第2章-基本放大电路

第2章基本放大电路北京科技大学自动化学院第2章基本放大电路2.2基本共射放大电路的工作原理(★)2.3放大电路的分析方法(★)2.4放大电路静态工作点的稳定(★)2.5晶体管单管放大电路三种基本接法(★)2.1概述22.1.1放大的概念2.1概述电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuo

放大概念：用较小的变化量去控制一个较大的变化量，并且要求不失真，实现线性放大。3放大的概念放大的前提：不失真量放大的对象：变化的量放大的本质：能量的控制和转换放大的目的：将微弱的变化信号放大 成较大的信号放大的基本特征：功率放大4

在放大电路中，能够控制能量的元件是必不可少的，我们称其为有源元件，而晶体管和场效应管即是，它可起到能量控制作用。

由于任何稳态信号均可分解为若干频率的正弦波的叠加，故放大电路常以正弦波作为测试信号。5符号规定UA：大写字母、大写下标,表示直流量Ua：大写字母、小写下标,表示交流有效值uA：小写字母、大写下标,表示交直流瞬时总量ua：小写字母、小写下标,表示交流瞬时值2.1.2放大电路的性能指标总瞬时值ua交流量UA直流量

uAt06电压放大倍数：放大电路示意图

输出电阻：内阻Ro

输入电阻：性能指标RoRi71.放大倍数：衡量电路放大能力定义：输出量/输入量=电压放大倍数：反映了输出和输入的幅值比与相位差。Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值UiUo放大电路IiIo8电压对电流放大倍数：电流放大倍数：电流对电压放大倍数：UiUo放大电路IiIo9

对信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。

~US2.

输入电阻：反映电路相互连接时的影响UiUo放大电路IiIo

输入电阻是动态电阻，它是衡量放大电路从信号源索取电流大小的参数。一般希望得到较大的输入电阻。因Ri越大，Ii就越小，Ui就越接近US。10

因放大电路对其负载而言，相当于信号源，故可将其等效为戴维南等效电路，此戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。3.输出电阻：反映电路相互连接时的影响(1)输出电阻的定义放大电路~US~RoU'S11步骤：1)去掉负载电阻，令电路中所有的独立电源为零。2)在输出端加电压求电流。a：计算方法（加压求流法）(2)输出电阻的求解方法12Uo1)测量负载电阻开路时的开路电压。2)测量接入负载后的输出电压。RLU'o步骤：3)计算。b：测量方法~RoU's~RoU's13

输入电阻和输出电阻就是为了描述两个放大电路连接之后的相互关联、相互影响。144.通频带：衡量电路对不同频率信号的放大能力通频带：

fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线上限截止频率下限截止频率155.非线性失真系数

当输入信号的幅度超过一定值后，其输出电压将会产生非线性失真。输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D。166.最大不失真输出电压

当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。一般用有效值Uom表示，也可用峰-峰Uopp值表示。177.最大输出功率Pom与效率η

在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率。(1)最大输出功率Pom

效率可描述直流电源能量的利用率，它为Pom与电源消耗的功率Pv的比值。(2)效率η182.2基本共射放大电路的工作原理晶体管放大电路有三种形式共射放大电路共基放大电路共集放大电路

以共射放大电路为例讲解工作原理19共射接法共集接法共基接法放大电路的三种接法20输入输出？参考点-+RB2.2.1基本放大电路的组成放大元件为晶体管，它工作在放大区，应保证发射结正偏，集电结反偏。iC=iB-+uiuo+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-21作用：为电路提供能量，并保证集电结反偏。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电源集电极电源：一般为几伏到几十伏。22-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-作用：将变化的电流转变为变化的电压。集电极电阻集电极电阻：一般为几千欧到几十千欧。23作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-基极电阻：一般为几十千欧到几百千欧。RB能不能去掉?24＋－－＋-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。耦合电容：常为电解电容，有极性。大小为几

F到几十

F25-+uiuo+UCCRCC1C2TRses+-RL+-RBRBEB可以省去电路改进：采用单电源供电。262.2.2设置静态工作点的必要性静态：

ui=0时，放大电路的状态。静态工作点Q：

ui=0时，晶体管的IB、IC、UBE、UCE，记为：IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。在近似分析中，认为UBEQ为常量。Si：0.7V；Ge：0.2V。VBB=0→仅可放大ui

的正半周→严重失真(15-27)为什么要设置一个静态工作点？

只有在输入电压的整个周期内，晶体管都工作在放大状态，输出电压才不会产生失真+UCCRCC1C2T+-

ui+-RL

uo(15-28)

只有在交流的信号驮载在直流信号之上，才有可能使得晶体管始终工作在放大区域，电路才不会产生失真，所以要设置静态工作点。RB+UCCRCC1C2T+-Ui+-UoRL29－＋ui=0时由于电源UCC的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+UCCRCC1C2TUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)2.2.3共射放大电路的工作原理30ui=0时ui=0时，各点波形RB+UCCRCC1C2TiCiB31(IBQ，UBEQ)

和(ICQ，UCEQ

)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ32－＋RB+UCCRCC1C2Tui≠0时IBUBEQuBE有一微小的变化ibtuit33－＋ICUCEuCE怎么变化？ibtictRB+UCCRCC1C2Tui≠0时沿一条直线变化ucetuCE=UCC-iCRC34－＋ui≠0时，各点波形RB+UCCRCC1C2uituiiCuCEuoiBuo与ui反相！iCtiBtuCEtuot35ui=0→uBE=UBE，uCE=UCE，

uo=0？uCE=UCC－iC

RCui

0→

uBE=UBE+ui，uCE=UCE+uo，

uo

0uitOUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCEuotO共射电路电压放大作用总结

若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，且两者相位相差180°。36

外加输入信号输入后，各电流和电压的大小均发生了变化，但均是在直流量的基础上变化。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtICOiCticO静态分析iCtO37放大电路实现放大的条件晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。(3)输入回路可将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路可将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。381.应有直流电源，保证晶体管工作在放大区，以设置合适的静态工作点，并为输出提供能源。2.静态工作点应正确设置，使整个波形处于放大区。3.输入信号应能作用于放大管的输入回路。

T：ui→△uBE；MOS：ui→△uGS4.负载接入时，应保证放大管输出回路的动态电流可作用于负载。2.2.4放大电路组成原则392.2.5常见共射放大电路1.直接耦合A、实用时,为防干扰，要求输入、输出及电源共地。B、两组电源,不经济。402.阻容耦合耦合电容常为电解电容。其作用：隔直流，通交流。等效电路41放大电路分析静态分析动态分析估算法(★)图解法微变等效电路法(★)图解法计算机仿真静态：放大电路无输入信号时的工作状态动态：放大电路有输入信号时的工作状态2.3放大电路的分析方法422.3.1直流通路和交流通路放大电路中的电容对交、直流信号的作用是不同的。如果电容容量足够大，可以认为它对交流信号不起作用，即对交流信号相当于短路，而对直流信号相当于开路。这样交、直流信号所走的通路是不同的。直流通路：只考虑直流信号的分电路。交流通路：只考虑交流信号的分电路。在放大电路中信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。43对直流信号（只有+EC）开路开路直流通道RB+ECRC44对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RBRCRLuiuo交流通路45如何判断一个电路是否能实现放大？3.晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。4.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。1.输入信号能否输入到放大电路中。2.输出信号能否输出。方法：应与放大电路组成原则相对应交流通路直流通路

如果电路参数已给定，则应通过计算静态工作点来判断；如果电路参数未给定，则假设参数设置正确。46此电路是否能实现放大？不能！没有设置合适的静态工作点，IB=0。例47输入回路：uBE=VBB+△uI-iBRb，输入特性曲线2.3.2图解法输出回路：uCE=VCC-iCRc，输出特性曲线481.利用图解法求解静态工作点uCE=VCC-iCRcuBE=VBB-iBRbIB=IBQ49uBE=VBB+△uI

–iBRb

2.利用图解法分析电压放大倍数

uCE=VCC-iCRc503.基本共射放大电路的波形分析①输入、输出反相②Rb=常量：VBB↑→Q↑→曲线越陡→△iB↑→│Au│↑③Rc↓→负载线越陡→△uCE↓→│Au│↓Q点的位置影响放大电路的放大能力514.放大电路的非线性失真在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。52A、基本共射放大电路的截止失真产生原因：Q点过低消除方法：增大VBB削顶顶部失真53消除方法：增大Rb，减小VBB，减小Rc，减小β，增大VCC。B、基本共射放大电路的饱和失真产生原因：Q点过高削底底部失真(a)饱和失真(b)截止失真

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。55C、静态工作点Q在负载线的中间：最大不失真输出电压Uom

：比较(UCEQ-UCES)与(VCC－UCEQ)，取小者除以可输出最大不失真信号565.直流负载线和交流负载线静态：uCE=VCC-iCRc动态：iC作用于（RC//RL）交流负载线：过Q点，且斜率为：

-1/(RC//RL)，与横轴交点：[uCEQ+ICQ(RC//RL)，0]Uom的幅值min[(UCEQ-UCES)，ICQ(RC//RL)]Q点位于交流负载线的中点时，Uom最大！

关于交流负载线归纳如下：

1．确定基本放大电路集电极输出回路的交流负载电阻，本例是R’L=RL∥Rc。

2．通过输出特性曲线上的Q点做一直线，其斜率为1/R’L，这条线即是交流负载线。

3．交流负载线与直流负载线相交，且通过Q点。

4．交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。58图解法特点形象直观；适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；能够用于大信号分析；不易准确求解；不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。59①Q点变，原因何在？

Q1→Q2：

Q2→Q3：

Q3→Q4：

双电源基本共射电路参数变化引起Q点变。试问：②何时易产生截止、饱和失真？Uom最大？③若Q点为Q4，试求VCC，RC的值。Rc↓Rb↓或VBB↑VCC↑截止：Q2点；饱和：Q3点；Uom：Q4点Uom=(UCEQ-UCES)/1.414=(6-0.7)/1.414VVCC=12V，RC=VCC/IC=12/4=3K

例基本思想：当交流信号幅值较小时，放大电路的工作点只在静态工作点附近作微小的变化。在此条件下晶体管的特性可在微小范围内作线性化处理，用小信号线性化模型——h参数等效模型代替晶体管。这样，交流小信号情况下，使放大电路线性化，从而可以用处理线性交流电路的方法分析放大电路。2.3.3等效电路法611.晶体管的直流模型及静态工作点的估算直流模型：iBuBEUoniCuCEIBQbceIBQUon62估算电路的静态工作点：IBQ、ICQ、UCEQ

根据直流通路估算IBQIBQUBERB称为偏置电阻，IBQ称为偏置电流。+UCC直流通路RBRC63

根据直流通路估算ICQ

、UCEQICQUCEQ直流通路RBRC+UCC64已知：VCC=12V，RC=4k

，

Rb=300k，

=37.5试求：Q点(用估算法)。解：请注意电路中IBQ和ICQ的数量级。例1(15-65)例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。

由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBRE662.晶体管的共射h参数等效模型

晶体管可等效为一个两端口网络，而输入回路、输出回路各为一个端口。在低频小信号下，它可用h参数来描述。67在低频小信号作用下的关系式：低频小信号模型微变等效模型68b-e间动态电阻Q越高，rbe越小内反馈系数h12<10-2h参数的物理意义及求解方法近似分析69h参数的物理意义及求解方法电流放大系数c-e间电导，h22<10-5S，

c-e间动态电阻：rce=1/

h2270简化的h参数等效模型—微变等效模型

前者:rbb’为基区体电阻，可查阅手册。小功率管为几十~几百欧。未给定可取200Ω或300Ω。后者:发射结电阻。其中UT为温度电压当量，常温时为：26mV。71ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-晶体管的微变等效电路rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。72短路短路置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路

首先画出放大电路的交流通路。即：令电源为零，电容相当于短路。3.共射放大电路的动态参数分析73交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL

然后画出放大电路的微变等效电路。即将交流通路中的晶体管用微变等效电路代替。74(1)电压放大倍数的计算Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示如图：uiuoAu75电压放大倍数的计算特点：负载电阻越小，放大倍数越小。而且放大倍数和Q点有关。rbeRBRCRL76(2)输入电阻的计算

输入电阻是衡量放大电路从信号源索取电流大小的参数，它是动态电阻。放大电路的输入电阻越大，它从信号源索取的电流就越小，从而对信号源的影响就越小，因此一般希望得到较大的输入电阻。Au~US即：Ri越大，ii就越小，ui就越接近uS。77输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。rbeRBRCRLri78rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例179rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRERi例280(3)放大电路输出电阻的计算Au~US

因放大电路对其负载而言，相当于信号源，故可将其等效为戴维宁等效电路，此戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。它也是动态电阻。~RoUS'81rbeRBRCRL放大电路输出电阻的计算

在放大电路的微变等效电路中，去掉负载电阻，令ui=0，并在输出端加电压求电流。=0=082rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高；2.输入电阻低；3.输出电阻高。求Ro的步骤：(1)

断开负载RL(3)外加电压(4)求外加(2)令或例383rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加求Ro的步骤：

1)

断开负载RL3)外加电压4)求2)令或例484放大电路的放大倍数定义放大电路RLRSRi问题：Au和Aus的关系如何？(15-85)下列几个等式错在哪里?86采用等效电路法分析放大电路的步骤(1)求解静态工作点Q；(2)求解

rbe；(3)画出交流等效电路；(4)根据定义求解动态参数。

注意：只有在Q点正常的情况下，动态分析才有意义。Ri中不应含有Rs，Ro中不应含有RL。87(1)模型中的参数都是针对变化量的，只能用作交流分析，不能用作静态分析。(2)H参数都是在静态工作点附近的微小变化范围内定义的，与静态工作点有关。(3)模型中的受控电流源代表晶体管的电流控制作用，其大小和方向从属于基极电流。(4)H参数是根据变化量定义的，所以，NPN和PNP管具有相同的H参数小信号模型。(5)小信号模型分析法只有在交流小信号条件下，或晶体管工作在特性曲线的线性度较好的区域时，才能保证可以使用这种方法。分析法在使用中应注意的问题882.4放大电路静态工作点的稳定

为保证放大电路稳定工作，电路必须具有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化将会严重地影响静态工作点的稳定。

对前面分析的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、

和ICEO决定，而这三个参数会随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBE

ICEOQ891.温度对Q点的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC(1)温度对UBE的影响90(2)温度对

值及ICEO的影响T

、ICEOICQ´在输出特性曲线上总的效果是：温度上升时,输出特性曲线上移，会造成Q点上移！iCuCEQ091(3)小结TIC

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致其靠近饱和区或截止区，从而造成非线性失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减小IB，从而抑制Q点的变化，使Q点基本保持稳定。常用的分压式偏置电路可稳定静态工作点。

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。922.分压式偏置电路：RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo(1)静态分析I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路RE射极直流负反馈电阻CE

交流旁路电容93TUBEIBICUEIC

本电路的稳压过程实际是因为加了RE引入了负反馈！a.静态工作点稳定的原理I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE94I1I2IBQRB1+VCCRCTRB2RE+VCC

方框中部分用戴维南定理等效为：RoUS

进而可求出ICQ

、UCEQ

。算法一：b.求静态工作点RoUSIBQ95算法二：I1I2IBQRB1+VCCRCTRB2RE直流通路B96可以认为与温度无关。似乎I1越大于IBQ越好?I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE直流通路但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般阻值取几十k

。97已知：

=50，VCC=12V，RB1=7.5k

，RB2=2.5k

，RC=2k

，RE=1k

，求该电路的静态工作点。RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一的结果：算法二的结果：结论：二种算法的结果近似相等，但算法二的计算过程要简单得多。例98(2)动态分析+VCCuoRB1RCC1C2RB2CERERLuiuoRB1RCRLuiRB2交流通路99rbeRCRLR'B微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路100问题1：如果去掉CE，放大倍数如何变化？I1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoCE的作用：

交流通路中,它可将

RE短路，使

RE对交流信号不起作用,放大倍数不受影响。101去掉CE后：交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2REri’102rbeRCRER'BRS结论：去掉CE后，Au减小、Ri增大、Ro不变。输出电阻：用加压求流法求解。rbeRCRLRER'B103无旁路电容CE有旁路电容CE分压式偏置电路减小增大不变104RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题2：如果电路如下图所示，如何分析？105I1I2IBRB1+UCCRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE1RE2a、静态分析：直流通路106RB1+UCCRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2b、动态分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1107交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：rbeRCRLRE1R'B108

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ,

RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻Ri、Ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2例109解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB110(2)画出微变等效电路RS微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RE1RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2111(3)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。RS微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RE11123.稳定静态工作点的方法：温度补偿法T↑→①IC↑；②ID↑→IB↓→IC↓；利用D管反向特性利用D管正向特性T↑→①IC↑→VE↑②UD↓→VB↓→UBE↓→IB↓→IC↓1132.5T管单管放大电路的三种基本接法共射放大电路：iB控制iC，电压、电流均放大共集放大电路：iB控制iE，电流放大共基放大电路：iE控制iC，电压放大放大电路特征：实现功率放大114RB+VCCC1C2RERLuiuoRB+VCCRE直流通路2.5.1基本共集放大电路(射极输出器)1151.静态分析IBIE折算RB+VCCRE直流通路1162.

动态分析RB+VCCC1C2RERLuiuoRBRERLuiuo交流通路117RBRERLuiuo交流通路rbeRERLRB微变等效电路118(1)电压放大倍数rbeRERLRB1191.通常所以虽然电压没放大，但输出电流Ie增加了。2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称射极跟随器。结论120(2)输入电阻

输入电阻较大。若作为前级的负载，对前级的放大倍数影响较小，且取得的输入信号大。rbeRERLRBRi’121(3)输出电阻用加压求流法求输出电阻。rbeRERBRSrbeRERLRBRS122通常：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。

所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。123共集电极放大电路(射极输出器)的特点1)电压放大倍数小于1，约等于1;2)输入电阻高；3)输出电阻低；4)输出与输入同相。124射极输出器的应用可将射极输出器放在电路的首级，以提高输入电阻。(2)可将射极输出器放在电路