123/4/21

2.1放大电路基本概念

2.2基本放大电路的工作原理

2.3多级放大电路

2.4差动放大电路

2.5互补对称功率放大电路

第二章 放大电路基础及应用

223/4/21

2.1 放大电路基本概念2.1.1 放大的概念 1 ．放大的实质：是小能量对大能量转换的控制 2 ．有源器件：具有能量控制作用的器件 3 ．放大电路结构：放大电路具有两个输入端子和 两个输出端子的双口网络。三极管的三个端，其中一个为公共端，所以基本放大电路有三种类型，共射（共源）、 共集（共漏）、 共基（共栅）。

323/4/21

2.1.2 放大电路的主要性能指标1 ．放大倍数（增益）电压放大倍数 Au=Uo/Ui电流放大倍数 Ai=Io/Ii2 ．输入电阻 Ri=Ui/Ii放大电路是信号源的负载，信号源的负载电阻就

是放大电路的输入电阻。输入电阻衡量放大电路对信号源影响程度的指标。其值越大，放大电路从信号源索取的电流就越小，对信号月的影响就越小。

423/4/21

3 ．输出电阻 对负载来说，放大电路输出端相当电源，输出电

阻是从输出端看进去的等效电阻，它代表放大电路的带负载能力。 Ro 越小，带负载能力越强。

理论分析时： Ro=Uo/Io ( 负载开路，信号源不工作 )

Uo 是输出端所加的电压， Io在Uo 作用下产生的电流。

实验分析时： R=（Uo’/Uo-1） RL保持输入信号不变，放大电路开路时的电压 Uo’

和带负载 RL 时的电压 Uo 。

523/4/21

Au

ffHfL

BW

Aum0.70 7Aum

0

放大电路的频率指标

4 ．通频带 BW=fh-fl放大电路中存在电抗元件，在信号频率过高和过低

时通过电路会明显下降。而在中间频段，电抗元件的影响可以忽略不计，这时的放大倍数称中频放大倍数Aum 。

当放大倍数下降至0.707Aum 时所对应的高低频率分别叫上、下截止频率 fh、 fl 。其值越大，放大电路对频率的使用能力越强。

623/4/21

5 ．非线性失真 由于半导体元件的非线性，当输出信号幅度太

大时，会使其进入非线性区而引起失真 ( 由输入信号形状不同 ) 。

6 ．功率和效率放大电路在不失真时输出的最大功率 Pom 最

大输出功率 Pom 与供给放大电路工作所消耗的电源功率 Pov 之比称为放大电路的效率 η= Pom/Pov 。

723/4/21

2.2.1 基本共射放大电路的组成及元件的作用（ 1 ）晶体管 V ：放大元件，用基极电流 iB 控制集极

电流 iC 。（ 2 ）电源 UCC和UBB ：使晶体管的发射结正偏，集电结反

偏，晶体管处在放大状态。（ 3 ）偏置电阻 RB ：用来调节基极偏置电流 IB ，使晶体管有

一个合适的工作点（ 4 ）集电极负载电阻 RC ：将集电极电流 iC 的变化转换为电

压的变化，获得电压放大（ 5 ）电容 Cl、 C2 ：通交隔直。

2.2 基本放大电路的工作原理

三极管共射电路的基本结构

923/4/21

2.2.2 放大电路的基本分析方法（以上图的共射放大电路为例）

在放大电路工作时，电路中交、直流同时存在，利用叠加定理分别分析电路中的交、直流成分。

直流通路 (ui = 0) 分析静态工作点：放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。

交流通路 (ui ≠ 0) 分析动态（计算动态参）：只考虑变化的电压和电流。

画交流通路原则：（ 1 ）固定不变的电压源都视为短路；（ 2 ）固定不变的电流源都视为开路； （ 3 ）对交流信号电容视为短路；

1023/4/21

1 ．放大电路的静态分析（ 1 ）近似估算法静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变

的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q （主要指 IBQ、 ICQ和UCEQ ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值 IBQ、 ICQ和UCEQ 。

直流通路：耦合电容可视为开路。

B

BEQCCBQ R

UUI

BQCQ II

CCQCCCEQ RIUU

直流通路与直流分析

1223/4/21

【例 1】用估算法计算静态工作点。已知：

VCC=12V， RC=3K， Rb=280K， β=50 。

解： UBE＝ 0.7V

IBQ= （ Vcc-UBE） /RB

= （ 12-0.7） /280K=0.04mAICQ=β·IBQ=50×0.04mA=2mAUCEQ=VCC-RC·IC=12V-2mA×3K=6V

1323/4/21

（ 2 ） 图解法

1423/4/21

图解步骤：（ 1 ）用估算法求出基极电流 IBQ （如 40μA ）。（ 2 ）根据 IBQ 在输出特性曲线中找到对应的。（ 3 ）作直流负载线。（ 4 ）求静态工作点 Q ，并确定 UCEQ、 ICQ 的

值。晶体 管的 ICQ和UCEQ既要满足IB=40μA 的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点 Q ，该点就是静态工作点。由静态工作点 Q 便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ 。

1523/4/21

2 ．放大电路的动态分析动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电

压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源 UCC 和交流输入信号 ui 共同作用下工作，电路中的电压 uCE 、电流 iB和 iC均包含两个分量。

交流通路：（ ui单独作用下的电路）。由于电容 C1、 C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源 UCC 去掉（短接）。

1623/4/21

（ 1 ）图解法 图解步骤： ① 根据静态分析方法，求出静态工作点 Q 。 ② 根据 ui 在输入特性上求 uBE和 iB 。 ③ 作交流负载线。 ④ 由输出特性曲线和交流负载线求 iC和 uCE 。

放大电路的交流通路

1723/4/21

1823/4/21

从图解分析过程，可得出如下几个【重要结论】·放大器中的各个量 uBE， iB， iC和 uCE 都由直流

分量和交流分量两部分组成。·由于 C2 的隔直作用， uCE 中的直流分量 UCEQ被

隔开，放大器的输出电压 uo 等于 uCE 中的交流分量uce ，且与输入电压 ui 反相。·放大器的电压放大倍数可由 uo与 ui 的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻 RL越小，交流负载电阻 RL'也越小，交流负载线就越陡，使 Uom减小，电压放大倍数下降。

1923/4/21

静态工作点 Q 设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若 Q 点偏高，当 ib按正弦规律变化时， Q’ 进入饱和区，造成 ic和 uce 的波形与 ib（或 ui ）的波形不一致，输出电压 uo （即 uce ）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若 Q点偏低，则 Q“ 进入截止区，输出电压 uo 的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。

2023/4/21

饱和失真和截止失真统称为非线性失真 。

2123/4/21

（ 2 ）微变等效电路法 等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下

工作。把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路。

·晶体管微变等效电路

)mA(

mV)(26)1(300

EQbe I

r

2223/4/21

放大电路的交流通路 放大电路的微变等效电路

2323/4/21

①电压放大倍数

式中 RL'=RC//RL 。当 RL=∞ （开路）时

be

L

bbe

bL

bbe

cLo

r

R

Ir

IR

Ir

IR

U

UA

iu

be

C

r

RA u

2423/4/21

②输入电阻 Ri 的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望 Ri 越大越好。

输入电阻计算等效电路

2523/4/21

③输出电阻 Ro 的计算方法是

0U,R.

o

.

oo SL

I

U=R

放大器的输出电阻 Ro 越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望 Ro 越小越好。

输出电阻计算等效电路

2623/4/21

试求：

【例 2】图示电路，已知

，V12CC U 300B R

3C R kΩ ， 3L R kΩ ， 3s R kΩ ， 50

kΩ ，

，

，

（ 1 ） RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数Au; （ 2 ）输入电阻 Ri 和输出电阻 Ro ；（ 3 ）输出端开路时的源电压放大倍数

2823/4/21

解 :(1)先求静态工作点

40A300

12

B

CC

B

BEQCCBQ

R

U

R

UUI μA

mA204.050BQCQ II

V63212CCQCCCEQ RIUU

(2) 再求三极管的动态输入电阻

963)mA(2

mV)(26)501(300

)mA(

mV)(26)1(300

EQbe

Ir

Ω

Ω

2923/4/21

(3)RL接入时的电压放大倍数 Au为 :

RL断开时的电压放大倍数 Au 为：

78963.0

33

3350

be

L

r

RAu

156963.0

350

be

C

r

RAu

3023/4/21

（ 4 ）输入电阻 Ri为：96.0963.0//300// beB rRRi

输出电阻 Ro为：

3Co RR

kΩ

kΩ

（ 5 ）源电压增益：39)156(

13

1oo

uis

i

is

i

sus A

RR

R

U

U

U

U

U

UA

3123/4/21

2.2.3 工作点稳定的放大电路分析 1 ．温度对静态工作点的影响 当环境温度发生改变时，会引起三极管参数变化，

导放大电路的工作电点偏离放大区，产生信号失真。 静态工作点稳定电路可以在一定范围内稳定 Q

静态工作点稳定的放大电路分析 适当选取 RB1、 RB2 ，使 I1远大于 IB 时，基极电位UB认为基本不变。

UB=RB2·VCC/（ RB1+RB2 ）与温度基本无关。

3223/4/21

工作点稳定的反馈调节过程：

直流通路

3323/4/21

3423/4/21

)V( 7.36220

1520BQ

U

【例 3】 β= 100， RS= 1 k， RB1= 62 k， RB2= 20 k, RC= 3 k， RE = 1.5 k， RL= 5.6 k， VCC = 15 V 。求：“Q”， Au， Ri， Ro 。解： (1)求“Q”

)mA( 25.1

7.07.3EQCQ

II

3523/4/21

A)( 20mA)( 02.0100 /2BQ I

)V( 6)5.13(215CEQ U

5001

02.0/26200

/26200 BQbe Ir

(2)求 Au， Ri， Ro ， Aus

)k( 36.15.1//62//20//// beB2B1i rRRR

3623/4/21

1305.1

3//5.6 100

be

L

r

RAu

7536.11

)130(36.1u

Si

i

s

is

ARR

RA

u

uA uu

Ro = RC = 3 kW

3723/4/21

2.2.4 基本共集放大电路（射极输出器） 特点： Au≤ 1 ， 输入输出同相， Ri 高 Ro 低。 用途：输入级、输出级、中间隔离级。

直流通路

3823/4/21

ECQCCEEQCCCEQ

BQCQ

EB

BEQCCBQ

EBQBEQBBQEEQBEQBBQCC

)1(

)1(

RIURIUU

II

RR

UUI

RIURIRIURIU

1 ．静态分析（与基本放大电路相同）

3923/4/21

2 ．动态分析（与基本放大电路相同）（ 1 ）求电压放大倍数

Lbe

Lo

Lbbebobeb

LbLo

)1()1(

)1(

)1(

RrR

UU

A

RIrIUrIU

RIRIU

iu

i

e

4023/4/21

（ 2 ）求输入电阻

])1(//[

)1(

LbeB

LbeBb1

RrRIU

R

RrU

RU

III

i

ii

iii

4123/4/21

（ 3 ）求输出电阻

1// be

Eo

Ebebebb

s

sse

RrR

I

UR

R

U

Rr

U

Rr

UIIII

4223/4/21

2.2.5场效应管放大电路

场效应管的交流等效模型

4323/4/21

DDG2G1

G2GS U

RR

RUU

1 ．场效应管放大电路静态分析（分压式偏压） 设UGS=0 ，则：

)( SDDDDDS

S

G

S

SD

RRIUU

R

U

R

UI

4423/4/21

2 ．场效应管放大电路动态分析

（ 1 ）电压放大倍数

（ 2 ）输入电阻

（ 3 ）输出电阻

Lmgs

Lgsm

gs

Ldo RgU

RUg

U

RI

U

UA

iu

G2G1G // RRRRi

Do RR

4623/4/21

输入级 电压 放大级

电压 放大级

功率 输出级 推动级 ～

信号源

中间级

小信号放大电路 功率放大电路

负载

2.3.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的组成

2.3多级放大电路

4723/4/21

1 ．直接耦合放大电路

优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。 缺点：各级静态工作点互相影响；且

存在零点漂移问题。

4823/4/21

零点漂移：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压 uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。 直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号

或缓慢变化的信号。集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。

4923/4/21

2 ．阻容耦合放大电路

优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。 缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分

量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。

5023/4/21

3 ．变压器耦合

优点：（ 1 ）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工

作点是相互独立、互不影响的。 （ 2 ）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂（ 3 ）变压器在传送交流信号的同时，可以实现

电流、电压以及阻抗变换。 缺点：(1)高频和低频性能都很差； (2)体积大，成本高，无法集成。变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。

5123/4/21

2.3.2多级放大电路的动态分析1 ．电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。

注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。 如计算第一级的电压放大倍数时，其负载

电阻就是第二级的输入电阻。2 ．输入电阻就是第一级的输入电阻。3 ．输出电阻就是最后一级的输出电阻。

21

o1

oo1ouu

ii

u AAU

U

U

U

U

UA

5223/4/21

中频段：电压放大倍数近似为常数。低频段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。 高频段：晶体管的结电容以及电路中的分布电

容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。

2.3.3 阻容耦合放大的频率特性和频率失真

5323/4/21

频率失真：由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号 uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关。

5423/4/21

2.4.1 直接耦合方式及其存在的问题： 1 ．前后级静态工作点相互影响 2 ．零点飘移问题：集成电路中的放大电路都采

用直接耦合方式，都会产生零点漂移，为了抑制零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。

2.4差动放大电路

5523/4/21

2.4.2 差分放大电路1 ．电路结构特点 (1) 两只完全相同的管子； (2) 两个输入端，两个输出端； (3) 元件参数对称

RC RC

RE

－UEE

+UCC

V1 V2

+

ui1

－

+ uo －

+

ui2

－

+uo1

－

+uo2

－

基本差分电路

5623/4/21

2 ．静态分析： uil=ui2＝ 0 ，此时由负电源UEE通过电阻 RE 和两管发射极提供两管的基极电流。由于电路的对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等，即： IC1= IC2 UC1= UC2

输出电压： uo＝ UC1 － UC2=0

5723/4/21

3 ．温度变化时，两管的集电极电流都会增大，集电极电位都会下降。由于电路是对称的，所以两管的变化量相等。即： ΔIC1=Δ IC2 ΔUC1= ΔUC2

输出电压： uo＝ (UC1 + ΔUC1) － ( UC2 +ΔU C 2

)=0

即消除了零点漂移。差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。

5823/4/21

2.4.2差分放大电路的信号输入

1 ．共模输入共模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相同。在共模输入信号作用下，差放两半电路中的电流和电压的变化完全相同。 共模电压放大倍数： 0o

c iu

uA

5923/4/21

2 ．差模输入差模信号：两输入端加的信号大小相等、极

性相反。idii uuu

2

121

因两侧电路对称，放大倍数相等，电压放大倍数用 Ad表示，则：差模电压放大倍数 。

di

Au

uA o

d

可见差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。

6023/4/21

3 ．比较输入 比较输入：两个输入信号电压的大小和相

对极性是任意的，既非共模，又非差模。 比较输入可以分解为一对共模信号和一对

差模信号的组合，即：

)(2

1

)(2

1

21

21

iiid

iiic

uuu

uuu

6123/4/21

对于线性差动放大电路，可用叠加定理求得输出电压：

iddicc

iddicc

uAuAu

uAuAu

o2

o1

)(2 21o2o1o iididd uuAuAuuu

6223/4/21

【结论】：在任意输入方式下，被放大的是输入信号 Ui1和 Ui2的差值。 对于差动放大电路来说，差模信号是有用信号，

要求对差模信号有较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，因此对共模信号的放大倍数越小越好。对共模信号的放大倍数越小，就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强，当用作差动放大时，就越能准确、灵敏地反映出信号的偏差值。

6323/4/21

共模抑制比 KCMR定义为 Ad与 Ac之比的绝对值，即：

c

dCMR A

AK

或用对数形式表示：

c

dCMR lg20

A

AK

共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。恒流源比发射极电阻 RE对共模信号具有更强的

抑制作用。

6423/4/21

2.4.3差动放大电路的输入输出方式

1 ．差动放大器共有四种输入输出方式 :（ 1 ）双端输入、双端输出（双入双出）（ 2 ）双端输入、单端输出（双入单出）（ 3 ）单端输入、双端输出（单入双出）（ 4 ）单端输入、单端输出（单入单出）

6523/4/21

(a) 双端输入双端输出

RC RC

+UCC

V1 V2

+ uo

－

－UEE

(b) 双端输入单端输出

I

RC RC

+UCC

V1 V2

+ uo －

－UEE

I

+ ui1 －

+ ui1 －

+ ui2 －

+ ui2 －

差动电路结构

6623/4/21

(c) 单端输入双端输出

RC RC

+UCC

V1 V2

+ uo

－

－UEE

(d) 单端输入单端输出

I

RC RC

+UCC

V1 V2

+ uo －

－UEE

I

+ ui1 －

+ ui1 －

差动电路结构

6723/4/21

be

Lc

d

)2

//(

rR

RR

Ab

v

be

Lcd 2

//

rR

RRA

bv

2 ．差动放大器动态参数计算 （ 1 ）差模电压放大倍数与单端输入还是双端

输入无关，只与输出方式有关：

双端输出时：

单端输出时：

6823/4/21

（ 2 ）共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时：

0vcA

单端输出时：

e

Lc 2

'

R

RAv

6923/4/21

2.5.1功率放大电路的概念1 ．信号特点：功率放大器作为多级放大器输出级，

工作于大信号状态，故小信号等效电路分析方法不适用，电路一般用图解法分析。2 ．功放关注的指标主要有（ 1 ）效率：

O

CC

P

P

平均输出信号功率电源消耗的平均总功率

（ 2 ）最大输出信号功率： maxoP

（ 3 ）非线性失真系数： D

2.5互补对称功率放大电路

7023/4/21

3 ．功放管工作问题：功放管工作于接近极限参数状态，故功放管安全使用是设计功放要考虑的问题。对 BJT功放管，使用中不能超过 。

4 ．功放管工作类型：按功放管的导通的时间不同，功放可分为甲类（ A 类）、乙类（ B 类）、丙类（ C 类）、和丁类（ D 类）。对阻性负载功放，只能工作在甲类或乙类（双管电路）。丙类功放一般是以LC回路作负载的高频谐振功放。

7123/4/21

(a) 甲类 (b) 乙类 (c) 甲乙类

0 uCE

iC

uCE

iC

0 0 uCE

iC

功放波形图

7223/4/21

甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能达到 50％。 乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高。 甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。

73

23/4/21

2.5.2互补对称功率放大电路 1 ．双电源乙类互补对称功率放大电路

（ OCL功率放大电路）·原理简析ui = 0时 V1 、 V2 截止ui > 0时 V1 导通、 V2 截

止io = iE1 = iC1uO = iC1RLui < 0时 V2 导通、 V1 截

止io = iE2 = iC2uO = iC2RL当输入电压小于死区电压时，三极管截止，引起交越失真

7423/4/21

·甲乙类 OCL－克服交越失真

RL

V1

V2

+UCC

－UCC

+

ui

－+uo

－

R1

R2

R3

D1

D2

消除交越失真的波形图 甲乙类功放电路

7523/4/21

当 ui = 0 时， V1、 V2 微导通。当 ui < 0 (↓至↑ ) ， V1 微导通 →充

分导通→ 微导通； V2 微导通→ 截止→ 微导通。当 ui > 0 (↑至↓ ) ， V2 微导通 →充

分导通 →微导通；

RL

V1

V2

+UCC

+

ui

－+uo

－

R1

R2

R3

D1

D2

C+

2 ．单电源乙类互补对称功率放大电路（ OTL功率放大电路）

电容 C 的作用：（ 1 ）充当 VCC / 2 电源（ 2 ）耦合交流信号3 ．典型功率放大应用电路分析

OTL 功放电路

7623/4/21

作业 3 、 7 、 8 、 15、 18、 23、 34