《电子技术基础》课件1课题二

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放大电路的组成与习惯画法

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、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所示为最基本的共射极放大电路。

图2.1基本放大电路

其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U0，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，C2右边只有交流而无直流，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，应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致，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，这样就得到图2.2所示的习惯画法。

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，没有交流成份。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只有直流成份，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

（a）直流通路；（b）静态工作点

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：

（2－1）

式中UBE＝0.7V(硅管),可忽略不计。

ICQ≈βIBQ

UCEQ≈Ucc－

IcQR

c

(2－2)（2－3）

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：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40μA）。（2）根据IBQ值在输出特性曲线中找到对应的曲线，如图2.3（ｂ）所示。

（3）作直流负载线。在图2.3(a)中，因

当IC=0时，UCE=UCC，当UCE=０时，IC=UCC/Rc，在输出特性曲线中找两个特殊点：M（UCC，0）,

。将M、N连线，其斜率为

，当UCC选定后，这条直线就完全由直流负载电阻Rc确定，所以把这条直线叫做直流负载线。如图2.3(ｂ)所示。

（4）确定静态工作点Q及UCEQ和ICQ值。由IB=IBQ决定的曲线与直流负载线MN的交点Q就是静态工作点。Q点所对应的坐标就是要求的静态值ICQ和UCEQ。

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（ａ）

放大电路；

（ｂ）直流通路；

（ｃ）静态工作点

解（1）

估算法。

由(2-1)、

(2-2)和(2-3)可得

ＵCEQ≈ＵCC－ＩCQRC=20－(2×103×6×103)=8V

(2)图解法在图2.4(c)中,根据IC＝Ｕcc/Rc＝3.3mA,Ｕcc＝20Ｖ作直流负载线MN,与ＩB＝ＩBQ＝40µA的曲线相交得静态工作点Ｑ,根据Ｑ点所对应的坐标得ＩCQ=2mA,ＵCEQ=8V。

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

ｕCE＝ＵCEQ+ｕce

ｉB＝ＩBQ+ｉbｉC＝ＩCQ+ｉc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所示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

1）空载分析放大电路的输入端有输入信号，输出端开路，这种电路称为空载放大电路，虽然电压和电流增加了交流成分，但输出回路仍与静态的直流通路完全一样。

因为

ｕCE=ＵCC-ｉCRC

（2－４）

所以可用直流负载线来分析空载时的电压放大倍数。设图2.4(a)中输入信号电压

则

由图2.6（a）所示基极电流ｉB为ｉB=ＩBQ+ｉi=40+20sinωtμA。根据ｉB的变化情况，在图2.6（b）中进行分析，可知工作点是在以Ｑ为中心的Ｑ1、Ｑ2两点之间变化，ｕi的正半周在ＱＱ1段，负半周在ＱＱ2段。因此我们画出ｉC和ｕCE的变化曲线如图2.6（b）所示，它们的表达式为输出电压为所以电压放大倍数为

从图中可以看出，输出电压与输入电压反相。

图2.6空载图解分析法

2）带负载分析在图2.4(a)所示电路中接上负载RL，其交流通路如图2.7所示。从输入端看Rb与发射极并联，从集电极看Rc和RL并联。此时的交流负载为R‘L＝Rc//RL，显然R＇Ｌ<Rc。且在交流信号过零点时，其值在Ｑ点，所以交流负载线是一条通过Ｑ点的直线，其斜率为

画出一条斜率为ｋ＇，过Q点的直线即为交流负载线，通过交流负载线可求得带负载时的放大倍数。

图2.7交流通路

例2.2在图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，求空载和带载时的电压放大倍数。

解：（1）画直流负载线，求静态工作点。因为ＵCE=Ｕcc－ＩCRc,

当IC=0时,

ＵCE=Ｕcc=12V,得点Ｍ（12，0）,当UCE=0时,IC=UCC/RC=12V/4kΩ=3mA,得点Ｎ（0，3），将MN连线即为直流负载线。

（2）求空载放大倍数。从输入特性曲线图2.8（b）上找出ＩBQ=40μA的Ｑ点，得ＵBEQ≈0.6V，叠加输入电压ｕi，则ｕBE＝ＵBEQ＋ｕi＝0.6＋0.02sinωtV

ｉB＝40＋20sinωtμA根据ｉB的变化，可知工作点在直流负载线ＭＮ的Ｑ1和Ｑ2两点之间变化，当ｉB为正半周时在Ｑ1Ｑ段，ｉB为负半周时在Ｑ2Ｑ段，见图2.8（b）所示。在输出曲线上有ｕCE＝6-3sinωtV

输出交流电压为

电压放大倍数为

ｕo＝-3sinωtV=3sin（ωt-）Ｖ（3）作交流负载线。交流负载电阻

通过Q点，斜率k′=-1/2kΩ的直线M′N′即为交流负载线。

（4）用交流负载线求带载后的放大倍数。依据ｉB的变化可知，接上负载后工作点在交流负载线上点Ｑ１＇与Ｑ２＇之间变化，当ｉB为正半周时在Ｑ１＇Ｑ段，ｉB为负半周时在Ｑ2＇Ｑ段，见图2.8（c）所示。所以有ｕCE=6-4.5sinωtV

ｕo=-1.5sinωt=1.5sin(ωt-π)V

图2.8带负载动态图解分析法

由此可见，接负载后输出电压减小，放大倍数减小，RL愈小，这种变化愈明显。因为RL愈小→RL＇愈小→交流负载线愈陡→ｉC变化范围愈大→ｕCE的变化愈小，所以输出电压减小，放大倍数降低。

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

2.2.1晶体管微变等效

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uCE为常数时，从b、e看进去三极管就是一个线性电阻低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：(2-5)

式中，IE为射极静态电流。图2.10三极管特性曲线（a）

输入特性曲线;（b）

输出特性曲线

2.输出端等效

图2.10（ｂ）是三极管的输出特性曲线族，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2.12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（a）

晶体三极管;（b）

晶体三极管的微变等效

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。

图2.12基本放大电路的交流通路及微变等效电路（a）

交流通路;（b）

微变等效电路

2.3.3用微变等效电路求动态指标

1.电压放大倍数设在图2.12（ｂ）中输入为正弦信号，因为

故

当负载开路时，

式中

2.输入电阻riri是指电路的动态输入电阻，由图2.12（b）中可看出

3.输出电阻ro

ro

是由输出端向放大电路内部看到的动态电阻，因rce远大于Rc，所以

例2.3

在图2.13（a）所示电路中，β＝５０，UBE＝０.７Ｖ，试求：

(1)静态工作点参数IBQ、ICQ、UCEQ、Uo值；

(2)计算动态指标、ri、ro的值。图2.13用微变等效电路求动态指标（a）

原理图;（b）

微变等效电路

解

(１)求静态工作点参数

画出微变等效电路如图２.1４（b）所示。

(2)计算动态指标

2.3放大器的偏置电路与静态工作点稳定

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

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，我们采用了分压偏置电路，如图2.17所示。为了使静态工作点稳定，必须使UB基本不变，温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：图2.16分压偏置电路

（1）只有I1>>IBQ才能使UBQ=UCC×Rb2/（Rb1+Rb2）基本不变。一般取（硅管）

（锗管）

（2）当UB太大时必然导致UE太大，使UCE减小，从而减小了放大电路的动态工作范围。因此，UB不能选取太大。一般取

（硅管）

（锗管）

1.静态分析

作静态分析时，先画出直流通路如图2.18（a）所示。根据UB=UCCRb2/（Rb1+Rb2），可得图2.17分压式偏置电路的分析电路（a）

直流通路;（b）

微变等效电路;（c）

微变等效电路（Ce开路）

例2.4

在图2.17（a）中，若已知β=50，UBEQ=0.7V，Rb2=20kΩ，Rb1=50kΩ，Rc=5kΩ，Re=2.7kΩ，UCC=12V，求静态工作点参数。解

2.动态分析当发射极电阻Re有直流IEQ通过时，产生压降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。下面分两种情况来讨论其动态情况。

1）带Ce情况动态时，Ce短路掉Re，其微变等效电路如图2.17（b）所示，这时与固定偏流电路放大倍数相同。.（1）

（2）

(3)

例2.5在例2.4中，若RL=5kΩ，求Au，ri，ro。

解.

2)Ce

开路情况

Ce开路时的微变等效电路如图2.17（c）所示。（1）

电压放大倍数

(2)输入电阻。从bb′看进去，似乎rbe与Re相串，其实不然，因为rbe与Re通过的不是同一个电流。可以等效地认为发射极接有（1+β）Re电阻，而通过电流为Ib，Ue=(1+β)Re×Ib其值不变，这样就可看成...所以

(3)输出电阻。

由于受控恒流源的开路作用，因而

ro=Rc2.4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

(a)共集电极放大电路;(b)直流通路;(c)交流通路;(d)微变等效电路

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：

温度T↑→ICQ↑→UEQ↑→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓

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。因为

式中

所以

由于式中的（1+β）R′L>>rbe，因而略小于1，又由于输出、输入同相位，输出跟随输入，且从发射极输出，故又称射极输出器或射极跟随器，简称射随器。（2）输入电阻ri可由微变等效电路得出，由ri=Rb//［rbe+（1+β）RL′］可见，共集电极电路的输入电阻很高，可达几十千欧到几百千欧。（3）输出电阻ro可由图2.19的等效电路来求得。将信号源短路，保留其内阻，在输出端去掉RL，加一交流电压，产生电流，则：式中

所以

通常

故

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。由于射极输出器输入电阻高，向信号源汲取的电流小，对信号源影响也小，因而一般用它作输入级。又由于它的输出电阻小，负载能力强，当放大器接入的负载变化时，可保持输出电压稳定，适用于多级。.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，则图2.20共基极放大电路（a）

共基极放大电路;（b）

交流通路;（c）

微变等效电路

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

（2）输入电阻。当不考虑Re的并联支路时，当考虑Re时，

（3）输出电压。在图2.20（c）的微变等效电路中，电流源βIb开路，.ro≈Rc

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

表

2.1三极管放大电路三种基本组态的比较

共发射极电路共集电极电路共基极电路电路形式Auriro2.5场效应管放大电路