《电工电子学》分立元件基本电路

1第3章

分立元件基本电路3.1共发射极放大电路3.2共集电极放大电路3.3分立元件组成的基本门电路主要内容23.1共发射极放大电路主要内容3.1.1电路组成3.1.2静态分析3.1.3动态分析3.1.4静态工作点的稳定3.1.5频率特性3由NPN管组成的共射极放大电路如图所示T+UCCRCRBC1C2++uiuo1.晶体三极管T各元件的作用：放大元件，工作在放大区，即发射结正向偏置，集电结反向偏置。2.集电极电源UCC一是保证三极管工作在放大区；二是放大电路的能源。4.集电极负载电阻RC是将集电极电流的变化转化为电压的变化，以实现电压放大。3.基极电阻RB

RB和UCC使发射结处于正向偏置，并提供适当的静态基极电流IB。IB称为偏置电流，RB称为偏置电阻。5.耦合电容C1、C2（隔直电容）

C1和C2是传递交流，隔断直流；以免各级静态工作点相互影响；使用电解电容时，应注意正负极不能接错。输入端输出端输入回路输出回路3.1.1

电路组成IB“地”端零电位点4T+UCCRCRBC1C2++uiuo输入信号ui=0时的状态，称为静态。电路中只有直流电压和电流，要保证三极管工作在放大区。放大电路的静态放大电路的动态有输入信号ui时的状态，称为动态。电路中既有直流电压和电流，又有交流信号，要求对交流信号进行不失真的放大。iBiCuCE放大电路符号：直流信号用大写字母、大写下标表示，如IB、UCE；交流信号用小写字母、小写下标表示，如ib、uce；交、直流叠加的信号用小写字母、大写下标表示，如iB、uCE。+++---3.1.1

电路组成βIBiBibttt0005放大电路工作过程输入信号ui加在放大电路的输入端，经C1耦合到晶体管T的基极，产生基极电流iB；iB的变化经T放大后得到集电极电流iC，iC在RC上产生压降iCRC；而集电极电压uCE=UCC-iCRC，经隔直电容C2传送到输出端成为交流输出电压uo；uo的幅值比ui大，实现电压放大的目的。3.1.1

电路组成T+UCCRCRBC1C2++uiuoiBiCuCE+++---β6放大电路的分析方法概述放大电路的分析包括静态分析和动态分析。静态分析——计算静态时的电压和电流。目的是：选择合适的静态工作点，使放大器处于较佳的工作状态。动态分析——计算电压放大倍数，输入、输出电阻，输出是否失真等。放大电路的分析方法有图解法和近似计算法。

图解法——利用晶体管的输入和输出特性曲线，通过作图的方法分析放大电路的静态和动态。

近似计算法——在一定的条件下，忽略次要因素，利用等效电路，通过分析计算，求出结果。7T+UCCRCRBC1C2++uiuo

1.图解法：放大电路如图，画出放大电路的直流通路、及三极管的特性曲线。UCCRCRBIBICUCEuCEiCuBEiBUCCUBEIB2.估算法：静态工作点Q为：直流负载线输入电路中+-+--++3.1.2

静态分析UCC-++--UBEUCC输出电路中偏置线ICUCEIBQBQC静态工作点静态工作点Q指：IB、IC、UCE的值直流通路可见，Q点主要由RB决定;故RB称为偏置电阻。调整RB可是放大电路工作在放大区.得到QB点得到QC点iBiC+-uCE00β8uBEiB(μA)1.图解法：具体分析步骤如下（1）根据输入电压ui在输入特性曲线上求基极电流iBQ1Q2QIBUBEuiuBEibiB设直流分量交流分量直流分量交流分量

画出输入特性曲线及信号波形如图，由图得ωtωtωtωt3.1.3

动态分析TRCRBC1C2++uiuo--+++UCCiB9uCEiC(mA)Q（2）根据iB在输出曲线上求iC和uceiCQ1Q2ibuCEuo=uce画出输出特性曲线及负载线，得直流分量交流分量交流分量直流分量输出电压uce与输入电压ui反相，所以，该放大电路是反相放大器输出电压为：

电压放大倍数为：

即ωtωtωtωtωt3.1.3

动态分析TRCRBC1C2++uiuo--+++UCCiB10动态分析结论：uCEiCQQ1Q2（1）当ui=0时，电路中只有直流量；当输入ui后，电路中各电量是在静态值上叠加了一个交流分量。（2）输出电压uo是与ui同频率的正弦量，且uo>ui，电压放大倍数为：（3）电流ib、ic与ui同相，而输出电压uo与输入电压ui反相，所以共发射极放大电路具有倒（反）相作用。截止失真饱和失真无失真饱和失真是因IB太大引起；截止失真是因IB太小引起。ωtωtωtuo3.1.3

动态分析（4）若Q点过高，如Q1点，输出会出现饱和失真。增大RB可消除饱和失真.0NM（5）若Q点过低，如Q2点，会出现截止失真。减小RB可消除截止失真.icib11画出交流通路和微变等效电路，如图RCRBuouiibic（1）电压放大倍数，即+-+-3.1.3

动态分析2.微变等效电路分析法：步骤如下T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEuce+-βRCRBrbeBCE-+-+或因为所以当放大电路接入负载电阻RL时，如图RLRLRL即，接上负载后，电压放大倍数下降。其中所以12（2）输入电阻3.1.3

动态分析T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRCRBrbeBCE-+-+因为

定义为：放大电路输入电压变化量与输入电流变化量之比，用ri表示，即所以输入电阻为：RLRL13（3）输出电阻3.1.3

动态分析T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRCRBrbeBCE-+-+从放大电路的微变等效电路的输出端看，它是一个电流源和一个电阻RC的并联，而RC就是两端网络的等效电阻。

定义为：对负载来说，放大电路输出端相当于一个有源两端网络，这个两端网络的等效电阻就是放大电路的输出电阻，用ro表示所以，输出电阻为：RLRL输出电阻ro的测量方法：RSAu-+-+RLriro+-放大电路的等效电路如图，输入端加正弦电压信号，测得空载输出电压为Uo′，接入负载RL测得输出电压为Uo，则故：14（4）当信号源有内阻RS时的电压放大倍数3.1.3

动态分析T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRSAu-+-+电路如图，信号源电压为uS，内阻为RS对信号源而言，放大器可以看成一个等效电阻ri，用相量表示的等效电路如图。RLRLRSuS+-riro+-其中因为所以所以，放大电路对信号源的放大倍数为：即，对信号源电压的放大倍数为小于输入端的放大倍数。15放大电路的分析应用举例[例题3.1.1]

放大电路如图所示，求(1)静态工作点;（2)无负载RL和有负载时的电压放大倍数；(3)电路的输入电阻ri和输出电阻ro。解：（1）放大电路静态工作点Q（2）电压放大倍数无RL时有RL时(3)ri、roT+UCCRCRBC1C2++uiuo470kΩ3kΩ+12VRL--++5.1kΩ其中其中16放大电路对静态工作点的要求①静态工作点要合适。②静态工作点要稳定。3.1.4

静态工作点的稳定影响静态工作点稳定的主要因素是温度①当温度升高时，ICBO(ICEO)将明显增加，特别是锗管。②当温度升高时，发射结压降UBE将减小。③当温度升高时，β将增大。

总之，温度升高时，ICBO、β、UBE的变化结果将使IC增大，Q点移向饱和区，可能引起放大电路出现失真，这种现象称为工作点漂移。为了保证工作点稳定，常采用分压式偏置电路。T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRLuCEiCUCCICUCEIBQC017T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+电路如图，RB1、RB2构成偏置电路，RB1称为上偏置电阻，RB2称下偏置电阻，RE为发射极电阻，CE为发射极旁路电容。直流通路如图1.电路的基本特点①由RB1、RB2组成偏置电路T+UCCRCRB1RB2RE原理图ICIEI1I2IBUCE直流通路选择合适的参数，使基极电位可见，UB由RB1、RB2、UCC决定，与三极管无关，可认为UB基本不受温度的影响。②引入RE，以限制IC的变化usRS+++---+-uCEiB+-3.1.4

静态工作点的稳定即UBUB182.稳定工作点的原理当某种原因使IC的增加，稳定过程如下：温度升高→IC↑→UE

↑→UBE↓→IB

↓IC↓图中，RE越大稳定性能越好；但RE大，使UE增大，导致UCE减小，使放大电路动态范围变小。RE上并联电容CE，它对交流信号相当于短路，CE称为旁路电容，它消除了RE对交流分量的影响。3.1.4

静态工作点的稳定T+UCCRCRB1RB2REICIEI1I2IBUCE直流通路+-这种通过电路的自动调节作用，以抑制电路工作状态变化的技术称为负反馈。该电路是通过电阻RE将发射极电流IE的变化反馈至输入电路的，这种反馈称为电流负反馈。故该电路称为分压式电流串联负反馈偏置电路。UB193.电路参数的选择为得到较好的稳定效果，必须使：一般取：硅管：I1=（5～10）IB锗管：I1=（10～20）IBUB=3～5VUB=1～3V

设计电路时，要综合考滤，根据以上条件，确定各电阻值。3.1.4

静态工作点的稳定T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+T+UCCRCRB1RB2RE原理图ICIEI1I2IBUCE直流通路usRS+++---+-uCEiB+-UB20分压式偏置放大电路应用举例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+[例题3.1.2]电路即参数如图,求(1)静态工作点;(2)电压放大倍数;(3)输入、输出电阻。47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80解:(1)静态工作点，画出直流通路+-+-+UCCRCRB1RB2REICIEI1I2IBUCE根据戴维宁定理，基极回路的等效电路如图，其中+-UBR'BREIEUBIB+-列KVLUBE+-21分压式偏置放大电路应用举例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80静态工作点的近似计算法+-+-+UCCRCRB1RB2REICIEI1I2IBUCE根据直流通路，求基极电位UB+-UB

与用戴维宁定理计算结果（IB=0.0162mA，IC=1.30mA，UCE=4.83V)比较，相差不大，这是常用的计算静态工作点的方法。因为，一般IB<<I1，所以得直流通路22画出微变等效电路如图，得(2)电压放大倍数(3)输入电阻、输出电阻RLRCRB2rbeRB1-+-+riro分压式偏置放大电路应用举例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-23[例题3.1.3]

将上题中RE分成RE1和RE2两部分，求Au、ri、ro。直流通路(Q点)不变，微变等效电路如图：分压式偏置放大电路应用举例RLRCRB2rbeRB1RE1++--T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RE1CE47kΩ22kΩ3.3kΩ2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-RE2200ΩIB=0.0162mA，IC=1.30mA，UCE=4.83V微变等效电路如图24两种电路结果比较：静态工作点不变分压式偏置放大电路应用举例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RE1CE47kΩ22kΩ3.3kΩ2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-RE2200ΩIB=0.0162mA，IC=1.30mA，UCE=4.83VT+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-动态参数比较上图下图结论：下图电压放大倍数虽然降低了，但输入电阻ri提高了；不仅能稳定静态工作点，还能使电压放大倍数稳定性提高；电阻RE1对直流、交流信号均有电流串联负反馈作用。RE2仅对直流有负反馈作用25T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RE1CE47kΩ22kΩ3.3kΩ2kΩ5.1kΩ12Vβ=160+-+-RE2200ΩT+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=160+-+-上图Au的相对变化量：当β改为160时,两电路电压放大倍数比较β=160时，晶体管发射结等效电阻rbe为：下图Au的相对变化量：上图电压放大倍数Au为：下图电压放大倍数Au为：β=80时，rbe=1.81kΩ即，下图Au的稳定性高261.概念：把放大电路的放大倍数和相位移随频率的变化关系称为放大电路的频率特性。幅频特性：放大倍数的大小与频率之间的关系，即因为当放大电路输入信号频率在一定范围内时，电压放大倍数与信号频率无关.但实际上，对一个放大电路而言，当输入信号频率过低或过高时，放大倍数都会降低，输出与输入的相位也会发生变化，即放大电路对不同频率的信号的放大倍数和相位移是不相同的。3.1.5

频率特性相频特性：放大倍数的相位移与频率之间的关系，即故。频率特性分为幅频特性和相频特性272.幅频特性:在中频段，电压放大倍数最大且近似为一常数|Aum|。

在低频段，电压放大倍数要下降。因为，耦合电容的容抗增加，使信号在传递过程中产生损失。

在高频段，电压放大倍数也要下降。因为，晶体管极间电容和电路的分布电容的容抗减小，使晶体管的电流放大倍数β下降。另外，多级放大电路的通频带窄；直接耦合的放大电路低频特性好。当频率过低或过高时，单管放大电路的输出与输入信号的相位差不再是180°。阻容耦合放大电路的幅频特性如图，可见:3.1.5

频率特性3.相频特性:|Aum||Au|fLfHfBW180°270°90°ff下限频率上限频率通频带283.2共集电极放大电路主要内容3.2.1电路组成3.2.2静态分析3.2.3动态分析3.2.4多级放大电路29单管共集电极放大电路如图，由于信号是从发射极输出，所以也称为射极输出器。由于射极输出器具有独特的特点，所以在放大电路中得到广泛应用。3.2.1

电路组成RBRSRERLC1C2+UCC+-+-RBRERLRS+-+-+-+-交流通路如图，由于集电极C是输入、输出回路的公共端，因此称为共集电极电路。射极输出器电路原理图交流通路30直流通路画出直流通路如图由直流通路的输入回路得所以由直流通路的输出回路得电路原理图RBRE+UCCIBICIEUBEUCE+-+-3.2.2

静态分析RBRSRERLC1C2+UCC+-+-+-31由于输出电压和输入电压基本相同，故称它为射极跟随器1.电压放大倍数画出交流微变等效电路，得可见：①射极输出器的电压放大倍数小于1，而近似等于1，即但：②输出电压与输入电压同相。RBRSRERLC1C2+EC+-+-RBRERLRSrbeCBE+-+-3.2.3

动态分析+-+-32由于射极输出器输入电阻很高，所以，常用于多级放大电路的输入级，以减小放大器对信号源的影响。2.输入电阻ri由交流微变等效电路，得所以通常，RB很大，且β>>1，所以射极输出器的输入电阻很高，可达几十千欧到几百千欧；因为故射极输出器输入电阻与负载RL有关，与共射极电路不同。RBRERLRSrbeCBE+-+-3.2.3

动态分析+-333.输出电阻ro输出电阻按有源两端网络等效电阻的求法得到，等效电路如图，可见其中：是RBRERLRSrbeCBE+-+-+-3.2.3

动态分析RSRBRErbeBEC+-由基极折算到发射极回路的等效电阻。可见，射极输出器的ro很小（几十到几百欧）显然：因为：所以：求得34射极输出器特点电压放大倍数小于1，但近似等于1，输出与输入近似相等，称为跟随器。输入电阻大，多用于多级放大电路的输入级。输出电阻小，多用于输出级，扩大带负载能力。利用输入电阻大，输出电阻小的特点，可用于隔离级。射极输出器具有电流放大作用，常用功率放大器。3.2.3

动态分析35射极输出器应用举例例电路参数如图，求（1）静态工作点；（2）Au、ri、roRBRSRERLC1C2+UCC12V200kΩ2kΩ2kΩ100Ωβ=60解：（1）静态工作点；（2）Au、ri、ro微变等效电路如图+--RBRERLRSrbeCBE+-+-+36多级放大电路的方框图多级放大电路基本概念第1级第2级末前级(输出级)末级电压放大功率放大输入输出多级放大电路由输入级、中间级、末前级、输出级组成输入级——要求有较高的输入电阻，以减小对信号源的影响。中间级——要求有较高电压放大倍数，以提高灵敏度。末前级——也称推动级，为电压放大级与功率放大之间的耦合。输出级——要求输出较大的功率，以推动负载正常动作。37放大电路各级之间的连接方式，称为耦合常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。对耦合电路的要求：耦合电路应能保证各级具有合适的静态工作点；耦合电路不能引起信号失真；应尽量减小信号在耦合电路上的损失。阻容耦合电路最为常用多级放大电路基本概念383.4分立元件

组成的基本门电路主要内容3.4.1二极管与门电路3.4.2二极管或门电路3.4.3晶体管非门电路39门电路：是一种开关电路，它的输入与输出之间存在一定的因果关系，即逻辑关系。如果把输入信号看作“条件”，把输出看作“结果”，则当条件具备时，结果就会发生，所以门电路是一种逻辑电路。门电路中的信号(逻辑状态)：是高、低电平，即高电位，和低电位。常用符号0和1来表示。门电路基本概念逻辑体制：根据用0或1表示高电平或低电平的不同，分为两种逻辑体制，即正逻辑和负逻辑。正逻辑：用1表示高电平，用0表示低电平。（本书用）负逻辑：用1表示低电平，用0表示高电平。基本逻辑关系有三种：与逻辑、或逻辑、非逻辑；基本门电路有三种：与门、或门、非门。用它们的组合可得多种复合门电路40（1）电路结构，如图，下图是简化画法输入输出电位关系3.4.1

二极管与门电路+UAR+-+-+-

分析时用正逻辑，逻辑0表示低电平，电位为0V，逻辑1表示高电平，电位为3V，忽略二极管正向压降。UBUCCD1D2FABUF-R+UCCD1D2FAB&与门电路图与门电路简化图与门图形符号(二输入与门)FAB（2）工作原理及逻辑功能5V3kΩ输入输出UA(V)UB(V)UF(V)000030300333输入输出ABF000010100111二输入与门逻辑状态表（3）与逻辑输入、输出函数表达式或也称为逻辑乘41（1）电路结构，如图输入输出电位关系3.4.2

二极管或门电路R-UCCD1D2FAB≥1或门电路图或门图形符号(二输入或门)FAB（2）工作原理及逻辑功能输入输出UA(V)UB(V)UF(V)000033303333输入输出ABF000011101111二输入或门逻辑状态表（3）或逻辑输入、输出函数表达式注意：与和或的概念是相对的，有条件的。以上关系是在正逻辑体制下得到的，所以称为正逻辑与门（简称正与门）、正逻辑或门（正或门）。如用负逻辑，则正与门是一个负或门；正或门是一个负与门。也称为逻辑加-5V42电路结构如图，当采用正逻辑时，它是一个“或门”，电位关系、逻辑状态表如下输入输出电位关系正、负逻辑的区别R-UCCD1D2FAB输入输出UA(V)UB(V)UF(V)000033303333输入输出ABF000011101111二输入或门逻辑状态表-5V电路结构不变，当采用负逻辑时，它是一个“与门”，电位关系不变，逻辑状态表如下输入输出ABF111100010000二输入与门逻辑状态表43（1）双极晶体管非门电路结构，如图图中晶体管工作在开关状态。当T饱和时，UCE≈0，输出为低电位，即UF≈0V；当T截止时，IC≈0，输出为高电位，即UF≈UCC。RC+UCCTFRB1A1非门电路图非门图形符号FA集电极饱和电流为IB比IBS大得越多，晶体管饱和程度就越深。RB2-UBB

当输入为低电平时，为确保T处于截止状态，基极回路中设置了负电源-UBB，使发射结处于反向偏置。

当输入为高电平时，为确保T处于饱和状态，条件是基极电流IB要大于临界饱和基极电流IBS，即临界饱和基极电流为晶体管饱和的条件为3.4.3

晶体管非门电路44RC+UCCTFRB1A1非门电路图非门图形符号FA（2）工作原理及逻辑功能输入输出AF0110非门逻辑状态表（3）非逻辑输入、输出函数表达式RB2-UBB当输入低电平0时，T截止，输出为高电平1；当输入高电平1时，T饱和，输出为低电平0。这种“结果与条件处于相反状态”的逻辑关系称为非逻辑。非门电路满足非逻辑关系，故非门称为反相器。3.4.3

晶体管非门电路45RC+UCCTFRB1A[例题3.4.1]电路如图，饱和时UBES=0.7V，UCES≈0V，截止时IC≈0；设输入低电平UIL=0V，输入高电平UIH=3V，试分析晶体管的输出状态。基极电流为RB2-UBBUBE<0，晶体管可靠截止，UF≈UCC=5V，输出为高电平。解：（1）输入A端为低电平0时2.7kΩ10kΩ1kΩ-5V5Vβ=30（2）输入A端为高电平1时，基极等效电路如图，应用戴维宁定理RC+UCCTF1kΩUBO5