第2章 基本放大电路

仙桃职业学院机械电子工程学院本章要点第2章基本放大电路

本章介绍了放大电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。讨论了晶体三极管放大电路的共射、共集、共基三种基本接法的性能特点。仙桃职业学院机械电子工程学院2.1三极管在电路中的作用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放大电路的三种接法第2章基本放大电路仙桃职业学院机械电子工程学院e(Emitter)：发射极b(Base）：基极c(Collector)：集电极发射结(Je)集电结(Jc)基区发射区集电区三极:

三区:两结:特点:b区薄

e区搀杂多

c区面积大e,b,cJe,Jc两种类型:NPN和PNP三极管的结构回顾2.1三极管在电路中的作用仙桃职业学院机械电子工程学院NPNebcebc集电区N发射区N基区Pebc集电结发射结集电极发射极基极PebNPcPNP电路符号NebPNcNPN电路符号双结型三极管结构仙桃职业学院机械电子工程学院电位关系：内部条件？三区掺杂不同！发射结加正向电压（Je正偏），集电结加反向电压（Jc反偏）。对NPN型：VC

＞VB

＞VE对PNP型：VC

＜

VB

＜VE

外部条件２．１．１三极管的电流放大作用

一、外部条件仙桃职业学院机械电子工程学院集电区发射区基区JeJcIB(1)(2)(3)IEIC扩散漂移正偏反偏复合忽略支流：IE=IC+IB二、内部载流子的传输过程仙桃职业学院机械电子工程学院支流：ICN、IBN、ICBO仙桃职业学院机械电子工程学院在三极管中发射极电流等于集电流和基极电流之和仙桃职业学院机械电子工程学院电流放大(控制）作用

通过控制基极回路很小的电流，便可以实现对集电极较大电流的控制，这就是半导体三极管的电流放大作用。三、放大作用仙桃职业学院机械电子工程学院四、三种组态仙桃职业学院机械电子工程学院RBVBB输入输出RCVCCcbe实际电路图输入端be;输出端ce输入输出ceb原理图+-+-IbIeIcIc=βIbIe=(1+β)Ib1)、共发射极连接仙桃职业学院机械电子工程学院2)、共集电极连接RBVBB输入输出VCCcbeRe直流电压源对信号短路输入输出ecb原理图+-+-IbIcIe实际电路图Ie=(1+β)Ib输入端bc;输出端ce仙桃职业学院机械电子工程学院3)、共基极连接输入输出+-输入输出+-RCVCCRbVbe实际电路图原理图cebIbIeIc

共基极电流放大倍与共射极电流放大倍的关系

α=;α==IcIeβ(1+β)(1+β)IbβIb输入端e

b;输出端cb仙桃职业学院机械电子工程学院

输入特性曲线——iB=f(uBE)

uCE=常数输出特性曲线——iC=f(uCE)

iB=常数

共射接法的电压-电流关系２.１.２特性曲线仙桃职业学院机械电子工程学院输入电流和电压的关系曲线UCE=0V为PN结曲线0.40.7uBE(v)iB(mA)100806040200UCE=10V集电极吸收电子多使基极电流减少UCE=1V常温下的输入特性曲线一、共发射极输入特性：ib=f(uBE)|UCE=常数仙桃职业学院机械电子工程学院不同的IB有不同的IC；UCE饱和区截止区IB≤0UCE=0.7V开始进入放大区常温下的输出特性曲线IB=0μAIB=20μAIB=40μAIB=80μAmA（V）

IC放大区0

放大区:发射结正向偏置，集电结反向偏置

截止区:发射结反偏，集电结反偏

饱和区:发射结正偏，集电结正偏

二、共发射极输出特性曲线：ic=f(uCE)|iB=常数仙桃职业学院机械电子工程学院

测量三极管三个电极对地电位如图试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和例1仙桃职业学院机械电子工程学院

静态(直流)电流放大系数≈IC/IB交流电流放大系数

2.1.3主要参数

1.放大倍数仙桃职业学院机械电子工程学院2.极间反向饱和电流关系：ICEO=（1+）ICBO

(2).ICEO（穿透电流）发射极开路时，集电结的反向饱和电流

(1).集电极-基极饱和电流ICBO仙桃职业学院机械电子工程学院3．极限参数

①集电极最大允许电流ICM

②集电极最大允许功率损耗PCM

超过此值会使管子性能变坏或烧毁。

PCM=ICVCB≈ICVCEIC上升时

会下降,

下降到线性放大区

值的70％时所允许的电流。仙桃职业学院机械电子工程学院2.V(BR)EBO——3.V(BR)CEO——

关系：

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO③反向击穿电压（V(BR)）1.V(BR)CBO——

发射极开路时的集电结击穿电压。

BR（Breakdown）仙桃职业学院机械电子工程学院

由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定三区：

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放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。“放大”的含义一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值（即放大电信号），以便于人们测量和使用；二是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或基本相同，即信号不能失真。2.1.4放大电路的基础知识仙桃职业学院机械电子工程学院一.放大的概念

1.放大对象：主要放大微弱、变化的信号（交流小信号），使VO或IO、PO得到放大！2.放大实质：能量的控制和转换3.放大的特性:功率放大4.放大的控制:有源元件5.放大的前提:不失真仙桃职业学院机械电子工程学院二、放大电路的组成仙桃职业学院机械电子工程学院

放大电路的一般符号如图所示，Vs为信号源电压，Rs为信号源内阻，Vi和Ii分别为输入电压和输入电流，RL为负载电阻，Vo和Io分别为输出电压和输出电流。在实际应用中，根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。三、放大电路的主要性能指标仙桃职业学院机械电子工程学院

用分贝表示的电压增益和电流增益分别如下式所示：电压增益=20lg|Av|dB

电流增益=20lg|Ai|dB

由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因而功率增益表示为:功率增益=10lgApdB

电压放大倍数：源电压放大倍数：电流放大倍数：功率放大倍数：1、放大倍数及增益仙桃职业学院机械电子工程学院

输入电阻Ri和输出电阻Ro可用图来表示。如图所示，输入电阻等于输入电压Vi与输入电流Ii的比值，即Ri=Vi/Ii

。输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号吸取信号幅值的大小。2、输入电阻Ri仙桃职业学院机械电子工程学院

当定量分析放大电路的输入电阻Ri时，一般可假定在输入端外加一测试电压，如图所示，根据放大电路内的各元件参数计算出相应在的测试电流，则Ri=VT/IT

输入电阻Ri仙桃职业学院机械电子工程学院

当定量分析放大电路的输出电阻Ro时，可采用图示的方法。在信号源短路（Vs=0，但保留Rs）和负载开路（RL=∞）的条件下，在放大电路的输出端加一测试电压，相应地产生一测试电流，于是可得输出电阻为Ro=VT/IT

根据这个关系，即可算出各种放大电路的输出电阻.3、输出电阻Ri仙桃职业学院机械电子工程学院

通常将放大倍数在高频和低频段分别下降至中频段放大倍数的0.707时所包括的频率范围，定义为放大电路的通频带，用符号BW表示

对应的低端频率和高端频率，称为放大电路的下限频率和上限。

显然，通频带愈宽，表明放大电路对信号频率的变化具有更强的适应能力。4、通频带仙桃职业学院机械电子工程学院6、非线性失真系数7、最大输出功率与效率5、最大输出幅度仙桃职业学院机械电子工程学院２．２基本放大电路的工作原理２．２．１放大电路组成原则仙桃职业学院机械电子工程学院三极管T负载电阻Rc、RL偏置电路VCC

、Rb耦合电容C1、C2基本组成：元件的作用２．２．２放大电路的组成及元件的作用仙桃职业学院机械电子工程学院动态是目的，静态是保证（不失真）！

交流通路直流通路

交流信号、直流信号并存！

动态静态2．3放大电路的分析方法仙桃职业学院机械电子工程学院电容视为开路；电感线圈视为短路；信号源视为短路；但保留其内阻。

当没加输入信号时，电路在直流电源作用下，直流电流流经的通路。直流通路用于确定静态工作点。直流通路的画法２．３．１直流通路和交流通路

一．直流通路仙桃职业学院机械电子工程学院对交流信号(输入信号ui)短路短路置零Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/

C0

将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：二.交流通路仙桃职业学院机械电子工程学院RbRCRLuiuo交流通路仙桃职业学院机械电子工程学院２．３．２图解法

一、静态工作情况分析

１、公式法仙桃职业学院机械电子工程学院UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC２、用图解法分析放大器的静态工作点仙桃职业学院机械电子工程学院改变Rb改变Rc改变UccRb变化，只对IB有影响。

Rb增大，IB减小，工作点沿直流负载线下移。Rc变化，只改变负载线的纵坐标

Rc增大，负载线的纵坐标上移,工作点沿iB=IB这条特性曲线右移Ucc变化,IB和直流负载线同时变化

Ucc增大,IB增大,直流负载线水平向右移动,工作点向右上方移动Rb减小，IB增大，工作点沿直流负载线上移Rc减小,负载线的纵坐标下移,工作点沿iB=IB这条特性曲线左移Ucc减小,IB减小,直流负载线水平向左移动,工作点向左下方移动３．电路参数对静态工作点的影响仙桃职业学院机械电子工程学院IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化？假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号ui静态工作点

二．用图解法分析放大器的动态工作情况

1.交流放大原理（设输出空载）仙桃职业学院机械电子工程学院ICUCEicuCE也沿着负载线变化uCEUCE与Ui反相！交流放大原理仙桃职业学院机械电子工程学院Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuouo比ui幅度放大且相位相反各点波形仙桃职业学院机械电子工程学院（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。结论仙桃职业学院机械电子工程学院Rb+VCCRCC1C2RL输出端接入负载RL：不影响Q

影响动态！２.交流负载线仙桃职业学院机械电子工程学院RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC//RL）

=-icRL交流负载线仙桃职业学院机械电子工程学院这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流量ic和uce有如下关系：仙桃职业学院机械电子工程学院ICUCEVCCQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。交流负载线的作法仙桃职业学院机械电子工程学院通过作图的方法求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３．图解分析法仙桃职业学院机械电子工程学院1.求出静态工作点Q2.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UoUiECUoUiIiIcIb仙桃职业学院机械电子工程学院UoUiEC仙桃职业学院机械电子工程学院UoUiECUoUiIiIcIb仙桃职业学院机械电子工程学院仙桃职业学院机械电子工程学院IbmIcmUom不截止Ucm1不饱和Ucm2仙桃职业学院机械电子工程学院6.求增益AU=Ucm/UimAI=Icm/Iim7.确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压Ucm=min(Ucm1,Ucm2)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。仙桃职业学院机械电子工程学院

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仙桃职业学院机械电子工程学院iCuCEuo可输出的最大不失真信号ib4．非线性失真与Q的关系

（1）合适的静态工作点仙桃职业学院机械电子工程学院iCuCEuo称为截止失真信号波形（2）Q点过低→信号进入截止区仙桃职业学院机械电子工程学院iCuCEuo称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”（3）Q点过高→信号进入饱和区仙桃职业学院机械电子工程学院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。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。双向失真工作点位置合适信号过大而引起的非线性失真。波形的失真仙桃职业学院机械电子工程学院思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号2.3.3等效电路法仙桃职业学院机械电子工程学院iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。

uBEiB对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。一．晶体管的微变等效

１．输入回路的等效电路仙桃职业学院机械电子工程学院对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。becrbeibbeubeubeibrbe=ube/ib电路仙桃职业学院机械电子工程学院rbe的计算仙桃职业学院机械电子工程学院rbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管仙桃职业学院机械电子工程学院iCuCE输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行且电流源两端还要并联一个大电阻rce。２．输出回路的等效电路仙桃职业学院机械电子工程学院iCuCEiCuCErce的含义仙桃职业学院机械电子工程学院ubeibuceicuberbeibibrceuceic三极管的h参数等效电路仙桃职业学院机械电子工程学院等效ebcebcrbeic=ib请注意如下问题：⑴电流源为一受控源，而不是独立的电源。⑵电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。⑶该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。３.三极管的微变等效电路仙桃职业学院机械电子工程学院1.画出放大器的微变等效电路（1）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用等效电路代替二．微变等效电路分析法仙桃职业学院机械电子工程学院负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRbRCRL2、电压放大倍数的计算仙桃职业学院机械电子工程学院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。rbeRbRCRL根据输入电阻的定义：3、输入电阻的计算仙桃职业学院机械电子工程学院当信号源有内阻时：输入电阻的计算仙桃职业学院机械电子工程学院rbeRbRC所以：用加压求流法求输出电阻：00根据定义4、输出电阻的计算仙桃职业学院机械电子工程学院求：1.静态工作点。

2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0

。

3.若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？例２仙桃职业学院机械电子工程学院1.IcVCE2.思路：微变等效电路AU、Ri

、R0解仙桃职业学院机械电子工程学院仙桃职业学院机械电子工程学院

对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。Q变UBE

ICEO变T变IC变２.４放大电路的工作点稳定问题

２.４.1.温度对静态工作点的影响仙桃职业学院机械电子工程学院iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC温度对UBE的影响仙桃职业学院机械电子工程学院T

、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。温度对值及ICEO的影响仙桃职业学院机械电子工程学院I1I2IBI2=（5~10）IB∴I1

I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分压式偏置电路Re射极直流负反馈电阻Ce

交流旁路电容ICIE２.４.2.典型静态工作点稳定电路仙桃职业学院机械电子工程学院Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IBTUBEICICIEUEUBE=UB-UE=UB-IEREUB被认为较稳定ICIEIB由输入特性曲线本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程ECB静态工作点稳定过程仙桃职业学院机械电子工程学院IB=IC/

UCE=VCC-ICRC-IEReIC

IE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

UBE0.7V

+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路,画出直流通道直流通路及静态工作点估算仙桃职业学院机械电子工程学院Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuo电容短路,直流电源短路，画出交流通道BEC交流通路及微变等效电路仙桃职业学院机械电子工程学院交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微变等效电路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2仙桃职业学院机械电子工程学院

Ri=

Rb1//Rb2//rbeRo=

RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC//RL微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算仙桃职业学院机械电子工程学院电容CE的作用仙桃职业学院机械电子工程学院仙桃职业