基本放大电路

1、(2-1) 电子技术电子技术 第第1515章章 基本放大电路基本放大电路 模拟电路部分模拟电路部分 (2-2) 第第15章章 基本放大电路基本放大电路 15.1 共共射放大电路的组成射放大电路的组成 15.2 放大电路放大电路的分析方法的分析方法 15.3 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 15.4 射极输出器射极输出器 (2-3) 15.1 共射放大电路的组成共射放大电路的组成 三极管放三极管放 大电路有大电路有 三种形式三种形式 共射放大器共射放大器 共基放大器共基放大器 共集放大器共集放大器 电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大 成较大的信号。

2、这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四 端网络表示，如图：端网络表示，如图： uiuo Au 放大的概念放大的概念 (2-5) 15.1.1 电路的组成及各元件作用电路的组成及各元件作用 放大元件，放大元件，集电集电 结反偏，发射结结反偏，发射结 正偏。正偏。 ui uo 输入输入 输出输出 参考点参考点 RB +EC EB RC C1 C2 T (2-6) 作用：作用：使发射使发射 结正偏，并提结正偏，并提 供适当的静态供适当的静态 工作点。工作点。 基极电源与基极电源与 基极电

3、阻基极电阻 RB +EC EB RC C1 C2 T (2-7) 集电极电源，集电极电源， 为电路提供能为电路提供能 量。并保证集量。并保证集 电结反偏。电结反偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T (2-8) 集电极电阻，集电极电阻， 将变化的电流将变化的电流 转变为变化的转变为变化的 电压。电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T (2-9) 耦合电容：耦合电容： 电解电容，有极性。电解电容，有极性。 大小为大小为10 F50 F 作用：作用：隔离输隔离输 入输出与放大入输出与放大 器的直流联系。器的直流联系。 同时使同时使C上压上压 降为零。降为零。 RB +EC EB

4、RC C1 C2 T (2-10) 可以省去可以省去 电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T (2-11) 单电源供电电路单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB ui uo ui = 0时，时，T也工作，基极也有电流。也工作，基极也有电流。 ui 0时，基极电流是在一个直流基础上时，基极电流是在一个直流基础上 叠加一个变化的叠加一个变化的IB，从而得到变化的，从而得到变化的IC， 经经RC得到变化的电压，经得到变化的电压，经C2输出输出uo。 (2-13) 15.1.2 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理 ui=0时时

5、由于电源的由于电源的 存在存在IB 0 IC 0 IEQ = IBQ+ICQ IBQ 1、静态工作点、静态工作点 RB +EC RC C1 C2 T ICQ (2-14) IBQ ICQ UBEQ UCEQ ( ICQ,UCEQ ) (IBQ,UBEQ) RB +EC RC C1 C2 T (2-15) (IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出分别对应于输入输出 特性曲线上的一个点称为静态工作点。特性曲线上的一个点称为静态工作点。 IB UBE Q IBQ UBEQ IC UCE Q UCEQ ICQ IB UBE Q IC UCE uCE怎么变化怎么变化 假设假设

6、uBE有一微小的变化有一微小的变化 ib t ib t ic t ui t (2-17) uCE的变化沿一的变化沿一 条直线条直线 uce相位如何相位如何 uce与与ui反相！反相！ IC UCE ic t uce t (2-18) 各点波形各点波形 RB +EC RC C1 C2 ui t iB t iC t uCE t uo t ui iC uCE uo iB (2-19) 符号规定符号规定 UA 大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。 uA 小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，

7、表示交流分量。 uAua 全量全量 交流分量交流分量 t UA直流分量直流分量 (2-20) 实现放大的条件实现放大的条件 (1) 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结 反偏。反偏。 (2) 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 (3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 (4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电 极电压，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。 (2-21) 如

8、何判断一个电路是否能实现放大？如何判断一个电路是否能实现放大？ (3) 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电 结反偏。结反偏。 (4) 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来 判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设 置正确置正确。 (1) 信号能否输入到放大电路中。信号能否输入到放大电路中。 (2) 信号能否输出。信号能否输出。 与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：与实现放大的条

9、件相对应，判断的过程如下： (2-22) 失真分析失真分析 在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入 信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出 信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线 性失真性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流 负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截 止区或饱和区，则造成非线性失真。止区或饱和区，则造成非线性失真。 下面将分析失真的

10、原因。为简化分析，假设负载为下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为 空载空载(RL= )。 (2-23) iC uCE uo 可输出的可输出的 最大不失最大不失 真信号真信号 选择静态工作点选择静态工作点 ib (2-24) iC uCE uo 1. Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区 放大电路产生放大电路产生 截止失真截止失真 输出波形输出波形 输入波形输入波形ib (2-25) iC uCE 2. Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区 放大电路产生放大电路产生 饱和失真饱和失真 ib输入波输入波 形形 uo 输出波形输出波形 (2-26) 15.1.3 放大电路

11、的性能指标放大电路的性能指标 1、电压放大倍数、电压放大倍数Au i o u U U A | Ui 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压 的有效值。的有效值。 uiuo Au i o u U U A Au是复数，反映了输出和输入的是复数，反映了输出和输入的 幅值比与相位差。幅值比与相位差。 (2-27) 2、输入电阻、输入电阻ri 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号， 那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大 电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输

12、入电阻越大， 从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。 Au US i i i I U r 定义：定义： 即：即：ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，ui就越接近就越接近uS i I i U (2-28) 3、输出电阻、输出电阻ro Au US 放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们 可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南 等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。 ro US (2-29) 如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro ？ 步骤：

13、步骤： 1. 所有的电源置零所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。 2. 加压求流法。加压求流法。 I U r o 方法一：方法一：计算。计算。 U I (2-30) 方法二：方法二：测量测量 Uo 1. 测量开路电压。测量开路电压。 ro Us 2. 测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。 L o o o R) U U (r1 ro UsRL Uo 步骤：步骤： 3. 计算。计算。 (2-31) 15.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 放大放大 电路电路 分析分析 静态分析静态分析 动态分析动态分析 估算法估算法 图解法图解法 微变等效电

14、微变等效电 路法路法 图解法图解法 计算机仿真计算机仿真 (2-32) 15.2.1 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。 但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即 对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。直流所走的通道是不同的。 交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考

15、虑交流信号的分电路。 直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。 (2-33) 对直流信号（只有对直流信号（只有+EC） 开路开路 开路开路 RB +EC RC C1 C2 T 直流通道直流通道 RB +EC RC (2-34) 对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui) 短路短路 短路短路 置零置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RCRL ui uo 交流通路交流通路 (2-35) 1、直流负载线、直流负载线 IC UCE UCEIC满足什么关系？满足什么关系？ (1)

16、三极管的三极管的输出特性。输出特性。 (2) UCE=ECICRC 。 IC UCE EC C C R E Q 直流直流 负载线负载线 与输出与输出 特性的特性的 交点就交点就 是是Q点点 IB 直流通道直流通道 RB +EC RC 15.2.2 直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线 (2-36) 2、交流负载线、交流负载线 ic Lce c Ru i 1 其中：其中： CLL RRR/ uce RB RCRL ui uo 交流通路交流通路 即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为： L R 1 的直线。的直线。 这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交

17、流负载线。 (2-37) 交流负载线的作法交流负载线的作法 IC UCE EC C C R E Q IB 过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为： L R 1 交流负载线交流负载线 15.2.3 静态分析静态分析 1、估算法、估算法 （1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IB IB UBE B BEC B R UE I B C R E7 . 0 B C R E RB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏 置电流置电流。 +EC 直流通道直流通道 RBRC （2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、IB IC UCE CEOBC III CCCCE RIEU B I 直流通

18、道直流通道 RBRC +EC (2-40) 2、图解法、图解法 先估算先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直，然后在输出特性曲线上作出直 流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负 载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。 IC UCE B BEC B R UE I Q C C R E EC (2-41) 例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。 已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。 解：解： A40mA04. 0 300 12 B C B R E I mA51040537.III BBC V645

19、 . 112 CCCCCE RIUU 请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。 (2-42) 15.2.4 动态分析动态分析 1、三极管的微变等效电路、三极管的微变等效电路 (1) 输入回路输入回路 IB UBE 当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性 在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。 uBE iB b be B BE be i u i u r 对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言， 三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。 )( )( )()( mA mV26 1200 E be I r rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。

20、对于小功率三极管：对于小功率三极管： (2-43) (2) 输出回路输出回路 IC UCE )( bBcCC iIiIi bB iI 所以：所以： bc ii (1) 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制控制 的电流源。的电流源。 近似平行近似平行 (2) 考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出 端还要并联一个大电阻端还要并联一个大电阻rce。 rce的含义的含义 iC uCE c ce C CE ce i u i u r (2-44) ube ib uce ic ube uce ic rce很大，很大， 一般忽略。一般忽略。 (3) 三极管的微变等效电路三极管的微变等效

21、电路 rbe ib ib rce rbe ib ib b c e 等等 效效 c b e (2-45) 2、放大电路的微变等效电路、放大电路的微变等效电路 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: 交流通路交流通路 RB RCRL ui uo ui rbe ib ibiiic uo RB RC RL (2-46) 3、电压放大倍数的计算、电压放大倍数的计算 bebi rIU Lbo RIU be L u r R A LCL RRR/ 特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。 rbe RB RC RL i U i I b I c

22、I o U b I (2-47) 4、输入电阻的计算、输入电阻的计算 对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电 路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。 输入电阻的定义：输入电阻的定义： i i i I U r 是动态电阻。是动态电阻。 beB rR / be r i i i I U r 电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，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。因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。 rbe RB RC RL i U i I b

23、I c I o U b I (2-48) 5、输出电阻的计算、输出电阻的计算 对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源， 可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的 内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。 计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法： (1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控 源的电路不适用）。源的电路不适用）。 (2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求 流法。流法。 (2-49) C o o o R I U r 所以：所以： 用加压求流

24、法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻： o U rbe RB RC i I b I c I b I 00 o I (2-50) 15.3 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、 稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静 态工作点。态工作点。 T IC iC uCE Q Q 温度上升，温度上升， 输出特性曲输出特性曲 线间隔增加线间隔增加 上移，上移，Q点点 上移上移。 (2-51) 小结：小结： 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。 Q点点 不稳

25、定可能会导致静态工作点靠近饱和区或不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或 截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏 置电路，当温度升高、置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动增加时，能够自动 减少减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本点基本 稳定。稳定。 常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。 (2-52) 分压式偏置电路：分压式偏置电路： RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo 1、静态分析、静态分析 I1 I2 IB RB1 +EC RC T RB2RE

26、直流通路直流通路 RE射极直流射极直流 负反馈电阻负反馈电阻 RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo (2-53) T UBE IB ICUE IC 本电路稳压的本电路稳压的 过程实际是由过程实际是由 于加了于加了RE形成形成 了了负反馈负反馈过程过程 I1 I2 IB RB1 +EC RC T RB2RE (1) 静态工作点稳定的原理静态工作点稳定的原理 (2-54) EEBEBC RIURIE 11 I1 I2 IB RB1 +EC RC T RB2RE 直流通路直流通路 (2) 求静态工作点求静态工作点 算法一：算法一： EEBEB RIURI 22 B I

27、II 21 BE I )(I 1 上述四个方程联立，可求出上述四个方程联立，可求出 IE ，进而，可求出，进而，可求出UCE 。 本算法比较麻烦，通常采用下本算法比较麻烦，通常采用下 面介绍的算法二。面介绍的算法二。 (2-55) B II 2 21 21 BB C RR E II 22BB RIV C BB B E RR R 21 2 EEBEBBE RIVVVU E B E BEB EC R V R UV II I1 I2 IB RB1 +EC RC T RB2RE 直流通路直流通路 EECCCCE RIRIEU 算法二：算法二： (2-56) E B C R V I 可以认为与温度无关。

28、可以认为与温度无关。 似乎似乎I2越大越好，越大越好， 但是但是RB1、RB2太小，太小， 将增加损耗，降低输将增加损耗，降低输 入电阻。因此一般取入电阻。因此一般取 几十几十k 。 I1 I2 IB RB1 +EC RC T RB2RE 直流通路直流通路 (2-57) 例：例：已知已知 =50， EC=12V， RB1=7.5k ， RB2=2.5k ， RC=2k ， RE=1k ， 求该电路的静态工作点。求该电路的静态工作点。 算法一的结果：算法一的结果： mA04350.I B mA1752.II BC V435. RIRIEU EECCCCE 算法二的结果：算法二的结果： V3 21

29、 2 C BB B B E RR R V mA32.I E V15.UCE 结论：结论：两种算法的结果近似相等，但算法二的计算两种算法的结果近似相等，但算法二的计算 过程要简单得多。过程要简单得多。 RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo 2、动态分析、动态分析 交流通路交流通路 微变等效电路微变等效电路 RB1 RC RL ui uo RB2 RE RB1 RC RL ui RB2 RE rbe RC RL o U RE i U i I b I c I b I RB )1 (/ EbeBi R

30、rRr Ebbebi RIrIU )1 ( Lbo RIU Ebe L u Rr R A )1 ( 2、动态分析、动态分析 Co Rr rbe RC RL o U RE i U i I b I c I b I RB 给定给定RE，ri 增大，增大，Au减小。减小。 (2-60) I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo rbe RC RL o U i U i I b I c I b I RB 微变等效电路微变等效电路 uo RB1 RC RL ui RB2 交流通路交流通路 CE：交流：交流旁路电容旁路电容。在交流通路。在交流通路 中，中， CE将

31、将RE短路，短路，RE对交流不起对交流不起 作用，放大倍数作用，放大倍数增大增大。 bebeBi rr| Rr Co Rr be L u r R A (2-61) RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 折衷处理，将折衷处理，将RE拆开：拆开： (2-62) I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 I1 I2 IB RB1 +EC RC T RB2RE1 RE2 静态分析：静态分析： 直流通路直流通路 (2-63) RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo

32、 RE2 动态分析：动态分析： 交流通路交流通路 RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 (2-64) 交流通路：交流通路： RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 微变等效电路：微变等效电路： rbe RC RL o U RE1 i U i I b I c I b I RB (2-65) 问题：问题：Au 和和 Aus 的关系如何？的关系如何？ 定义：定义： i o u U U A s o us U U A 放放 大大 电电 路路 RL RS o U i U s U s o us U U A S iS i i U rR r U u iS i us A rR r A (2-66

33、) 15.4 射极输出器射极输出器 RB +EC C1 C2 RE RL uiuo RB +EC RE 直流通道直流通道 RS uS (2-67) 1、静态分析、静态分析 IB IE EB BEC B RR UE I )1 ( BE II)1 ( EECCE RIEU 折算折算 RB +EC RE 直流通道直流通道 (2-68) 2、动态分析、动态分析 RB +EC C1 C2 RE RL uiuo RB RERLui uo 交流通道交流通道 (2-69) RB RERLui uo 交流通道交流通道 rbe i U b I RERL RB o U c I b I i I 微变等效电路微变等效电

34、路 (2-70) Leo RIU LEL RRR/ LbR I ）（1 Lebebi RIrIU Lbbeb RIrI )1 ( Lbbeb Lb u RIrI RI A )1 ( )1 ( Lbe L Rr R )1 ( 1 ）（ (1) 电压放大倍数电压放大倍数 rbe i U b I RERL RB o U c I b I i I (2-71) 1),)1 ( Lbe Rr所以所以。1 u A 2) 输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压， 故称故称电压跟随器电压跟随器。 结论：结论： Lbe L u R)(r R A 1 1）（ (2-72) (2) 输

35、入电阻输入电阻 RBbi III 输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级 的放大倍数影响较小且取得的信号大。的放大倍数影响较小且取得的信号大。 R)(r/R I U r LbeB i i i 1 rbe i U b I RERL RB o U c I b I i I RB I B i RB R U I Lbe i b R)(r U I 1 (2-73) (3) 输出电阻输出电阻 用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。 ro b I i I rbe RE RB c I b I S U RSrbe RE RB RS b I c I b I i I e I U I ebb IIII Esbesbe R U Rr U Rr U Bss RRR/ : 设 电源置电源置