电子技术基础（第五版）课件 第2章 单管放大电路

课题二单管放大电路2.1基本放大电路的组成及工作原理2.2微变等效电路2.3放大器的偏置电路与静态工作点稳定2.4共集电极和共基极电路2.5场效应管放大电路简介课题小结

三极管的一个基本应用就是构成放大电路。所谓放大，就是在保持信号不失真的前提下，使其由小变大，由弱变强。放大电路的功能就是在输入端加入一个微弱的电信号，在输出端得到一个被放大了的电信号。利用三极管的电流放大作用或场效应管的压控电流作用，就可以组成放大电路。放大电路在音像设备、电子仪器、计算机、图像处理、自动控制

系统等方面有着广泛的应用。

2.1基本放大电路的组成及工作原理

2.1.1放大电路的组成及习惯画法1.放大电路的组成一个放大电路可由输入信号源US，三极管V，输出负载RL及电源偏置电路(UBB、图2.1基本放大电路Rb、UCC、Rc)组成。如图2.1所示，由于电路的输入端口和输出端口共有四个端点，而三极管只有三个电极，必然有一个电极共用，因而就有共发射极(简称共射极)、共基极、共集电极三种组态的放大电路。图2.1基本放大电路

如图2.1所示为最基本的共射极放大电路，其各组成元件的作用如下：

(1)三极管(NPN型硅管)V：起电流放大作用，用IB控制IC，使IC=βIB。

(2)电源UBB和UCC：使三极管发射结正偏，集电结反偏，三极管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供IB和IC。

(3)基极电阻Rb：又称偏流电阻，用来调节基极直流电流IB，使三极管能工作在特性曲线的线性部分。

(4)集电极负载电阻Rc：将受基极电流IB控制而发生变化的集电极电流IC转换成变化的电压UCE(ICRc)，这个变化的电压UCE就是输出电压Uo，假设Rc=0，则UCE=UCC，当IC变化时UCE无法变化，因而就没有交流电压传送给负载RL。

(5)耦合电容C1、C2：起“隔直通交”的作用，它把信号源与放大电路之间、放大电路与负载之间的直流隔开，在图2.1所示电路中，使C1左边和C2右边只有交流而无直流，图2.2放大电路的习惯画法中间部分为交直流共存。耦合电容一般多采用电解电容器。在使用时，注意它的极性与加在它两端的工作电压极性应一致，正极接高电位，负极接低电位。

2.放大电路的习惯画法

在实用电路中，用电源UCC代替UBB，基极直流电流IB由UCC经Rb提供，这就是单电源供电的基本放大电路。在实际画法中，往往省略电源符号，只标出电压的端点，这样就得到如图2.2所示放大电路的习惯画法。图2.2放大电路的习惯画法

2.1.2放大电路的工作状态分析

1.静态分析

在如图2.2所示电路中，当输入信号Ui=0时，放大电路的工作状态称为静态。这时电路中的电压、电流都是直流，没有交流成分。耦合电容C1、C2视为开路，直流通路如图2.3(a)所示。其中基极电流IB、集电极电流IC及集电极与发射极间电压UCE只有直流成分，而无交流输出，此时的对应值用IBQ、ICQ、UCEQ表示，它们在三极管特性曲线上所确定的点称为静态工作点，用Q表示，如图2.3(b)所示。图2.3静态分析

静态分析就是确定电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ，常采用下列两种方法进行分析：

1)估算法

估算法是用放大电路的直流通路计算静态值，在图2.3(a)中

式中UBE=0.7V(硅管)，可忽略不计，有

2)图解法

根据三极管的输出特性曲线，用作图的方法求静态值称为图解法，如图2.3(b)所示。其图解步骤如下：

例2.1求如图2.4(a)所示电路的静态工作点，并求静态值。电路中各参数如图所示，三极管为硅管，β=50。图2.4放大电路图解法

2.动态分析

动态分析就是计算放大电路在有信号输入时的放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等。常用的分析方法有两种：图解法和微变等效电路法。图解法适用于分析大信号输入情况，而微变等效电路法只适合于分析微小信号的输入情况。

当输入端加上正弦交流信号电压Ui时，放大电路的工作状态称为动态。这时电路中既有直流成分，亦有交流成分，各极的电流和电压都包含两个分量。即

其中，IBQ、ICQ和UCEQ是在电源UCC单独作用下产生的，称为直流分量。

而ib、ic和uce是在输入信号电压Ui作用下产生的，称为交流分量。在分析电路时，一般用交流通路来研究交流量及放大电路的动态性能。所谓交流通路，就是交流电流流通的途径，在画法上遵循以下两条原则：

(1)将原理图中的耦合电容C1、C2视为短路；

(2)电源UCC的内阻很小，对交流信号视为短路。

图2.2中放大电路的交流通路如图2.5所示。图2.5放大电路的交流通路

从图2.6中可以看出，输出电压与输入电压反相图2.6空载图解分析法

例2.2在如图2.8(a)所示电路中，已知Rb=300kΩ，Rc

=4kΩ，RL

=4kΩ，UCC=12V，输入电压ui=0.02sinωtV，三极管特性曲线如图2.8(b)所示。试画出电路直流负载线，求静态工作点；画出交流负载线，求空载和带负载时的电压放大倍数。图2.8带负载动态图解分析法

3.静态工作点对输出波形失真的影响对一个放大电路而言，要求输出波形的失真尽可能地小。但是，如果静态值设置不当，即静态工作点位置不合适，将出现严重的非线性失真。在图2.9中，设正常情况下静态工作点位于Q

点，可以得到失真很小的iC和uCE波形。当调节Rb，使静态工作点设置在Q1点或Q2点时，输出波形将产生严重失真。图2.9静态工作点对输出波形失真的影响

1)饱和失真

静态工作点设置在Q1

点，这时虽然iB正常，但iC的正半周和uCE的负半周出现失真。这种失真是由于Q点过高，使其动态工作进入饱和区而引起的失真，因而称作“饱和失真”。

2)截止失真

当静态工作点设置在Q2点时，iB

严重失真，使iC的负半周和uCE的正半周进入截止区而造成失真，因此称作“截止失真”。

饱和失真和截止失真都是由于晶体管工作在特性曲线的非线性区所引起的，因而叫作非线性失真。适当调整电路参数使Q点合适，可降低非线性失真程度。

2.2微变等效电路

三极管各极电压和电流的变化关系，在较大范围内是非线性的。如果三极管工作在小信号情况下，信号只是在静态工作点附近小范围变化，三极管特性可看成是近似线性的，可用一个线性电路来代替，这个线性电路就称为三极管的微变等效电路。

2.2.1三极管微变等效

1.输入端等效

图2.10(a)是三极管的输入特性曲线，是非线性的。如果输入信号很小，在静态工作点Q附近的工作段可近似地认为是直线。在图2.11中，当u为常数时，从b、e看进去三极

管就是一个线性电阻，即

低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：

式中，IE

为射极静态电流。图2.10三极管特性曲线

2.输出端等效

图2.10(b)是三极管的输出特性曲线簇，若动态是在小范围内，特性曲线不但互相平行、间隔均匀，且与uCE轴线平行。当uCE为常数时，从输出端c、e极看，三极管就成了一个受控电流源，如图2.11所示，则

由上述方法得到的晶体管微变等效电路如图2.11所示。图2.11晶体三极管及微变等效

2.2.2放大电路的微变等效电路

通过放大电路的交流通路和三极管的微变等效，可得出放大电路的微变等效电路，如图2.12所示。

2.2.3用微变等效电路求动态指标

静态值仍由直流通路确定，而动态指标可用微变等效电路求得。图2.12基本放大电路的交流通路及微变等效电路

解(1)求静态工作点参数：

2.3放大器的偏置电路与静态工作点稳定

在放大器中偏置电路是必不可少的组成部分，在设置偏置电路时应考虑以下两个方面：(1)偏置电路能给放大器提供合适的静态工作点。(2)温度及其他因素改变时，能使静态工作点稳定。

2.3.1固定偏置电路

图2.14所示电路为固定偏置电路，设置的静态工作点参数为

当UCC和Rb一定时，UB

基本固定不变，故称为固定偏置电路。但是在这种电路中，由于晶体管参数β、ICBO等随温度而变，而ICQ又与这些参数有关，因此当温度发生变化时，将导致ICQ的变化，使静态工作点不稳定，如图2.15所示。图2.14固定偏置电路图2.15温度对静态工作点的影响

2.3.2分压式偏置电路

前面分析的固定偏置电路在温度升高时，三极管特性曲线膨胀上移，Q点升高，使静态工作点不稳定。为了稳定静态工作点，可采用分压偏置电路，如图2.16所示。图2.16分压偏置电路

为了使静态工作点稳定，必须使UB基本不变，温度T↑→ICQ↑(IEQ↑)→UE↑→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓。反之亦然。由上述分析可知，分压式偏置电路稳定静态工作点的实质是固定UB不变，通过ICQ(IEQ)变化，引起UE的改变，使UBE改变，从而抑制ICQ(IEQ)改变。所以在实现上述稳定过程时必须满足以下两个条件：

1.静态分析

静态分析时，先画出直流通路如图2.17(a)所示。

根据

2.动态分析

当发射极电阻Re有直流IEQ通过时，产生的压降UEQ会自动稳定静态工作点，但交流分量̇Ie通过时，也会产生交流压降，使ube减小，这样会降低电压放大倍数，为此在Re两端可并联一个电容Ce。图2.17分压式偏置电路的分析电路

2.4共集电极和共基极电路

2.4.1共集电极电路组成及分析共集电极放大电路如图2.18(a)所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号。从它的交流通路图2.18(b)可看出，输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。图2.18共集电极放大电路

1.静态分析

由图2.18(b)的直流通路可得出：

即得

共集电极放大电路中的电阻Re具有稳定静态工作点的作用。例如

2.动态分析

(1)电压放大倍数可由图2.18(d)所示的微变等效电路得出。图2.19计算ro等效电路

3.射极输出器的特点及应用

虽然射极输出器的电压放大倍数略小于1，但输出电流̇Ie是基极电流的(1+β)倍。它不但具有电流放大和功率放大的作用，而且具有输入电阻高、输出电阻低的特点。

2.4.2共基极电路组成及分析

1.静态分析

在图2.20所示的共基极放大电路中，如果忽略IBQ对Rb1、Rb2分压电路中电流的分流作用，则

2.动态分析

(1)放大倍数。利用图2.20(c)的微变等效电路，可得

式中图2.20共基极放大电路

3.共基极放大电路的特点及应用

共基极放大电路的特点是输入电阻很小，电压放大倍数较高。这类电路主要用于高频电压放大电路。

2.4.3三种基本放大电路的比较

三种基本放大电路的特点见表2.1。

2.5场效应管放大电路简介

2.5.1场效应管放大电路的静态分析场效应管是电压控制器件，它没有偏流，关键是建立适当的栅源偏压UGS。分压式偏置电路如图2.21所示，其中RG1和RG2为分压电阻，RG3为自举电阻，栅源偏压为图2.21分压式偏置电路

2.5.2场效应管放大电路的等效电路及动态分析

1.场效应管等效电路

场效应管与晶体三极管等效电路对照图如图2.22所示，由于场效应管输入电阻rgs很大，故输入端可看成开路。图2.22场效应管与晶体三极管等效电路对照图

2.动态分析

场效应管放大电路的动态分析可采用图解法和微变等效电路分析法，其分析方法和步骤与三极管放大电路相同，下面以图2.21所示的电路为例，用微变等效电路来进行分析。

1)接有电容CS的情况

图2.21电路的微变等效电路如图2.23(a)所示。图2.23图2.21的场效应管等效电路

例2.6在图2.21所示电路中，已知UDD=20V，RD=10kΩ，

RS=10kΩ，RG1

=200kΩ，RG2=51kΩ，RG3=1MΩ，R