《电工电子技术简明教程》 课件 13 三极管基本放大电路的连接与测量

1、认识共发射极放大器电路和共集电极放大器电路、明确各组成元件的作用，能正确连接电路。2、会绘制放大器直流通道图，估算静态工作点，能调试出合适的静态工作点。3、会绘制放大器交流通道图，会画微变等效电路图，能用微变等效电路法分析放大器的动态特性。返回主目录任务20三极管基本放大电路的连接与测量知识要点图13.1信号源、放大器、负载的连接示意图一、三极管基本放大电路基本放大电路的作用是将信号源输出的信号按负载的要求进行电压、电流、功率的放大。信号源、放大电路、负载之间的信号传递示意图如图13.1所示。对信号源而言，放大器相当于负载。对负载而言，放大器相当于信号源。放大电路与信号源、负载之间有四个连接端点，与信号源的连接端称为放大电路的输入端，与负载德连接端称为放大电路的输出端。因为三极管只有三个电极，所以必须有一个电极作为输入电路和输出电路的公共端。1.三极管基本放大电路的三图13.2放大电路的三种基本连接方式a)共基极电路b)共发射极电路c)共集电极电路种连接方式按三极管公共端电极的不同，放大电路有三种基本的连接方式（三种组态），即共发射极电路、共基极电路和共集电极电路，如图13.2所示。2.固定偏置式共发射极放大电路共发射极放大电路可以放大信号的电压、电流和功率，应用比较普遍，其典型电路组成如图13.3所示。图13.3固定偏置式共发射极放大电路3.放大电路的工作原理二、对放大器性能的分析方法放大器性能的分析方法一般有图解法、估算法、微变等效电路法。图解法是依据电路图中已知的参数，通过在三极管的输入和输出曲线上作图来确定静态工作点、三极管的工作区域、输出电压的范围、放大倍数等。图解法比较直观，但作图过程复杂，而且要依据三极管的特性曲线，在实际电路分析时很少应用。估算法用于工程上估算放大电路的静态工作点。微变等效电路法用于分析动态时放大电路的输入、输出电阻和放大倍数。1.静态工作点Q的估算及Q对放大电路性能的影响2.放大电路的动态分析放大电路的动态分析是指输入信号不为零时，分析其输入、输出电阻，放大倍数。输入信号为小信号时可采用微变等效电路法。1）三极管的等效模型2）交流通道图的绘制原则3）放大电路的微变等效电路图4）放大电路动态参数的估算①电压放大倍数②放大电路的输入电阻Ri③放大电路的输出电阻Ro三、分压偏置式放大器1.分压偏置式放大器的电路组成放大电路要想不失真的放大输入信号，必须选择一个合适的静态工作点，而且在放大电路的工作过程中要保持静态工作点的稳定。造成静态工作点不稳定的因素很多，如电源电压的波动、器件老化、温度变化等。这些变化将影响三极管集电极的变化，造成Q的运动变化，容易造成非线性失真。因此只要控制集电极极电流不变，就稳定住了静态工作点。2.分压偏置式放大器稳定静态工作点Q的原理分压偏置式放大器的直流通道图如图13.14（a）所示。当温度升高时，三极管的集电极电流ICQ上升，发射极电流IEQ也上升，发射极电位UE=IEQRe也上升。三极管的基极电位UB却保持不变，这样基极-发射极间电压UBEQ将下降，由三极管的输入特性曲线可见，UBEQ将下降将导致基极IBQ下降，从而导致ICQ的下降。可见温度上升导致ICQ上升趋势，而分压偏置式放大器电路可使ICQ产生下降变化趋势，这种微调作用将导致ICQ几乎不随温度变化，从而稳定了静态工作点。分压偏置式放大器稳定静态工作点的过程如下流程图所示：

分压式放大器的直流通道图b）分压式放大器交流通道图c）分压式放大器等效电路图图13.14分压式放大器电路3.分压偏置式放大器的分析（1）静态工作点的估算分压偏置式放大器的直流通道图如图13.14（a）所示，根据电路定律可推出各电量公式如下：

分析上式可知，在这种电路中，三极管的集电极电流只取决于电路中其他元件的参数，与三极管的参数无关。在维修时，可用参数有所不同的三极管进行替代，也不会影响放大器的直流性能。分压偏置式放大器即提高了静态工作点的热稳定性，又便于维修，该电路应用比较广泛。2）动态参数的分析分压偏置式放大器的交流通道图如图13.14(b)所示，微变等效电路如图13.14(c)所示。根据电路定律可推出各电量公式如下：四、其他组态放大器1.共集电极放大器——射极输出器（1）共集电极放大器的电路组成电路图如图13.17所示。其中RB是偏置电阻，RE是射极电阻，RL是负载，C1、C2是耦合电容。其交流通道图如图13.18(b)所示。从交流通道图中可见，基极和集电极组成放大器的输入回路，发射极和集电极组成放大器的输出回路，集电极是输入、输出回路的公共端，因此该电路称为共集电极放大器。因从发射极输出信号故又称为射极输出器。图13.17共集电极放大器（2）电路的静态分析和动态分析①静态工作点估算①静态工作点估算画出该电路的直流通道图如图13.18(a)所示。应用电路定律可推出

图13.17共集电极放大器②动态特性分析该电路的电压放大倍数Au：由图8-18(c)所示的微变等效电路可得：a)直流通道图b)交流通道图c)微变等效电路图图13.18共集电极放大器

2．共基极放大器共基极放大器的电路如图13.19(a)所示。图中Rb1、Rb2称为上、下偏置电阻,Rc是集电极直流负载电阻，RE是发射极电阻（作用是稳定静态工作点），CB是基极交流旁路电容，C1、C2倍数耦合电容。输入回路由三极管的发射极和基极组成，输出回路由集电极和基极组成，基极为公共端。a)电路图b)交流通道图c)微变等效电路图图13.19共基极放大器理论分析指出：共基极放大器的电压放大倍数与共发射极放大器的电压放大倍数大小相同，但输出电压与输入电压同相。共基极放大器不具有电流放大能力，其输入电阻小，适合与信号源是电流源的前级连接。其输出电阻较大，带负载能力较差。共基极放大器的频率特性好，适用于进行高频信号的放大。3．调谐放大器调谐放大器是广泛应用于各种电子设备、发射和接收机中的一种具有选频能力的电压放大器。它的主要特点是晶体管的负载不是纯电阻，而是由L、C元件组成的并联谐振回路。尤其是对于频率为：图13.20共射极单调谐放大电路的信号，调谐放大器具有特殊的放大能力。共射极单调谐放大器的电路图如图13.20所示。在图13.20中，RB1、RB2是上下偏置电阻，保证三极管工作在放大状态。RE射极电阻（稳定静态工作点），CB基极旁路电容，CE射极旁路电容。输入信号vi经T1通过CB和CE送到晶体管的b、e极之间，放大后的信号经LC谐振电路选频由T2耦合输出。五、多级放大器及其频率响应1.

多级放大器的电路组成在实际应用中，放大器的输入信号总是很微弱，要达到负载对信号强度的要求，放大器的放大倍数就要很高，这是单级放大器难以实现的。单级放这是单级放大器难以实现的。单级放大器的放大倍数过高，电路不稳定，图13.21多级放大器组成框图实现预期的性能指标，必须采用多级放大电路。多级放大器的组成框图如图13.21所示。输入级的作用主要是完成与信号源的有效连接并对信号进行放大，要求其输入电阻高，一般采用共集电极放大器；中间级主要实现对信号电压的放大，一般可采用几级共发射极放大器来实现；输出级主要用于对信号进行功率放大，输出负载所需要的功率，并和负载实现最佳匹配。在多级放大电路中，前极相当于是后一级的信号源；后级相当于是前一级的负载。在分析电路时要考虑前后级间的相互影2.多级放大器的级间耦合方式耦合就是指多级放大器各级之间的连接方式。一个单级放大器与另一个单级放大器之间的耦合称为级间耦合。对于多级放大器的级间耦合有下列要求：减小信号在耦合电路上的损失，保证有用信号的顺利传输；尽量不影响前后级原有的工作状态；信号失真要小。多级放大器常用的级间耦合耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种方式。（1）阻容耦合两级阻容耦合的放大器电路如图13.22所示。单级放大器是固定偏置的共发射极放大电路，两级间通过电容C2和第二级的等效输入电阻

实现耦合。由于电容具有“隔直通交”的作用，能使有用的交流信号顺利从前传递到后级，前后级的静态工作点又互相不影响，便于电路的设计、调试和维修。该电路体积小，重量轻，应用广泛。但阻容耦合方式不适合放大变化缓慢的信号。当信号频率较低时，耦合电容的阻抗变大，信号的传输效率将降低。一般信号的最大容抗是下一级输入电阻的1/10即可。若放大的是音频信号，耦合电容常用电解电容；若放大的是视频信号，常用陶瓷电容图13.22两级阻容耦合的放大器电路（高频损耗小）。在选择耦合电容的容量时，要考虑电容的移相问题。图13.24阻容耦合方式的两级放大器（2）变压器耦合两级变压器耦合的放大器电路如图13.23所示。变压器T1实现第一级和第二级间的耦合，变压器T2实现第二级和负载间的耦合。由于变压器传递信号是通过电磁感应，能顺利传递交流信号，又能隔断直流，从而使前后级的静态工作点互不影响。便于电路的设计、调试和维修。变压器还具有变换电压、电流、阻抗的作用，容易实现前后级间的最佳匹配。变压器耦合方式的缺点是体积和重量大，价格贵，频率特性不好，在传递高频信号时可采用磁芯。图13.23变压器耦合方式的两级放大器图13.24直接耦合方式的两级放大器3）直接耦合阻容耦合、变压器耦合的多级放大器共同优点是前后级的静态工作点相互影响小，便于电路的设计、调试和维修。缺点是频率特性不好，造成这种现象的原因是耦合元件电容、变压器元件本身的特性决定的。把耦合元件去掉，将前后级直接连接，其频率特性应是最好的，这种耦合方式称为直接耦合。直接耦合两级放大器的电路如图13.24所示。直接耦合多级放大器不仅能放大交流信号，还能放大变化缓慢的信号（直流信号），因此直接耦合放大器又被称为直流放大器。直接耦合放大器的缺点是前后级的静态工作点互相影响，不便于电路的设计、调试、维修。尤其是该电路受温漂影响很大，温漂信号被倍逐级放大，将严重干扰压制有用信号，甚至组成直接耦合放大器无法使用。解决温漂现象最好的方法是采用差放放大器。直接耦合放大器去掉了在集成电路中无法制作的变压器、大电容，因此在集成电路中普遍采用的是直接耦合方式。图13.25单级放大器的频率特性3.放大器的频率特性理想放大器应对所有频率的信号实现等比例大，但实际上放大器对不同频率信号的放大倍数是不同的。这是因为电路中存在着性能受频率影响的元件，如电容、电感、变压器、三极管PN结的寄生电容等。放大器的频率特性是指放大器的放大倍数向量与信号频率的关系。它包括幅频特性和相频特性两部分。其中幅频特性是指放大器的放大倍数的大小（模）与信号频率的关系。相频特性是指放大器的输出电压与输入电压的相位差和信号频率的关系。通过实验测得单级共射放大器幅频、相频特性曲线如图13.25所示。单级共射放大器频率特性表明，在中间一段频率范