第3章放大器基础(第1讲)

放大电路的功能及性能指标共发射极放大电路的组成放大电路的工作原理3.1

放大电路的基本知识

（1）放大电路功能简介放大电路是放大信号的一种装置。它的功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）放大到所需要的数值，从而使电子设备的终端执行元件（如继电器、扬声器、仪表等）有所动作或显示。图5-1是放大电路功能的方框图。1.放大电路的功能及性能指标

⑴放大电路功能简介放大器Rsus＋－RLVK开关图5-1放大电路的功能框图信号源负载直流电源向放大器提供输入的电信号提供放大所需能源提供足够的放大能力并尽可能减小失真终端执行元件

放大电路的主要性能指标有：放大倍数输入电阻输出电阻最大不失真输出电压幅值非线性失真系数通频带最大输出功率和效率等

⑵放大电路的性能指标

3.2基本组态放大电路

——共发射极放大电路＋usuo共发射极基本放大电路RsRbVBBTRcVCCRLuiuBEiEiBiCbceuCE＋－－－－－＋＋＋输入回路输出回路放大电路组成的原则发射结正偏，集电结反偏；保证T处于放大区。输入信号得到足够的放大和顺利地传送。三极管T：实现电流放大。VBB

、VCC:确保三极管工作在放大状态Rb:为放大电路提供静态工作点将T集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大3.2.1阻容耦合放大电路

直接耦合放大电路:直接耦合放大电路常见于集成放大器的内部电路，以及放大缓慢变化信号的直流放大器。阻容耦合放大电路:阻容耦合放大电路常见于分立元件构成的放大交流信号的交流放大器中。1.阻容耦合基本共射极放大电路

电容C1和C2把放大电路与信号源及负载连接起来。C1和C2叫做耦合电容，亦称隔直电容。隔离直流传送交流。Rb+_+VCCTRc+_(a)放大电路+UsRsRLUoUi_C1C2⑴静态工作点的计算

直流通路如图(b)所示。据直流通路可以写出

RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路ICQ=βIBQ

UCEQ=VCC－ICQRc

⑵性能指标的计算

由于电容C1和C2的容量大，在信号频率足够大的情况下，可以认为对交流信号来说容抗非常小，同与之串联的电阻（Ri、RL）相比可以忽略不计，近似看作短路。再令直流电源VCC短路，就能够画出交流通路。将晶体管用简化h参数等效电路来代换，就得到如图(c)所示的微变等效电路。根据该电路来计算放大电路的性能指标。⑵性能指标的计算

Rb+_+VCCTRc+_(a)放大电路+UsRsRLUoUi_C1C2微变等效电路rbeebcIcIbβIbRcRL+_Uo+_IiUi+_UsRb①电压放大倍数据微变等效电路可得

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_式中的负号表示输出信号电压与输入信号电压反相。式中R’L=Rc//RL，。①电压放大倍数②输入电阻和输出电阻

输入电阻Ri

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_Ri=Rb//rbe

一般情况下都能满足Rb>>rbe，则Ri≈rbe

输出电阻Ro令交流信号源，负载电阻开路(RL=∞)，则可以从微变等效电路的输出回路直接观察得到Ro=Rc

②输入电阻和输出电阻

③电流放大倍数

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_Ri=Rb//rbe

③电流放大倍数

④考虑信号源内阻时的电压放大倍数

在Rb>>rbe的条件下，有⑤最大输出电压幅值

应用图解法分析电路的最大输出电压幅值。由直流通路的输出回路可以列出电压方程：VCC=UCEQ+ICQRc由此方程在晶体管T的输出特性曲线上画出直流负载线，它的斜率是-1/Rc。RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_直流通路R’L=Rc//RL

由微变等效电路列出方程：

据此方程画出交流负载线，其斜率-1/R’L。⑤最大输出电压幅值

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_-1/R’L-1/RcuCEIBQiCUCEQURUFUCESQRFICQ0Ucemax=min{UR，UF}而输出信号电压。故Uomax=min{UCEQ－UCES，ICQR’L}⑤最大输出电压幅值

图(a)是共射极放大电路。T为PNP锗管，β=60，UBE=－0.2V，UCES=－0.5V。其他参数如图示。求：，Ri，Ro及在不失真的情况下，信号源的最大幅值是多少？UoRb+_-VCCTRc+_(a)放大电路+UsRsRLUi_C1C21kΩ400kΩ3kΩ3kΩ30μF30μF(-12V)[例1][例1]图(a)是共射极放大电路。T为PNP锗管，β=60，UBE=－0.2V，UCES=－0.5V。其他参数如图示。求：，Ri，Ro及在不失真的情况下，信号源的最大幅值是多少？UoRb+_-VCCTRc+_(a)放大电路+UsRsRLUi_C1C21kΩ400kΩ3kΩ3kΩ30μF30μF(-12V)[例1]画出直流通路如图(b)所示。由于是PNP管，所以电流方向设为与实际方向一致，而电压参考方向与NPN管一样。由直流通路可列出RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路

―VCC=―IBQRb+UBEQUBEQ=―0.2(V)ICQ=βIBQ=60×0.03=1.8(mA)UCEQ=―VCC―(―ICQRc)=―12+1.8×3=―6.6(V)IEQ=ICQ+IBQ=1.83(mA)画出放大电路的微变等效电路，如图(c)所示。RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路

Ri=Rb//rbe=400//1.17≈1.17(kΩ)

Ro=Rc=3(kΩ)RLRiRsRbrbeRcRo+_+_UiIbUsIoIiβIbIcUo+_对信号源电压的放大倍数为所以Uomax=min{|UCEQ|－|UCES|，ICQR’L}=min{6.6－0.5，1.8×1.5}=2.7V

因为PNP型晶体管电路的电压参考方向使得电压值为负值，故公式中代入绝对值。则电路是固定偏流共射极放大电路，在不发生失真的条件下，信号源的幅值不应超过65mV。

2.稳定工作点的放大电路

⒈放大器要求Q点稳定

放大器正常工作时，需要有一个合适的静态工作点，如在运行时，工作点不稳定，则放大器的性能就不会稳定。

⒉放大器静态工作点不稳定的原因①环境温度的变化(主要原因)②晶体管的更换③电路元件的老化④电源的波动①β变化对Q点的影响当温度升高时β值增大，在输出特性上表现为特性曲线的间隔增宽。(a)β变化对Q点的影响iC(mA)uCE(V)QICQ80604020iB=0μA0VCCRCVCC80ICQ1Q1在温度升高后，ICQ增大，UCEQ减小。静态工作点向饱和区移动。⑴

温度对静态工作点的影响804020iB=0μA60Q2Q0uCE(V)4020iB=0μA6080iCVCCRC(b)ICBO变化的影响温度升高，ICQ增大，UCEQ减小，工作点向饱和区移动。②

ICBO的变化对Q点的影响Q3I’BQ0.675℃iBuBEIBQ0.7Q25℃(c)UBE变化的影响在外电路参数不变时，输入回路所确定的直流负载线也不变。那么Q点移到Q3点，IBQ将增加到I’BQ的，显然也要使ICQ增加。反之，温度降低将使ICQ减小。③

UBE变化对Q点的影响结论：综上所述，温度升高之后晶体管参数β、ICBO、UBE的变化都使ICQ增大，静态工作点向饱和区移动。如果温度降低，则将使ICQ减小，静态工作点向截止区移动。采取措施为了稳定静态工作点，通常可以采取以下三种措施。还有一种是在偏置电路中采取温度补偿措施。一种是将放大器置于恒温装置中但造价太高。另一种是在直流偏置电路中引入负反馈来稳定静态工作点。⑵分压式电流负反馈偏置电路Rb=Rb1//Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQecb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理分压式电流负反馈偏置电路在设计时，适当选择电阻Rb1和Rb2的阻值，使之满足下面两个条件。(Rb1和Rb2近似串联)

UBQ>>UBEQ

式中为流过基极分压电阻Rb1与Rb2的电流。UBQ不变T℃↑→ICQ↑(IEQ↑)→(IEQRe)↑——→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓UBEQ=UBQ-UEQ

+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理Re把与ICQ成正比的电压IEQRe引回到输入回路，来调节基-射极电压UBEQ，从而稳定ICQ。这种作用称为电流负反馈。因此，这种偏置电路称为分压式电流负反馈偏置电路。①工作原理根据图(a)的直流偏置电路可得：

在电路同时满足式，UBQ>>UBEQ的条件下,那么UBQ近似恒定，那么晶体管的静态工作电流IEQ近似恒定。

由式可知，+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理当电路参数满足以上两个条件时，静态电流IEQ将主要由外电路的参数VCC、Rb1、Rb2、Re来确定，而与晶体管参数β、ICBO、UBE几乎无关。因而大大提高了静态工作点的稳定性。习惯上把上面两式叫做工作点稳定条件。UBQ>>UBEQ①工作原理为了兼顾放大电路几方面的性能，通常采用下列经验数据来选择电路参数。①工作原理②射极偏置电路的分析计算在图(a)的射极偏置电路中，如果电路参数满足稳定条件时可以近似估算。因而可以列出UCEQ=VCC－ICQRc－IEQRe≈VCC－ICQ(Rc+Re)+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ⑶稳定工作点的共射极放大电路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路

UiUo①电压放大倍数

从图

(a)所示的微变等效电路可得R’L=Rc//RL

IiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoβIb(a)微变等效电路rbe+_+_电路的电压放大倍数比固定偏流偏置电路接成的共射极放大电路的电压放大倍数小得多。这是由于输入信号中有相当一部分降落到Re上。仅有一部分加在基-射极转换成和输出。射极电阻Re越大，稳定工作点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。为了解决放大倍数下降的问题，通常在Re的两端并联上一个大容量电容（约为几十到几百微法）。电容Ce对交流信号呈现很小的容抗，对交流电流近似起短路作用，所以电容Ce称为射极旁路电容。①电压放大倍数

+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路

UiUoCe①电压放大倍数

①电压放大倍数

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)有Ce时电路的微变等效电路+__+②输入电阻和输出电阻

对于有旁路电容Ce的情况，从微变等效电路可得

在Rb1//Rb2>>rbe时

Ri=Rb1//Rb2//rbe

Ri≈rbe

用直接观察的方法可知输出电阻

Ro=Rc

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)有Ce时电路的微变等效电路+__+③

最大输出电压幅值Uomax用图解法来分析最大输出电压幅值。对于有旁路电容Ce的情况，在晶体管的输出特性所在坐标系中画出直流负载线和交流负载线，如图所示。直流负载线根据直流通路得出的方程

UCE=VCC－IC(Rc+Re)作出，其斜率为－1/(Rc+Re)。

交流负载线根据从微变等效电路得到的方程作出(R’L=Rc//RL)，其斜率为－1/R’L。

Ucemax=min{UCEQ－UCES，ICQR’L)

-1/R’L用图解法求UomaxuCEURIBQQUFiCICQ0VCC－1/(Rc+Re)VCCRc+Re③

最大输出电压幅值Uomax[例2]电路如图

(a)所示。晶体管T的UBE=0.7V，β=50。求：①静态工作点；②电压放大倍数；③最大输出电压幅值；④不接电容Ce时的。⑤若选用β=100的晶体管，重新估算①、②两项。+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_ReUiUo20kΩ2kΩ4kΩ2kΩ10kΩ30μF30μF100μFC2(a)放大电路解：①

ICQ=βIBQ=50×0.0323=1.62(mA)UCEQ≈VCC－ICQ(Rc+Re)=12－1.62×4=5.5(V)

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)微变等效电路+__+②

③

UR=UCEQ－UCES=5.5－1=4.5(V)UF=ICQR