第2章 放大电路基础

1、第第2 2章章 放大电路基础放大电路基础 放大电路是组成电子电路的基本单元，也是电子设备的核放大电路是组成电子电路的基本单元，也是电子设备的核心模块。放大电路的性能决定了应用电路的性能，直接影响心模块。放大电路的性能决定了应用电路的性能，直接影响电子设备的品质。放大电路有多种基本结构和形式，适用于电子设备的品质。放大电路有多种基本结构和形式，适用于不同的应用电路。本章将介绍与放大电路有关的半导体器件，不同的应用电路。本章将介绍与放大电路有关的半导体器件，然后对基本放大电路的结构、性能特点、电路参数的设置以然后对基本放大电路的结构、性能特点、电路参数的设置以及它们对放大电路性能的影响等问题进行讨

2、论。及它们对放大电路性能的影响等问题进行讨论。2.1 晶体管晶体管知识点知识点（1）晶体管的基本特性、工作状态和主要参数。）晶体管的基本特性、工作状态和主要参数。（2）晶体管三种工作状态的偏置条件及判断。）晶体管三种工作状态的偏置条件及判断。技能点技能点（1）会测试及选择常用的晶体管。）会测试及选择常用的晶体管。（2）能够熟练判断晶体管的工作状态。）能够熟练判断晶体管的工作状态。 2.1.1 晶体管简介晶体管简介 晶体管即半导体三极管（俗称三极管），是电子电路中最常用的半导体晶体管即半导体三极管（俗称三极管），是电子电路中最常用的半导体器件之一，一些常见晶体管的外形如图器件之一，一些常见晶体管

3、的外形如图2-1所示。晶体管的种类很多，按所示。晶体管的种类很多，按管芯材料分有硅管和锗管；按工作频率分有高频管、低频管；按功率分管芯材料分有硅管和锗管；按工作频率分有高频管、低频管；按功率分有小、中、大功率管；按工作状态分有放大管和开关管；按内部结构分有小、中、大功率管；按工作状态分有放大管和开关管；按内部结构分有有NPN和和PNP两种类型。两种类型。 (a)a)金属封装管金属封装管 (b)(b)塑料封装管塑料封装管图图2-1 2-1 常见的晶体管外形常见的晶体管外形 晶体管符号中的箭头用于指示晶体管正向电流的方向，显然，两种类型晶晶体管符号中的箭头用于指示晶体管正向电流的方向，显然，两种类

4、型晶体管的正向电流方向截然不同。体管的正向电流方向截然不同。 晶体管的内部结构及电路符号如图晶体管的内部结构及电路符号如图2-2所示。所示。NPN和和PNP两种类型晶两种类型晶体管的管芯均由三层半导体构成，每层依次分别称为集电区、基区和体管的管芯均由三层半导体构成，每层依次分别称为集电区、基区和发射区；三个区之间构成的两个发射区；三个区之间构成的两个PN结分别称为集电结、发射结；每个结分别称为集电结、发射结；每个区所引出的三个电极分别称为集电极区所引出的三个电极分别称为集电极c、基极、基极b和发射极和发射极e。 以晶体管以晶体管VT为核心组成的放大电路的仿真电路如图为核心组成的放大电路的仿真电

5、路如图2-3所示，示波器显所示，示波器显示了放大电路的输入信号示了放大电路的输入信号ui（通道（通道A）、输出信号）、输出信号uo（通道（通道B）的波形和）的波形和相关数据。相关数据。 图图2-3 放大电路的仿真电路放大电路的仿真电路 2.1.2 晶体管的基本特性晶体管的基本特性 1、晶体管的放大状态、晶体管的放大状态 在图在图2-3中所示的电路，外加的偏置电压是使得晶体管的发射结正偏中所示的电路，外加的偏置电压是使得晶体管的发射结正偏（UBE0.65V）、集电结反偏（）、集电结反偏（UBC=UBE-UCE5.25V）。为了进一步探）。为了进一步探讨晶体管的基本特性，下面对图讨晶体管的基本特性

6、，下面对图2-4所示的晶体管特性仿真电路的实验数所示的晶体管特性仿真电路的实验数据进行分析（以据进行分析（以NPN型硅管为例）。型硅管为例）。图图2-4 晶体管基本特性的仿真电路晶体管基本特性的仿真电路 调节可变电阻调节可变电阻RP，由各个电流表可测得相应的，由各个电流表可测得相应的IB、IC、IE，如表，如表2-1所示。所示。 分析实验数据，可以看出：分析实验数据，可以看出： （1）三个电流符合基尔霍夫电流定律，即）三个电流符合基尔霍夫电流定律，即 IE = IBIC （2-1）基极电流基极电流IB很小，一般可忽略很小，一般可忽略IB不计，因此有不计，因此有 IE IC。 （2）IC与与IB

7、的的比值近似为一个常数，即的的比值近似为一个常数，即 = IC / IB基极电流基极电流IB的微小变化能引起集电极电流的微小变化能引起集电极电流Ic较大的变化，即较大的变化，即 =dIC/dIB 以上的以上的和和分别称为晶体管的直流电流放大系数和交流电流放大系数，且分别称为晶体管的直流电流放大系数和交流电流放大系数，且有有。为了表示方便，在实际应用中一般不加以区分，统称为电流放大系。为了表示方便，在实际应用中一般不加以区分，统称为电流放大系数数。表表2-1 实验测试数据实验测试数据1IB /A2.8874.10811152327IC /mA0.6410.8922.4213.2284.8445.

8、636IE /mA0.6430.8942.4323.2424.8675.663UBE/V0.6140.6220.6490.6580.6690.675UCE/V10.72010.2197.1595.5462.3120.723 由此可得出由此可得出 ICIB （2-2） IE =（1+）- IB （2-3） （3）结论：）结论： 1）工作在放大状态的晶体管具有电流放大作用，）工作在放大状态的晶体管具有电流放大作用，IC是是IB的的倍。倍。反映了反映了晶体管的电流放大能力。晶体管的电流放大能力。 2）IB的微小变化能引起的微小变化能引起IC的较大变化，通过的较大变化，通过IB来控制来控制IC，可实现

9、小电流，可实现小电流（小信号）控制大电流（大信号）的目的。所以，晶体管是一种电流控制（小信号）控制大电流（大信号）的目的。所以，晶体管是一种电流控制型器件。型器件。 注意：注意：晶体管不能产生电流，电路中的电流晶体管不能产生电流，电路中的电流是由直流电源提供。是由直流电源提供。 2、晶体管的饱和状态、晶体管的饱和状态在图在图2-4的仿真电路中，继续增大输入的基极电流，观测到的有关数据的仿真电路中，继续增大输入的基极电流，观测到的有关数据如表如表2-2所示。所示。 表表2-2 实验测试数据实验测试数据2IB /A354188129257IC /mA5.8955.9085.9345.9435.95

10、6IE /mA5.9305.9496.0226.0726.213UBE/V0.6750.6750.6760.6760.677UCE/V0.2090.1850.1320.1150.089 从表中的数据可看出，随着从表中的数据可看出，随着IB、IC的增大，晶体管的的增大，晶体管的UCE随之下降，当随之下降，当UCE0）时，则称晶体管进入了饱和）时，则称晶体管进入了饱和状态。状态。在深度饱和状态下，晶体管的在深度饱和状态下，晶体管的c-e极之间相当于短路，等效于一个开极之间相当于短路，等效于一个开关闭合。通常将关闭合。通常将UCE =UBE（即（即UBC=0、集电结零偏）称为晶体管的临界饱和、集电结

11、零偏）称为晶体管的临界饱和状态。状态。3、晶体管的截止状态、晶体管的截止状态将基极电源将基极电源VB的开关的开关J1断开，电路状态如图断开，电路状态如图2-5所示。晶体管的所示。晶体管的UBE0，IB、IC、IE均近似为均近似为0，UCE等于集电极电源等于集电极电源VC，此时晶体管的状态称为截止状，此时晶体管的状态称为截止状态。在截止状态中，晶体管的态。在截止状态中，晶体管的c-e极极之间相当于开路，等效于一个开关断开。之间相当于开路，等效于一个开关断开。通常将通常将UBE0（即发射结反偏或零（即发射结反偏或零偏）作为晶体管截止的标志。偏）作为晶体管截止的标志。图图2-5 晶体管截止状态的仿真

12、电路晶体管截止状态的仿真电路 2.1.3 晶体管的特性曲线和主要参数晶体管的特性曲线和主要参数 1、晶体管的特性曲线、晶体管的特性曲线 晶体管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间的关系曲线。晶体管的晶体管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间的关系曲线。晶体管的特性曲线通常用专门的特性图示仪直观显示。特性曲线通常用专门的特性图示仪直观显示。NPN型硅管典型的特性曲线型硅管典型的特性曲线如图如图2-6所示。所示。 1、输入特性曲线、输入特性曲线 指当集电极与发射极之间电压指当集电极与发射极之间电压uCE为常数时，输入回路中的基极电流为常数时，输入回路中的基极电流iB与与基基-射电压射电压uBE之间

13、的关系曲线，如图之间的关系曲线，如图2-6a所示。所示。 它类似二极管正向特性曲线：硅管死区电压约为它类似二极管正向特性曲线：硅管死区电压约为0.5 V（锗管的约为（锗管的约为0.1V）；发射结正常导通时，常温下硅管的导通电压）；发射结正常导通时，常温下硅管的导通电压uBE约为约为0.7 V（锗管的（锗管的uBE约为约为0.3V）；且当）；且当uCE1V后，输入曲线基本与后，输入曲线基本与uCE无关。无关。 2、输出特性曲线、输出特性曲线 指当指当iB为常数时，输出回路中的为常数时，输出回路中的iC与与uCE之间的关系曲线，由不同的之间的关系曲线，由不同的iB可得可得出不同的曲线，故晶体管的输

14、出特性是一组曲线，如图出不同的曲线，故晶体管的输出特性是一组曲线，如图2-6 b所示。通常将所示。通常将输出特性曲线划分成三个区域（即晶体管的三种工作状态）。输出特性曲线划分成三个区域（即晶体管的三种工作状态）。 （1）放大区）放大区 输出曲线近于水平的区域为放大区，也称线性区。此时晶输出曲线近于水平的区域为放大区，也称线性区。此时晶体管的发射结正偏，集电结反偏。晶体管工作在放大状态，具有恒流特性：体管的发射结正偏，集电结反偏。晶体管工作在放大状态，具有恒流特性：iC=iB，iC仅受仅受iB控制，与控制，与uCE基本无关。基本无关。 偏置：偏置： NPN型型 UCUBUE（集电极电位最高、发射

15、极电位最低）；（集电极电位最高、发射极电位最低）； PNP型型 UCUBUE（发射极电位最高、集电极电位最低）。（发射极电位最高、集电极电位最低）。 （2）饱和区）饱和区 uCEuBE时的区域称为饱和区。此时的发射结和集电结均为时的区域称为饱和区。此时的发射结和集电结均为正偏。晶体管进入饱和状态后，正偏。晶体管进入饱和状态后，iB失去了对失去了对iC正常的控制作用，正常的控制作用，iCiB。 此时对应的此时对应的uCE值称为饱和压降，用值称为饱和压降，用uCES表示。硅管的表示。硅管的uCES约为约为0.3V，锗管，锗管的约为的约为0.1V，一般都可认为，一般都可认为uCES0。此时晶体管的。

16、此时晶体管的c-e之间相当于短路，等效之间相当于短路，等效于一个开关闭合。于一个开关闭合。 偏置：偏置： NPN型型 UC UB、UBUE（基极电位最高）；（基极电位最高）； PNP型型 UC UB、UB UE（基极电位最低）。（基极电位最低）。 （3）截止区）截止区 iB = 0以下的区域称为截止区。此时的发射结零偏或反偏，集以下的区域称为截止区。此时的发射结零偏或反偏，集电结反偏。晶体管进入截止状态，电结反偏。晶体管进入截止状态，iB = 0， iC = ICEO 0，其中的，其中的ICEO称为穿透称为穿透电流（一般可忽略）。电流（一般可忽略）。 此时晶体管的此时晶体管的c-e之间相当于开

17、路，等效于一个开关断开。为了使截止可靠，之间相当于开路，等效于一个开关断开。为了使截止可靠，通常总使得发射结处于反偏。通常总使得发射结处于反偏。 偏置：偏置： NPN型型 UB UE； PNP型型 UB UE。 综上所述，设置不同的偏置电压，晶体管可以工作在放大状态，实现电综上所述，设置不同的偏置电压，晶体管可以工作在放大状态，实现电流放大；还可以进入饱和、截止状态，相当于一个可控的无触点开关，常在流放大；还可以进入饱和、截止状态，相当于一个可控的无触点开关，常在数字电路中用做开关元件。数字电路中用做开关元件。 2. 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 电流放大系数电流放大系数 是表征晶体管电流

18、放大能力的参数。是表征晶体管电流放大能力的参数。值太小时电流值太小时电流放大能力差；而放大能力差；而值太大则稳定性差，选择晶体管时需折中考虑，值太大则稳定性差，选择晶体管时需折中考虑，值值会随温度的升高而增大。会随温度的升高而增大。 穿透电流穿透电流ICEO 指基极开路时集指基极开路时集-射极之间的电流。其随温度上升而剧射极之间的电流。其随温度上升而剧增，是影响晶体管温度稳定性的主要因素，增，是影响晶体管温度稳定性的主要因素， ICEO越小越好。硅管的越小越好。硅管的ICEO比锗管的小得多。比锗管的小得多。 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 指能保证晶体管正常工作时所允许的最大指能保

19、证晶体管正常工作时所允许的最大工作电流。在实际使用中，集电极的工作电流工作电流。在实际使用中，集电极的工作电流iC必须满足必须满足iCICM。 集电极一发射极间的击穿电压集电极一发射极间的击穿电压U(BR)CEO 是指当基极开路时，集电是指当基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压。使用时必须满足极与发射极之间的反向击穿电压。使用时必须满足uCE U(BR)CEO。 集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率PCM 是指晶体管正常工作时最大允许消耗的是指晶体管正常工作时最大允许消耗的功率。晶体管工作时，在管子消耗的功率为功率。晶体管工作时，在管子消耗的功率为 PC = ICUCE，正常工作时，正

20、常工作时，必须保证必须保证 PCPCM。 2.1.4 晶体管的测试晶体管的测试 1、晶体管的初步测试、晶体管的初步测试 1）晶体管内部的结构相当于两个）晶体管内部的结构相当于两个PN结的串联组合（如图结的串联组合（如图2-7所示），只所示），只要其中有一个要其中有一个PN结损坏则不能使用。结损坏则不能使用。利用测试二极管的方法可以判断其好利用测试二极管的方法可以判断其好坏。坏。 2）测试晶体管）测试晶体管c-e之间的电阻之间的电阻RCE可初可初步判断穿透电流步判断穿透电流ICEO，合格管子的，合格管子的RCE应近似为无穷大，若较小则表明应近似为无穷大，若较小则表明ICEO过大，质量较差，一般不

21、能再使过大，质量较差，一般不能再使用了。用了。 3）根据发射结正向电阻的大小，可以）根据发射结正向电阻的大小，可以判断管子的材料是硅或锗（与二极管判断管子的材料是硅或锗（与二极管的判断类似）的判断类似）。 (a) NPN型型 (b) PNP型型 图图2-7 晶体管内部的等效结构晶体管内部的等效结构 2、判断晶体管的管脚、判断晶体管的管脚（1 1）根据外形判断晶体管的管脚）根据外形判断晶体管的管脚 一些常见晶体管的管脚排列（从底部看）如图一些常见晶体管的管脚排列（从底部看）如图2-8 所示（其中的所示（其中的D引脚引脚接外壳）。接外壳）。 （2）用万用表判断晶体管的管脚和类型）用万用表判断晶体管

22、的管脚和类型 1）判断基极和类型）判断基极和类型 2）判断集电极和发射极）判断集电极和发射极思考题：思考题：（1）能否将晶体管的发射极与集电极互换使用？为什么？）能否将晶体管的发射极与集电极互换使用？为什么？（2）怎样用万用表判断晶体管的管脚和类型？）怎样用万用表判断晶体管的管脚和类型？ （3）试根据晶体管各个电极的电位，判断图）试根据晶体管各个电极的电位，判断图2-9各晶体管的工作状态（放大、各晶体管的工作状态（放大、饱和或截止）。饱和或截止）。图图2-9 判断晶体管的工作状态判断晶体管的工作状态2.2 基本放大电路基本放大电路知识点知识点（1）共射放大电路的结构特点及工作状态的分析。）共射

23、放大电路的结构特点及工作状态的分析。（2）两种偏置电路的静态工作点估算。）两种偏置电路的静态工作点估算。（3）共射放大电路的性能特点及其参数的估算。）共射放大电路的性能特点及其参数的估算。（4）共集放大电路、共基放大电路的结构和性能特点。）共集放大电路、共基放大电路的结构和性能特点。技能点技能点（1）会测试、调试共射放大电路的静态工作点。）会测试、调试共射放大电路的静态工作点。（2）会判断放大电路的失真并消除。）会判断放大电路的失真并消除。（3）会估算基本放大电路的性能参数。）会估算基本放大电路的性能参数。 晶体管有三个电极，在电路的应用中可以分别以发射极、集电极、基极晶体管有三个电极，在电路

24、的应用中可以分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的公共端，从而构成共发射极、共集电极和共基作为输入回路和输出回路的公共端，从而构成共发射极、共集电极和共基极三种接法的放大电路，如图极三种接法的放大电路，如图2-10所示（以所示（以NPN管为例）。管为例）。 三种接法的共同点：三种接法的共同点： 输入信号都能改变发射结压降，从而以基极电流的变化控制集电极电输入信号都能改变发射结压降，从而以基极电流的变化控制集电极电流，实现晶体管的电流放大（控制）作用。因此，在构成放大电路时，流，实现晶体管的电流放大（控制）作用。因此，在构成放大电路时，集电极不能作为输入端，基极不能作为输出端。集电极

25、不能作为输入端，基极不能作为输出端。 2.2.1 共发射极放大电路共发射极放大电路 1、基本共射放大电路结构、基本共射放大电路结构 基本共射放大电路的组成如图基本共射放大电路的组成如图2-11所示（以所示（以NPN型硅管为例）。图中的型硅管为例）。图中的接地符号接地符号“”（直流电源的负极）是电路中的（直流电源的负极）是电路中的0电位。输入信号电位。输入信号ui、基、基极、发射极形成输入回路；负载极、发射极形成输入回路；负载RL（输出信号（输出信号uo）、集电极、发射极形）、集电极、发射极形成输出回路。发射极是输入、输出回路的公共端，即共射放大电路。成输出回路。发射极是输入、输出回路的公共端，

26、即共射放大电路。 其中其中：晶体管：晶体管VT是放大电路的核心，起电流放大作用；是放大电路的核心，起电流放大作用；Rb是基极偏是基极偏置电阻，为晶体管提供适当的静态基极电流；置电阻，为晶体管提供适当的静态基极电流；Rc是集电极负载电阻，将是集电极负载电阻，将集电极的电流变化转换为集电极的电压变化；集电极的电流变化转换为集电极的电压变化；C1和和C2是耦合电容，起是耦合电容，起“隔直通交隔直通交”作用，即为交流信号提供通路，同时隔离放大电路与信号作用，即为交流信号提供通路，同时隔离放大电路与信号源和负载之间的直流通路，使电路的工作状态稳定；源和负载之间的直流通路，使电路的工作状态稳定；RL为外接

27、负载，是为外接负载，是放大电路的驱动对象，其可以是各种直接实现能量转换的部件（如扬声放大电路的驱动对象，其可以是各种直接实现能量转换的部件（如扬声器等），也可以是后级放大电路的输入电阻。器等），也可以是后级放大电路的输入电阻。 显然，只要设置合适的电路参数，使直流电源显然，只要设置合适的电路参数，使直流电源UCC通过通过Rb、Rc为晶体管为晶体管VT提供提供“发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏”的偏置电压，就能保证晶体管工作的偏置电压，就能保证晶体管工作在放大状态。在放大状态。 2、工作状态分析、工作状态分析 （1）静态分析）静态分析 1）静态工作点）静态工作点 输入信号为输入信号为

28、0（即（即ui=0）时的工作状态称为静态。静态时，）时的工作状态称为静态。静态时，电路中的各个电压、电流均为稳定值。根据直流信号在电路中流通的路径电路中的各个电压、电流均为稳定值。根据直流信号在电路中流通的路径可画出放大电路的直流通路，如图可画出放大电路的直流通路，如图2-12a所示（电容在直流通路中相当于开所示（电容在直流通路中相当于开路）。此时晶体管的静态参数路）。此时晶体管的静态参数IBQ、UBEQ以及以及ICQ、UCEQ称为该放大电路的称为该放大电路的静态工作点，简称静态工作点，简称Q点（这两对数值分别确定了晶体管输入、输出特性曲线点（这两对数值分别确定了晶体管输入、输出特性曲线上的一

29、点上的一点Q），如图），如图2-12b所示。所示。 2）静态工作点的估算）静态工作点的估算 根据直流通路根据直流通路(图图2-12a)，则有，则有 IBQ = （2-4） 其中其中UBEQ为发射结正向压降，一般硅管取值为为发射结正向压降，一般硅管取值为0.7V，锗管取值为，锗管取值为0.3V。 若若UCC UBEQ时，则有时，则有 IBQ UCC / Rb 。 ICQ = IBQ （2-5） UCEQ = UCCICQRC （2-6）bBEQCCRUU （2）动态分析）动态分析 电路输入交流信号（即电路输入交流信号（即ui0）时的工作状态称为动态。放大电路的动态）时的工作状态称为动态。放大电路

30、的动态如图如图2-13所示。所示。 ui通过输入耦合电容通过输入耦合电容C1叠加在静态的叠加在静态的UBEQ上，使发射结正向压降随输入上，使发射结正向压降随输入信号而变，其瞬时值为信号而变，其瞬时值为 uBE =UBEQ ui； uBE的变化引起基极电流的变化，基极电流的瞬时值为的变化引起基极电流的变化，基极电流的瞬时值为 iB = IBQ ib ； 由于晶体管处于放大状态，则集电极电流的瞬时值为由于晶体管处于放大状态，则集电极电流的瞬时值为 iC = iB = ICQic ； 管压降（管压降（c、e极之间的电压）极之间的电压）uCE的瞬时值为的瞬时值为 uCE =UCC iCRc =UCC

31、Rc（ICQic）=UCCICQRCiCRC =UCEQicRc =UCEQ uce。图图2-13 放大电路动态时的各点波形放大电路动态时的各点波形 显然，此时电路中各电量的瞬时值由交、直流叠加而成。图显然，此时电路中各电量的瞬时值由交、直流叠加而成。图2-13所示所示各信号波形中的虚线表示静态的直流分量，阴影区域的包络线（实线）各信号波形中的虚线表示静态的直流分量，阴影区域的包络线（实线）则描述了电量的瞬时值。则描述了电量的瞬时值。 可见，管压降可见，管压降uCE中的交流分量中的交流分量uce通过输出耦合电容通过输出耦合电容C2成为放大电路的成为放大电路的输出信号输出信号uo，即有，即有 u

32、o = uce =icRc。 上式表明，只要选取适当的上式表明，只要选取适当的Rc，就可使，就可使uo的幅度远大于的幅度远大于ui，从而实现电，从而实现电压放大。压放大。 综上所述，可以得出共射电路动态时的几个重要结论：综上所述，可以得出共射电路动态时的几个重要结论： 1）放大电路中交、直流分量并存，直流分量保持不变，电路放大的是）放大电路中交、直流分量并存，直流分量保持不变，电路放大的是交流分量。交流分量。 2）基极电流的小变化控制了集电极电流的大变化（）基极电流的小变化控制了集电极电流的大变化（倍），并通过集电倍），并通过集电极电阻极电阻Rc将其转换为管压降的变化，从而得到放大的输出信号，

33、实现电压将其转换为管压降的变化，从而得到放大的输出信号，实现电压放大的功能。放大的功能。 3）输出电压信号与输入信号频率相同，相位相反（相位差为）输出电压信号与输入信号频率相同，相位相反（相位差为180），），即共射放大电路对输入信号具有即共射放大电路对输入信号具有“反相反相”作用，故共射放大电路又称为反作用，故共射放大电路又称为反相放大电路（反相放大器）。相放大电路（反相放大器）。 基本共射放大电路仿真实验如图基本共射放大电路仿真实验如图2-14所示。所示。图图2-14 基本共射放大电路的仿真电路基本共射放大电路的仿真电路 示波器所显示的波形中，从上至下依次为信号源示波器所显示的波形中，从上

34、至下依次为信号源VS（ A通道）、输入通道）、输入信号信号ui（ B通道）、管压降通道）、管压降uce （C通道）及输出信号通道）及输出信号uo （D通道）。通道）。（3）静态工作点与波形失真）静态工作点与波形失真 在电路调试中常观测到的几种输出波形如图在电路调试中常观测到的几种输出波形如图2-15所示。所示。1）饱和失真（底部失真）饱和失真（底部失真） 当基极偏置电阻过小（静态工作点过高）时，在输入信号的正半周，当基极偏置电阻过小（静态工作点过高）时，在输入信号的正半周，容易使得晶体管的容易使得晶体管的UCE IBQ时，时，UBQ基本稳基本稳定，且有：定，且有： UBQ (2-7) ICQI

35、EQ = (2-8) IBQ = ICQ / UCEQ = UCCICQ（RcRe） （2-9） 可见，由于基极电位可见，由于基极电位UBQ仅由分压电阻决定，不随温度变化，与晶仅由分压电阻决定，不随温度变化，与晶体管参数无关，在电路的工作过程中保持基本不变，所以体管参数无关，在电路的工作过程中保持基本不变，所以ICQ也不受也不受温度、晶体管参数（如温度、晶体管参数（如值）变化的影响，能够保持稳定。值）变化的影响，能够保持稳定。ccbbbURRR122eBEQBQRUU （3）静态工作点的稳定）静态工作点的稳定 当温度当温度T上升（或上升（或值增大）使值增大）使ICQ（IEQ）增大时，发射极电阻

36、）增大时，发射极电阻Re上的上的压降压降UEQ（UEQ=IEQRe）也将增大，因基极电位）也将增大，因基极电位UBQ保持恒定，故保持恒定，故UEQ的的增大使增大使UBEQ（UBEQ=UBQUEQ）减小，引起）减小，引起IBQ减小，使减小，使ICQ相应减小，相应减小，稳定了稳定了ICQ，从而稳定了静态工作点。，从而稳定了静态工作点。 故分压式偏置电路通常又称为故分压式偏置电路通常又称为静态工作点稳定电路。静态工作点稳定电路。 例例2.2 图图2-17中，已知中，已知Ucc=12V，Rc=2k，Re=1.3k，Rb1=50k，Rb2=20k，晶体管，晶体管=50，UBEQ=0.7V。 1）试估算放

37、大电路的静态工作点；）试估算放大电路的静态工作点； 2）若更换晶体管，）若更换晶体管，=100，电路的工作状态有何变化？，电路的工作状态有何变化？ 解：解：1）根据式（）根据式（2-7）（）（2-9） （略）（略） 分压式偏置电路的特点：分压式偏置电路的特点： 1）估算静态工作点的顺序：）估算静态工作点的顺序：UBQ ICQ UCEQ（IBQ）。）。 2）集电极电流仅由偏置电阻决定，与晶体管参数无关，因而静态工作）集电极电流仅由偏置电阻决定，与晶体管参数无关，因而静态工作点稳定。点稳定。 3）基极电流随）基极电流随值而变，对静态工作点无影响。值而变，对静态工作点无影响。 以上分析表明，分压式偏

38、置电路具有稳定的静态工作点，即使在温度变以上分析表明，分压式偏置电路具有稳定的静态工作点，即使在温度变化、更换晶体管等原因引起化、更换晶体管等原因引起值发生变化时，电路的工作状态仍然保持基值发生变化时，电路的工作状态仍然保持基本稳定。这一特性为电路设计、调试提供了极大的方便，有效地降低了本稳定。这一特性为电路设计、调试提供了极大的方便，有效地降低了应用电路制作和维护的成本。分压式偏置电路在实际中得到了广泛的应应用电路制作和维护的成本。分压式偏置电路在实际中得到了广泛的应用。用。 2.1.5 共发射极放大电路性能指标的估算共发射极放大电路性能指标的估算 一个实用的共发射极放大电路（简称共射电路）

39、如图一个实用的共发射极放大电路（简称共射电路）如图2-18a所示。在所示。在Re两两端并联发射极电容端并联发射极电容Ce，使得发射极交流接地，避免了交流信号在，使得发射极交流接地，避免了交流信号在Re上的损耗上的损耗（衰减）。（衰减）。 为了分析放大电路的动态工作情况，估算放大电路的性能指标，首先要按为了分析放大电路的动态工作情况，估算放大电路的性能指标，首先要按交流信号在电路中流通的路径画出交流通路，如图交流信号在电路中流通的路径画出交流通路，如图2-18b所示。其中，放大电所示。其中，放大电路中的耦合电容、旁路电容对交流信号都视为短路；直流电源内阻很小（相路中的耦合电容、旁路电容对交流信号

40、都视为短路；直流电源内阻很小（相当于一个极大的电容），对交流信号也视为短路。当于一个极大的电容），对交流信号也视为短路。 1、晶体管的微变等效模型、晶体管的微变等效模型 如下图所示。在晶体管的输入特性曲线上，如果选择了合适的静态工作如下图所示。在晶体管的输入特性曲线上，如果选择了合适的静态工作点点Q，而且输入的是很小（微变）的信号，则可将，而且输入的是很小（微变）的信号，则可将Q点附近的一小段曲线视点附近的一小段曲线视为直线，晶体管为直线，晶体管b、e极之间就可用一个等效电阻极之间就可用一个等效电阻rbe来表示，即晶体管的输来表示，即晶体管的输入电阻：入电阻：rbe = ubeib。 在输出特

41、性曲线上，在输出特性曲线上，Q点附近是一组与横轴平行的直线，晶体管的点附近是一组与横轴平行的直线，晶体管的c、e极间可等效为一个受控电流源，输出电流极间可等效为一个受控电流源，输出电流ic =ib。因晶体管的输出电阻。因晶体管的输出电阻rce极极大（恒流特性），故可将其看作理想电流源。大（恒流特性），故可将其看作理想电流源。 由此可见，非线性的晶体管在一定条件下可等效为一个线性的电路模由此可见，非线性的晶体管在一定条件下可等效为一个线性的电路模型，如图型，如图2-19所示。其中的输入电阻所示。其中的输入电阻rbe是一个动态电阻（其值随是一个动态电阻（其值随IEQ而变），而变），计算计算rbe时

42、，可以用时，可以用ICQ代替代替IEQ。晶体管工作在小电流（如。晶体管工作在小电流（如ICQ=12mA）时，）时，rbe约为约为1k。 其中其中 rbe = 300（1） （） (2-10)(2-10) mAImVE26 2、放大电路的微变等效电路、放大电路的微变等效电路 如图如图2-20所示所示，其中：，其中：Rb=Rb1 / Rb2 3、共射放大电路基本动态参数的估算、共射放大电路基本动态参数的估算（1）电压放大倍数）电压放大倍数Au Au反映了放大电路对电压信号的放大能力，定义反映了放大电路对电压信号的放大能力，定义为电路的输出电压为电路的输出电压uo与输入电压与输入电压ui之比，之比，

43、 即即 Au = 按图按图2-20所示的参考方向，可得所示的参考方向，可得 uo =ioRL =ibRL， ui = ibrbe，其中，其中 RL= RC /RL称为交流等效负载。所以称为交流等效负载。所以 Au = = = （2-11） 式中的式中的“”表示输出信号与输入信号的相位相反。表示输出信号与输入信号的相位相反。 iouuiouubebLbriRibeLrR若电路输出端不接负载，即若电路输出端不接负载，即RL= ， 则则RL=RC /RL = RC ， 故空载电压放大倍数为故空载电压放大倍数为 Au = 显然，显然， Au Au，即即 放大电路接上负载后电压放大倍数减小。放大电路接上

44、负载后电压放大倍数减小。 若忽略若忽略Rb的分流影响，则的分流影响，则 iiib，io = ic， 故共射电路的电流放大倍数故共射电路的电流放大倍数 Ai= = = becrRioiibcii 放大电路框图放大电路框图如图如图2-10所示，其中所示，其中us为信号源源电压，为信号源源电压，rs为信号源内阻，为信号源内阻，uo为输出端的开路电压，为输出端的开路电压，RL为负载电阻。为负载电阻。电路的输入信号电路的输入信号ui 、输出信号、输出信号uo分别为：分别为： ui =siirrrus uo= oLLrRRuo （2）输入电阻）输入电阻ri ri 是指从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻

45、（是指从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻（ 注意：注意：ri 与信号源与信号源无关，不包括信号源内阻无关，不包括信号源内阻 rs）。从图）。从图2-21可推出：可推出： ri = rs （2-12） 从图从图2-20可看出，可看出，共射电路的输入电阻为：共射电路的输入电阻为： ri = Rb / rbe 其中：其中：Rb = Rb1 / Rb2 当当Rb rbe 时，时， 有有 ri = Rb / rbe rbe （2-13） 根据式（根据式（2-12）及分析可知，）及分析可知，ri 越大，放大电路从信号源索取的电流越大，放大电路从信号源索取的电流就越小，放大电路对信号源的影响也就越小。就

46、越小，放大电路对信号源的影响也就越小。通常希望通常希望 ri 尽可能大一些。尽可能大一些。isiuuu （3）输出电阻）输出电阻ro ro 是指从放大电路的输出端看进去的交流等效电阻（注意：是指从放大电路的输出端看进去的交流等效电阻（注意：ro 与负载无与负载无关，不包括负载电阻关，不包括负载电阻 RL）。根据图。根据图2-21可推得（过程略）：可推得（过程略）： ro =（ -1）RL （2-14） 从图从图2-20可看出，共射电路的输出电阻是由可看出，共射电路的输出电阻是由 Rc和电流源并联的电阻共同和电流源并联的电阻共同决定，而电流源的内阻（决定，而电流源的内阻（rce）近似为无穷大，）

47、近似为无穷大， 所以，共射电路的输出电阻为：所以，共射电路的输出电阻为： ro Rc (2-15) 根据式（根据式（2-14）及分析可知，）及分析可知，ro 越小，能输出的电流就越大，驱动负载越小，能输出的电流就越大，驱动负载的能力就越强。因而希望的能力就越强。因而希望 ro 尽量小些。尽量小些。oouu （4）源电压放大倍数）源电压放大倍数Aus Aus是指考虑了信号源内阻时的源电压放大倍数，是指考虑了信号源内阻时的源电压放大倍数， 即即 Aus= = 将式（将式（2-11）、式（）、式（2-12），分别代入上式并整理（过程略），得），分别代入上式并整理（过程略），得 Aus= Au (2-

48、16) 若若 ri = Rb / rbe rbe ，则，则 Aus= = （2-17） 式（式（2-16）、（）、（2-17）表明，信号源内阻）表明，信号源内阻rs越大，源电压放大倍数就越越大，源电压放大倍数就越低。低。 由此可见，共射电路不但具有较大的电压放大作用，而且具有较高的由此可见，共射电路不但具有较大的电压放大作用，而且具有较高的电流放大能力，因此，在多级放大电路中常用作电压放大的中间级。电流放大能力，因此，在多级放大电路中常用作电压放大的中间级。isirrrsouubesLrrRsouuiouusiuu 例例2.3 放大电路如图放大电路如图2-18a所示。其中硅晶体管的所示。其中硅

49、晶体管的=50，电阻，电阻Rb1= 50k，Rb210k，Rc6k，Re1.3k，RL6k，电源，电源UCC=12V。试求该。试求该电路的：电路的： 1）静态工作点；）静态工作点； 2）动态参数）动态参数Au、ri和和ro； 3）信号源内阻）信号源内阻 rs = 500时的时的Aus； 4）空载）空载Au 。 5）若更换一个）若更换一个=100的硅管，电路的动态参数的硅管，电路的动态参数Au、ri和和ro有何变化？有何变化？ 解：解：晶体管为硅管，故晶体管为硅管，故UBEQ=0.7V，依题意及有关公式，得，依题意及有关公式，得 （略）（略） 运算结果表明，运算结果表明，将晶体管的将晶体管的值增

50、大数倍，并不能显著改变放大电值增大数倍，并不能显著改变放大电路的放大能力。路的放大能力。 4、共射放大电路仿真实验、共射放大电路仿真实验 （1）静态性能的仿真）静态性能的仿真 共射放大电路静态性能测试的仿真实验如图共射放大电路静态性能测试的仿真实验如图2-22所示，仿真结果与例所示，仿真结果与例2.3的估算基本相同。的估算基本相同。图图2-22 共射放大电路静态性能测试的仿真电路共射放大电路静态性能测试的仿真电路（2）动态性能的仿真）动态性能的仿真 共射放大电路动态性能测试的仿真电路如图共射放大电路动态性能测试的仿真电路如图2-23所示，所示， 图图2-23 共射放大电路动态性能测试的仿真电路

51、共射放大电路动态性能测试的仿真电路 2.2.4 共集电极放大电路共集电极放大电路 1、电路组成、电路组成 共集电极放大电路简称共集放大电路，电路的基本形式和交流通路如图共集电极放大电路简称共集放大电路，电路的基本形式和交流通路如图2-25所示，交流信号从基极输入，从发射极输出，故该电路又称射极输出所示，交流信号从基极输入，从发射极输出，故该电路又称射极输出器。从图器。从图b所示的交流通路可见，集电极是输入回路与输出回路的公共端，所示的交流通路可见，集电极是输入回路与输出回路的公共端，故称为共集电极放大电路（简称共集放大电路）。共集放大电路的微变等故称为共集电极放大电路（简称共集放大电路）。共集

52、放大电路的微变等效电路如图效电路如图2-26所示。所示。2、动态参数的估算、动态参数的估算（1）Au的估算。由图的估算。由图2-12可得可得 uo = ie RL(1)ibRL (RL=Re/RL) uiibrbeuoibrbe(1)ibRL 根据电压放大倍数的定义，根据电压放大倍数的定义， 将以上关系代入，可得将以上关系代入，可得 Au = = （2-18）iouu)1 ()1 (LbeLbRrRi 由于（由于（1）RL rbe ，所以有：，所以有： Au 1。 从相位上看，从相位上看， Au为正值，表明为正值，表明uo与与ui同相，即有同相，即有uo ui， 故故 uo具有跟随具有跟随 u

53、i的作用，该电路又称为射极跟随器。的作用，该电路又称为射极跟随器。 在图在图2-26中，若忽略中，若忽略Rb的分流影响，则的分流影响，则iiib，io = ie，由此可得共集电路的，由此可得共集电路的电流放大倍数电流放大倍数 Ai = 1 显然，射极输出器的电流放大倍数较大，故具有较大的功率放大作用。显然，射极输出器的电流放大倍数较大，故具有较大的功率放大作用。 （2）ri 和和 ro 由图由图2-12可得（过程略）可得（过程略） ri =Rb / rbe（1）RL （2-19） ro Re / rbe/（ 1 ） (2-20) 式（式（2-19）表明：）表明： 射极输出器的输入电阻很大，是共

54、射放大电路的几十倍甚至上百倍。射极输出器的输入电阻很大，是共射放大电路的几十倍甚至上百倍。 式（式（2-20）则表明：）则表明： 射极输出器的输出电阻很小，通常约为几欧姆至几十欧姆。射极输出器的输出电阻很小，通常约为几欧姆至几十欧姆。 3、射极输出器的特点及应用、射极输出器的特点及应用 （1）输入电阻很高，用作输入级，可以减少信号源的衰减，有利于信）输入电阻很高，用作输入级，可以减少信号源的衰减，有利于信号的传输。号的传输。 （2）输出电阻很低，具有较强的带负载能力，用做输出级，使输出电）输出电阻很低，具有较强的带负载能力，用做输出级，使输出电压更加稳定。压更加稳定。 （3）电压放大倍数约为）

55、电压放大倍数约为1，用做中间隔离级。其输入电阻很高，可提高，用做中间隔离级。其输入电阻很高，可提高前级的电压放大倍数；输出电阻很低，则能为后级提供足够的驱动信前级的电压放大倍数；输出电阻很低，则能为后级提供足够的驱动信号，因而能在两级之间起缓冲作用。号，因而能在两级之间起缓冲作用。共集放大电路的仿真电路如图共集放大电路的仿真电路如图2-27所示。所示。 图图2-27 共集放大电路的仿真电路共集放大电路的仿真电路 4、分立元件组成的串联型稳压电源、分立元件组成的串联型稳压电源 （1）电路组成）电路组成 分立元件组成的串联型稳压电源的方框图如图分立元件组成的串联型稳压电源的方框图如图2-28所示，

56、其通常由取样、所示，其通常由取样、基准电压、比较放大和调整基准电压、比较放大和调整4个环节组成。个环节组成。 典型的串联型稳压电路如图典型的串联型稳压电路如图2-29。其中的调整管。其中的调整管VT1串联在输入电压与串联在输入电压与负载之间，故称之为串联型稳压电路。负载之间，故称之为串联型稳压电路。 显然，对调整管显然，对调整管VT1来说，控制（输入）信号从基极输入，输出信号从来说，控制（输入）信号从基极输入，输出信号从发射极输出，故该电路为共集电极放大电路。发射极输出，故该电路为共集电极放大电路。 2、稳压原理、稳压原理 从图从图2-29所示电路可看出，输出电压与输入电压的关系为：所示电路可

57、看出，输出电压与输入电压的关系为： UO = UIUCE1。 当电网电压波动或负载变化使输出电压当电网电压波动或负载变化使输出电压UO升高时，取样电压升高时，取样电压UB2亦随之升亦随之升高，由于基准电压高，由于基准电压UZ不变，两者比较的误差电压经不变，两者比较的误差电压经VT2放大，使放大，使VT2的输出的输出电压电压Uc2 （即调整管（即调整管VT1的基极电压的基极电压UB1）下降，调整管）下降，调整管VT1的的UBE1减小（减小（IB1减小），其集、射极之间的电压减小），其集、射极之间的电压UCE1增大、增大、UO随之降低，从而维持了输出随之降低，从而维持了输出电压电压UO基本不变。稳

58、压过程如下：基本不变。稳压过程如下： UOUB2UC2（UB1）UBE1（IB1）UCE1UO 同理分析，当电网电压波动或负载变化使输出电压同理分析，当电网电压波动或负载变化使输出电压UO降低时，其调节过降低时，其调节过程恰好相反，输出电压将保持基本稳定。程恰好相反，输出电压将保持基本稳定。 实用的串联型稳压电路中，通常还设置有过流、过压、过热保护等多种实用的串联型稳压电路中，通常还设置有过流、过压、过热保护等多种保护环节，防止电路元件（尤其是调整管）因异常状态而损坏，保证电路保护环节，防止电路元件（尤其是调整管）因异常状态而损坏，保证电路工作的可靠性和稳定性。工作的可靠性和稳定性。 3、输出

59、电压及其调节、输出电压及其调节 从图从图2-29可得出可得出 式中的式中的RP“为电位器滑动触点下半部分的电阻值。若稳压管的稳压值为电位器滑动触点下半部分的电阻值。若稳压管的稳压值UZ远大远大于于VT2发射结压降发射结压降UBE2，UO则可按上式计算，否则需考虑则可按上式计算，否则需考虑UBE2的影响。的影响。 （4）调整管的选用）调整管的选用 在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，为使稳压电路能正常工作，在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，为使稳压电路能正常工作，必须保证调整管始终工作在放大状态，并要求在各种极限条件下调整管性必须保证调整管始终工作在放大状态，并要求在各种极限条件下调整管性

60、能良好。能良好。 基本要求为：基本要求为： 1）调整管的最小管压降）调整管的最小管压降UCE一般取一般取36V。若。若UCE过大，会导致管耗过大过大，会导致管耗过大而管子发热（实际应用中还需配置适当的散热器）；若而管子发热（实际应用中还需配置适当的散热器）；若UCE过小则容易进入过小则容易进入饱和区，失去调整作用。饱和区，失去调整作用。 2）调整管的极限参数应满足）调整管的极限参数应满足 ICM1.5IOM U(BR)CEOUIMAXUOMIN PCM 1.5IOM U(BR)CEO 其中：其中：UIMXA为最大输入电压，考虑电网电压允许为最大输入电压，考虑电网电压允许10的波动，一般取的波动