第三章 单级低频小信号放大器-【单招零距离】电子电工专业综合（下）

单招零距离·电子电工专业综合 第三章 单级低频小信号放大器 知识体系 放大倍数 基本概述 增益 固定式偏置 偏置电路 分压式偏置 静态工作点 共发射极放大电路 符号规定 放大器 放大作用 放大与反相作用反相作用 直流通路 交流通路 图解法 分析方法 估算法 考纲要求 了解 静态工作点的作用和单级共发射极电路对信号的放大和反相作用。 理解 直流负载线和交流负载线的物理意义。 1.共发射极基本放大电路的组成，各元件作用。 2.分压式偏置电路稳定静态工作点的原理。 掌握 3.静态工作点与波形失真的关系。 4.能够正确地画出放大电路的直流通路和交流通路。 5.用估算法求固定偏置电路和分压式偏置电路静态工作点、输入电阻、输出电阻和电压放大倍数。 熟练掌握 用图解法求单管固定偏置电压放大电路的静态工作点以及动态范围的分析。 知识梳理 1.放大器的基本概念 (1)放大器：能把微弱的电信号放大，转换成较强的电信号的电路。 注：①放大器一定要具有功率放大能力，即放大器的输出功率应比输入功率大，否则不能算是 放大器。 ②放大器不能放大能量.放大器输出信号中增大部分的能量来自于直流电源的能量，因此放 大器只是一个能量转换装置。 ·38· 总复习方案·第四部分电子线路 (2)放大倍数和增益 ①放大倍数 放大器的基本性能是具有放大信号的能力，通常用放大倍数A来表示放大器的放大能力。 电压放大倍数A.=“ 电流放大倍数A,= 功率放大倍数A=号 三者之间的关系为：A。=A,·A。 ②增益 放大倍数用对数表示叫做增益G,是放大倍数的另一种形式，单位为贝尔(B),但贝尔单位太 大，通常用它的十分之一作为单位即分贝(dB)。 在电信工程中，对放大器的三种增益，作如下规定： 功率增益G。=101gA.(dB) 电压增益G.=201gA.(dB) 电流增益G,=201gA,(dB) 三者之间的关系为：G。=G.十G 2 注：①G>0时，A>1,电路为放大器： ②G<0时，A<1,电路为衰减器。 2.两种基极偏置形式的共射放大电路（以NPN型为例） (1)固定偏置共射放大电路（如图2一3一1(a)所示） 电路中各组成元件的作用： ①品体三极管V:放大电路的核心元件，使电路具有放大能力。 (a) (b) 图2一3一1 ②直流电源V:一方面给放大电路提供能量：另一方面通过R,.和R。分别给三极管提供发射 结正偏电压和集电结反偏电压。 ③基极电阻R:给三极管的基极提供合适的偏置电流，并使三极管的发射结正偏。 ④集电极电阻R。:把三极管的电流放大作用以电压的形式表现出来。 ⑤负载电阻R:接受输出信号。 ·39· 单招零距离·电子电工专业综合 ⑥耦合电容C,C2:隔直通交。一方面使交流信号顺利通过；另一方面使电路的静态工作点不 受信号源和负载影响。 (2)分压式稳定静态工作点偏置电路（如图2一3一1(b)所示） 电路中各组成元件的作用： ①V:、R、R:给三极管的基极提供合适的偏置电流。 ②发射极电阻R。:发射极电阻引入直流负反馈，稳定静态工作点。 ③发射极旁路电容C。:发射极旁路电容提供交流信号的通道，减少信号放大过程中的损耗。 3.共射放大电路的放大和反相作用 (1)电路中电压和电流符号写法的规定 为了便于区别放大器电路中电压或电流的直流分量、交流分量、总量等概念，文字符号写法作 如下规定。 直流分量：用大写字母和大写下标的符号，如I。表示基极的直流电流。 交流分量：用小写字母和小写下标的符号，如表示基极的交流电流。 总量：是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号。如：=I十i,即表示基 极电流的总量。 (2)放大器的静态工作情况 ①静态：指放大器无信号输入时的状态。 ②静态工作点：静态时，放大电路中三极管各电流、电压统称为静态工作点Q。如共发射极放 大器中直流电压和电流VE,Vg、Is、Ie对应的Vo、Veo、Ia、IQe ③静态工作点的作用： 设置静态工作点是为避免放大器出现非线性失真。通常将静态工作点Q选在交流负载线的中 点处，这样就可得到最大不失真输出电压。 ④静态工作点的稳定 静态工作点会随电源电压波动、温度变化、元件参数变化等原因而变化，造成电路工作不稳 定。其中温度变化是造成静态工作点不稳定的主要原因，常用的稳定静态工作点的方法是采用分 压式稳定静态工作点偏置电路，稳定过程为： T(废 1↓ (3)放大器的动态工作情况 ①动态：放大器的输入端加有交流输入信号时的工作状态。 ②电路中各处电压、电流的波形如图2一3一2所示。 ·40 总复习方案·第四部分电子线路 图2-3-2 注：a,电路中同时存在直流分量和交流分量两种成分。 b.为了使放大器不失真地放大信号，必须建立合适的静态工作点。品体管的各电压与电流在 静态工作点的基础上随输入信号作同规律变化。 ℃.输出电压和输入电压相比，频率相同、波形相似、幅度增大、相位相反。所以共发射极放大电 路具有放大和反相作用。 4.直流通路和交流通路的画法 (1)直流通路 ①定义：直流电流流通的路径称为直流通路。 ②画法：画直流通路时，把电容器视为开路，电感器视为短路，其他不变。 (2)交流通路 ①定义：由交流信号源提供的交流电流流通的路径称为交流通路。 ②画法：画交流通路时，把耦合电容、旁路电容视为短路，直流电源与地之间也视为短路，简化 为一条短路直线。 5.放大器的两种分析方法 (1)估算法 ①定义：应用数学方程式通过近似计算分析放大器性能的方法。 ②分析方法：用估算法时，应先画出电路对应的直流通路和交流通路，再由直流通路求出静态 工作点，由交流通路求出电路的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数。 现将常见共射放大电路的分析总结如表2一3一1所示。 ·41 单招零距离·电子电工专业综合 表2-3-1 分压式偏置电路 固定偏置电路 集一基反馈式偏置 有Cr 无Ce 电 路 直 + 0+ 8.n 流 R. 通 Dx. 路 静 Ra十R Ri +Rv 态 lno =Vo-Uug Ve:-Umo R Vig-Umg 工 l≈Ia= a≈1a=Vo二Um l一Ra+Re++BR Re Ica=Bli Ico BI ne 作 Ueo=V。-IaR 点 1a-号 Uw≈Va-IeoR UCQ Va Ico (R.+R.)UCmo Va -Ico(R.+R. 交 流 通 路 输人 方=Rt∥Re∥ n=R∥r.≈n r=Rt∥Re∥r 电阻r [r.+(1+B)R] r=RM∥re≈ra 输出 电阻r r。=R ra=Re r。=R r.=R。∥Re 电压放 大倍 A一终 4图 R,‘ A.=(R A=图 数A 其中R'=R∥R 其中R'=R∥R R'=R∥R R'=R∥Re∥R 说明：品体管的输入电阻re=r',十(1十) 26mV IemA 注：①r'。是基区电阻，低频小功率管约为3002，大功率管约为5~502，因此在低频小信号 时，常用下式估算：r.=300+(1+B)26mV IgmA ②r的计算值的单位为n。 ③r.与静态电流I0有关，静态工作点不同，r取值也不同：同时与B也有关。 (2)图解法 ①定义：利用品体管特性曲线，通过作图分析放大器性能的方法。 ·42· 总复习方案·第四部分电子线路 ②分析放大电路（以图2一3一3为例） i/mA D 以w-, 图2-3-3 图2-3-4 a.静态分析 a)直流负载线MN(如图2一3一4所示) 直流负载成方程：VE=V,一IR, 直流负载线的画法：取两个关键点M、N,连接MN即为所求的直流负载线。 短路电流点N当VE=0时，则I=VRc,即N点的坐标为(O,VRc) 开路电压点M当Ic=0时，则V=VG,即M点的坐标为(VG,O) Ve R 直流负载线的斜率：k=ga==R 1 b)确定静态工作点（如图2一3一4所示） 直流负载线的物理意义：反映静态时放大器的电流、电压的变化关系，它主要用来确定静态工 作点Q。首先根据直流通路求出基极电流Io,然后作出直流负载线MN和I阳所对应的那条输出特 性曲线的交点Q即为静态工作点。 b.动态分析 a)交流负载线（如图2一3一4所示） 交流负载线方程：cg=Vco十IoR'L一ieR'L 交流负载的画法： 1.作交流辅助线DN:D点的坐标为（亿。文），连接DN即为辅助线。 Ⅱ.作交流负载线MN':过Q点作交流辅助线DN的平行线M'N',即为交流负载线。 交流负载线的斜率：ga= 1 b)电压放大倍数A 交流负载线的物理意义：反映动态时放大器的电流、电压的变化关系，它与输出特性一起决定 动态时i、i。和三者的变化情况。 先在输出特性曲线上作出交流负载线，然后根据)引起的，的变化确定放大电路的输出电压 的幅值V最后由A,=,求出A c.放大电路的最大不失直输出电压Vm:Vn=min[(Vca-Vs),leaR'门 43· 单招零距离·电子电工专业综合 d.非线性失真情况的分析 为了获得幅度大而不失真的交流输出信号，放大器的静态工作点应选在交流负载线的中点 处。过高，将产生饱和失真：过低，将产生截止失真。 a)由公式分析失真（以NPN型固定式偏置共射放大器为例） 当放大器的输入信号逐渐增大时，首先出现的失真： 饱和失真：(Vco-Vs)<IeaR' 静态工作点设置偏高 截止失真：(Vo-Vs)>IoR'L 静态工作点设置偏低 同时出现饱和、截止失真：(VO一Vs)=IoR' 静态工作点位于交流负载线中点 b)由波形分析失真（如表2一3一2所示） 表2-3-2 输出电压，的波形 电路组态 三极管类型 底部失真 顶部失真 NPN 饱和失真 截止失真 共发射极电路 PNP 截止失真 饱和失真 共集电极电路 NPN 截止失真 饱和失真 共基极电路 PNP 饱和失真 截止失真 c)NPN型固定式偏置共射放大器失真解决措施： 截止失真：Q偏低，调高Q,求。：饱和失真：Q偏高，调低Q,R。 禽题型讲解 【例1】 判断如图2一3一5所示各放大电路有无放大作用，并简述理由。 【分析】判断放大器能否正常工作主要看两方面。(1)直流：是否设置了合适的静态工作点， 实际中只需判断电路是否满足发射结正偏，集电结反偏。(2)交流：交流信号是否顺利地从输入端 传输到输出端。 【解】()图不能正常放大，发射结反偏。(b)图不能正常放大，Vw将输入信号短接。 (c)图不能正常放大，C将输出端短路。(d)图不能正常放大，发射结零偏压。 图2-3-5 【点拨】首先通过直流通路分析是否有合适的静态偏置，再通过交流通路分析交流信号是否 能烦利地从输入端到达输出端。 ·44 总复习方案·第四部分电子线路 【变式训练】1.判断图2一3一6所示各放大电路有无放大作用，并简述理由。 +v 图2-3-6 【例2】试画出图2一3一7中各电路的直流通路和交流通路。 0 图2-3-7 【分析】画直流通路时，电容器、电感器分别作开路、短路处理：画交流通路时，电容器、电源 作短路处理、电感一殷保留。 【解】 各图的直流通路、交流通路如图2一3一8所示。 o+Ve R T (a)h流通路 (b)流进降 c流通降 (点流进形 ·45· 单招零距离·电子电工专业综合 R.I. IkIa v :2 a交洗面紧 伯)交流路 R. ! 0必流洲骄 d父南酒杂 图2-3-8 【点拨】在画交、直流通路时，要注意电容、电感、恒压源和恒流源的画法。 【变式训练】2.试画出图2一3一9中各电路的直流通路和交流通路。 a. LC. (a) (b) 图2-3-9 【例3】如图2-3-10(a)所示的单管共射放大电路中，已知当R.=2k2,R。=500k2,Uea =0.7V,V。=12V时的直流负载线及静态工作点如图(b)中的AB线和Q点。当单独改变以下参 数时，静态工作点Q将如何变化？(1)R。由2kn变为3k2。(2)R.由500k2变为800k2.(3)V由 12V变为15V。 ·46· 总复习方案·第四部分电子线路 ic/mA ”,-30ud 60 4ud R -20u.1 +1216 (a) (b) nciV 图2-3-10 【分析】本題主要研究电路参数发生变化对静态工作点的影响，由直流负载线方程求出开路 电压点和短路电流点，画出直流负载线，最后确定Q点。 【解】（a)由Ux=V。-1eR,得到：当1e=0时，Ue=V。=12V:当Ue=0时，l=R尺 =12=4(mA). 3 直流负载线变平坦，为直线CB,而I没变，静态工作点从Q移至Q,(左平移)。 (21@=V。0四=12-0.？=14(uA)面直流负载线没变，故静态工作点从Q移至 R 800 Q2(右下移)。 (3)由Ue=V。-R,得到：当1=0时，Ue=V。=15(V):当Ue=0时，1e= R 5=7.5(mA)。 3 直流负载线平移，为直线DE,而1m=V6U@=15一0.7≈0.03(mA)=30(uA),放静 R 500 态工作点从Q移至Q,(右上移)。 【点拔】本题考察的是电路参数发生变化对静态工作点的影响，需理解直流负载线的画法后 方能处理。 【变式训练】3.固定偏置和分压式偏置共发射极放大电路，原来没有发生非线性失真，在换 了一个B值比原来大的三极管后，容易出现饱和失真的是 偏置放大电路。固定偏置共发 射极放大电路原来发生了非线性失真，在减小R.后，失真消失了，这个失真是 失真。 【例4】如图2一3一11(a)所示三极管放大电路中，已知输入信号u,波形及输出信号4，波形 分别如图(b)、(c)所示，则可以确定它出现了()。 A.饱和失真 B.截止失真 C.交越失真 D.饱和失真及截止失真 图2-3-11 ·47·总复习方案·参考答案 3.NPN c e b硅 2.直流通路交流流通路 4.PNP e c b锗 o.Voc 5.3.97mA 第二讲 场效应管 R 【变式训练】 1.耗尽型PMOS4mA 2.P6000 3.N沟道结型3mA 4.增强型NMOS4 (a) (b) 5.增强开启 6.耗尽型NMOS8 VT 【实战演练】 Re 一、选择题 1.D2.C3.D4.A5.B 二、判断题 (a) 1./2./3.×4.×5.× 三、填空题 VT 1.多数载流子单极型 结型绝缘栅型 2电压输入电压产生的电场效应输出电流 r.I 3.可调电阻饱和击穿 4.△l。与△Jos ucs对ip (b) 5.MOS NMOS PMOS 6.耗尽型PMOS661000 3.固定截止 7.P沟道增强开启 4.B5.B6.×7./ 四、分析计算题 8.(1)直流通路如图所示： +Vc 1.(1)N沟道结型(2)-3(V)(3)3(mA) 2.(1)耗尽型PMOS(2)3(V)(3)6(mA) R 3.(1)耗尽型NMOS(2)-3(V)6(mA) (3)2000(uA/V) 4. (mA) RB 10 VA=R十Rm Vae-20+10×12=4) VA-UBEQ 4-0.7 I四=R十a+BDRE=32+1X51≈40CnAW -4-3-2-101234V/八 Icg =BI BQ =50X 40gA =2(mA) Uca≈Vx-Ica(Re+Re)=12-2×(1+2)=6(V) 第三章 单级低频小信号放大器 (2)交流通路如图所示： 【变式训练】 1.(a)因电路中三极管发射结反偏，故不能正常放大。 (b)因电路中没有集电极电阻Rc,交流时电源V。将 输出端短路，无信号输出，故不能正常放大。 (c)因电路中发射结正偏、集电结反偏，且耦容电容 C1、C:能起到隔直通交的作用，故能正常放大。 ·244· 单招零距离·电子电工专业综合 A。=- RL--50×(2∥2 1 =-50 解之得Um=V。=5() r=(Ra十R∥Re）∥re= 10×20 32+10+20 ∥1≈ (3)r:=Ra十Rm∥rber。=R B(Re∥RL)Rm 1(k2) A.=(Rm+Re)r。+RmR r。=Rc=2(kn) (4)Um=1(V) (3)A.将下降输入电阻r,将增加 4 R,' 50×(2/2) ReVx=-2014×12= r:+1+B)R2-1+51X11】 A。=- 2.(I)Vg=一Rm+Re 2(V) r,=(RB+R∥Re)∥[rbe+(1+)RE]=(32+ 10×20、 Vm-V=-0.3-（-2=1(mA) Ia≈Im=R+Ra 0.2+1.5 10+20 ∥(1+51×1)≈22(k2) Vco IcgRc-Vcc 1X 3-12 =-9(V) 9.(1)Ica≈1.65(mA)(2)rbe≈1.26(kn) BR A.≈-95R:≈1.16(k2)R。=3(k2) (2)Av= (3)3.3V rbe+(I+)R≈-6,7 r。=Rc=3(k2) 【实战演练】 r=R∥R∥[rbe+(1+B)Re]≈2.5(kn) 一、选择题 (3)若继续增大R1,将首先出现截止失真，输出波形的 1.C2.B3.D4.D5.B6.C 底部产生失真。 二、判断题 (4)①增大Rm时，Vca下降，|Av|减小 1.×2.×3.×4.×5./6./ ②去掉Cg,Vco不变，|Av|减小 三、填空题 3.①IBo=11(μA)Ico=0.54(mA) 1.放大反相 Vc0=-8.19(V)②略 2.饱和 截止 输人信号过大 ③Ay=-14As=-10.8④r:=1.66(kn) 3.4V12V4.67mA7V r。=3(k2) 4.1.5300 5.饱和Rg调大 第四章 多级放大器和负反馈放大器 四、计算题 1.(1) +Vc 第一讲 多级放大器 【变式训练】 1.× 2./ 3.(1)I BQI =40(gA)Ico =2(mA)VCEQI =4(V) I BQ2 =40(uA)IcQ2 =2(mA)VCEQ2 =6(V) 直流通路 (2)Am=-101A2=0.99A.=-100 (3)r:=0.89(k2)r。=55.9(n) 【实战演练】 一、选择题 R 1.A2.A3.B 二、判断题 1.×2./3.×4.X 交流通路 三、填空题 (2)IQ= Vce-U题=12-0.5≈20(A) 1.直接阻容变压器 600 2.放大倍数 频率 Ica=la=50×20=1(mA) 3.正弦波 设集电极电位为V。Ucm),根据KCL得，Vcc。一Ve 4.窄变大 Rc 5.3值下降 ·245·