射极电阻RE的作用：引入RE后，发射结的电压为
      
      引入了直流负反馈，可以稳定工作点
    • （2）RC增大，放大器工作点将向饱和区移动。
    • （3）工作状态的判断
      • 发射结零偏或反偏，则工作在截止区
      • 若UCEQ大于饱和电压，则工作在放大区
      • 若UCEQ≤0，则工作在饱和区

• 3.3.3共射放大器的交流分析及主要指标估算

  • 交流分析时应利用放大电路的交流通路。对于交流通路：大电容视为短路；无内阻的直流电源视为短路。

  • 1.电压放大倍数

  • 其中

  • 2.源电压放大倍数

  • 3.输入电阻

  • 4.输出电阻：令Us=0，RL开路时输出端的电阻

  • 5.开路电压放大倍数

3.4共集电极放大器

• 从基极输入，从发射极输出

• 3.4.1直流工作状态分析

• 3.4.2交流指标计算

  • 1.电压放大倍数
    
    说明输出信号跟随输入信号变化，所以共集放大器又称为射极跟随器或射极输出器
  • 2.输入电阻

  • 3.输出电阻（将Us短路，保留Rs，将RL开路）
    
    输出电阻很小，带负载能力强，放大倍数稳定

3.5共基极放大器

3.5.1直流工作状态分析

3.5.2交流指标计算

• 1.电压放大倍数

• 2.输出电阻

• 3.输出电阻

3.6三种组态放大器比较

• （1）共射放大器信号从基极输入，从集电极输出，输入、输出信号反相。电压放大倍数大，输入电阻不大，。输出电阻较大，一般作为多级放大器的主放大器。

• （2）共集放大器信号从基极输入，从发射极输出，输入、输出信号同相。电压放大倍数小，输入电阻很大，输出电阻很小，一般作为多级放大器的输入级、中间级、输出级。

• （3）共基放大器信号从射级输入，从集电极输出，输入、输出信号同相。电压放大倍数大，因输入电阻太小，所以实际的源放大倍数很小。高频特性好。

3.7关于非线性失真与输出动态范围的讨论

• 3.7.1直流负载线与交流负载线

  • 1.直流负载线

  • 将直流负载线方程与输出特性方程绘制在一张图上，与给定IBQ的曲线相交的点为直流工作点Q，如下图所示。

  • 2.交流负载线：必通过Q点，斜率应为：

• 3.7.2非线性失真与动态范围

  • 1.工作点设置正确，且信号不大——不产生非线性失真

  • 2.工作点设置过低，且信号较大——产生截止失真
  • 3.工作点设置过高，且信号较大——产生饱和失真
    
    判断失真类型以电流波形为准，电流波形底部失真为截止失真，顶部失真为饱和失真。对于NPN管组成的共射放大器，输入和输出反相，因此输出波形底部失真为饱和失真，顶部失真为截止失真。
  • 避免失真的方法：消除截止失真——增大基极电源VBB；消除饱和失真——增大基极电阻RB，减小集电极电阻RC，或采用放大倍数较小的管子。
  • 4.输出电压的动态范围：动态工作点不进入截止区和饱和区的最大有效输出电压峰峰值Uopp。

3.8场效应管放大器

• 3.8.1偏置电路

• 自偏压电路、分压式电流负反馈偏置电路
  • 1.图解法求Q点：作出栅-源回路直流负载线与转移特性曲线交点即为Q点

  • 对于自偏压电路，输入回路直流负载线方程为

  • 对于分压式电流负反馈偏置电路，输入回路直流负载线方程为
    
    对于结型管，由于UGSQ可以为负值，所以两种偏置电路都可以，但是对于N沟道增强型MOS管，UGSQ为正值，所以不能采用自偏压。
  • 2.解析法求Q点：求联系方程

• 3.8.2场效应管放大器一般形式

3.9放大器的级联

• 3.9.1级间耦合方式及组合原则

  • 1.级间耦合方式：阻容耦合、直接耦合、磁耦合、光电耦合。要确保各级放大器有合适的直流工作点，且使前级输出信号尽可能不衰减地传输到后级输入。

  • 阻容耦合：前后级互不影响，直流工作点可独立设计，但需要大电容，不利于集成
  • 直接耦合：前后级有影响，设计复杂，适合集成
  • 变压器耦合：直流工作点可独立设计，在功率放大器和高频电路有较多应用
  • 光耦合：适用于需要电气隔离且不共地地场合，适用于高压。
  • 2.多级放大器的组合原则
    （1）通常选用共射放大器作为主放大器
    （2）若要求输入电阻大，则采用共集放大器或共源、共漏放大器作输入极
    （3）若负载电阻很小，负载电容很大，则采用共集放大器作为输出级

• 3.9.2多级放大器的性能指标计算

  • 1.总的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积
  • 2.一般输出电阻取决于输出级，输入电阻取决于输入级

3.10放大器的频率响应

• 3.10.1频率特性与频率失真概念

  • 1.频率失真
    • 振幅频率失真：基波与谐波在不同的频率下放大倍数不同产生的失真。
    • 相位频率失真 ：不同频率信号延时不同导致相位关系产生变化引起的失真。
  • 2.线性失真与非线性失真
    • 线性失真由电抗元件引起。非线性失真由非线性元件引起。
  • 3.频率特性参数
    • 上限频率fH，下限频率fL，通频带BW，中频区增益AuI
    • 增益带宽积

• 3.10.2低频区频率响应

  
  低频时，电容容抗不可忽略
  • 1.输入耦合电容C2的影响

  • 2.输入耦合电容C1的影响
    • 输入阻抗增大，Ui减小。
    • 时间常数

    • 下限角频率

  • 3.射极旁路电容CE的影响

  • 4.三个电容引入的总的下限频率的平方等于三个下限频率平方和

• 3.10.3负载电容CL对高频区响应的影响

  
  在高频区，上文三个电容均可视为短路，频率升高，容抗减小，故输出电压减小。
  • 为改善高频响应，通常在输出端加一级共集电路作为隔离或缓冲。

• 3.10.4晶体管的高频小信号模型及高频参数

  • 1.晶体管的高频小信号混合pi型等效电路
  • 发射结正向偏置，扩散电容成分大，集电结反向偏置，主要为势垒电容。
    
    β0为中低频区的β值。
    ​
  • 2.晶体管的高频参数
    • （1）共射短路电流放大系数及其上限频率

    • （2）特征频率：|β（jw）|下降到1所对应的频率

•            

   

• 3.10.5共射放大器的高频响应

  • 1.密勒等效定理以及高频等效电路的单向化模型

  • 2.共射放大器的高频小信号等效电路
    • 对Cb'e利用密勒等效定理得到以下电路

    • 其中CM为

    • 各项高频特性参数如下图所示

    • 中频区源电压放大倍数为

  • 为提高总的上限频率，必须减小输入回路时间常数 ，要求rbb‘小，Cb’e小。
  • 信号源内阻尽量小
  • 集电极负载电阻较小
  • 要减小负载电容CL及分布电容

• 3.10.6共集放大器及共基放大器的高频响应

  • 1.共集放大器的高频响应
    • Cb'c不存在密勒倍增效应，对高频影响很小
    • Cb'e的密勒等效电容远小于本身，对高频响应影响很小
    • 共集放大器的高频响应很好，理论上上限频率可以接近特征频率
  • 2.共基放大器的高频响应
    • 极间电容均不存在密勒倍增效应
    • 承受容性负载的能力较差，CL影响高频响应。

• 3.10.7场效应管放大器的高频响应

• 对Cgd应用密勒等效作单向化处理，可得以下单向化模型

• 对应的高频表达式为

3.10.8多级放大器的频率响应

• 总增益为各级增益乘积

• 对数幅频特性为各级对数幅频特性之和

• 总相移等于各级相移之和

• 总上限频率比任何一级的上限频率都要低，下限频率比任何一级都要高。