第10章基本放大電路10.1

基本放大電路的組成10.2

放大電路的靜態(tài)分析10.4

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定10.3

放大電路的動態(tài)分析15.5

放大電路中的負(fù)反饋

晶體管的出現(xiàn)引起了電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，其主要用途之一是利用它的放大作用組成放大電路。在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)常要求將微弱的信號放大到所需的數(shù)值去控制較大功率的負(fù)載，執(zhí)行動作。放大的概念:

擴(kuò)音機(jī)是放大電路的典型例子，它由話筒、放大器、和揚(yáng)聲器三部分組成，如后圖。話筒將聲音變成微弱的電信號，放大器將這個(gè)信號加以放大后，利用揚(yáng)聲器把放大了的信號還原成聲音，并且輸出足夠的能量，使聲音宏亮。

電壓放大器功率放大器晶體管放大電路直流電源話筒揚(yáng)聲器放大電路一般由電壓放大和功率放大兩部分組成，先由電壓放大器將微弱的信號進(jìn)行電壓放大，去推動功率放大器，再由功率放大器輸出足夠的功率，去推動執(zhí)行元件動作。

放大的實(shí)質(zhì):

用小能量的信號通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。

對放大電路的基本要求：

1.要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。

2.盡可能小的波形失真。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。

為了獲得足夠大的輸出功率，通常電路的前幾級是電壓放大，最后一級是功率放大，以便輸出有效信號。本章主要討論電壓放大電路AUUiUOAU=UOUi10.1

基本放大電路的組成10.1.1

共發(fā)射極基本放大電路組成共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE10.1

基本放大電路的組成10.1.2

基本放大電路各元件作用晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū)。基極電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE10.1

基本放大電路的組成10.1.2

基本放大電路各元件作用集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時(shí)使信號順利輸入、輸出。信號源負(fù)載共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE

基本放大電路的簡單畫法：單電源供電時(shí)常用的畫法共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE

放大電路示意圖：+-RSESriRO+-EOIiUiIORLUO

放大電路的輸入端用一個(gè)等效電阻ri表示,稱輸入電阻:ri=IiUi放大電路的輸出端用一個(gè)電壓源(EO,RO)表示,它是負(fù)載RL的電源,稱RO為輸出電阻。電壓放大倍數(shù)：AU=UOUi10.1.3

共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui

=0)時(shí):

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論：

(1)無輸入信號電壓時(shí)，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。QIBUBEQUCEICUBEIB無輸入信號(ui

=0)時(shí):

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE？有輸入信號(ui

≠0)時(shí)

uCE

=UCC－iC

RC

uo

0uBE

=UBE+

uiuCE

=UCE+uoIC10.1.3.

共射放大電路的電壓放大作用+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO結(jié)論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析結(jié)論：(3)若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(4)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO10.2

放大電路的靜態(tài)分析

對放大電路的分析分為靜態(tài)和動態(tài)分析兩種情況。放大電路沒有輸入交流信號時(shí)的工作狀態(tài)稱靜態(tài)；動態(tài)則是指放大電路有輸入交流信號時(shí)的工作狀態(tài)。

靜態(tài)分析是要確定放大電路的靜態(tài)值：IB、IC、UCE，即各極電壓電流的直流分量，也稱靜態(tài)工作點(diǎn)Q。（簡稱靜點(diǎn)。）

設(shè)置Q點(diǎn)的目的：①使放大電路的放大信號不失真；②使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動態(tài)的基礎(chǔ)。靜態(tài)分析的是直流分量，因此可用交流放大電路的直流通路來分析計(jì)算。所謂直流通路，指的是無輸入信號時(shí)的直流電流的通路。

畫直流通路時(shí)，可將電容C可看作開路（即將電容斷開），畫出C1、C2中間的這部分電路即可。

斷開斷開+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE輸入端直流通路是：+UCC→RB→B→E→⊥，輸出端直流通路是：+UCC→RC→C→E→⊥，

10.2.1

用直流通路確定靜態(tài)值1.

直流通路估算IB根據(jù)電流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC當(dāng)UBE<<UCC時(shí)，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以

UCE=UCC–

ICRC例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：電路中IB

和IC

的數(shù)量級不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB10.2.2

用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟：

1.用估算法確定IB優(yōu)點(diǎn)：

能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路的影響。2.由輸出特性確定IC

和UCCUCE

=UCC–ICRC

+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流負(fù)載線方程10.2.2

用圖解法確定靜態(tài)值直流負(fù)載線斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流負(fù)載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)O10.3

放大電路的動態(tài)分析當(dāng)放大電路有輸入信號時(shí)，晶體管的各個(gè)電流和電壓都含有直流分量和交流分量。動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后分析信號的傳輸情況，考慮的是電流和電壓的交流分量。所謂動態(tài)，指的是放大電路有信號輸入（ui

0）時(shí)的工作狀態(tài)。動態(tài)分析:

計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。小信號放大電路常采用微變等效電路法，大信號則采用圖解法。

動態(tài)分析的對象是各極電壓和電流的交流分量。目的：

找出Au、

ri、

ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。所用電路：放大電路的交流通路。10.3.1

微變等效電路法

微變等效電路：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。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個(gè)線性元件。線性化的條件：晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析計(jì)算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。當(dāng)信號很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。1.

晶體管的微變等效電路UBEIB對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。10.3.1

微變等效電路法(1)輸入回路Q輸入特性晶體管的輸入電阻晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和ib之間的關(guān)系。IBUBEO(2)輸出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不計(jì)。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù)晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源ic=ib等效代替，即由來確定ic和ib之間的關(guān)系。一般在20～200之間，在手冊中常用hfe表示。OibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-1.

晶體管的微變等效電路rbeBEC晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。2.

放大電路的微變等效電路有了晶體管的微變等效電路，就可以方便的得到放大電路的微變等效電路。首先畫出放大電路的交流通路，它是表示交流分量的傳遞路徑的。畫交流通路的原則是：①圖中的隔直電容C1和C2都看作短路；②電源UCC的內(nèi)阻很小，對交流可看作短路。RBRCuiuORLRSes++–+––

XC0，C可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對交流可看作短路。短路短路對地短路交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE其次：將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。

ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii分析時(shí)假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路2.

放大電路的微變等效電路將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時(shí)，因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài)IE有關(guān)。負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。式中的負(fù)號表示輸出電壓的相位與輸入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS4.放大電路輸入電阻的計(jì)算放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻來等效代替。這個(gè)電阻是信號源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻。定義：輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。+-信號源Au放大電路+-輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻愈大，從信號源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。放大電路信號源+-+-rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSri

5.

放大電路輸出電阻的計(jì)算放大電路對負(fù)載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個(gè)信號源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義：輸出電阻是動態(tài)電阻，與負(fù)載無關(guān)。輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻愈小，負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。RSRL+_Au放大電路+_rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點(diǎn)：

1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求外加2)令或動態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。

10.3.2

非線性失真如果Q設(shè)置不合適，晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設(shè)置過高，動畫晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo適當(dāng)減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1

10.3.2

非線性失真若Q設(shè)置過低，動畫晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成截止失真。適當(dāng)增加基極電流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q設(shè)置合適，信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號幅值可消除失真。10.4

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動。前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變動，嚴(yán)重時(shí)將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。10.4.1

溫度變化對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時(shí)，UBE、、ICBO

。

上式表明，當(dāng)UCC和

RB一定時(shí)，IC與UBE、

以及

ICEO有關(guān)，而這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移。iCuCEQ溫度升高時(shí)，輸出特性曲線上移Q′固定偏置電路的工作點(diǎn)Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升高使IC

增加時(shí)，能夠自動減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。結(jié)論：

當(dāng)溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O10.4.2

分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理

基極電位基本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–10.4.2

分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理VB集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–從Q點(diǎn)穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大越好。但I(xiàn)2越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。而VB過高必使VE也增高，在UCC一定時(shí)，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動態(tài)范圍。在估算時(shí)一般選?。篒2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。參數(shù)的選擇VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–Q點(diǎn)穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：溫度補(bǔ)償電阻

對直流：RE越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好；

對交流：RE越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE。2.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–3.動態(tài)分析對交流：旁路電容CE

將RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro與固定偏置電路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro

？旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–去掉CE后的微變等效電路短路對地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE

ri輸入電阻的計(jì)算：無旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電路ri提高ro不變對信號源電壓的放大倍數(shù)？信號源考慮信號源內(nèi)阻RS時(shí)RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1:在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC及

UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)輸入電阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(2)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE10.4.3多級放大電路及其級間耦合方式耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動態(tài):傳送信號減少壓降損失靜態(tài)：保證各級有合適的Q點(diǎn)波形不失真第二級

推動級

輸入級輸出級輸入輸出多級放大電路的框圖對耦合電路的要求第