第3章放大器基礎(chǔ)(第1講)

放大電路的功能及性能指標(biāo)共發(fā)射極放大電路的組成放大電路的工作原理3.1

放大電路的基本知識(shí)

（1）放大電路功能簡(jiǎn)介放大電路是放大信號(hào)的一種裝置。它的功能是將微弱的電信號(hào)（電壓、電流、功率）放大到所需要的數(shù)值，從而使電子設(shè)備的終端執(zhí)行元件（如繼電器、揚(yáng)聲器、儀表等）有所動(dòng)作或顯示。圖5-1是放大電路功能的方框圖。1.放大電路的功能及性能指標(biāo)

⑴放大電路功能簡(jiǎn)介放大器Rsus＋－RLVK開關(guān)圖5-1放大電路的功能框圖信號(hào)源負(fù)載直流電源向放大器提供輸入的電信號(hào)提供放大所需能源提供足夠的放大能力并盡可能減小失真終端執(zhí)行元件

放大電路的主要性能指標(biāo)有：放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻最大不失真輸出電壓幅值非線性失真系數(shù)通頻帶最大輸出功率和效率等

⑵放大電路的性能指標(biāo)

3.2基本組態(tài)放大電路

——共發(fā)射極放大電路＋usuo共發(fā)射極基本放大電路RsRbVBBTRcVCCRLuiuBEiEiBiCbceuCE＋－－－－－＋＋＋輸入回路輸出回路放大電路組成的原則發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；保證T處于放大區(qū)。輸入信號(hào)得到足夠的放大和順利地傳送。三極管T：實(shí)現(xiàn)電流放大。VBB

、VCC:確保三極管工作在放大狀態(tài)Rb:為放大電路提供靜態(tài)工作點(diǎn)將T集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓詫?shí)現(xiàn)電壓放大3.2.1阻容耦合放大電路

直接耦合放大電路:直接耦合放大電路常見(jiàn)于集成放大器的內(nèi)部電路，以及放大緩慢變化信號(hào)的直流放大器。阻容耦合放大電路:阻容耦合放大電路常見(jiàn)于分立元件構(gòu)成的放大交流信號(hào)的交流放大器中。1.阻容耦合基本共射極放大電路

電容C1和C2把放大電路與信號(hào)源及負(fù)載連接起來(lái)。C1和C2叫做耦合電容，亦稱隔直電容。隔離直流傳送交流。Rb+_+VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUoUi_C1C2⑴靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算

直流通路如圖(b)所示。據(jù)直流通路可以寫出

RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路ICQ=βIBQ

UCEQ=VCC－ICQRc

⑵性能指標(biāo)的計(jì)算

由于電容C1和C2的容量大，在信號(hào)頻率足夠大的情況下，可以認(rèn)為對(duì)交流信號(hào)來(lái)說(shuō)容抗非常小，同與之串聯(lián)的電阻（Ri、RL）相比可以忽略不計(jì)，近似看作短路。再令直流電源VCC短路，就能夠畫出交流通路。將晶體管用簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路來(lái)代換，就得到如圖(c)所示的微變等效電路。根據(jù)該電路來(lái)計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)。⑵性能指標(biāo)的計(jì)算

Rb+_+VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUoUi_C1C2微變等效電路rbeebcIcIbβIbRcRL+_Uo+_IiUi+_UsRb①電壓放大倍數(shù)據(jù)微變等效電路可得

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_式中的負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓反相。式中R’L=Rc//RL，。①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻和輸出電阻

輸入電阻Ri

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_Ri=Rb//rbe

一般情況下都能滿足Rb>>rbe，則Ri≈rbe

輸出電阻Ro令交流信號(hào)源，負(fù)載電阻開路(RL=∞)，則可以從微變等效電路的輸出回路直接觀察得到Ro=Rc

②輸入電阻和輸出電阻

③電流放大倍數(shù)

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_Ri=Rb//rbe

③電流放大倍數(shù)

④考慮信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)的電壓放大倍數(shù)

在Rb>>rbe的條件下，有⑤最大輸出電壓幅值

應(yīng)用圖解法分析電路的最大輸出電壓幅值。由直流通路的輸出回路可以列出電壓方程：VCC=UCEQ+ICQRc由此方程在晶體管T的輸出特性曲線上畫出直流負(fù)載線，它的斜率是-1/Rc。RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_直流通路R’L=Rc//RL

由微變等效電路列出方程：

據(jù)此方程畫出交流負(fù)載線，其斜率-1/R’L。⑤最大輸出電壓幅值

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_-1/R’L-1/RcuCEIBQiCUCEQURUFUCESQRFICQ0Ucemax=min{UR，UF}而輸出信號(hào)電壓。故Uomax=min{UCEQ－UCES，ICQR’L}⑤最大輸出電壓幅值

圖(a)是共射極放大電路。T為PNP鍺管，β=60，UBE=－0.2V，UCES=－0.5V。其他參數(shù)如圖示。求：，Ri，Ro及在不失真的情況下，信號(hào)源的最大幅值是多少？UoRb+_-VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUi_C1C21kΩ400kΩ3kΩ3kΩ30μF30μF(-12V)[例1][例1]圖(a)是共射極放大電路。T為PNP鍺管，β=60，UBE=－0.2V，UCES=－0.5V。其他參數(shù)如圖示。求：，Ri，Ro及在不失真的情況下，信號(hào)源的最大幅值是多少？UoRb+_-VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUi_C1C21kΩ400kΩ3kΩ3kΩ30μF30μF(-12V)[例1]畫出直流通路如圖(b)所示。由于是PNP管，所以電流方向設(shè)為與實(shí)際方向一致，而電壓參考方向與NPN管一樣。由直流通路可列出RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路

―VCC=―IBQRb+UBEQUBEQ=―0.2(V)ICQ=βIBQ=60×0.03=1.8(mA)UCEQ=―VCC―(―ICQRc)=―12+1.8×3=―6.6(V)IEQ=ICQ+IBQ=1.83(mA)畫出放大電路的微變等效電路，如圖(c)所示。RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路

Ri=Rb//rbe=400//1.17≈1.17(kΩ)

Ro=Rc=3(kΩ)RLRiRsRbrbeRcRo+_+_UiIbUsIoIiβIbIcUo+_對(duì)信號(hào)源電壓的放大倍數(shù)為所以Uomax=min{|UCEQ|－|UCES|，ICQR’L}=min{6.6－0.5，1.8×1.5}=2.7V

因?yàn)镻NP型晶體管電路的電壓參考方向使得電壓值為負(fù)值，故公式中代入絕對(duì)值。則電路是固定偏流共射極放大電路，在不發(fā)生失真的條件下，信號(hào)源的幅值不應(yīng)超過(guò)65mV。

2.穩(wěn)定工作點(diǎn)的放大電路

⒈放大器要求Q點(diǎn)穩(wěn)定

放大器正常工作時(shí)，需要有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，如在運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)不穩(wěn)定，則放大器的性能就不會(huì)穩(wěn)定。

⒉放大器靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因①環(huán)境溫度的變化(主要原因)②晶體管的更換③電路元件的老化④電源的波動(dòng)①β變化對(duì)Q點(diǎn)的影響當(dāng)溫度升高時(shí)β值增大，在輸出特性上表現(xiàn)為特性曲線的間隔增寬。(a)β變化對(duì)Q點(diǎn)的影響iC(mA)uCE(V)QICQ80604020iB=0μA0VCCRCVCC80ICQ1Q1在溫度升高后，ICQ增大，UCEQ減小。靜態(tài)工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。⑴

溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響804020iB=0μA60Q2Q0uCE(V)4020iB=0μA6080iCVCCRC(b)ICBO變化的影響溫度升高，ICQ增大，UCEQ減小，工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。②

ICBO的變化對(duì)Q點(diǎn)的影響Q3I’BQ0.675℃iBuBEIBQ0.7Q25℃(c)UBE變化的影響在外電路參數(shù)不變時(shí)，輸入回路所確定的直流負(fù)載線也不變。那么Q點(diǎn)移到Q3點(diǎn)，IBQ將增加到I’BQ的，顯然也要使ICQ增加。反之，溫度降低將使ICQ減小。③

UBE變化對(duì)Q點(diǎn)的影響結(jié)論：綜上所述，溫度升高之后晶體管參數(shù)β、ICBO、UBE的變化都使ICQ增大，靜態(tài)工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。如果溫度降低，則將使ICQ減小，靜態(tài)工作點(diǎn)向截止區(qū)移動(dòng)。采取措施為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，通?？梢圆扇∫韵氯N措施。還有一種是在偏置電路中采取溫度補(bǔ)償措施。一種是將放大器置于恒溫裝置中但造價(jià)太高。另一種是在直流偏置電路中引入負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。⑵分壓式電流負(fù)反饋偏置電路Rb=Rb1//Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQecb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理分壓式電流負(fù)反饋偏置電路在設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)選擇電阻Rb1和Rb2的阻值，使之滿足下面兩個(gè)條件。(Rb1和Rb2近似串聯(lián))

UBQ>>UBEQ

式中為流過(guò)基極分壓電阻Rb1與Rb2的電流。UBQ不變T℃↑→ICQ↑(IEQ↑)→(IEQRe)↑——→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓UBEQ=UBQ-UEQ

+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理Re把與ICQ成正比的電壓IEQRe引回到輸入回路，來(lái)調(diào)節(jié)基-射極電壓UBEQ，從而穩(wěn)定ICQ。這種作用稱為電流負(fù)反饋。因此，這種偏置電路稱為分壓式電流負(fù)反饋偏置電路。①工作原理根據(jù)圖(a)的直流偏置電路可得：

在電路同時(shí)滿足式，UBQ>>UBEQ的條件下,那么UBQ近似恒定，那么晶體管的靜態(tài)工作電流IEQ近似恒定。

由式可知，+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理當(dāng)電路參數(shù)滿足以上兩個(gè)條件時(shí)，靜態(tài)電流IEQ將主要由外電路的參數(shù)VCC、Rb1、Rb2、Re來(lái)確定，而與晶體管參數(shù)β、ICBO、UBE幾乎無(wú)關(guān)。因而大大提高了靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。習(xí)慣上把上面兩式叫做工作點(diǎn)穩(wěn)定條件。UBQ>>UBEQ①工作原理為了兼顧放大電路幾方面的性能，通常采用下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)選擇電路參數(shù)。①工作原理②射極偏置電路的分析計(jì)算在圖(a)的射極偏置電路中，如果電路參數(shù)滿足穩(wěn)定條件時(shí)可以近似估算。因而可以列出UCEQ=VCC－ICQRc－IEQRe≈VCC－ICQ(Rc+Re)+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ⑶穩(wěn)定工作點(diǎn)的共射極放大電路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射極偏置的共射極放大電路

UiUo①電壓放大倍數(shù)

從圖

(a)所示的微變等效電路可得R’L=Rc//RL

IiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoβIb(a)微變等效電路rbe+_+_電路的電壓放大倍數(shù)比固定偏流偏置電路接成的共射極放大電路的電壓放大倍數(shù)小得多。這是由于輸入信號(hào)中有相當(dāng)一部分降落到Re上。僅有一部分加在基-射極轉(zhuǎn)換成和輸出。射極電阻Re越大，穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用就強(qiáng)，放大倍數(shù)的下降也就越多。為了解決放大倍數(shù)下降的問(wèn)題，通常在Re的兩端并聯(lián)上一個(gè)大容量電容（約為幾十到幾百微法）。電容Ce對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)很小的容抗，對(duì)交流電流近似起短路作用，所以電容Ce稱為射極旁路電容。①電壓放大倍數(shù)

+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射極偏置的共射極放大電路

UiUoCe①電壓放大倍數(shù)

①電壓放大倍數(shù)

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)有Ce時(shí)電路的微變等效電路+__+②輸入電阻和輸出電阻

對(duì)于有旁路電容Ce的情況，從微變等效電路可得

在Rb1//Rb2>>rbe時(shí)

Ri=Rb1//Rb2//rbe

Ri≈rbe

用直接觀察的方法可知輸出電阻

Ro=Rc

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)有Ce時(shí)電路的微變等效電路+__+③

最大輸出電壓幅值Uomax用圖解法來(lái)分析最大輸出電壓幅值。對(duì)于有旁路電容Ce的情況，在晶體管的輸出特性所在坐標(biāo)系中畫出直流負(fù)載線和交流負(fù)載線，如圖所示。直流負(fù)載線根據(jù)直流通路得出的方程

UCE=VCC－IC(Rc+Re)作出，其斜率為－1/(Rc+Re)。

交流負(fù)載線根據(jù)從微變等效電路得到的方程作出(R’L=Rc//RL)，其斜率為－1/R’L。

Ucemax=min{UCEQ－UCES，ICQR’L)

-1/R’L用圖解法求UomaxuCEURIBQQUFiCICQ0VCC－1/(Rc+Re)VCCRc+Re③

最大輸出電壓幅值Uomax[例2]電路如圖

(a)所示。晶體管T的UBE=0.7V，β=50。求：①靜態(tài)工作點(diǎn)；②電壓放大倍數(shù)；③最大輸出電壓幅值；④不接電容Ce時(shí)的。⑤若選用β=100的晶體管，重新估算①、②兩項(xiàng)。+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_ReUiUo20kΩ2kΩ4kΩ2kΩ10kΩ30μF30μF100μFC2(a)放大電路解：①

ICQ=βIBQ=50×0.0323=1.62(mA)UCEQ≈VCC－ICQ(Rc+Re)=12－1.62×4=5.5(V)

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)微變等效電路+__+②

③

UR=UCEQ－UCES=5.5－1=4.5(V)UF=ICQR