第5章基本放大电路

1第5章基本放大电路25.1放大电路的组成

5.1.1放大电路概述35.1.2.基本共射极放大电路给T提供适当的偏置集电极电阻，将集电极电流转换成集电极电压基极电阻，决定基极电流放大电路的核心输入交流电压信号基极电源，提供适当偏置输出电压信号地4

静止状态（静态）：

ui=0时

电路中各处的电压、电流都是不变的直流。

若UBB和UCC能使T的发射结正偏，集电结反偏

→三极管工作在放大状态，则：5当时ib含有交流分量→ic也有交流分量→uce产生变化→uO变化uO与ui相比：①

uO幅度＞ui幅度

②波形形状相同6＊电压、电流等符号的规定①直流量：大写字母+大写下标，如IB②交流量：小写字母+小写下标，如ib③交流量有效值：大写字母+小写下标，如Ib④瞬时值（直流分量和交流分量之和）：小写字母+大写下标，如iB，iB=IB+ib7uBEube叠加量交流分量tUBE直流分量8

重要：静态工作点的作用静态工作点Q（Quiescent）：静态时，晶体管的IB、IC、UBE和UCE

记作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ9静态时（ui=0）：UBB=0→UBEQ=0→发射结不能导通；→三极管T工作在截止区为什么要设计静态工作点？•

动态时（ui≠0）：︱ui︱

＜UBE（ON）→发射结无法正偏→三极管一直在截止区→uo=UCE=UCC即使

︱ui︱＞

UBE（ON），输出仍然严重失真。

只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。10静态工作点的作用：

保证放大电路中的三极管正常工作，保证放大电路输出不产生失真。放大电路的基本要求：①输出不失真②输出能够放大

11

晶体管放大电路的放大原理当ui≠0:iB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+βibuCE=UCEQ+uceuo=uce

∵ic↑→uCE↓

ic↓→uCE↑∴方向和ic相反12结论设置合适的静态工作点，让交流信号承载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。13组成放大电路必须遵守的原则设置合适的静态工作点，使三极管偏置于放大状态。输入信号能够作用于的输入回路(基极-发射极回路)。必须设置合理的信号通路。5.1.3.放大电路的分析方法当静态工作点设置在放大区后，就要叠加需要放大的交流小信号uS，为了使电路的静态工作点不至于发生漂移。必须选择合理的叠加方式。14直接耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连。RCVRBUCCuoRL＋－＋－ui

直接耦合共射放大电路

阻容耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均通过电容相连。RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

UCC：直流电源RB：基极偏置电阻RC：集电极偏置电阻RL：负载电阻ui：正弦信号源电压及内阻15耦合电容C1、C2（一般几微法到几十微法）隔离直流通过交流RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

作用：静态工作点与信号源内阻和负载电阻无关，且不受输入交流信号的影响。165.1.3.1直流通路和交流通路直流通路：直流电源作用下直流电流流经的道路画直流通路的原则①C开路，②L短路，③输入信号为0（保留内阻）RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RBUCCRC(a)直流通路17交流通路：只考虑交流信号的分电路画交流通路的原则①C短路②直流电源对地短路（恒压源处理）交流通路18RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RCuous＋－RsRBRL＋－IiIo(b)交流通路交流通路19直流通路交流通路练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。20直流通路交流通路21

由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。

5.1.3.2

图解分析法直流分析法分析指标：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：图解法、估算法

交流分析法分析指标：Au

、Ri、Ro分析方法：图解法、微变等效电路法

22图解法：在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析。优点：直观、形象23(一）静态工作点图解当输入信号Δu1=0时，在晶体管的输入回路中，静态工作点既应在晶体管的输入特性曲线上，又应满足外电路的回路方程：uBE=VBB-iBRb

画出直线与横轴的交点为（VBB,0)，与纵轴的交点为（0,VBB/Rb），斜率为-l/Rb。直线与曲线的交点就是静态工作点Q，其横坐标值为UBEQ，纵坐标值为IBQ.

1、IBQ、UBEQ的图解242、ICQ、UCEQ的图解输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。iB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流负载线与Q点直流负载线25(二）交流图解iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)输入回路的工作波形交流信号叠加在直流上uBE=VBB+Δu1-iBRb

26

放大器的交流图解分析(b)输出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQtuCEtuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQICQRL′A交流负载线k＝－RL′1交流负载线：uCE=UCEQ-(iC-ICQ)RL’27tuBE0QuBEiB0iCuCE0QtiBIBQiCtICQtuCE0-1/RLVCEQib放大倍数Au=

28

共射极放大器的电压、电流波形①叠加交流信号后，晶体管各极电流方向、极间电压极性与静态时相同。②放大器的输出与输入信号是反相（或称倒相）的。结论：③直流量保证了交流量的不失真。29（三）非线性失真

非线性失真:当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形中除基波I1m成分之外，还包含有一定数量的谐波In,n=2,3,…，该失真为非线性失真。它是由于方法电路中的非线性器件引起。非线性失真系数THD301.Q点过低——截止失真Q点不合适产生的非线性失真31Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真Q点过低→动态工作点进入截止区，出现截止失真。对NPN管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现“胖顶”的现象（顶部限幅），ICQRL′UCEQ最大不失真输出电压的幅度为32Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0Q点过高→动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出电压出现“削底”现象（底部限幅）UCEQUCES2Q点过高—饱和失真最大不失真输出电压的幅度为33

Uopp=2Uom放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，即34Q点位置与波形失真：Q点过低，uO负半周易截止失真。PNP管Q点过高，uO正半周易饱和失真。Q点过低，uO正半周易截止失真。NPN管Q点过高，uO负半周易饱和失真。由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴uCE可改为-uCE。消除饱和失真降低Q点:增大RB，减小IBQ减小RC:负载线变徒。消除截止失真升高Q点:减小RB，增大IBQ35

例：UCC=12V，RC=2kΩ，RL=∞，RB=280kΩ，β=100求：①UOPP=？②调节RB，使ICQ=2mA，UOPP=？③调节RB，使ICQ=3mA，UOPP=？RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

解题思路：第一步：求出ICQ

比较Uom1=ICQRL′和Uom2=UCEQ-UCES临界大小

∵忽略晶体管的饱和压降∴UCES临界=0

36

∴UCEQ-UCES临界=UCEQ

∴比较Uom1和Uom2大小第二步：若Uom1

＜

Uom2，Uopp=2Uom1

若Uom2

＜

Uom1，Uopp=2Uom2

结论：动态范围决定于Uom1、

Uom2

中的小者。当Uom1=Uom2时，动态范围最大。（Q点在有效交流负载线中央）375.1.3.2

等效电路法（一）晶体管的直流模型及静态工作点的估算(a)输入特性近似

晶体管伏安特性曲线的折线近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝0(b)输出特性近似饱和区放大区截止区38(a)ebc(b)ebcβIBQIBQUBE(on)(c)ebcUBE(on)UCE(sat)(a)截止状态模型；(b)放大状态模型；(c)饱和状态模型晶体管三种状态的直流模型CQIuBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝039例1：晶体管电路如图(a)所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和UCEQ。(a)电路ICQ＋－UCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIBQβIBQcICQUCCRC＋－UCEQUBB(b)直流等效电路图：晶体管直流电路分析40

解：因为晶体管工作在放大状态。这时用图(b)的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等效电路。由图可知故有41（二）共射放大电路的动态分析——

微变等效电路法所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性元件。42晶体管的微变等效电路模型43说明①只适用小信号交流分析（不能用来求Q点）②只针对低频44

等效电路法分析共射放大电路根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路、交流等效电路计算放大器的各项交流指标45

左：共射极放大器下：交流等效电路46一、电压放大倍数------无量纲参数=

二、输入电阻RiRi=Rb+rbe三、输出电阻RoR0=Rc

47对于电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。对于电流输出。Ro越大，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。＋－UsAuUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo48晶体管放大电路的三种接法1静态工作点稳定的共射级放大电路偏流：当电源电压和集电极电阻确定后，放大电路的Q点由基极电流IB来确定，这个电流叫偏流。偏置电路：获得偏流的电路特点：电路结构简单，调试方便偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时，应力求保持稳定，应始终保持在放大区。对信号的传输损耗应尽可能小。495.1.4共集放大电路（射极输出器）＋－－＋UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRB1＋C2(a)电路50

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRL’51一、电压放大倍数Au因而式中：

Au≤1，而且Uo与Ui同相。射极跟随器52Ri显著增大，所以共集电极电路的具有高输入电阻的特性UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRi与RL’有关二、输入电阻Ri53

求共集放大器Ro的等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie三、输出电阻Ro独立源置0，端口设电压U0，电流I054式中：Ro与Rs有关55是基极支路的电阻折合到射极的等效电阻输出电阻小。56共集电路的特点：①电压放大倍数小于1而近于1；②输出电压与输入电压同相；③输入电阻高；④输出电阻低。575.1.5共基放大电路C1－＋Ui＋RE＋C2RCRB1RB2＋CB－＋UoRLUCC(a)共基极放大电路58

共基极放大器及其交流等效电路(b)交流等效电路Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb59Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb一、1.电压放大倍数Au式中：

Au与共射电路大小相等，但同相。60二、输入电阻Ri三、输出电阻RoIi－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb61

三种基本放大器性能比较621.静态工作点稳定的必要性单电源供电。UEE=0，UBB由UCC提供只要合理选择RB，RC的阻值，晶体管将处于放大状态。

固定偏流电路5.1.6静态工作点稳定63

固定偏流电路缺点：工作点稳定性差。（∵IBQ固定，当β、ICBO等变化→ICQ、UCEQ的变化→工作点产生较大的漂移→使管子进入饱和或截止区）优点：电路结构简单。642、静态工作点稳定电路（1）直流负反馈偏置电路（2）分压式直流电流负反馈偏置电路65(1)直流负反馈偏置电路负反馈机制的作用：克服Q点的漂移现象，保证Q点的稳定。负反馈电阻:RET↑→β↑→IC↑→UBE↓→UE↑（∵UE=

UBQ﹣UBE，且UBQ基本不变）→IB↓→IC↓(∵IC=βIB)66(2)分压式直流电流负反馈偏置电路为了保证ｂ极电压的稳定

RB1：上偏置电阻

RB2：下偏置电阻若IBQ<<I1、I2，

I1≈I267例：电路如右图所示

已知：

UCC=28V，RC=6.8kΩ,Re=1.2kΩ,

RB1=90kΩ,RB2=10kΩ

求：①β=60的Q点

②β=150的Q点例4电路图结论：β从60变化到150，各个Q点参数值基本没有变化，说明电路的静态工作点Q的稳定性。683、分压式电流负反馈偏置电路的设计设计注意点：①RB1、RB2选取适当小的数值②RＥ选取足够大的数值分压式直流电流负反馈偏置电路69

为确保UB固定，要求RB1、RB2的取值愈小愈好。但是RB1、RB2过小，将增大电源UCC的无谓损耗，因此要二者兼顾。通常选取并兼顾UCEQ而取70例：UCC=12V，β=200要求：ICQ=1mA设计：RB1、RB2

、RE解：取UEQ=2VIEQ=ICQ=1mARE=2kΩ

UBEQ=0.7VUBQ=UEQ+UBEQ=2+0.7=2.7VIBQ=IEQ/β=1m/200=0.005mAI1=I2=10×IBQ=0.05mARB2=

UBQ/I2=54ΩRB1=(UCC－UBQ)/I1=246Ω分压式直流电流负反馈偏置电路71＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RERLUCCRCRB1＋C2

共射极放大器及其交流等效电路(a)电路4.静态工作点稳定电路动态参数分析CE＋72

发射极接电阻时的交流等效电路Ri=RB1‖RB2‖Ri′Ri′73例5.1.1：晶体管电路如下图所示。已知β=100，试判断晶体管的工作状态。先判断晶体管是否处于截止状态：所以，晶体管不处于截止状态；

742.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态

晶体管处于放大状态。

75例5.1.2：下图电路中，若RB1=75kΩ，RB2=25kΩ,RC=RL=2kΩ，RE=1kΩ,UCC=12V，晶体管的β=80，rbb′=100Ω,信号源内阻Rs=0.6kΩ,试求直流工作点ICQ、UCEQ及Au，Ri，Ro和Aus。＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RECE＋RLUCCRCRB1＋C276

解：按估算法计算Q点：RB2REUCCRCRB1直流通路

77UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us78UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eI