电工学导论 第七章

第7章

基本放大电路

返回武汉工程大学电工教研室目录7.1三极管7.2基本放大电路的组成7.3放大电路的静态分析7.4放大电路的动态分析7.5静态工作点的稳定7.6射极输出器7.7放大电路中的负反馈7.8放大电路的频率特性7.9多级放大电路及其级间耦合方式7.10差动放大电路7.1半导体三极管7.1.1基本结构7.1.2电流分配和放大原理7.1.3特性曲线7.1.4主要参数

结构平面型

合金型

NPN

PNP7.1.1基本结构发射结集电结BNNP发射区基区集电区ECNNPBECCEB发射结集电结BPPN发射区基区集电区ECPPNBECCEB7.1.1基本结构7.1.1电流分配和放大原理µAmAmAIBICIERBEC++__EBBCE3DG6共发射极接法7.1.1电流分配和放大原理晶体管电流测量数据IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA<0.0010.701.502.303.103.95IE/mA<0.0010.721.542.363.184.05由此实验及测量结果可得出如下结论：（1）IE=IC+IB符合基尔霍夫电流定律。（2）IE和IC比IB大的多。（3）当IB=0（将基极开路）时，IE=ICEO，ICEO<0.001mA用载流子在晶体管内部的运动规律来解释上述结论。7.1.1电流分配和放大原理外部条件：发射结加正向电压；集电结加反向电压。UBE>0,UBC<0,UBC=UBE-UCE,UBE<UCERBEC++__EBEBCNNP7.1.1电流分配和放大原理发射结正偏扩散强E区多子（自由电子）到B区B区多子（空穴）到E区穿过发射结的电流主要是电子流形成发射极电流IEIE是由扩散运动形成的1发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。7.1.1电流分配和放大原理2电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流IBE区电子到基区B后，有两种运动扩散IEC复合IEB同时基区中的电子被EB拉走形成IBIEB=IB时达到动态平衡形成稳定的基极电流IBIB是由复合运动形成的RBEC++__EBEBC7.1.1电流分配和放大原理3集电极收集电子，形成集电极电流IC集电结反偏阻碍C区中的多子（自由电子）扩散，同时收集E区扩散过来的电子有助于少子的漂移运动，有反向饱和电流ICBO形成集电极电流ICRBEC++__EBEBCRBEC++__EBEBCICIBIEICBOIBEIEC7.1.1电流分配和放大原理7.1.2特性曲线

用来表示该晶体管各极电压和电流之间相互关系、反映晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。

以共发射极接法时的输入特性和输出特性曲线为例。µAmAVIBICRBEC++__EBBCE3DG6V+_+_UBEUCE7.1.2特性曲线1输入特性曲线：

死区电压：硅管：0.5伏左右，锗管0.1伏左右。正常工作时，发射结的压降：NPN型硅管UBE=0.6~0.7V;PNP型锗管UBE=-0.2~-0.3V。00.40.8UBE/VIB/µA80604020UCE>1

7.1.2特性曲线2输出特性曲线

晶体管的输出特性曲线是一组曲线。UCE/V13436912IC/mA10080604020µAIB=0027.1.2特性曲线晶体管的输出特性曲线分为三个工作区：（1）放大区（2）截止区（3）饱和区（1）放大区（线性区）132436912IC/mA10080604020µAIB=00放大区UCE/V输出特性曲线的近似水平部分。

发射结处于正向偏置；集电结处于反向偏置7.1.2特性曲线（2）截止区IB=0曲线以下的区域为截止区IB=0时，IC=ICEO〈0.001mA

对NPN型硅管而言，当UBE〈0.5V时，即已开始截止，为了截止可靠，常使UBE小于等于零。132436912IC/mA10080604020µAIB=00截止区UCE/V（3）饱和区

当UCE〈UBE时，集电结处于正向偏置，晶体管工作处于饱和状态

在饱和区，IB的变化对IC的影响较小，两者不成比例13436912IC/mA10080604020µAIB=002饱和区UCE/V7.1.2特性曲线7.1.4主要参数1电流放大系数：静态电流（直流）放大系数：动态电流（交流）放大系数注意：两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值较为接近。在估算时，常用近似关系（1）（2）对于同一型号的晶体管，值有差别，常用晶体管的值在20-100之间。7.1.4主要参数2集—基极反向截止电流ICBOICBO=IC|IE=0

ICBO受温度的影响大。在室温下，小功率锗管的ICBO约为几微安到几十微安，小功率硅管在一微安以下。ICBO越小越好。ECµA+_T+_ICB07.1.4主要参数3集—射极反向截止电流ICEOICEO=IC|IB=0穿透电流ICEO与ICBO的关系：ICBO愈大，愈高的管子，稳定性愈差。因此，在选管子时，要求ICBO尽可能小些，而以不超过100为宜。7.1.4主要参数4集电极最大允许电流ICM集电极电流IC超过一定值时，晶体管的值要下降。当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流。

在使用晶体管时，IC超过ICM并不一定会使晶体管损坏，但以降低为代价。5集—射极反向击穿电压U（BR）CEO基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。7.1.4主要参数6集电极最大允许耗散功PCM

由于集电极电流在流经集电结时将产生热量，使结温升高，从而会引起晶体管参数变化。当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率。PCM=ICUCEIC/mA0UCE/VICMU(BR)CE0ICEOPCM安全工作区7.1.4主要参数7.2基本放大电路的组成

放大器的目的是将微弱的变化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。返回uiuo

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。ibicie返回2.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。返回3.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。返回4.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。返回5.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+UCCRCC1C2返回7.3.1用放大电路的直流通路确定静态值

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。7.3放大电路的静态分析返回1.直流通道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返回

IB=UCC-UBERB①基极电流②集电极电流IC=IB

③集-射极电压UCE=UCC-RCIC2.静态时当UBE<<UCC时返回[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返回已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5,试求放大电路的静态值。例题7.1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。返回IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ

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.输入输出特性曲线返回UCE=UCC–ICRCQIBICUCEUCCUCCRC2.直流负载线返回QUCC（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返回已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5。（1）作直流负载线；（2）求静态值。例题7.2（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=1.5mA返回微变等效电路法iBUBE

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。UBEIB1.晶体管的微变等效电路（1）输入特性曲线Q7.3.2放大电路的动态分析返回

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)。返回iCuCE

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。（2）输出特性曲线在线性工作区是一族平行直线。ibiC返回iCuCEiCuCE

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rce返回ubeibibicicubeibuce+-+-BCEucerbe

rce+-+-CB先将交流通道中的三极管用微变等效电路代替。（1）三极管的微变等效电路2.放大电路的微变等效电路返回（3）放大电路微变等效电路(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+-返回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。返回[解]已求得IC=1.5mA≈IERL’=RC∥RL=2kΩ返回已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5，RL=4kΩ，试求电压放大倍数。例题7.34.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。返回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。rbeRBRCRL返回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

返回[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返回已知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7.4

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。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。返回（1）交流负载R’LRBRCRLuiuoicuce其中：返回ICUCEUCCQIB交流负载线比直流负载线要陡,斜率为:交流负载线（2）交流负载线的作法返回IBUBEQICUCEuiibibic2.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。返回iCuCEuoibQ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.图解分析返回iCuCEuo称为截止失真3.非线性失真Q

(1)Q点过低，信号进入截止区返回iCuCEuo称为饱和失真Q(2)Q点过高，信号进入饱和区3.非线性失真返回结论（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。返回7.4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。返回1.温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC------------------------UBE1UBE2显然

UBE2＜UBE1IB返回2.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。返回RB1+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。返回RB1+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VBVE返回RB1+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。返回rbeRCRLRE无电容CE会有何结果？画无电容CE的微变等效电路。＜A0返回[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×××返回

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7.5②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=0.04mA返回7.5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）。返回RB+UCCREIE7.5.1静态分析IBTUCEUBE+-+-IC返回1.电压放大倍数rbeRERL7.5.2动态分析≈1返回2.输入电阻rbeRERL输入电阻高返回rbeRERs3、输出电阻用加压求流法求输出电阻r0。将信号源置0，求各支路电流。返回其中返回通常故

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。返回结论

(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。返回负反馈的概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号进行叠加，就称为反馈。

若引回的信号削弱了输入信号，称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。放大电路中的负反馈返回基本放大电路Ao反馈回电路F+–2.反馈环节放大：反馈：叠加：1.反馈框图返回ufudRf、RE1组成反馈网络，反馈系数为：+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf返回

反馈示例例题7.6负反馈的类型与判别1.负反馈的类型

（1）电压反馈和电流反馈

根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。①电压反馈。如果反馈信号取自电压信号，叫电压反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。②电流反馈。如果反馈信号取自电流信号，叫电流反馈。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。返回(2)串联反馈和并联反馈根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。①串联反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，叫串联反馈。②并联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较的，叫并联反馈。

串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。返回(3)交流反馈和直流反馈有的反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。

在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。

在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对直流信号起作用，称为直流反馈。有的反馈对交直流均起作用,交直流反馈。返回增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2RfC注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。返回增加旁路电容CE1

后，Rf只对直流起反馈作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CE2C3C2+UCCuoui+–T1T2Rf

CE1RE1返回2.负反馈的判别(1)负反馈判别步骤③是否为负反馈？判别反馈的类型。①找出反馈网络（电阻）。②判别是交流反馈还是直流反馈？返回⑵判断负反馈的方法①瞬时极性法假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。返回②输出端短路法反馈元件中无信号为电压反馈。反馈元件中有信号为电流反馈。③输入端短路法反馈元件中无信号为并联反馈。反馈元件中有信号为串联反馈。返回ubeuc1ub2uc2此电路为两级电压串联负反馈，对直流不起作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf

uf返回判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。例题7.7uouiiiBiFuFRE2Rf

RE1RC1RC2+UCCiE2电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2返回判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。例题7.8

电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。uouiiiBiFuFRE2Rf

RE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2返回判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。例题7.9RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiubeie对交流信号：ieueube=ui-ueibieRE1：交直流电流串联负反馈。RE2：直流电流串联负反馈。返回判断图中RE1、RE2的负反馈作用。例题7.101.降低放大倍数Ao:开环放大倍数Af:闭环放大倍数负反馈对放大电路工作性能的影响其中,返回称为深度负反馈。反馈深度引入负反馈使电路的稳定性提高。2.提高放大倍数的稳定性

在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。求导后如果，故返回3.改善波形失真Aouiuiuouduo小大AF+–略小略小略小返回4.对放大电路输入电阻的影响(1)串联反馈使电路的输入电阻增加(2)并联反馈使电路的输入电阻减小①无负反馈时②串联负反馈后①无负反馈时②并联负反馈后返回[解]

先将放大电路化为微变等效电路，再由等效电路入端计算输入电阻rif无负反馈时可见串联电流负反馈使输入电阻增高。返回计算串联电流负反馈放大电路的输入电阻。例题7.115.对放大电路输出电阻的影响(1)电压反馈使电路的输出电阻减小

C:/WINDOWS/My%20Documents/%E7%AC%AC16%E7%AB%A0.ppt%23-1,130,16.9.2%20%20%E5%85%B8%E5%9E%8B%E5%B7%AE%E5%8A%A8%E6%94%BE%E5%A4%A7%E7%94%B5%E8%B7%AF%20电流反馈使电路的输出电阻增加返回7.7放大电路的频率特性放大电路的频率范围:30Hz---10000Hz

低频段———由于信号频率较低，而级间耦合电容的容抗值较大,产生压降，使Ube<Ui、放大倍数降低。CO的容抗大，可视作开路。

中频段

——由于耦合电容和发射极电阻旁路的电容的容抗值较大,故对中频段信号来讲其容抗很小，可视作短路，放大倍数与信号频率无关。

高频段

——由于信号频率较高，耦合电容和发射极电阻旁路电容的容抗比中频段更小，故皆可视作短路。但CO的容抗将减少，它与输出端的电阻并联后，使总阻抗减小，电压放大倍数降低。返回2.放大器的通频带fAuf1下限截止频率f2上限截止频率放大器的通频带：f21=f2–f1返回可见通频带展宽了，即

（f2’-f1’）＞（f2-f1）。而在f1’处的放大倍数为引入负反馈后而在f1处的放大倍数为返回已知A0=104,F=0.001,试说明引入负反馈后展宽了通频带。[解]

例题7.121、对耦合电路的要求要求动态:

传送信号减少压降损失

耦合电路：静态：保证各级Q点设置波形不失真16.8.1阻容耦合7.7多级放大电路及其

级间耦合方式

返回+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。返回例题7.13[解]:（1）微变等效电路RE1R2R3RC2RLRSR1返回（2）ri、r0

其中故返回（3）Au

直接耦合R2、RE2:为设置合适的Q点而增加。1.前级与后级静态工作点的相互影响+UCCu0RC2T2uiRC1R1T1R2RE2返回2.零点漂移uot0

当ui=0时：uiRC1R1T1R2+UCCuoRC2T2RE2假“信号”返回1.零点漂移的抑制对称放大电路7.8.1