第10章 基本放大电路

1第10章基本放大电路210.1基本放大电路的组成

放大器的目的是将微弱的交流电信号转换为较强的电信号。放大器实现放大的条件：

1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。

2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。

3.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。3uiuo

共射极放大电路1.晶体管T的作用RB+UCCRCC1C2

放大元件满足

iC=iB，T应工作在放大区，即保证集电结反偏，发射结正偏。ibicie42.集电极电源UCC作用

共射极放大电路RB+UCCRCC1C2

集电极电源作用，是为电路提供能量。并保证集电结反偏。53.集电极负载电阻RC作用

共射极放大电路RB+UCCRCC1C2

集电极电阻的作用是将变化的电流转变为变化的电压。64.基极电阻RB的作用+UCCRCC1C2TRB

共射极放大电路

基极电阻能提供适当的静态工作点。并保证发射结正偏。7可以省去RB+ECEBRCC1C2T85.耦合电容C1和C2作用(1)隔直作用隔离输入.输出与电路的直流通道。(2)交流耦合作用能使交流信号顺利通过。

共射极放大电路RB+UCCRCC1C2910.2.1静态分析

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。电路中电容对交、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。交流通道---只考虑交流信号的分电路。直流通道---只考虑直流信号的分电路。不同的信号可以在不同的通道进行分析。10.2放大电路的静态分析101.用放大电路直流通路确定静态值：RB+UCCRCICUCEIBT

将电路中的隔直电容C1、C2开路，直流通道的简化电路如图所示。直流通道的简化电路11

IB=UCC-UBERB①基极电流②集电极电流IC=IB

③集-射极电压UCE=UCC-RCIC当UBE<<UCC时12[解]根据直流通道可得出IC=

IB=37.5

×0.04=1.5mAUCE=UCC–ICRC=12-1.5

×10-3

×4×103=6VRB+UCCRCUCEIBUBE+-+-BCEICT=12300×103IB=UCCRB

已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5,试求放大电路的静态值。例题10.1132.用图解法确定静态值

电路的工作情况由负载线与非线性元件的伏安特性曲线的交点确定。这个交点称为工作点。

RC的直流负载线与晶体管的某条（由IB确定）输出特性曲线的交点Q，称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。14IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ

如图所示，(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)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Q。

输入输出特性曲线1.输入输出特性曲线15UCE=UCC–ICRCQIBICUCEUCCUCCRC2.直流负载线16QUCC（1）作直流负载线[解]IC=

0时

UCE=UCC可在图上作直流负载线。ICUCEQ1Q2IB=20μAIB=0IB=40μAIB=60μAIB=80μAIB=100μA1.531206(V)(mA)UCE=0时根据UCE=UCC-RCIC

已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5。（1）作直流负载线；（2）求静态值。例题10.217（2）求静态值基极电流=40μA

IB=40μAIC=1.5mA

UCE=6V由图中Q点得:集电极电流发射极电流IC=βIB=37.5

×40×10-61=1.5mAIE=(1+β)IB=1.5mA63BCCB10401030012-*=*==RUI18RB为偏置电阻。RB发射结“地”Q'

Q''

RB+ECRCIBUBEICUCE若改变RB,则IB改变,Q点在直流负载曲线上移动,如图所示。ICUCEEC36912123020uA406080100QIB为偏置电流，简称偏流。产生偏流的电路

为偏置电路，其路径为ECUBEIB无输入信号(ui

=0)时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui

≠0)时

uCE=UCC－iCRC

uo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO10.2.2动态分析结论：加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析21iBUBE

当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线。对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe，表示输入特性。UBEIB（1）晶体管的微变等效电路（a）输入段微变等效Q1、微变等效电路法22iCuCE

输出端相当于一个受ib控制的电流源。

输出端还等效并联一个大电阻rce。（b）输出端微变等效在线性工作区是一族平行直线。ibiC23

对于低频小功率晶体管的输入电阻估算为：

式中，

IE：发射极电流的静态值;β：晶体管的放大倍数；

rbe：输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧(动态电阻)。24iCuCEiCuCE

在小信号的条件下，

rce也是一个常数。阻值很高，约为几十到几百kΩ。在后面微变等效电路中，可忽略不计。输出电阻rce25ubeibibicicubeibuce+-+-BCEucerbe

rce+-+-CB三极管的微变等效电路如下：26(2)放大电路的微变等效电路

将放大电路交流通道中的三极管用微变等效电路代替。rbeibibrceiiicuiuoRBRCRL+-27式中故放大电路的电压放大倍数输出端开路时（3）电压放大倍数的计算以上图微变等效电路来计算。

显然负载电阻RL越小，放大倍数越低。Au还与β和rBE有关。28[解]已求得IC=1.5mA≈IERL’=RC∥RL=2kΩ

已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5，RL=4kΩ，试求电压放大倍数。例题10.329（4）放大电路输入电阻的计算

放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri，即输入电阻对交流而言是动态电阻。30

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输入电阻。rbeRBRCRL31（5）放大电路输出电阻的计算

对于负载而言，放大电路相当于信号源(可以将它进行戴维宁定理等效），等效电路的内阻就是输出电阻，它也是动态电阻。(1)将信号源短路（Ui=0）和输出端开路从输出端看进去的电阻。(2)将信号源短路（Ui=0）保留受控源，输入端加电压（U0）以产生电流

I0。r0≈RC

32[解]放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电动势E0和内阻r0表示。等效电源的内阻即为输出电阻。输出端开路时输出端接上负载电阻时由上列两式可得出本例中2kΩ

已知U0O=4V,RL=6kΩ,U0L=3V,求放大电路的输出电阻。放大电路同上图。例题10.433

直流负载线反映静态时电流IC和UCE的变化关系,由于C2的隔直作用,不考虑负载电阻RL。2、图解法1.交流负载线

交流负载线反映动态时电流iC和uCE的变化关系视C2为短路，RL与RC并联，所以交流负载线比直流负载线要陡些。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，会造成非线性失真。34（1）交流负载R’LRBRCRLuiuoicuce其中：35ICUCEUCCQIB交流负载线比直流负载线要陡,斜率为:交流负载线（2）交流负载线的作法36IBUBEQICUCEuiibibic2.图解分析Q由图可见，电压和电流都含有直流分量和交流分量。37iCuCEuoibQ

合适的静态工作点可输出最大的不失真信号，输出电压与输入信号反相。

2.图解分析38iCuCEuo称为截止失真3.非线性失真Q

(1)Q点过低，信号进入截止区39iCuCEuo称为饱和失真Q(2)Q点过高，信号进入饱和区3.非线性失真40结论（1）交流信号的传输情况ui(即ube)ibiCu0（即uce）（2）电压和电流都含有直流分量和交流分量uBE=UBE+ubeuCE=UCE+uceiB=IBE+ibiC=IC+ic（3）输入信号电压ui和输出电压u0相位相反（4）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输入正弦电压的幅值之比。RL’的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。4110.3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、稳定的静态工作点。但是，温度的变化会严重影响静态工作点Q

。

对于固定偏置电路，静态工作点是由UBE、

和ICEO决定，这三个参数易随温度而变化，所以温度对静态工作点Q的影响比较大。421.温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC------------------------UBE1UBE2显然

UBE2＜UBE1IB432.温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ1´总的效果是：

温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。44RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB采用分压式偏置电路VB（1）RB2的作用VB不受温度变化的影响。45RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB

RE越大，稳定性越好。但太大将使输出电压降低。一般取几百欧~几kΩ。ICIETUBEIBICVEIC（2）RE的作用VBVEVB一定46RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB（3）CE的作用CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。47RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IrbeRCRLRE微变等效电路无电容CE有电容CE48rbeRCRLRE无电容CE会有何结果？无电容CE的微变等效电路。＜A049[解]应用戴维南定理法

将输入电路在“×”断开,求BO间开路电压UBO，即戴维宁等效电路的EB为a.直流通路=4V①等效电路的EBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBBCE×××

分压式偏置放大电路中,已知UCC=12V，RC=2kΩ，RE=2kΩ，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，β=37.5。试求静态值。例题16.550②求BO间的等效内阻Rb(将电源短路)

EB=RBIB+UBE+REIE=RBIB+UBE+(1+β)REIB

IC=β

IB=37.5×0.04

mA=1.5mAUCE=UCC-RCIC-REIE=UCC-(RC+RE)IC=12–(2+2)×103×1.5×103V=6V=6.7×103Ω=6.7kΩ或=0.04×103A=0.04mA5110.4射极输出器RB+UCCRCC1C2RERLuiuouCEuBE

放大电路是从发射极输出，在接法上是一个共集电极电路（UCC对交流信号相当于短路）。52RB+UCCREIE10.4.1静态分析IBTUCEUBE+-+-IC531.电压放大倍数rbeRERL10.4.2动态分析≈1542.输入电阻（ri)rbeRERL输入电阻高其中：55rbeRERs3、输出电阻(ro)

用加压求流法求输出电阻r0。将信号源置0，求各支路电流。56其中57通常故

射极输出器的输出电阻很低，带负载能力强,说明具有恒压输出特性。58结论

(1)将射极输出器放在电路的首级，可以提高放大器的输入电阻，减少对前级的影响。

(2)将射极输出器放在电路的末级，可以降低放大器的输出电阻，提高带负载能力。

(3)将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的阻抗变换作用，这一级称为缓冲级或中间隔离级。59+UCCRS1MΩ(+24V)RB120kΩUi27kΩC2C3RB3RB2RLRE282kΩ43kΩ10kΩ8kΩUo10kΩC1T1RE1CET2US前级后级已知:1=2=50,rbe1=2.9kΩ,rbe2=1.7kΩ求:(1)微变等效电路;(2)ri、r0

（3）Au。例题10.560[解]:（1）微变等效电路RE1R2R3RC2RLRSR161（2）ri、r0其中故62（3）Au

在计算多级放大电路中前级放大电路的放大倍数时一定要注意：后级放大电路的输入电阻也是前级放大电路负载电阻的一部分！后级放大电路的输入电阻631.零点漂移的抑制对称放大电路10.5.1差动放大电路的工作情况uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui210.5差动放大电路64uo=ui1-ui2

=0uo=(VC1+VC1

)-(VC2+

VC2)=0当ui1

=

ui2

=0时：当温度变化时：IC1=IC2；VC1=VC2u0=VC1–VC2=0ΔIC1=ΔIC2；ΔVC1=ΔVC2

零点漂移被完全抑制。652.信号输入(1)共模输入

两个信号输入电压的大小相等,极性相同,即ui1=ui2,这样的输入称为共模输入。(2)差模输入

两个信号输入电压的大小相等,极性相反,即ui1=-ui2,这样的输入称为差模输入。u0=ΔVC1-ΔVC2(3)比较输入

两个输入信号电压既非共模，又非差模。它们的大小和相对极性任意，称为比较输入。66放大原理

为了使左右平衡，可设置调零电位器RP

。10.5.2典型差动放大电路

RP+UCCRCT1RBRCT2RBEEREui1ui2u0+++---RP67

零点漂移的抑制ui1

=ui2

=0RE:对共模信号有很强负反馈作用,

抑制温度漂移。对差模信号基本上不影响放大效果。温度IC1IC2IE

UBEUBE1UBE2IB2IB1IC1IC2681.双端输入-双端输出差模信号ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE+_--++ui69IEICIB-+UBET1RBRERCEE+UCCUCE+-（1）静态分析IB1=IB2=IBIC1=IC2=IC=IB

IC1=IC2=ICUE1=UE2

=－IBRB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1UC1=UC2=UCC－ICRC

70（2）动态分析RE对差模信号不起作用，其单管差模电压放大倍数为：iBiCu01ui1RCT1RB++--①双端输出电压71②差模电压放大倍数式中差模输入电阻为差模输出电阻为722.单端输入-

单端输出++UCCRCT1RBRCT2RBuiEEREui1ui2uC1uC2++++-----RBRBui++--rberbe+-对称理想的单端输入的等效输入电路如图所示。73

单端输入信号为：RE足够大时，两管取得的信号认为是一对差模信号.同相输出单端输出的电压放大倍数为双端输出的一半.反相输出共模抑制比或7410.6

互补对称功率放大电路10.6.1对功率放大电路的基本要求

功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)由于功率较大，就要求提高效率。75ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大，波形好,管耗大效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC0，一般功放常采用。7610.6.2

互补对称放大电路

互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。

OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。771.

OTL电路(1)

特点T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。(2)静态时(ui=0),

IC10，IC20OTL原理电路电容两端的电压RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-78RLuiT1T2Auo+-+-(3)动态时

设输入端在UCC/2

直流基础上加入正弦信号。T1导通、T2截止；同时给电容充电T2导通、T1截止；电容放电，相当于电源

若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路uo输入交流信号ui的正半周输入交流信号ui的负半周79(4)交越失真

当输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。

交越失真产生的原因由于晶体管特性存在非线性，

ui

<死区电压晶体管导通不好。交越失真采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施uitOuotO80R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2

动态时，设ui

加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。负半周T1截止，T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。

静态时T1、T2

两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。(5)克服交越失真的电路81uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL电路ic1ic2静态时：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。动态时：ui<0VT2导通，T1截止ui>0VT1导通，T2截止特点：

双电源供电、输出无电容器。uoOCL原理电路8210.6.3

集成功率放大器

使喇叭相当于纯电阻负载去耦，防止低频自激消振，防止高频自激集成功放LM386接线图特点:

工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。。++∞.32ui。。+_++4758++UCCLM386+uo+_8310.7

场效应管及其放大电路

场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。结型场效应管按结构不同场效应管有两种:绝缘栅型场效应管本节仅介绍绝缘栅型场效应管按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类每类又有N沟道和P沟道之分8410.7.1

绝缘栅场效应管漏极D

栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效应管。金属电极(1)

N沟道增强型管的结构栅极G源极S1.

增强型绝缘栅场效应管SiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区85GSD符号：

由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014。漏极D金属电极栅极G源极SSiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区

由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOS场效应管。86(2)N沟道增强型管的工作原理EGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+–

由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。

当栅源电压UGS=0时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。SD87EGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+–

当UGS>0时，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；N型导电沟道在漏极电源的作用下将产生漏极电流ID，管子导通。当UGS>UGS（th）时，将出现N型导电沟道，将D-S连接起来。UGS愈高，导电沟道愈宽。(2)N沟道增强型管的工作原理88EGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+–N型导电沟道当UGSUGS(th）后，场效应管才形成导电沟道，开始导通，若漏–源之间加上一定的电压UDS，则有漏极电流ID产生。在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器件。

在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。(2)N沟道增强型管的工作原理89(3)

特性曲线有导电沟道转移特性曲线无导电沟道开启电压UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏极特性曲线恒流区可变电阻区截止区90N型衬底P+P+GSD符号：结构(4)P沟道增强型SiO2绝缘层加电压才形成

P型导电沟道

增强型场效应管只有当UGSUGS(th）时才形成导电沟道。912.

耗尽型绝缘栅场效应管GSD符号：

如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管。(1)N沟道耗尽型管SiO2绝缘层中掺有正离子予埋了N型导电沟道922.

耗尽型绝缘栅场效应管

由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS=0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流ID产生。

当UGS>0时，使导电沟道变宽，ID增大；当UGS<0时，使导电沟道变窄，ID减小；UGS负值愈高，沟道愈窄，ID就愈小。

当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失，ID=0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）。这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off）表示。

这时的漏极电流用

IDSS表示，称为饱和漏极电流。93(2)耗尽型N沟道MOS管的特性曲线夹断电压

耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。UGS(off)转移特性曲线0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常数UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏极特性曲线0ID/mA16201248121648IDSS942.

耗尽型绝缘栅场效应管(3)P沟道耗尽型管符号：GSD予埋了P型导电沟道SiO2绝缘层中掺有负离子95耗尽型GSDGSD增强型N沟道P沟道GSDGSDN沟道P沟道G、S之间加一定电压才形成导电沟道在制造时就具有原始导电沟道963.场效应管的主要参数(1)开启电压UGS(th)：是增强型MOS管的参数(2)夹断电压UGS(off)：(3)饱和漏电流IDSS：是结型和耗尽型MOS管的参数(4)低频跨导gm：表示栅源电压对漏极电流的控制能力极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。97

场效应管与晶体管的比较

电流控制电压控制控制方式电子和空穴两种载流子同时参与导电载流子电子或空穴中一种载流子参与导电类型

NPN和PNPN沟道和P沟道放大参数

rce很高

rds很高

输出电阻输入电阻较低较高

双极型三极管单极型场效应管热稳定性

差

好制造工艺

较复杂

简单，成本低对应电极

B—E—CG—S—D9810.7.3场效应管放大电路

场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。

场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。

场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。

场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样