晶体管与放大电路基础

02双极型晶体管及放大电路基础2.2基本放大电路2.3基本放大电路的分析方法2.4共C和共B电路2.5放大器的级联2.6基本要求与小结--放大电路基础篇BasicBJTAmplifiers2.2基本放大电路2.2.1放大的概念2.2.2基本放大器组成原则2.2.3放大器的特点2.2.4放大器的主要性能指标2.2.1放大的概念

1.放大对象：主要放大微弱(smallsignals)、变化的电信号，使其Pi(Vi或Ii)得到放大！2.放大实质：直流能交流能三极管——换能器在保持信号不失真的前提下，使其由小变大，由弱变强。－－放大1、管子要放大Je正偏,Jc反偏2、信号能入能出2.2.2基本放大器组成原则共射电路输入回路与输出回路电流、电压的关系

输入回路输出回路IBQUBEQUCEQICQ基本组成如下：

三极管T集电极电阻Rc

负载电阻RL偏置电路VCC,Rb耦合电容C1,C2iBiC习惯画法基本晶体管放大器的组成原则：1、输入信号须加在基极－发射极回路；2、必须设置合适的静态工作点；3、必须将晶体管偏置在放大状态。由公式可知：当VBE>VBE(ON)后VBE对iC有敏感的控制作用而VCE对iC的影响十分微弱所以待放大的信号加在b或e极才能有效的得到放大，而不能加在c极。<1>待放大的信号须加在b－e回路uCE/V5101501234IB＝40A30A20

A10A0A放大区iC/mA共射输出特性曲线<2>须设置合适的静态工作点直流工作状态：

（静态）当vi＝0时,电路中各处的电压电流都是不变的,对应的电压电流，分别为IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ，代表了输入输出特性曲线上的一个点——习惯上称静态工作点即Q(Quiescent)点交流工作状态：（动态）当vi≠0时静态工作点设置是否合适对放大器的性能有很大影响是输出电压不失真地放大的保证

若Q点选得很小则产生截止失真；若Q点选得很大则产生饱和失真。——非线性失真为了防止非线性失真，在没有输入信号时Q点也不能为0而必须有合适的数值以保证在vi的整个变化过程中晶体管始终工作在放大区

若Q点过大<饱和>措施是Q点下移使IB变小若Q点过小<截止>措施是Q点上移使IB变大<3>晶体管必须工作在放大状态

晶体管上各端电压，端电流为直流+交流且交流分量的幅值<

直流分量的幅值，所以，在任一时刻e结正偏c结反偏。

可见放大作用是指输出交流分量与输入信号的关系，因为只有交流分量才能反映输入信号的变化

vO与vi反相

vO动态是目的，静态是保证（不失真）！

交流通路直流通路

交流信号、直流信号并存！

动态静态2.2.3放大器的特点2.2.4放大器的主要性能指标对信号源而言，放大器相当于它的负载。∴

放大器的输入特性用输入电阻Ri表示

1.放大器的二端口模型

对负载而言，放大器相当于负载的信号源。∴放大器的输出特性用输出电阻RO和一个受控电压源（电流源）来表示

2.主要性能指标

<1>放大倍数或增益

定义为放大器输出量和输入量之比值。根据二端口模型中输入量（Ui，Ii）和输出量（Uo，Io）的不同，有四种不同定义的放大倍数。电压增益：电流增益：互导增益:互阻增益：为了方便，Au,Ai有时用分贝dB来表示

<2>输入电阻Ri

——

用来衡量放大电路对信号源的影响

当Ri>>Rs时Vi＝Vs，Ri越大得到的输入信号电压越大信号源采用电压源即输入电阻越大--信号源电压Vs更有效地加到放大器的输入端

反之（Ri<<Rs）Ri越小得到的输入信号电流越大信号源采用电流源即输入电阻越小--放大器从信号源获取的电流越大<3>输出电阻Ro

——反映放大电路带负载能力当Ro越小则RL变化对输出电压的影响越小Vo＝Vo’即输出电压Vo越稳定带负载能力强反之，若想在负载上得到电流较稳定则应使Ro大。<4>非线性失真系数THD

由于放大管输入输出特性的非线性，不可避免地要产生非线性失真，即放大器非线性失真的大小与工作点位置，信号大小有关

但如果放大器的静态工作点设置在放大区且输入信号足够小，则非线性失真系数将很小∴一般只有在大信号工作时才考虑非线性失真问题

非线性失真会产生新的频率分量

<5>频率失真(线性失真)输入信号由许多频率分量组成，由于放大器对不同频率信号的幅度增益、相移量不同而造成的失真。(此时输出信号中并未增加新的频率分量)

2.3基本放大电路的分析方法2.3.1放大电路的静态分析2.3.2放大电路的动态分析

2.3.1放大电路的静态分析

DCAnalysis分析对象：Q（Quiescent)(IB、IC和VCE)

静态工作点直流通路分析路径：静态分析有两种方法：一、计算法二、图解分析法（GraphicalAnalysis）

一、计算法直流通路：C断开、L短路、直流电源保留二、图解法直流负载线

2.3.2放大电路的动态分析

ACAnalysis动态分析有两种方法：一、图解分析法二、交流小信号模型分析法

ACSmall-signalmodelanalysis（微变等效电路法)分析对象：交流通路分析路径：交流通路：直流电源短地、C交流短路根据输入信号频率，将电抗极小的大电容、小电感短路，电抗极大的小电容、大电感开路，而电抗不容忽略的电容、电感保留。直流电源短地。vce＝－R’LiC

（R’L＝RL∥Rc）交流负载线斜率：－1/R’L特点：过Q点VAB＝R’LICQ一、图解法vivBEiBiCvCE|-vo|

1、交直流迭加2、vo与vi相位相反3、非线性失真：

饱和失真截止失真结论：饱和失真截止失真要想获得大的不失真输出幅度，需要：

1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。

最大不失真输出幅度?二、交流小信号模型分析法

ACSmall-signalmodelanalysis

（1）模型的建立（2）共射放大器的交流等效分析方法放大器定量分析的基础(1)模型的建立（一）混合π型电路模型－π参数应用条件：

①静态工作点选择恰当，晶体管工作在放大区②输入信号较小，非线性失真可忽略

共发射极晶体管电路模型很大，可忽略

c、b反偏，也很大，可忽略

ube对ib的控制，等效为b-e间交流结电阻rbe，其值：

ube通过ib对ic的控制可等效为一个流控电流源

或直接用一个压控电流源来表示

其中跨导

几百KΩ数量级

—输入特性上Q点处对的影响

极大，可忽略

—输出特性上Q点处切线斜率之倒数,表明了对的影响

真正的晶体管还有寄生效应的影响，它们是三个掺杂区的体电阻,其中基区体电阻因该区很窄，数值较大，一般高频管数十Ω，低频管数百Ω。另二个较小，可忽略。

还有二个结的结电容：发射结电容（正偏势垒）集电结电容（反偏扩散）低频工作时可忽略。

完整的混合π型电路模型（a）高频时的电路模型；（b）低频时的电路模型

（2）共射放大器的交流等效分析方法分析步骤：1、确定放大器交流通路(晶体管用小信号交流模型表示)2、估算直流工作点3、根据交流等效电路计算放大器的各项交流指标1）等效电路

(b)

小信号等效电路(a)共射基本放大电路2）交流计算3.输出电阻2.输入电阻=rbe//Rb≈rbe1.电压放大倍数rbe=rb’b+(1+β)26

mV/ICQ4.源电压放大倍数rb’b=100~300Ω3）接有Re的共发电路3.输出电阻2.输入电阻1.电压放大倍数交流小信号等效电路2.4共C和共B电路2.4.1共集组态基本放大电路Common-CollectorAmplifier2.4.2共基组态基本放大电路Common-BaseAmplifier2.4.3提高输入阻抗的措施2.4.1共集组态基本放大电路VB=VCC

Rb2/(Rb1+Rb2)

IC=IE=(VB－VBE)/ReIB=

IC/

VCE=VCC－IERe=VCC－ICRe(1)直流分析(2)交流分析①电压放大倍数②输入电阻Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+)R'L)]③输出电阻共集电路特点与应用：1、

=射极输出器=电压跟随器Emitter-Follower

=电流放大器2、Ri高（高阻输入级）3、Ro低（低阻输出级）阻抗变换级（中间缓冲级）2.4.2共基组态基本放大电路

（电流跟随器）

(1)直流分析

与共射组态相同(2)交流分析①电压放大倍数

②输入电阻

③输出电阻Ro≈RC=βR'L/rbeR'L=RC//RL共基电路特点与应用：1、大2、输入输出电压同相2、Ri低（低阻输入级）3、Ro高（高阻输出级）宽带放大高频电路共射、共基、共集放大器性能比较2.4.3提高输入阻抗的措施利用复合管来提高输入阻抗

----使β上升T2相当于T1的负载，可用其输入电阻Ri''来表示它对T1的负载作用可见复合管的输入电阻增大了.复合管可等效成一个β值为两管β相乘的晶体管。2.自举电路采用复合管可使Ri'很大但总的输入电阻Ri=RB1//RB2//Ri'若RB1,RB2不能增大，Ri'再大也无用，而实际中为保证偏置稳定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自举电路来解决这个问题增加了RB3和C3如果使RB3两端电压→0，即流过RB3的电流→0∴该支路的等效阻抗→∞Ri=RB3'//Ri'

RB3支路的等效电阻很大？？？2.5放大器的级联输入级中间级输出级不失真地有效地传递信号1、级间耦合方式（1）直接耦合（2）变压器间耦合（3）阻容耦合各级间相互影响；要保证零输入零输出静态不影响，单级计算一个n级放大器的总电压放大倍数Au可表示为:可见，Au为各级电压放大倍数的乘积。

Ri：后级的输入电阻为前级的负载，后级对前级有影响。第一级的输入电阻（考虑后级对其的影响）。

Ro：末级输出电阻（前级的输出电阻作为后级的信号源内阻）。

2、组合放大器（1）CE-CE级联Au

RiRi=RB1//RB2//rbe1

取决于第一级

RoRo=Ro2=RC2