《電工電子技術(shù)簡明教程》 課件 13 三極管基本放大電路的連接與測量

1、認識共發(fā)射極放大器電路和共集電極放大器電路、明確各組成元件的作用，能正確連接電路。2、會繪制放大器直流通道圖，估算靜態(tài)工作點，能調(diào)試出合適的靜態(tài)工作點。3、會繪制放大器交流通道圖，會畫微變等效電路圖，能用微變等效電路法分析放大器的動態(tài)特性。返回主目錄任務20三極管基本放大電路的連接與測量知識要點圖13.1信號源、放大器、負載的連接示意圖一、三極管基本放大電路基本放大電路的作用是將信號源輸出的信號按負載的要求進行電壓、電流、功率的放大。信號源、放大電路、負載之間的信號傳遞示意圖如圖13.1所示。對信號源而言，放大器相當于負載。對負載而言，放大器相當于信號源。放大電路與信號源、負載之間有四個連接端點，與信號源的連接端稱為放大電路的輸入端，與負載德連接端稱為放大電路的輸出端。因為三極管只有三個電極，所以必須有一個電極作為輸入電路和輸出電路的公共端。1.三極管基本放大電路的三圖13.2放大電路的三種基本連接方式a)共基極電路b)共發(fā)射極電路c)共集電極電路種連接方式按三極管公共端電極的不同，放大電路有三種基本的連接方式（三種組態(tài)），即共發(fā)射極電路、共基極電路和共集電極電路，如圖13.2所示。2.固定偏置式共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路可以放大信號的電壓、電流和功率，應用比較普遍，其典型電路組成如圖13.3所示。圖13.3固定偏置式共發(fā)射極放大電路3.放大電路的工作原理二、對放大器性能的分析方法放大器性能的分析方法一般有圖解法、估算法、微變等效電路法。圖解法是依據(jù)電路圖中已知的參數(shù)，通過在三極管的輸入和輸出曲線上作圖來確定靜態(tài)工作點、三極管的工作區(qū)域、輸出電壓的范圍、放大倍數(shù)等。圖解法比較直觀，但作圖過程復雜，而且要依據(jù)三極管的特性曲線，在實際電路分析時很少應用。估算法用于工程上估算放大電路的靜態(tài)工作點。微變等效電路法用于分析動態(tài)時放大電路的輸入、輸出電阻和放大倍數(shù)。1.靜態(tài)工作點Q的估算及Q對放大電路性能的影響2.放大電路的動態(tài)分析放大電路的動態(tài)分析是指輸入信號不為零時，分析其輸入、輸出電阻，放大倍數(shù)。輸入信號為小信號時可采用微變等效電路法。1）三極管的等效模型2）交流通道圖的繪制原則3）放大電路的微變等效電路圖4）放大電路動態(tài)參數(shù)的估算①電壓放大倍數(shù)②放大電路的輸入電阻Ri③放大電路的輸出電阻Ro三、分壓偏置式放大器1.分壓偏置式放大器的電路組成放大電路要想不失真的放大輸入信號，必須選擇一個合適的靜態(tài)工作點，而且在放大電路的工作過程中要保持靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。造成靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的因素很多，如電源電壓的波動、器件老化、溫度變化等。這些變化將影響三極管集電極的變化，造成Q的運動變化，容易造成非線性失真。因此只要控制集電極極電流不變，就穩(wěn)定住了靜態(tài)工作點。2.分壓偏置式放大器穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q的原理分壓偏置式放大器的直流通道圖如圖13.14（a）所示。當溫度升高時，三極管的集電極電流ICQ上升，發(fā)射極電流IEQ也上升，發(fā)射極電位UE=IEQRe也上升。三極管的基極電位UB卻保持不變，這樣基極-發(fā)射極間電壓UBEQ將下降，由三極管的輸入特性曲線可見，UBEQ將下降將導致基極IBQ下降，從而導致ICQ的下降?？梢姕囟壬仙龑е翴CQ上升趨勢，而分壓偏置式放大器電路可使ICQ產(chǎn)生下降變化趨勢，這種微調(diào)作用將導致ICQ幾乎不隨溫度變化，從而穩(wěn)定了靜態(tài)工作點。分壓偏置式放大器穩(wěn)定靜態(tài)工作點的過程如下流程圖所示：

分壓式放大器的直流通道圖b）分壓式放大器交流通道圖c）分壓式放大器等效電路圖圖13.14分壓式放大器電路3.分壓偏置式放大器的分析（1）靜態(tài)工作點的估算分壓偏置式放大器的直流通道圖如圖13.14（a）所示，根據(jù)電路定律可推出各電量公式如下：

分析上式可知，在這種電路中，三極管的集電極電流只取決于電路中其他元件的參數(shù)，與三極管的參數(shù)無關(guān)。在維修時，可用參數(shù)有所不同的三極管進行替代，也不會影響放大器的直流性能。分壓偏置式放大器即提高了靜態(tài)工作點的熱穩(wěn)定性，又便于維修，該電路應用比較廣泛。2）動態(tài)參數(shù)的分析分壓偏置式放大器的交流通道圖如圖13.14(b)所示，微變等效電路如圖13.14(c)所示。根據(jù)電路定律可推出各電量公式如下：四、其他組態(tài)放大器1.共集電極放大器——射極輸出器（1）共集電極放大器的電路組成電路圖如圖13.17所示。其中RB是偏置電阻，RE是射極電阻，RL是負載，C1、C2是耦合電容。其交流通道圖如圖13.18(b)所示。從交流通道圖中可見，基極和集電極組成放大器的輸入回路，發(fā)射極和集電極組成放大器的輸出回路，集電極是輸入、輸出回路的公共端，因此該電路稱為共集電極放大器。因從發(fā)射極輸出信號故又稱為射極輸出器。圖13.17共集電極放大器（2）電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析①靜態(tài)工作點估算①靜態(tài)工作點估算畫出該電路的直流通道圖如圖13.18(a)所示。應用電路定律可推出

圖13.17共集電極放大器②動態(tài)特性分析該電路的電壓放大倍數(shù)Au：由圖8-18(c)所示的微變等效電路可得：a)直流通道圖b)交流通道圖c)微變等效電路圖圖13.18共集電極放大器

2．共基極放大器共基極放大器的電路如圖13.19(a)所示。圖中Rb1、Rb2稱為上、下偏置電阻,Rc是集電極直流負載電阻，RE是發(fā)射極電阻（作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點），CB是基極交流旁路電容，C1、C2倍數(shù)耦合電容。輸入回路由三極管的發(fā)射極和基極組成，輸出回路由集電極和基極組成，基極為公共端。a)電路圖b)交流通道圖c)微變等效電路圖圖13.19共基極放大器理論分析指出：共基極放大器的電壓放大倍數(shù)與共發(fā)射極放大器的電壓放大倍數(shù)大小相同，但輸出電壓與輸入電壓同相。共基極放大器不具有電流放大能力，其輸入電阻小，適合與信號源是電流源的前級連接。其輸出電阻較大，帶負載能力較差。共基極放大器的頻率特性好，適用于進行高頻信號的放大。3．調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器是廣泛應用于各種電子設備、發(fā)射和接收機中的一種具有選頻能力的電壓放大器。它的主要特點是晶體管的負載不是純電阻，而是由L、C元件組成的并聯(lián)諧振回路。尤其是對于頻率為：圖13.20共射極單調(diào)諧放大電路的信號，調(diào)諧放大器具有特殊的放大能力。共射極單調(diào)諧放大器的電路圖如圖13.20所示。在圖13.20中，RB1、RB2是上下偏置電阻，保證三極管工作在放大狀態(tài)。RE射極電阻（穩(wěn)定靜態(tài)工作點），CB基極旁路電容，CE射極旁路電容。輸入信號vi經(jīng)T1通過CB和CE送到晶體管的b、e極之間，放大后的信號經(jīng)LC諧振電路選頻由T2耦合輸出。五、多級放大器及其頻率響應1.

多級放大器的電路組成在實際應用中，放大器的輸入信號總是很微弱，要達到負載對信號強度的要求，放大器的放大倍數(shù)就要很高，這是單級放大器難以實現(xiàn)的。單級放這是單級放大器難以實現(xiàn)的。單級放大器的放大倍數(shù)過高，電路不穩(wěn)定，圖13.21多級放大器組成框圖實現(xiàn)預期的性能指標，必須采用多級放大電路。多級放大器的組成框圖如圖13.21所示。輸入級的作用主要是完成與信號源的有效連接并對信號進行放大，要求其輸入電阻高，一般采用共集電極放大器；中間級主要實現(xiàn)對信號電壓的放大，一般可采用幾級共發(fā)射極放大器來實現(xiàn)；輸出級主要用于對信號進行功率放大，輸出負載所需要的功率，并和負載實現(xiàn)最佳匹配。在多級放大電路中，前極相當于是后一級的信號源；后級相當于是前一級的負載。在分析電路時要考慮前后級間的相互影2.多級放大器的級間耦合方式耦合就是指多級放大器各級之間的連接方式。一個單級放大器與另一個單級放大器之間的耦合稱為級間耦合。對于多級放大器的級間耦合有下列要求：減小信號在耦合電路上的損失，保證有用信號的順利傳輸；盡量不影響前后級原有的工作狀態(tài)；信號失真要小。多級放大器常用的級間耦合耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合三種方式。（1）阻容耦合兩級阻容耦合的放大器電路如圖13.22所示。單級放大器是固定偏置的共發(fā)射極放大電路，兩級間通過電容C2和第二級的等效輸入電阻

實現(xiàn)耦合。由于電容具有“隔直通交”的作用，能使有用的交流信號順利從前傳遞到后級，前后級的靜態(tài)工作點又互相不影響，便于電路的設計、調(diào)試和維修。該電路體積小，重量輕，應用廣泛。但阻容耦合方式不適合放大變化緩慢的信號。當信號頻率較低時，耦合電容的阻抗變大，信號的傳輸效率將降低。一般信號的最大容抗是下一級輸入電阻的1/10即可。若放大的是音頻信號，耦合電容常用電解電容；若放大的是視頻信號，常用陶瓷電容圖13.22兩級阻容耦合的放大器電路（高頻損耗?。Ｔ谶x擇耦合電容的容量時，要考慮電容的移相問題。圖13.24阻容耦合方式的兩級放大器（2）變壓器耦合兩級變壓器耦合的放大器電路如圖13.23所示。變壓器T1實現(xiàn)第一級和第二級間的耦合，變壓器T2實現(xiàn)第二級和負載間的耦合。由于變壓器傳遞信號是通過電磁感應，能順利傳遞交流信號，又能隔斷直流，從而使前后級的靜態(tài)工作點互不影響。便于電路的設計、調(diào)試和維修。變壓器還具有變換電壓、電流、阻抗的作用，容易實現(xiàn)前后級間的最佳匹配。變壓器耦合方式的缺點是體積和重量大，價格貴，頻率特性不好，在傳遞高頻信號時可采用磁芯。圖13.23變壓器耦合方式的兩級放大器圖13.24直接耦合方式的兩級放大器3）直接耦合阻容耦合、變壓器耦合的多級放大器共同優(yōu)點是前后級的靜態(tài)工作點相互影響小，便于電路的設計、調(diào)試和維修。缺點是頻率特性不好，造成這種現(xiàn)象的原因是耦合元件電容、變壓器元件本身的特性決定的。把耦合元件去掉，將前后級直接連接，其頻率特性應是最好的，這種耦合方式稱為直接耦合。直接耦合兩級放大器的電路如圖13.24所示。直接耦合多級放大器不僅能放大交流信號，還能放大變化緩慢的信號（直流信號），因此直接耦合放大器又被稱為直流放大器。直接耦合放大器的缺點是前后級的靜態(tài)工作點互相影響，不便于電路的設計、調(diào)試、維修。尤其是該電路受溫漂影響很大，溫漂信號被倍逐級放大，將嚴重干擾壓制有用信號，甚至組成直接耦合放大器無法使用。解決溫漂現(xiàn)象最好的方法是采用差放放大器。直接耦合放大器去掉了在集成電路中無法制作的變壓器、大電容，因此在集成電路中普遍采用的是直接耦合方式。圖13.25單級放大器的頻率特性3.放大器的頻率特性理想放大器應對所有頻率的信號實現(xiàn)等比例大，但實際上放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)是不同的。這是因為電路中存在著性能受頻率影響的元件，如電容、電感、變壓器、三極管PN結(jié)的寄生電容等。放大器的頻率特性是指放大器的放大倍數(shù)向量與信號頻率的關(guān)系。它包括幅頻特性和相頻特性兩部分。其中幅頻特性是指放大器的放大倍數(shù)的大?。＃┡c信號頻率的關(guān)系。相頻特性是指放大器的輸出電壓與輸入電壓的相位差和信號頻率的關(guān)系。通過實驗測得單級共射放大器幅頻、相頻特性曲線如圖13.25所示。單級共射放大器頻率特性表明，在中間一段頻率范