第四章 放大器基础 4.1 放大电路的基本概念及性能指标 4.2 单管共射放大电路的工作原理 4.3 放大电路的图解分析法 4.4 小信号等效电路分析法 4.5 共集和共基放大电路 4.6 多级放大电路 4.7 差分放大器与电流源电路 4.8 放大电路的频率响应

4.1 放大电路的基本概念及性能指标 P145-149 一.放大的基本概念 放大——把微弱的电信号的幅度放大。 一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。

（1）电压放大倍数定义为: AU=uo/ui 二.放大电路的主要技术指标 1.增益（Gain,放大倍数）——表示放大器的放大能力 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。 （1）电压放大倍数定义为: AU=uo/ui （2）电流放大倍数定义为: AI=io/ii （3）互阻增益定义为: Ar=uo/ii （4）互导增益定义为: Ag=io/ui

2. 输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻 Ri=ui / ii 一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。

3. 输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻 输出电阻的定义： 输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。

放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线 4. 通频带(频率失真P151) A Am 0.7Am 3dB带宽 f 下限截止频率 上限截止频率 fL 下限截止频率 fH 上限截止频率 3dB带宽 何时产生失真？ 是否有其他类型失真？ （参考P151-154） 通频带： fbw=fH–fL

4.2 单管共射放大电路的工作原理 P77-79 一．三极管的放大原理 放大原理： ui → uo 三极管工作在放大区： 发射结正偏， 集电结反偏。 放大原理： ui →△UBE →△IB →△IC（b△IB） →△UCE（-△IC×Rc） 电压放大倍数： → uo 参考P77

从三极管中载流子的运动情况可知，我们只要在制造上将基区做得很薄，掺杂浓度又低，那么从发射区扩散过来的电子将绝大部分越过基区流向集电极，形成Ic，只有很小一部分流向基极形成IB，管子在做成以后，Ic 和IB的比例基本保持一定。因此我们可以通过改变IB的大小控制Ic，这就是所谓的三极管的电流放大作用。

注意：三极管的电流放大作用和电压放大作用，都是变化量的放大！ 三极管的电流放大作用又可转化为电压放大作用 从共射电路的电压关系看，be间正向偏置，UBE只要有少量变化，就会发生较大的IB的变化（PN结的正向特性），通过电流放大作用，又能引起更大的IC的变化，这个变化的电流通过集电极电阻RC以后，在RC两端所产生的电压变化量 ，可能比ΔUBE大很多倍。 注意：三极管的电流放大作用和电压放大作用，都是变化量的放大！

二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用 放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。

各元件作用： 参考：偏置电路P138 集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。 使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE。 基极电源与基极电阻 集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。 参考：偏置电路P138

各元件作用： + + 耦合方式P142 作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。 耦合电容： 电解电容，有极性， 大小为10F~50F + + 耦合方式P142

基本放大电路的习惯画法

在输入信号ui的控制下，把EC提供的直流能量转化成较大的交流信号能量输出 (6)放大器负载RL ：可以是一个实际的负载（如电阻、喇叭、显像管等），也可以是下一级的放大电路 (5)输出端耦合电容C2：其作用与C1相同，对直流开路，用于隔断晶体管与负载RL的直流联系；对交流短路，起到耦合传送交流信号到负载的作用。 Ce为发射极旁路电容，主要作用是使射极电阻Re对交流短路，消除Re的交流负反馈的影响。 (2)输入耦合电容C1 ：对直流其容抗1/（ωC1）→∞，相当于开路，交流信号其容抗1/（ωC1）→0，容抗足够小，可视为短路 ①电源EC经Rc和Re给集电结以反偏，为晶体管集—射极间提供合适的偏置UCE和IC 。②把晶体管的集电极电流iC的变化转化成输出电压uCE的变化，并传给负载RL (1)交流信号源：us为其开路电压，Rs为其内阻 us Rs C1 Rb1 Rb2 Rc Re RL C2 + ui - uo EC uCE=UCE+uce Ce iB=IB+ib iC=IC+ic 阻容耦合共射放大器电路 uBE (3)基极偏置电路：发射结必须正偏，集电结必须反偏电源EC经电阻Rb1 、Rb2组成的分压式偏置电路和Re给发射结提供以正向偏置 iC =IC +ic iB=IB +ib uCE=UCE +uce uBE = UBE + ube

在晶体管放大电路的设计和分析中有两类基本问题 直流通路——即保证晶体管发射结处于正偏，集电结处于反偏，使晶体管工作在放大区，以实现电流的控制作用。 交流通路——使输入的待放大信号能加到发射结上，以控制三极管的电流，而且放大了的信号能从电路中输出 在晶体管放大电路的设计和分析中有两类基本问题 　直流偏置问题：在放大电路直流通道上设计和分析静态工作点，即确定IBQ 、UBEQ 、ICQ 、UCEQ等。主要的分析方法有：估算法、图解法等。 　交流动态（传输）问题：在放大电路的交流通道上分析和设计交流信号的放大与传输关系，求解放大电路的电压、电流、功率增益（A i、A u、A p）以及输入、输出电阻（R i 、Ro）等。动态分析的主要方法有：图解法和微变等效电路法。

- 三. 静态工作点 P70-71 - ui=0时 1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态 由于电源的存在，电路中存在一组直流量。 + IB IC + UCE - + UBE - IE ui=0时

为什么要设置静态工作点？ IC IB Q Q IB IB IC UBE UCE UCE UBE 由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。 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。 为什么要设置静态工作点？ IC UCE IB IB UBE Q Q IB IC UCE UBE

2. 静态工作点的估算 将交流电压源短路，将电容开路。 画出放大电路的直流通路 直流通路的画法： 开路 开路

用估算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE） 画直流通路： IC= IB Rb1称为偏置电阻，IB称为偏置电流。

例：用估算法计算静态工作点。 已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。 解： 请注意电路中IB和IC的数量级

4.3 放大电路的图解分析法 P68 Q IB 静态IC VCC 静态UCE 一. 用图解法分析放大器的静态工作点 IC 直流负载线 一. 用图解法分析放大器的静态工作点 直流负载线 UCE=VCC–ICRC IC UCE Q 静态IC IB 由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q VCC 静态UCE

ib ic ib Q ui uce 二. 用图解法分析放大器的动态工作情况 1. 交流放大原理（设输出空载） iB iC iCE uBE 二. 用图解法分析放大器的动态工作情况 1. 交流放大原理（设输出空载） iB uBE Q 静态工作点 iC iCE ib ic ib ui uce 假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui 注意：uce与ui反相！

iC 各点波形 uo uCE iB ui 工作原理演示 uo比ui幅度放大且相位相反

结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成： ui t uBE t iB iC uCE 虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变 （2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。 uo t

2.放大器的交流通路 置零 短路 短路 对交流信号(输入信号ui) 交流通路——分析动态工作情况 交流通路的画法： 将直流电压源短路，将电容短路。 对交流信号(输入信号ui) 置零 短路 短路

交流通路

3.交流负载线 输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态！

交流负载线 ic uce=-ic（RC//RL） = -ic RL 其中：

交流量ic和uce有如下关系： uce=-ic（RC//RL）= -ic RL 或ic=（-1/ RL） uce 即：交流负载线的斜率为： 交流负载线的作法： ①斜 率为-1/R'L 。（ R'L= RL∥Rc ） ②经过Q点。

交流负载线的作法： iCE 交流负载线 直流负载线 Q IB VCC ①斜 率为-1/R'L 。 （ R'L= RL∥Rc ） Q IB ②经过Q点。 VCC 注意： （1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。 （2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。

4．非线性失真与Q的关系 （1）合适的静态工作点 iC uCE ib 可输出的最大不失真信号 uo

（2）Q点过低→信号进入截止区 iC uCE 信号波形 uo 称为截止失真

（3）Q点过高→信号进入饱和区 信号波形 iC uCE 称为饱和失真 uo 动画演示 动画演示 动画演示 截止失真和饱和失真统称“非线性失真” uo 动画演示 动画演示 动画演示

4.4 小信号等效电路分析法 思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路 条件：交流小信号

ic ic uce ib ube uce ube b c e 简化的小信号电路模型 ib c ib rbe rce b rce很大， ib 一般忽略。 rbe ib ib b c e e 等效

一、电路分析与性能指标计算 1. 画出放大器的小信号等效电路 动画演示 （1）画出放大器的交流通路 （2）将交流通路中的三极管用小信号等效电路代替 动画演示

2、电压放大倍数的计算： 负载电阻越小，放大倍数越小。

电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。 3、输入电阻的计算： 根据输入电阻的定义： 电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。

当信号源有内阻时： 定义： 由图知： 所以：

4、输出电阻的计算： 根据定义： 所以： + -

例1 共射放大电路如图所示。设：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ, RL=3kΩ,BJT的b =60。 1、试求电路的静态工作点Q。 解：

2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。 解：画微变等效电路 Ri=rbe//Rb≈rbe=993Ω Ro=Rc=3kΩ

3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ，是截止还是饱和 失真？应调节哪个元件？如何调节？ 解：为截止失真。 应减小Rb。

Q变 T 二. 静态工作点的稳定 UBE IC变 变  变 ICEO 1. 温度对静态工作点的影响 对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。 UBE  ICEO 变 Q变 T 变 IC变

1、温度对UBE的影响 T UBE iB uBE 25 ºC 50ºC IB IC

2、温度对值及ICEO的影响 IC T 、 ICEO iC Q´ Q uCE 总之： T IC

3. 静态工作点稳定的放大器 （1） 结构及工作原理 IC I1 IB I2 IE 选I2=（5~10）IB ∴I1 I2

IC I1 IB I2 IE UBE T IC IE UE IB IC 演示 静态工作点 稳定过程： UB稳定 UBE=UB-UE =UB - IE Re UBE T IC IE UE IB 由输入特性曲线 IC 演示

（1）直流通道及静态工作点估算: UCE = VCC - ICRC - IERe 电容开路,画出直流通道 IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re IB=IC/ UCE = VCC - ICRC - IERe

（2）动态分析： 将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路

电压放大倍数： RL= RC // RL

输入电阻： 输出电阻：

思考：若在Re两端并电容Ce会对Au、Ri、Ro有什么影响？

4.5 共集和共基放大电路 一. 共集电极放大电路 1. 结构：

2. 直流通道及静态工作点分析： IB IE UBE UCE

3. 动态分析 （1）交流通道及微变等效电路

（2）电压放大倍数：

（3）输入电阻

（4）输出电阻

动画演示 射极输出器的特点：电压放大倍数=1， 输入阻抗高，输出阻抗小。 射极输出器的应用 1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。 2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。 2、放在两级之间，起缓冲作用。 动画演示

二. 共基极电路

1. 静态工作点 直流通路：

2. 动态分析 画出电路的交流小信号等效电路 （1）电压放大倍数

（2）输入电阻 （3）输出电阻

三. 三种组态的比较 共基 共集 共射 电压增益： 输入电阻： 输出电阻：

4.6 多级放大电路 . 多级放大器的耦合方式 1.阻容耦合 优点： 缺点： 各级放大器静态工作点独立。 输出温度漂移比较小。 不适合放大缓慢变化的信号。 不便于作成集成电路。

2.直接耦合 缺点： 优点： 各级放大器静态工作点相互影响。 电路中无电容，便于集成化。 可放大缓慢变化的信号。 输出温度漂移严重。

二. 多级放大器的分析 1. 两级之间的相互影响 2. 电压放大倍数（以两级为例） • 后级的输入阻抗是前级的负载 • 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗 2. 电压放大倍数（以两级为例） 注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载！ 扩展到n级：

3. 输入电阻 Ri=Ri（最前级） (一般情况下） 4. 输出电阻 Ro=Ro（最后级） (一般情况下）

举例1：两级放大电路如下图示，求Q、Au、Ri、Ro 设：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7 V。

解：（1）求静态工作点

（2）求电压放大倍数 先计算三极管的输入电阻

画微变等效电路：

电压增益：

（3）求输入电阻 Ri =Ri1 =rbe1 // Rb1 // Rb2 =2.55 k （4）求输出电阻 RO =RC2 =4.3 k

4.7 差分放大器与电流源电路 对称性结构 一.电路结构: 即：1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe 4.7 差分放大器与电流源电路 一.电路结构: 对称性结构 即：1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb

二. 几个基本概念 1. 差动放大电路一般有两个输入端： 2. 差动放大电路可以有两个输出端。 双端输入——从两输入端同时加信号。 二. 几个基本概念 1. 差动放大电路一般有两个输入端： 双端输入——从两输入端同时加信号。 单端输入——仅从一个输入端对地加信号。 2. 差动放大电路可以有两个输出端。 双端输出——从C1 和C2输出。 单端输出——从C1或C2 对地输出。

3. 差模信号与共模信号 差模信号： 共模信号： 差模电压增益： 共模电压增益： 总输出电压： 4. 共模抑制比

三.差分放大器基本工作原理 1. 静态工作点的计算： 忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V

2.电路的动态分析 ui1=-ui2 =uid/2， uic=0。 若ui1 ,ui2   ib1 ,ib2  (1)加入差模信号 ui1=-ui2 =uid/2， uic=0。 若ui1 ,ui2   ib1 ,ib2  ie1 ,ie2   IRe不变  UE不变 所以，Re对差模信号相当于短路。

①求差模电压放大倍数： 因为ui1 =- ui2  uo= uo1 – uo2=2 uo1

②差模输入电阻 ③输出电阻

(2)加入共模信号 ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2   uo1 ， uo2 。 共模电压放大倍数 动画演示

3.差动放大器的输入输出方式 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） 主要讨论的问题有： 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） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻

1.双端输入双端输出 (1)差模电压放大倍数 （2）共模电压放大倍数 （3）差模输入电阻 （4）输出电阻

2. 双端输入单端输出 (1)差模电压放大倍数 这种方式适用 于将差分信号转换 为单端输出的信号。 （2）差模输入电阻 （3）输出电阻

（4）共模电压放大倍数 ui1=ui2 =uic， 设ui1 ，ui2   ie1  ， ie1  。  iRe （=2 ie1 ） 画出共模等效电路

求共模电压放大倍数：

3. 单端输入双端输出 单端输入等效双端输入: 计算同双端输入双端输出： 3. 单端输入双端输出 单端输入等效双端输入: 因为Re＞＞从T2发射极看进去的等效电阻，故 Re 可视为开路，于是有 ui1 = －ui2 = ui /2 计算同双端输入双端输出：

4. 单端输入单端输出 计算同双入单出： 注意放大倍数的正负号： 设从T1的基极输入信号，如果从uo1 输出为负号；从uo2 输出为正号。

差动放大器动态参数计算总结 (1)差模电压放大倍数 (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： 单端输出时： (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： 单端输出时：

(3)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。 (4)输出电阻 单端输出时， 双端输出时，

共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。 (5)共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。 ，或 双端输出时KCMR可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比： 动画演示

四.电流源电路 用普通的三极管接成电流负反馈电路，即可构成一个基本的电流源电路。射极偏置放大电路就具有这一功能。 Ic电流是恒定的： UBE UE IB IC

用等效电路来求该电路的内阻 联立方程组： 可以解出： 可见三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻rce还要大。

基本镜像电流源电路 2. 减小 影响的镜像电流源电路 3. 比例式镜像电流源电路 4. 微镜像电流源电路 5. 有源负载差分放大电路

加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。 五. 有源负载差分放大电路 1. 带恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式： 加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。 恒流源的作用 恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。 等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。

带恒流源的差动放大电路计算： 静态工作点： 动态： 恒流源等效电阻：

2. 有源负载差动放大电路 T3、T4组成镜像电流源，作T1、T2的负载。 同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。

4.8 BJT放大电路的频率响应 频率响应——放大器的电压放大倍数 与频率的关系 其中： 称为放大器的幅频响应 称为放大器的相频响应 其中： 称为放大器的幅频响应 称为放大器的相频响应 下面先分析无源RC网络的频率响应

一. 无源RC电路的频率响应 1. RC低通网络 （1）频率响应表达式： 则： 令： 幅频响应： 相频响应：

（2） RC低通电路的波特图 幅频响应： 0分贝水平线 斜率为 -20dB/十倍频程 的直线 最大误差 -3dB f 0.1fH fH fH 10fH 100fH -20 -40 -20dB/十倍频程 0分贝水平线 斜率为 -20dB/十倍频程 的直线 最大误差 -3dB

相频响应 f 0.1fH fH 10fH 100fH -20 -40 -20dB/十倍频程 f 0.1fH 0° fH 10fH 100fH -45° -90° 这种对数频率特性曲线称为波特图 可见：当频率较低时，│AU │ ≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的提高， │AU │下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后90o。 其中fH是一个重要的频率点，称为上限截止频率。

2. RC高通网络 （1）频率响应表达式： 则： 令： 幅频响应： 相频响应：

（2） RC高通网络的波特图 幅频响应： 斜率为 -20dB/十倍频程 的直线 最大误差 -3dB f 0.01fL 0.1fL fL 0.1fL fL 10fL -20 -40 20dB/十倍频 斜率为 -20dB/十倍频程 的直线 最大误差 -3dB

相频响应 其中，fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。 0.1fL fL 10fL -20 -40 20dB/十倍频 f 0.01fL 0° 0.1fL fL 10fL 90° 45° 可见：当频率较高时，│AU │ ≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低， │AU │下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前90o。 其中，fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。

二.共发放大器频率特性 1.BJT的混合π型模型 混合π型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。 b'是假想的基区内的一个点。 rbb' ——基区的体电阻 rb‘e——发射结电阻 Cb‘e——发射结电容 rb‘c——集电结电阻 Cb‘c——集电结电容 ——受控电流源，代替了

2.简化的混合π型等效电路 特点：（1）体现了三极管的电容效应 （2）用 代替了 。因为β本身就与频率有 Rb’c很大，可以忽略 rce很大，也可以忽略 动画演示 特点：（1）体现了三极管的电容效应 （2）用 代替了 。因为β本身就与频率有 关，而gm与频率无关。

又因为 所以 从手册中查出

3. 晶体三极管的频率参数fβ、 fT 当fT>> f 时, 可得： fT ≈β0 f fβ——共发射极截止频率 -20dB/十倍频程 fβ fT 当β=1时对 应的频率 当20lgβ下降3dB 时对应的频率 fβ——共发射极截止频率 fT——特征频率 当fT>> f 时, 可得： fT ≈β0 f

4. 阻容耦合共射放大电路的频率响应 对于如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究。 (1) .中频段 中频电压放大倍数： 所有的电容均可忽略。可用前面讲的h参数等效电路分析 中频电压放大倍数：

(2). 低频段 在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容Cb1、Cb2不能忽略。 该电路有 一个RC高通环节。 有下限截止频率： 可推出低频电压放大倍数：

共射放大电路低频段的波特图 幅频响应 ： 相频响应 ： f 0.01fL 0.1fL fL 10fL f 0.01fL -180° 20dB/十倍频 f 0.01fL -180° 0.1fL fL 10fL -90° -135°

(3). 高频段 在高频段，耦合电容Cb1、Cb2可以可视为短路，三极管的极间电容不能忽略。 这时要用混合π等效电路，画出高频等效电路如图所示。 用“密勒定理”将集电结电容单向化。

用“密勒定理”将集电结电容单向化： 其中：

忽略CN，并将两个电容合并成一个电容: 得简化的高频等效电路。 其中：

该电路有 一个RC低通环节。 有上限截止频率： 其中： 可推出高频电压放大倍数： 其中：

共射放大电路高频段的波特图 幅频响应 ： 相频响应 ： f 0.1fH fH 10fH 100fH -20dB/十倍频程 f 0.1fH -180° fH 10fH 100fH -225° -270°

4. 完整的共射放大电路的频率响应 f -180° fH fL -225° -270° -20dB/十倍频程 -135° -90°

5. 频率失真——由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真。 两个频率响应指标： （1）通频带： （2）带宽-增益积：│fbw×Aum│ BJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数 f -180° fH fL -225° -270° -20dB/十倍频程 -135° -90° 20dB/十倍频程 频率失真动画演示 5. 频率失真——由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真。