第5章基本放大電路

1第5章基本放大電路25.1放大電路的組成

5.1.1放大電路概述35.1.2.基本共射極放大電路給T提供適當(dāng)?shù)钠眉姌O電阻，將集電極電流轉(zhuǎn)換成集電極電壓基極電阻，決定基極電流放大電路的核心輸入交流電壓信號(hào)基極電源，提供適當(dāng)偏置輸出電壓信號(hào)地4

靜止?fàn)顟B(tài)（靜態(tài)）：

ui=0時(shí)

電路中各處的電壓、電流都是不變的直流。

若UBB和UCC能使T的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

→三極管工作在放大狀態(tài)，則：5當(dāng)時(shí)ib含有交流分量→ic也有交流分量→uce產(chǎn)生變化→uO變化uO與ui相比：①

uO幅度＞ui幅度

②波形形狀相同6＊電壓、電流等符號(hào)的規(guī)定①直流量：大寫字母+大寫下標(biāo)，如IB②交流量：小寫字母+小寫下標(biāo)，如ib③交流量有效值：大寫字母+小寫下標(biāo)，如Ib④瞬時(shí)值（直流分量和交流分量之和）：小寫字母+大寫下標(biāo)，如iB，iB=IB+ib7uBEube疊加量交流分量tUBE直流分量8

重要：靜態(tài)工作點(diǎn)的作用靜態(tài)工作點(diǎn)Q（Quiescent）：靜態(tài)時(shí)，晶體管的IB、IC、UBE和UCE

記作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ9靜態(tài)時(shí)（ui=0）：UBB=0→UBEQ=0→發(fā)射結(jié)不能導(dǎo)通；→三極管T工作在截止區(qū)為什么要設(shè)計(jì)靜態(tài)工作點(diǎn)？?

動(dòng)態(tài)時(shí)（ui≠0）：︱ui︱

＜UBE（ON）→發(fā)射結(jié)無法正偏→三極管一直在截止區(qū)→uo=UCE=UCC即使

︱ui︱＞

UBE（ON），輸出仍然嚴(yán)重失真。

只有在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管始終工作在放大狀態(tài)，輸出信號(hào)才不會(huì)產(chǎn)生失真。10靜態(tài)工作點(diǎn)的作用：

保證放大電路中的三極管正常工作，保證放大電路輸出不產(chǎn)生失真。放大電路的基本要求：①輸出不失真②輸出能夠放大

11

晶體管放大電路的放大原理當(dāng)ui≠0:iB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+βibuCE=UCEQ+uceuo=uce

∵ic↑→uCE↓

ic↓→uCE↑∴方向和ic相反12結(jié)論設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，讓交流信號(hào)承載在直流分量之上，保證晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會(huì)產(chǎn)生非線性失真?；竟采浞糯箅娐返碾妷悍糯笞饔檬抢镁w管的電流放大作用，并依靠RC將電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化來實(shí)現(xiàn)的。13組成放大電路必須遵守的原則設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使三極管偏置于放大狀態(tài)。輸入信號(hào)能夠作用于的輸入回路(基極-發(fā)射極回路)。必須設(shè)置合理的信號(hào)通路。5.1.3.放大電路的分析方法當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)后，就要疊加需要放大的交流小信號(hào)uS，為了使電路的靜態(tài)工作點(diǎn)不至于發(fā)生漂移。必須選擇合理的疊加方式。14直接耦合：電路中信號(hào)源與放大電路，放大電路與負(fù)載電阻均直接相連。RCVRBUCCuoRL＋－＋－ui

直接耦合共射放大電路

阻容耦合：電路中信號(hào)源與放大電路，放大電路與負(fù)載電阻均通過電容相連。RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大電路

UCC：直流電源RB：基極偏置電阻RC：集電極偏置電阻RL：負(fù)載電阻ui：正弦信號(hào)源電壓及內(nèi)阻15耦合電容C1、C2（一般幾微法到幾十微法）隔離直流通過交流RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大電路

作用：靜態(tài)工作點(diǎn)與信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻無關(guān)，且不受輸入交流信號(hào)的影響。165.1.3.1直流通路和交流通路直流通路：直流電源作用下直流電流流經(jīng)的道路畫直流通路的原則①C開路，②L短路，③輸入信號(hào)為0（保留內(nèi)阻）RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大電路

RBUCCRC(a)直流通路17交流通路：只考慮交流信號(hào)的分電路畫交流通路的原則①C短路②直流電源對(duì)地短路（恒壓源處理）交流通路18RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大電路

RCuous＋－RsRBRL＋－IiIo(b)交流通路交流通路19直流通路交流通路練習(xí)：請(qǐng)畫出下面電路的直流通路的交流通路。20直流通路交流通路21

由于交流信號(hào)均疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)上，且交流信號(hào)幅度很小，因此對(duì)工作在放大模式下的電路進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行直流分析，后進(jìn)行交流分析。

5.1.3.2

圖解分析法直流分析法分析指標(biāo)：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：圖解法、估算法

交流分析法分析指標(biāo)：Au

、Ri、Ro分析方法：圖解法、微變等效電路法

22圖解法：在已知放大管的輸入特性、輸出特性以及放大電路中其它各元件參數(shù)的情況下，利用作圖的方法對(duì)放大電路進(jìn)行分析。優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象23(一）靜態(tài)工作點(diǎn)圖解當(dāng)輸入信號(hào)Δu1=0時(shí)，在晶體管的輸入回路中，靜態(tài)工作點(diǎn)既應(yīng)在晶體管的輸入特性曲線上，又應(yīng)滿足外電路的回路方程：uBE=VBB-iBRb

畫出直線與橫軸的交點(diǎn)為（VBB,0)，與縱軸的交點(diǎn)為（0,VBB/Rb），斜率為-l/Rb。直線與曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其橫坐標(biāo)值為UBEQ，縱坐標(biāo)值為IBQ.

1、IBQ、UBEQ的圖解242、ICQ、UCEQ的圖解輸出特性曲線與輸出回路方程的交點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。iB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流負(fù)載線與Q點(diǎn)直流負(fù)載線25(二）交流圖解iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)輸入回路的工作波形交流信號(hào)疊加在直流上uBE=VBB+Δu1-iBRb

26

放大器的交流圖解分析(b)輸出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQtuCEtuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQICQRL′A交流負(fù)載線k＝－RL′1交流負(fù)載線：uCE=UCEQ-(iC-ICQ)RL’27tuBE0QuBEiB0iCuCE0QtiBIBQiCtICQtuCE0-1/RLVCEQib放大倍數(shù)Au=

28

共射極放大器的電壓、電流波形①疊加交流信號(hào)后，晶體管各極電流方向、極間電壓極性與靜態(tài)時(shí)相同。②放大器的輸出與輸入信號(hào)是反相（或稱倒相）的。結(jié)論：③直流量保證了交流量的不失真。29（三）非線性失真

非線性失真:當(dāng)輸入某一頻率的正弦信號(hào)時(shí)，其輸出波形中除基波I1m成分之外，還包含有一定數(shù)量的諧波In,n=2,3,…，該失真為非線性失真。它是由于方法電路中的非線性器件引起。非線性失真系數(shù)THD301.Q點(diǎn)過低——截止失真Q點(diǎn)不合適產(chǎn)生的非線性失真31Q交流負(fù)載線iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真Q點(diǎn)過低→動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)，出現(xiàn)截止失真。對(duì)NPN管的共射極放大器，發(fā)生截止失真時(shí)，其輸出電壓出現(xiàn)“胖頂”的現(xiàn)象（頂部限幅），ICQRL′UCEQ最大不失真輸出電壓的幅度為32Q交流負(fù)載線iCiCiB0tuCEuCE0t0Q點(diǎn)過高→動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，出現(xiàn)飽和失真。對(duì)NPN管的共射極放大器，發(fā)生飽和失真時(shí)，其輸出電壓出現(xiàn)“削底”現(xiàn)象（底部限幅）UCEQUCES2Q點(diǎn)過高—飽和失真最大不失真輸出電壓的幅度為33

Uopp=2Uom放大器輸出動(dòng)態(tài)范圍：受截止失真限制，其最大不失真輸出電壓的幅度為因飽和失真的限制，最大不失真輸出電壓的幅度為其中較小的即為放大器最大不失真輸出電壓的幅度，而輸出動(dòng)態(tài)范圍Uopp則為該幅度的兩倍，即34Q點(diǎn)位置與波形失真：Q點(diǎn)過低，uO負(fù)半周易截止失真。PNP管Q點(diǎn)過高，uO正半周易飽和失真。Q點(diǎn)過低，uO正半周易截止失真。NPN管Q點(diǎn)過高，uO負(fù)半周易飽和失真。由于PNP管電壓極性與NPN管相反，故橫軸uCE可改為-uCE。消除飽和失真降低Q點(diǎn):增大RB，減小IBQ減小RC:負(fù)載線變徒。消除截止失真升高Q點(diǎn):減小RB，增大IBQ35

例：UCC=12V，RC=2kΩ，RL=∞，RB=280kΩ，β=100求：①UOPP=？②調(diào)節(jié)RB，使ICQ=2mA，UOPP=？③調(diào)節(jié)RB，使ICQ=3mA，UOPP=？RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

解題思路：第一步：求出ICQ

比較Uom1=ICQRL′和Uom2=UCEQ-UCES臨界大小

∵忽略晶體管的飽和壓降∴UCES臨界=0

36

∴UCEQ-UCES臨界=UCEQ

∴比較Uom1和Uom2大小第二步：若Uom1

＜

Uom2，Uopp=2Uom1

若Uom2

＜

Uom1，Uopp=2Uom2

結(jié)論：動(dòng)態(tài)范圍決定于Uom1、

Uom2

中的小者。當(dāng)Uom1=Uom2時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍最大。（Q點(diǎn)在有效交流負(fù)載線中央）375.1.3.2

等效電路法（一）晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點(diǎn)的估算(a)輸入特性近似

晶體管伏安特性曲線的折線近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝0(b)輸出特性近似飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)38(a)ebc(b)ebcβIBQIBQUBE(on)(c)ebcUBE(on)UCE(sat)(a)截止?fàn)顟B(tài)模型；(b)放大狀態(tài)模型；(c)飽和狀態(tài)模型晶體管三種狀態(tài)的直流模型CQIuBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝039例1：晶體管電路如圖(a)所示。若已知晶體管工作在放大狀態(tài)，試計(jì)算晶體管的IBQ，ICQ和UCEQ。(a)電路ICQ＋－UCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIBQβIBQcICQUCCRC＋－UCEQUBB(b)直流等效電路圖：晶體管直流電路分析40

解：因?yàn)榫w管工作在放大狀態(tài)。這時(shí)用圖(b)的模型代替晶體管，便得到圖)所示的直流等效電路。由圖可知故有41（二）共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析——

微變等效電路法所謂放大電路的微變等效電路，就是把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路，就是把晶體管等效為一個(gè)線性元件。42晶體管的微變等效電路模型43說明①只適用小信號(hào)交流分析（不能用來求Q點(diǎn)）②只針對(duì)低頻44

等效電路法分析共射放大電路根據(jù)直流通路估算直流工作點(diǎn)確定放大器交流通路、交流等效電路計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)45

左：共射極放大器下：交流等效電路46一、電壓放大倍數(shù)------無量綱參數(shù)=

二、輸入電阻RiRi=Rb+rbe三、輸出電阻RoR0=Rc

47對(duì)于電壓輸出。Ro越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)，即負(fù)載變化時(shí)放大器輸出給負(fù)載的電壓基本不變。對(duì)于電流輸出。Ro越大，帶負(fù)載能力越強(qiáng)，即負(fù)載變化時(shí)放大器輸出給負(fù)載的電流基本不變。＋－UsAuUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo48晶體管放大電路的三種接法1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射級(jí)放大電路偏流：當(dāng)電源電壓和集電極電阻確定后，放大電路的Q點(diǎn)由基極電流IB來確定，這個(gè)電流叫偏流。偏置電路：獲得偏流的電路特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便偏置下的工作點(diǎn)在環(huán)境溫度變化或更換管子時(shí)，應(yīng)力求保持穩(wěn)定，應(yīng)始終保持在放大區(qū)。對(duì)信號(hào)的傳輸損耗應(yīng)盡可能小。495.1.4共集放大電路（射極輸出器）＋－－＋UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRB1＋C2(a)電路50

共集電極放大器及交流等效電路(b)交流等效電路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRL’51一、電壓放大倍數(shù)Au因而式中：

Au≤1，而且Uo與Ui同相。射極跟隨器52Ri顯著增大，所以共集電極電路的具有高輸入電阻的特性UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRi與RL’有關(guān)二、輸入電阻Ri53

求共集放大器Ro的等效電路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie三、輸出電阻Ro獨(dú)立源置0，端口設(shè)電壓U0，電流I054式中：Ro與Rs有關(guān)55是基極支路的電阻折合到射極的等效電阻輸出電阻小。56共集電路的特點(diǎn)：①電壓放大倍數(shù)小于1而近于1；②輸出電壓與輸入電壓同相；③輸入電阻高；④輸出電阻低。575.1.5共基放大電路C1－＋Ui＋RE＋C2RCRB1RB2＋CB－＋UoRLUCC(a)共基極放大電路58

共基極放大器及其交流等效電路(b)交流等效電路Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb59Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb一、1.電壓放大倍數(shù)Au式中：

Au與共射電路大小相等，但同相。60二、輸入電阻Ri三、輸出電阻RoIi－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb61

三種基本放大器性能比較621.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性單電源供電。UEE=0，UBB由UCC提供只要合理選擇RB，RC的阻值，晶體管將處于放大狀態(tài)。

固定偏流電路5.1.6靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定63

固定偏流電路缺點(diǎn)：工作點(diǎn)穩(wěn)定性差。（∵IBQ固定，當(dāng)β、ICBO等變化→ICQ、UCEQ的變化→工作點(diǎn)產(chǎn)生較大的漂移→使管子進(jìn)入飽和或截止區(qū)）優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。642、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路（1）直流負(fù)反饋偏置電路（2）分壓式直流電流負(fù)反饋偏置電路65(1)直流負(fù)反饋偏置電路負(fù)反饋機(jī)制的作用：克服Q點(diǎn)的漂移現(xiàn)象，保證Q點(diǎn)的穩(wěn)定。負(fù)反饋電阻:RET↑→β↑→IC↑→UBE↓→UE↑（∵UE=

UBQ﹣UBE，且UBQ基本不變）→IB↓→IC↓(∵IC=βIB)66(2)分壓式直流電流負(fù)反饋偏置電路為了保證ｂ極電壓的穩(wěn)定

RB1：上偏置電阻

RB2：下偏置電阻若IBQ<<I1、I2，

I1≈I267例：電路如右圖所示

已知：

UCC=28V，RC=6.8kΩ,Re=1.2kΩ,

RB1=90kΩ,RB2=10kΩ

求：①β=60的Q點(diǎn)

②β=150的Q點(diǎn)例4電路圖結(jié)論：β從60變化到150，各個(gè)Q點(diǎn)參數(shù)值基本沒有變化，說明電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q的穩(wěn)定性。683、分壓式電流負(fù)反饋偏置電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)注意點(diǎn)：①RB1、RB2選取適當(dāng)小的數(shù)值②RＥ選取足夠大的數(shù)值分壓式直流電流負(fù)反饋偏置電路69

為確保UB固定，要求RB1、RB2的取值愈小愈好。但是RB1、RB2過小，將增大電源UCC的無謂損耗，因此要二者兼顧。通常選取并兼顧UCEQ而取70例：UCC=12V，β=200要求：ICQ=1mA設(shè)計(jì)：RB1、RB2

、RE解：取UEQ=2VIEQ=ICQ=1mARE=2kΩ

UBEQ=0.7VUBQ=UEQ+UBEQ=2+0.7=2.7VIBQ=IEQ/β=1m/200=0.005mAI1=I2=10×IBQ=0.05mARB2=

UBQ/I2=54ΩRB1=(UCC－UBQ)/I1=246Ω分壓式直流電流負(fù)反饋偏置電路71＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RERLUCCRCRB1＋C2

共射極放大器及其交流等效電路(a)電路4.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路動(dòng)態(tài)參數(shù)分析CE＋72

發(fā)射極接電阻時(shí)的交流等效電路Ri=RB1‖RB2‖Ri′Ri′73例5.1.1：晶體管電路如下圖所示。已知β=100，試判斷晶體管的工作狀態(tài)。先判斷晶體管是否處于截止?fàn)顟B(tài)：所以，晶體管不處于截止?fàn)顟B(tài)；

742.再判斷晶體管是處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)

晶體管處于放大狀態(tài)。

75例5.1.2：下圖電路中，若RB1=75kΩ，RB2=25kΩ,RC=RL=2kΩ，RE=1kΩ,UCC=12V，晶體管的β=80，rbb′=100Ω,信號(hào)源內(nèi)阻Rs=0.6kΩ,試求直流工作點(diǎn)ICQ、UCEQ及Au，Ri，Ro和Aus。＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RECE＋RLUCCRCRB1＋C276

解：按估算法計(jì)算Q點(diǎn)：RB2REUCCRCRB1直流通路

77UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us78UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eI