第二章基本放大电路

§2.1放大的概念与放大电路

的性能指标一、放大的概念二、放大电路的性能指标Home1.放大的概念Next2.1放大的概念及放大电路的性能指标1放大的对象：变化量。放大的本质：能量的控制和转换。放大电路的特征：功率放大。放大电路的必备元件：有源器件（晶体管或场效应管）。放大的前提：不失真。VCC2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。

1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。判断电路能否放大的基本出发点Home2.放大电路的性能指标

Next2.1放大的概念及放大电路的性能指标2Back

输入端口特性可以等效为一个输入电阻

输出端口可以等效成电压源或电流源

放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流2.1放大的概念及放大电路的性能指标3（1）放大倍数及增益:就是输出信号与输入信号的比值电压放大倍数：（无量纲）互阻放大倍数：（欧姆）电流放大倍数：（无量纲）互导放大倍数：（西门子S)

对于小功率放大电路，人们往往只关心上述单一指标的放大倍数，而不研究其功率放大能力。本章着重讨论电压放大倍数。

需要注意的是，在实际应用时，只有在波形不失真的情况下，测试的放大倍数才有意义。HomeNext2.1放大的概念及放大电路的性能指标4Back（2）输入电阻：从输入端看进去的等效电阻输入电压与输入电流有效值之比。（3）输出电阻：2.1放大的概念及放大电路的性能指标5

可以按照下图所示方法求解输出电阻。

将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值

放大电路II的输入电阻Ri2是放大电路I的负载电阻。

放大电路I可看作放大电路II的信号源，内阻就是放大电路I的输出电阻RO1。

输入电阻和输出电阻都会影响放大电路的放大能力。(4)通频带：衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。Am为中频放大倍数；

fL为下限截止频率；fH为上限截止频率；fbw=fH-fL为通频带。通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。

最大不失真输出电压：输入电压再增大就会使输出电压波形失真。用UOM表示或UOPP。

最大输出功率与效率：输出信号不失真情况下负载获得的最大功率，用POM表示。效率：式中，PV为电源消耗的功率。

小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如uCE、iB等。

大写字母、大写下标表示直流量。如UCE、IC等。

小写字母、小写下标表示纯交流量。如，uce、ib等。有关符号的约定上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量如、等。

大写字母、小写下标表示交流有效值。如Uce、Ie等。§2.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则一、基本放大电路的组成及各原件的作用VCCRcUo+-2.2基本共射放大电路的工作原理RbVbbVBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。共射动态信号作用时：

输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。HomeNextBack由于(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQQUCEQICQICUCEIBHomeNextBack二、设置静态工作点的必要性

输出电压必然失真！

设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！

为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？2.2基本共射放大电路的工作原理HomeNextBack三、基本共射放大电路的波形分析饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反

要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！HomeNextBack2.2基本共射放大电路的工作原理

放大电路的组成原则

根据所用放大管的类型设置合适的静态工作点Q

。对于晶体管应使发射结正偏，集电结反偏，以使晶体管工作于线性放大区；

必须保证从输入到输出信号的正常流通途径。输入信号能有效地作用于放大电路的输入回路；输出信号能有效地加到负载上。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。2.2基本共射放大电路的工作原理HomeNextBack两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失－＋UBEQHomeNextBack2.2基本共射放大电路的工作原理两种实用放大电路：（2）阻容耦合放大电路

耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。HomeNextBack2.2基本共射放大电路的工作原理Home一.直流通路与交流通路

Next（1）直流通路：直流电流流经的通路，用于静态分析。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。（2）交流通路：交流电流流经的通路，用于动态分析。对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。2.3放大电路的分析方法

通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。2.3放大电路的分析方法2.3放大电路的分析方法(a)(b)？思考题下列a~f电路哪些具有放大作用？思考题(c)(d)(f)(e)讨论一1.用NPN型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。2.用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。画出图示电路的直流通路和交流通路。

放大电路的静态分析静态分析确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、UCEQ,即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。借助于放大电路的直流通路来求。直流通路是能通过直流的通道。将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到。UoUiVCC二.图解法放大电路的输入和输出直流负载线三极管的输入和输出特性曲线确定静态工作点（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQVCCIBICUBEUCEUBE=VCC-IBRb→直流负载线iBuBEVcc/RbVccIBQUBEQQ-1/Rb作出直流负载线，直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q，由Q可确定IBQ、UBEQ。

图解分析法，必须已知三极管的输入、输出特性曲线。（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ、UCEQ（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQUCE=VCC-ICRc→直流负载线VCCVCCIBICUBEUCE求两点IC=0UCE=VCCUCE=0IC=VCC/Rc作出直流负载线，直流负载线和输出特性曲线的有多个交点。只有与iB=IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点。由图可见：如改变Ib的数值，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。VCCVCC1.由直流负载列出方程UCE=VCC－ICRc2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。

关键：直流负载线的确定方法：3.在输入回路列方程式UBE=VCC－IBRb4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。VCC、VCC/Rc通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压。

交流负载线

交流负载线确定方法：

1.通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL'直线。

2.交流负载电阻RL´=RL∥Rc

3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。

uouiiiicib比直流负载线要陡图解法进行交流分析

图解分析方法图解分析1.求出静态工作点Q。2.画出交流通路，求出交流负载电阻。RL'=Rc//RL3.以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的波形及幅值Ibm。作出交流负载线。UoUiVCCUoUiIiIcIbVCCIBICUBEUCEUoUiVCCVCCVCCVCCUoUiVCCUoUiIiIcIbIbmIcmUom不截止Uom1不饱和Uom2

图解分析方法图解分析4.求增益AU=Ucm/UimAI=Icm/Iim5.确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压Uom=min(Uom1,Uom2)通过图解分析，可得如下结论：

1.ui

uBE

iB

iC

uCE

uo

2.uO与ui相位相反；

3.可以量出放大电路的电压放大倍数；

4.可以确定最大不失真输出幅度。2.3放大电路的分析方法HomeNextBack波形的失真：饱和失真截止失真

由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。

由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。

注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。Q点过低→信号进入截止区截止失真是在输入回路首先产生失真！消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。减小Rb能消除截止失真吗？最大不失真输出电压Uom

：比较UCEQ与（VCC－UCEQ

），取其小者，除以。Q点过高→信号进入饱和区Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。

放大电路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；3.输入信号的幅度不能太大。Uom1Uom2图2.3.11最大不失真输出电压带负载后，最大不失真输出电压变小。不带负载时最大不失真输出电压

Uom的求法:直流负载线带负载时最大不失真输出电压

Uom的求法:2.3放大电路的分析方法图解法的适用范围HomeNextBack

图解法的特点是直观、形象，但要求实测晶体管的输入、输出曲线，而且用图解法进行定量分析的误差较大。图解法适于分析输出幅值较大、频率较低的情况。实际应用中，常用于静态工作点位置、最大不失真输出电压和失真情况分析，另外在大信号工作时，往往也采用图解法。讨论一1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？2.空载和带载两种情况下Uom分别为多少？在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？讨论二

已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。

1.在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？讨论三：波形分析

失真了吗？如何判断？原因？饱和失真四、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源2.3放大电路的分析方法2.3放大电路的分析方法HomeNextBack(a)晶体管的小信号模型

建立小信号模型的意义：由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。

建立小信号模型的思路：当放大电路的输入信号电压足够小时，晶体管工作于线性区，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。等效电路分析法，必须已知三极管的

值。2.交流模型

2.3放大电路的分析方法(b)晶体管共射h参数的引出

对于BJT双口网络，可以根据输入输出特性曲线得到：在小信号情况下，对上两式取全微分得uBEuCEiBcebiC图2.3.15BJT双口网络用小信号交流分量表示：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。2.3放大电路的分析方法输出端交流短路时的输入电阻，用rbe表示；(c)晶体管共射h参数的物理意义iBuBE

uBE

iBiBuBE

uBE

uCE输入端交流开路时的电压反馈系数；输入端交流开路时的输出电导，用1/rce表示。输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数,用β表示；2.3放大电路的分析方法

iC

iBiCuCEiCuCEiCuCE2.3放大电路的分析方法HomeNextBack据此可得小信号模型（如图2.3.16所示）

Ib

Ube+-

Uce+-

Ic

Ube+-

Uce+-

Ibbec

Ich11e1/h22eh21e

Ibh12e

Uce+-2.3放大电路的分析方法HomeNextBack(d)h参数简化模型

h12e很小，一般为10-310-4；

ib

是受控源

，且为电流控制电流源(CCCS)。

电流方向与ib的方向是关联的。

图2.3.17BJT的H参数简化模型rbe

于是得到简化电路（如图2.3.17所示）

rce=1/h22e很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响；2.3放大电路的分析方法(e)rbe的近似计算由PN结的电流公式：（常温下）其中：rbb’=200Ω所以：rbb’—基区体电阻re—发射结正向电阻2.3放大电路的分析方法HomeNextBack(f)微变等效电路法进行共射放大电路的动态分析1.首先，画出交流通路UoUsVCCUoUsIiIcIb2.3放大电路的分析方法

2.将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替；

3.标出等效电路中的电压电流量，进行动态分析。

UoUsIiIcIbUoUsIiIcIbrbeUiUbeUceβIbrbeβIb2.3放大电路的分析方法

电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。RbRcRLRs图2.3.19微变等效电路RiRo=-IcR’LIbrbe2.3放大电路的分析方法

输入电阻的计算：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的输入电阻。根据输入电阻的定义：RbRcRLRs图2.3.19微变等效电路RiRo2.3放大电路的分析方法定义：当信号源有内阻时：由图知：所以：2.3放大电路的分析方法

输出电阻的计算：所以：根据定义：0步骤：（1）将输入信号源电压Us短路，即Us=0（2）将负载开路即RL=∞,并在输出端外加一激励信号uo（3）在uo激励下，产生电流io，则输出阻抗Rouo+-例题

解：（1）求Q点（2）1.放大电路如图所示。试求：（1）Q点；、已知

=50。（2）例2：基本共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V

为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？例3：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析

例4:(北京航空航天大学1999年研究生入学试题)设如图三极管T的

=100，rbb´=100,UBEQ=0.7V；C1,C2,C3对交流信号可视为短路，

RS=600。

(1)计算静态工作点Q(UCEQ,CQ)；

(2)画出交流通路及交流小信号低频等效电路；

(3)求输入电阻Ri；

(4)求输出电阻Ro；

(5)求电压增益Au=U0/Ui和Aus=U0/Us；

解：(1)电容对于直流信号相当于开路，因此根据该放大电路的直流通路可以列出方程：

VCC=

CR3+BQ(R1+R2)+UBE将

C=BQ代入，得：

CQ=BQ=3.1mAUCEQ≈VCC-

CQR3=10-3.12=3.8V(2)交流通路如图(a)所示，交流小信号低频等效电路如图(b)所示：

(3)由微变等效电路可知，输入电阻为：

(g).小信号模型分析法的适用范围

放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其V－T特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点：分析放大电路的动态性能指标(Au

、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。2.3放大电路的分析方法思考题：放大电路如图所示。当该电路加入负载电阻RL后，试求:(1)Q点；(2)(3)；、。2.3放大电路的分析方法HomeNextBackHomeNext2.4放大电路静态工作点的稳定1某室外工作的放大电路如图所示。在夏季，它的最大不失真输出电压幅值达到5V，而到了冬季，它的最大不失真输出幅值不足4V。试分析其原因，并说明在冬季输出电压容易出现顶部削平失真还是底部削平失真？为满足室外工作要求，电路上应作什么改进？Home1.静态工作点稳定的必要性

Next（1）必要性静态工作点决定放大电路是否产生失真；静态工作点影响电压放大倍数、输入电阻等动态参数；静态工作点的不稳定，将导致动态参数不稳定，甚至使放大电路无法正常工作。（2）影响静态工作点稳定的因素电源电压波动、元件老化、环境温度变化等，都会引起晶体管和电路元件参数的变化，造成静态工作点的不稳定。其中，温度对晶体管参数的影响是最为主要的。2.4放大电路静态工作点的稳定2（3）温度对静态工作点的影响

所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。

若温度升高时要Q’回到Q，则只有减小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不变IBQ↑Q’HomeNextBack2.4放大电路静态工作点的稳定62.典型的静态工作点稳定电路

（1）电路组成2.4放大电路静态工作点的稳定7（2）Q点稳定原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。

如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。b点电位基本不变的条件：则I1>>IBI1=(5～10)IB(硅管)I1=(5～10)IB(锗管)UB>>UBEUB=(3~5)V(硅管)

UB=(1~3)V(锗管)稳定工作点的过程：T↑→

↑ICBO

↑→ICQ

↑→IEQ

↑→UE=IEQRe↑UBE=UB-UE↓IBQ

↓←ICQ

↓←Re发射极电阻，提供电流负反馈。关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。Re有上限值吗？IC通过Re转换为ΔUE影响UBE温度升高IC增大，反馈的结果使之减小HomeNextBack2.4放大电路静态工作点的稳定8（3）Q点的估算判断方法：UiUoRerbeUiU0ReIEQVccUEI1UiUoReroRi（4）动态参数的估算无旁路电容Ce时的小信号等效电路βIb2.4放大电路静态工作点的稳定输出回路：输入回路：电压增益：<A>增益13由式可看出：

Re的引入虽然可以稳定静态工作点，但它也引入交流负反馈，使放大增益大幅度降低。改进的方法：Re上并联旁路电容2.4放大电路静态工作点的稳定14<B>输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻2.4放大电路静态工作点的稳定15输出电阻求输出电阻的等效电路

网络内独立源置零

负载开路

输出端口加测试电压其中则当时，一般（）<C>输出电阻例：对下图电路进行静态动态分析如何调节静态工作点直流通路IEQUBQ

＋UCEQ—RcrbeRb1RL+–ui+–uoRb2Rw3、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。它们的温度系数？UBQ讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？放大电路的分析步骤1.作静态分析画出电路的直流通路→计算法图解法静态值IBQICQUBEQUCEQ2.作动态分析画出电路的交流通路→三极管用微变等效电路代替放大电路的微变等效电路rbe←AURi

Ro←图解法：适合于大信号的分析等效电路法：适合于小信号的分析等效电路法：Si:UBEQ=0.6~0.7VGe:UBEQ=0.2~0.3VHomeNext2.5晶体管放大电路的三种组态1

晶体管组成的放大电路有三种不同的连接方式（也称三种组态）：共射、共集、共基。它们的区别在于：输入回路与输出回路的交流公共端不同，并且交流信号的输入、输出端也不同。2.5晶体管放大电路的三种组态2HomeNextBack（1）电路组成1.共集电极放大电路

2.5晶体管放大电路的三种组态3（2）静态分析IBQ=(VBB-UBEQ)/[Rb+(1+

)

Re]ICQ=

IBQUCEQ=VCC-IEQRe

VCC-ICQReUBEQ

硅管：0.6-0.8V

锗管：0.1-0.3VHomeNextBack2.5晶体管放大电路的三种组态4（3）动态分析HomeNextBack2.5晶体管放大电路的三种组态5HomeNextBack共集电极电路特点：

电压增益小于1但接近于1，

输入电阻大，对电压信号源衰减小

输出电阻小，带载能力强2.5晶体管放大电路的三种组态6HomeNextBack射极输出器的应用：1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。3、放在两级之间，进行阻抗变换，起缓冲作用。思考题：

如图所示阻容耦合共集放大电路。试求:(1)Q点；(2)(3)、。2.5晶体管放大电路的三种组态7HomeNextBack2.共基极放大电路

2.5晶体管放大电路的三种组态8（1）电路组成HomeNextBack2.5晶体管放大电路的三种组态9（2）静态分析IBQ=(VBB-UBEQ)/[(1+

)

Re]ICQ=

IBQUCEQ=VCC-ICQRc-UE=VCC-ICQRc+UBEQHomeNextBack2.5晶体管放大电路的三种组态（3）动态分析HomeNextBack102.5晶体管放大电路的三种组态HomeNextBack11共基极放大电路电路特点：

只能放大电压，不能放大电流，

输入电阻小

频率特性好思考题：如图所示阻容耦合共基放大电路。试求:(1)Q点；(2)(3)、。2.5晶体管放大电路的三种组态12HomeNextBack（1）.三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路2.5晶体管放大电路的三种组态13HomeNextBack3.

放大电路三种组态的比较（2）.三种组态的比较空载情况下2.5晶体管放大电路的三种组态14

接法共射共集共基

Au大

小于1

大

Aiβ1＋βαRi