当前位置： >>
第二章 放大电路分析基础
第二章 放大电路 分析基础教学基本要求通过本章学习，掌握放大器电路 的基本结构，掌握模拟电路的基本概 念：交流通路和直流通路、静态工作 点、直流和交流负载线、饱和失真和 截止失真、放大倍数、输入电阻和输 出电阻等。能用微变等效电路分析放 大电路并计算放大电路的性能指标。 能根据输出波形，判断非线性失真的 类型及怎样调整电路参数消除非线性 失真。基本放大电路：一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。??放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅 度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极 管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大的概念：本质：实现能量的控制。 在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入 信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动 负载。 小能量对大能量的控制作用称为放大作用。 放大的对象是变化量。 元件：双极型三极管和场效应管。这里主要介绍电压放大电路。2.1 放大电路工作原理2.2 放大电路的直流工作状态2.3 放大电路的动态分析 2.4 静态工作点的稳定及其偏置2.5 多级放大电路2.1 放大电路工作原理2.1.1 放大电路的组成原理（1）电路结构由NPN型三极管和若干电阻、电容等组成。如图2-1所示。（2）各元件的作用?V：NPN型三极管，放大电路 C A 1? 的核心器件，用来实现放大作用。 V ? ?UBB ：保证发射结处于正向偏 Rs Rb 置，为基极提供偏置电流。 ? Ui U BB ?Rb：为三极管的基极提供合适 us ? ? 的偏置电流，并使发射结获得必 0 输入回路 须的正向偏置电压。?UCC：保证集电结处于反偏，以确 保三极管工作在放大状态；也为输 出信号提供能量。C2 ? Rc U CC输出回路B? U o RL?0图2－1 基本共射极放大电路?RC：其作用是将集电极电流的变化转换成集－射电压的变换，以 实现电压放大。同时电源UCC通过RC加到三极管上，使三极管获得 合适的工作电压，所以也起直流负载的作用。 ?C1、C2：耦合电容，作用是“隔离直流，传送交流” 。一般用电 解电容，连接时电容的正极接高电位，负极接低电位。 ?RL：电路的外接负载，可以是耳机、扬声器或其他执行机构，也 可以是后级放大电路的输入电阻。 C2 B ? （3）放大电路的组成原则 ? C1 A ? 保证三极管工作在放大区， V Rc ? Rs U o RL 发射结正偏，集电结反偏， Rb ? Ui 具备合适的静态工作点。 U CC us U BB ? 保证输入信号加到三极管的 ? ? 0 0 输入回路。 输入回路 输出回路 保证信号电压输送至负载 （即在输出回路能得到放大 图2－1 基本共射极放大电路 了的交流信号）。（4）电路的习惯画法图2－1中使用两个电源UBB和UCC，这给使用者带来不便。在实 际中，常采用单电源供电，其画法如图2－2所示。? U CC Rb C1 ?VRcC ? 2? Uo?Rs ? Ui us ? ?s?RL图2－2 单电源共射极放大电路的 习惯画法2.1.2直流通路和交流通路?分析三极管电路的基本思想：非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别 分析电路中的交、直流成分。 ? U CC 直流通路：电容相当于开路，电 感相当于短路。 Rc Rb C ? 2 交流通路：电容短路，电感开路， ? C1 直流电源对公共端短路。 ? V s ? U o RL 静态：只考虑直流信号，即Ui=0， Rs 各点电位不变（直流工作状态）。 u ? U i s ? ? ? 动态：只考虑交流信号，即Ui不 为0，各点电位变化（交流工作状 图2－2 单电源共射极放大电路的 态）。习惯画法图2－3 基本共射极放大电路的直流通路和交流通路放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必 须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。2.2 放大电路的直流工作状态建立正确的静态工作点（简称Q点）目的：使三极管工作在 线性区以保证信号不失真。 静态分析的任务：根据电路参数和三极管的特性确定静态值 （直流值）UBE、IB、IC 和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。解析法 静态工作点的求解方法 图解法2.2.1 解析法确定静态工作点（近似计算）I BQ ? U CC ? U BEQ Rb硅管 UBEQ = (0.6 ~ 0.8) V锗管 UBEQ = (0.1 ~ 0.2) VICQ ? ? IBQ UCEQ = UCC C ICQ RC图2-3（a）【例1】图示单管共射放大电路中，UCC = 12 V， Rc = 3 k?，Rb = 280 k?，NPN 硅管的 ? = 50，试估算静 态工作点。 解：设 UBEQ = 0.7 VI BQ ? U CC ? U BEQ Rb12 ? 0.7 ?( ) mA 280 ? 40 ?AICQ ? ? IBQ = (50 ? 0.04) mA = 2 mA UCEQ = UCC C ICQ Rc = (12 ? 2 ? 3)V = 6 V2.2.2 图解法确定静态工作点在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方 法求解放大电路的工作情况。输出回路从ab端向左看，iC=f(uCE) ――三极管的输出特性方程 从ab端向右看， uCE = UCC - iCRc ――直流负载线iC ? 0，uCE ? U CC u CE U CC ? 0，iC ? RC输出回路iC ? 0，uCE ? U CC u CE U CC ? 0，iC ? RC输出特性解析 法求 出图 2-4直流负载线Q由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ 、 UCEQ 为静态值。【例2】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 Rb = 280 k?，Rc = 3 k? ，集电极直流电源 UCC=12 V， 试用图解法确定静态工作点。 解：首先估算 IBQI BQ ? U CC ? U BEQ Rb做直流负载线，确定 Q 点 根据 UCEQ = UCC C ICQ Rc12 ? 0.7 ?( )mA ? 40 μA 280iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .图2-5（a）iC /mA4 380 ? A60 ? A静态工作点 40 ? A2 1 0Q20 ? A M2 4 6 8 10 12 图2-5（b）iB = 0 ? AuCE /V由 Q 点确定静态值为： IBQ = 40 ? ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V. A2.2.3电路参数对静态工作点的影响1. 改变 Rb，保持 UCC ，Rc ，? 不变；iC2. 改变 UCC，保持 Rb， Rc ，? 不变；iCQ3 Q1 OIBQ2uCEQ2Q1 OIB图 2-6(a)图 2-6(b)uCERb 增大， Q 点下移； Rb 减小， Q 点上移；升高 UCC，直流负载线平 行右移，动态工作范围增大， 但管子的动态功耗也增大。3. 改变 Rc，保持 Rb， UCC ，? 不变；iC4. 改变 ?，保持 Rb，Rc ， UCC 不变；iCQ1 Q2 OIBOQ2Q1uCEIB图 2-6 (c)图 2-6 (d)uCE增大 Rc ，直流负载 线斜率改变，则 Q 点向 饱和区移近。增 大 ? ， ICQ 增 大 ， UCEQ 减小，则 Q 点移近饱 和区。电路及参数如下图所示，试求静态工作点。2.3 放大电路的动态分析2.3.1 图解法分析动态特性1. 交流通路的输出回路 输出通路的外电路是Rc 和 RL 的并联。 2. 交流负载线 特点：①经过Q点 ②交流负载线斜率为? 1 ? ，其中 RL ? RC // RL O ? RLQ图 2-7交流负载线 uCE /ViC / mA交流负载线 静态工作点IB交流负载线具体作法如下:' 首先作一条?U / ?I ? RL的辅助线(此线有无数条), 然后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线, 如图2 -7所示。' 由于 RL ? Rc // RL , 故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。 交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距, 再与Q点' ' 相连即可得到。U CC ? U CEQ ? I CQ RL连接Q点和 U CC 点即为交流负载线。'【例3】作出图2 - 5(a)的交流负载线。已知特性曲线如图 2- 5(b)所示, UCC=12V, Rc=3kΩ, RL=3kΩ, Rb=280kΩ。 ? 解 首先作出直流负载线, 求出Q点, 如例2所示。 为方便将图2 - 5(b)重画于图2 - 8。 显然R ? Rc // RL ? 1.5k?' L?U ' 作一条辅助线, 使其 ? RL ? 1.5k? ?I 取ΔU=6 V、ΔI=4mA, 连接该两点即为交流负载线的辅助线,过Q点作辅助线的平行线, 即为交流负载线。可以看出' ' ' U CC ? 9V 相一致。与按 U CC ? U CEQ ? I C RL ? 6 ? 2 ? 1.5 ? 9V相一致。iC / m A 4 N 3 ICQ 2 1 0 2 4 辅助线 6 交流负载线 Q 80 ?A 60 ?A 40 ?A 20 ?A M 8 U ′ 10 U 12 CC CC 0 uCE / V图2 C 8 例 3 中交流负载线的画法3.交流波形的画法仍以例3为例, 设输入加交流信号电压为ui=Uimsinωt, 则 基极电流将在IBQ上叠加进ib, 即iB=IBQ+Ibmsinωt, 如电路使 Ibm=20μA,iB ? 40 ? 20 sin?t ( ?A)从图2-8交流负载线可读出相应的集电极电流 iC和 电压uCE，列于表2-1。
单管共射放大电路 当输入正弦波 uI 时， 放大电路中相应的 uBE、 iB 、iC 、uCE 、uO 波形。u BE ? U BEQ ? ube ? U BEQ ? U bem sin ?t i B ? I BQ ? ib ? I BQ ? I bm sin ?t iC ? I CQ ? iC ? I CQ ? I cm sin ?t uCE ? U CEQ ? u ce ? U CEQ ? U cem sin ?t图 2-10单管共射放大电路的 电压电流波形iB60 4020iB / ? AQ?iB0uBE/V t0 00.68 0.7 0.72?uBEuBE/V图 2-9(a)输入回路工作情况tUBEiC / mA iC / mA4交流负载线 80 60ICQ?iC 2QIB = 4 0 ?A20 直流负载线 00t图 2-9(b)0 04.5?uCE67.5912 uCE/VuCE/V t UCEQ输出回路工作 情况分析共射极放大电路中各点波形观察各点波形，可以得出以下几点结论：???a).放大器输入交变电压时，三极管各极电流的方向和极间 电压的极性始终不变，只是围绕各自的静态值，按输入信号 规律近似呈线性变化。 b).三极管各极电流、电压的瞬时波形中，只有交流分量才 能反映输入信号的变化，因此，需要放大器输出的是交流量。 c).将输出与输入的波形对照，可知uo比ui幅度放大且相位相 反。通常称这种波形关系为反相或倒相。2.3.2 放大电路的非线性失真1.由三极管特性曲线的非线性引起的失真iC ib IB Q ic Q ICQ iC ibiBI BQQ ICQ icI BQibO uiuBEOU CEQU CCuCEOUCEQU CCuCEuceuce(a) 因输入特性弯曲引起的失真(b) 输出曲线簇上疏下密引起的失真(c) 输出曲线簇上密下疏引起的失真图2 C 10 三极管特性的非线性引起的失真2.工作点不合适引起的失真（1） 静态工作 点过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真 ―― 截止失真IBQOiB / ? AiB / ? Aib t OOQuBE/VuBE/V结论：iB 波形失真tuiiC 、 uCE (uo )波形失真iC / mA iCNPN 管截止失真时 的输出 uo 波形。ICQOQtO OUCEQuCE/V uCE/Vtuo = uce?解决方法：将输入回路中的基极偏置电阻Rb减小， 以增大IBQ、ICQ，从而使静态工作点Q上移， 保证在输入信号的整个周期内，三极管工作在 输入特性的线性部分，便可解决截止失真问题。（2） Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真―饱和失真iC iC / mA ib(不失真) NPN 管 uo波形ICQQIB = 0 Ot OOUCEQuCE/VuCE/Vtuo = uce?解决方法：将输入回路中的基极偏置电阻Rb增大， 以减小IBQ、ICQ，从而使静态工作点Q下移， 进入三极管放大区的中间位置，便可解决饱和 失真问题。另外，还可以通过调节RC的大小来改善饱 和失真。3. 最大不失真输出电压指当工作状态已定的前提下, 逐渐增大输入信号, 三极 管尚未进入截止或饱和时, 输出所能获得的最大不失真输 出电压。 如ui增大首先进入饱和区, 则最大不失真输出电压受饱和区限制, Ucem=UCEQ-U如首先进入截止区, 则最大不失真输出电压受截止区限 ' 制 U cem ? I CQ RL , 最大不失真输出电压值, 选取其中小的' 一个。 如图2 - 12所示, I CQ RL ? (U CEQ ? U ces ), 所以' U cem ? I CQ ? RLiC / m A 3D交流负载线 iB＝120 ?A 100 ?AB 2 80 ?A 60 ?A Q ICQ 40 ?A 直流负载线 20 ?A C O 2 4 U CEQ U ces ICQR′ L 最大不失真输出波形 6 8 10 12 14 A 0 ?A 16 uCE / V失真输出波形图2 C 12 最大不失真输出电压Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DECD DE ? 2 2iC / mA A交流负载线U om ?QBiB = 0 OCDEuCE/V关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下:(1) 首先作出直流负载线, 求出静态工作点Q。(2) 作出交流负载线。 根据要求从交流负载线可画出输出 电流、 电压波形, 或求出最大不失真输出电压值。图解法小结1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真 的关系；2. 方便估算最大输出幅值的数值；3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响； 4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。2.3.3 微变等效电路法三极管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静 态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的 特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。研究的对象仅仅是变化量微变等效条件 信号的变化范围很小（1） h参数的引出三极管处于共e极状态时, 输入回路和输出回路各变 量之间的关系由以下形式表示: 输入特性: 输出特性:uBE ? f (iB , uCE )iC ? f (iB , uCE )式中iB、 iC、 uBE、uCE代表各电量的总瞬时值, 为直流分量 和交流瞬时值之和, 即iB ? I BQ ? ib , uBE ? uBE ? ube , iC ? I CQ ? ic , uCE ? UCEQ ? uce用全微分形式表示uBE和iC， 则有duBE?uBE ? ?iB?uBE U CEQ diB ? ?uCEI BQI BQduCE（2-8）?iC diC ? ?iB?uC U CEQ diB ? ?uCEduCE（2-9）令?uBE ?iB ?uBE ?iCE ?uC ?iB ?iC ?uCEU CEQ? h11 ? h12 ? h21 ? h22I BQU CEQI BQ则(2 - 8)、 (2 - 9)式可写成duBE ? h11diB ? h12duCE diC ? h21diB ? h22duCE则式(2 - 14)、 (2 - 15)可改写成（2-14）（2-15）U be ? h11I b ? h12U ce I c ? h21I b ? h22U ce（2-16）（2-17）b ＋ Ub e － Ib h1 1 ＋ h12Uce － e图2 C 13 完整的h参数等效电路c Ic h21Ib ＋1 h2 2 Uce －（2） h参数的意义和求法三极管输出交流短路时的输入电阻(也可写成hie)?uBE h11 ? ?iB?uBE U CEQ ? ?iB UCEQ三极管输入交流开路时的电压反馈系数(也可写成hre）?uBE h12 ? ?uCE?uBE I BQ ? ?uCEI BQ三极管输出交流短路时的电流放大系数(也可写成hfe）?iC h21 ? ?iB?iC U CEQ ? ?iB UCEQ三极管输入交流开路时的输出导纳(也可写成hoe)?uC h22 ? ?uCE?iC I BQ ? ?uCEI BQU CE＝常数 iB Q ?iB h1 1＝?uCE ?uBE ?iB U CE ≈ rb e IB iB 0.5 V 1 V U CE＝0 2V h1 2＝ ?uBE ?uCE IBO ?uBEuBEO ?uBEuBEiC h2 1＝ ?iC Q ?iB?iC ?iB≈ ? U CE ?iCiC h2 2＝ Q IB?iC ?uCE IBOU CEuCEO?uCEuCE图2 C 14 从特性曲线上求出h参数可见，这四个参数具有不同的量纲，而且要在输入 开路或输出交流短路条件下求得。 注意： ?h参数都是小信号参数， 即微变参数或交流参数。 ?h参数与工作点有关， 在放大区基本不变。 由于h12、h22是uCE变化通过基区宽度变化对iC及uBE的影响, 一般这个影响很小, 所以可忽略不计。这样(2 - 16)、 (2-17)式又可简化为U be ? h11I b ? rbe I b I c ? h21I b ? ?I bb ＋ Ub e －说明：c Ib rb e e图2 C 15 三极管简化等效电路＋Ic?IbUce －?βIb是受控源，且为电流控制电流源(CCCS)。 ?电流方向与Ib的方向是关联的。 ?β一般用测试仪测出； ?rbe与Q点有关，可用图示仪测出,一般用公式估算。c r′c r b b′ b Ib re re′ e Ub e rc b′? Ibb Ib r b b′ Ie re b′c? Ibe(a) 内部结构示意图(b) 输入等效电路图 2 C 16rbe估算等效电路U be ? I b rbb' ? I e re I e ? (1 ? ? ) I b U be ? I b rbb' ? (1 ? ? ) I b re ? I b [ rbb' ? (1 ? ? ) re ] U be rbe ? ? rbb' ? (1 ? ? ) re Ib 26( mV ) 26 re ? ? (?) I EQ ( mA) I EQ估算公式：26 rbe ? rbb' ? (1 ? ? ) (?) I EQ低频、小功率管 rbb? 约为 300 ? 。2.3.4 三种基本组态放大电路的分析1.放大电路的性能指标（1）放大倍数电压放大倍数Au 电流放大倍数AiUo Au ? UiIo Ai ? Ii互导放大倍数Ag源电压放大倍数AusIo Ag ? UiUo Ui Uo ri Aus ? ? ? ? Au Us Us Ui Rs ? ri互阻放大倍数Ar功率放大倍数ApUo Ar ? IiPo U o I o AP ? ? ? Au Ai Pi Ui Ii（2）输入电阻 ri从放大电路输入端看进去的等效电阻。Ui ri ? Ii对信号源来说，放大器相当于它的负载，ri则表征该负 载能从信号源获取多大信号。一般来说， ri越大越好。测量 ri：Ui Ui ri ? ? R I i U i? ? U iri测量电路（3）输出电阻 ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。Uo ro ? Io测量 ro：U s ? 0 或I s ? 0输出电阻愈小，带载能力愈强。在输入电压作用下，首先打开S， Uo 测得负载开路电压 ，然后闭 合S，测得接入负载时的电压 U'oro ? (Uo' Uo? 1) R L（4）最大输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供 给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值表 示，或有效值表示(Uom 、Iom)。（5）非线性失真系数 D所有谐波总量与基波成分之比，即2 2 U2 ? U3 ? ?D?U1（6）通频带Aum fL：下限频率1 2AumBW fL fHfH：上限频率图 2.3.2（7）最大输出功率与效率输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom 表示。 ? ：效率 Pom ?? PV：直流电源消耗的功率 PV2. 共e极放大电路? U CCRbC1 ? ?VRc??C ? 2交流通路RLRs ? Ui us ? ?sUo?Rs ? us ?Iis?VUi?RbRcRLUo?bcICIo微变等效电路Rs ? us ??Ib Rb riUi?rbe?I bRc?RL U o?ero图2 C 18 共e极放大电路及其微变等效电路(1) 电压放大倍数UO Au ? UiUO ?' ' ??I b RL (式中RL? Rc // RL )U i ? I b rbe ? Au ? ?' ? RLrbe讨论： ①负号：表示共e极放大电路，集电极输 出电压与基极输入电压相位相反。 ②放大倍数与β、静态工作点有关。IO (2) 电流放大倍数 Ai ? Ii流过负载 RL的电流： 而Rc Rc Io ? IC ? ?I b Rc ? R L Rc ? R L Rb Ib ? Ii Rb ? rbe Io Rb Rc Ai ? ?? ? Ii Rb ? rbe Rc ? RLR 若满足 Rb ?? rbe ， c ?? RL ，则Ai ? ?共e极放大电路既有电压放大作用，又有电流放大作用。（3） 输入电阻ri: 由图2 - 18(b)可直接看出ri=Rb∥ri′, 式中?Ui ri ? Ib'由于 Ui=Ibrbe，所以 ri′=rbe。当Rb&&rbe时, 则??ri=Rb∥rbe≈rbe（4） 输出电阻ro:由于当Us=0时, Ib=0, 从而受控源βIb=0, 因此可直接得出 ro=Rc。 ? 注意, 因ro常用来考虑带负载RL的能力, 所以, 求ro 时不应含RL, 应将其断开。 ?（5） 源电压放大倍数UO Ui UO Ui Aus ? ? ? ? Au U s U s Ui U s Ui ri ? U s Rs ? ri ri ? Aus ? Au Rs ? ri3. 共C极放大电路? U CC?静态工作点的求解Rb Rs ? Ui Us ? ?sC1 ? ?V? C2?RL U o ?ReU CC ? U BE ? ? I BQ ? R ? (1 ? ? ) R b e ? I CQ ? ?I BQ ? ?U ? U CC ? I EQ Re ? CEQ ??动态性能指标?交流通路Rs ? Us ?s?VUi?RbReRL U o?Iib rbeeIeIo微变等效电路Rs ? Us ??Ib Rb ri?Ui??I bcReRL U o?roUO (1) 电压放大倍数 Au ? : UiU i ? I b rbe ? (1 ? ? ) I b Re'U o ? (1 ? ? ) I b ?Re // RL ? ? (1 ? ? ) I b Re'Uo (1 ? ? ) Re' Au ? ? U i rbe ? (1 ? ? ) Re'通常 (1 ? ? ) Re' ?? rbe 所以 Au ? 1 且 Au ? 1共C极放大电路的电压放大倍数小于1 而接近于1集电极输出电压与基极输入电压相位相同又称为射极跟随器(2) 电流放大倍数IO Ai ? Ii（忽略Rb分流影响）IO ? ? I e , Ii ? I b? I e ? (1 ? ? ) I b Ai ? ? ? ?(1 ? ? ) Ib Ib(3) 输入电阻ri:ri ? Rb // ri''Ui ri ? ? rbe ? (1 ? ? ) Re' Ib ri ? Rb //[rbe ? (1 ? ? ) Re' ]共c极放大电路输入电阻高, 这是共c极电路的特点之一。(4) 输出电阻ro:U2 ro ? I2Ib rb e I′″? IbRsRbI″ Re I′I2＋ U2 －图2 C 20 求ro等效电路I2 ? I ? I ? I' &'''U2 I ? Re'U2 I ? ' ? ? Ib Rs ? rbe''式中 R ? Rs // Rb .' sI ? ? ?I b ?'''?U 2R ? rbe' s则U 2 (1 ? ? )U 2 I2 ? ? ' Re Rs ? rbe U2 R ? rbe ro ? ? Re // I2 1? ?' s结论：共c极放大电路是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1的放大电路。可用来作输入级、 输出级, 也可作为缓冲级, 用来隔离它前后两级之间的相互影响。4. 共b极放大电路C1s??V? C2?RL U?? U CCoRs ? U i Re Us ? ?Rb 2Rb1 ? CbRcU CCRb1电路习惯画法Rc? C2C ?1 RL?Cb?Rb 2Re??UiRs ? Us ?Uo??静态工作点的求解U BQ Rb 2 ? U CC Rb 1 ? Rb 2I CQ ? I EQU CC ? U BE ? ReI BQ ? I CQ / ?U CEQ ? U CC ? I CQ ( Rc ? Re )?动态性能指标交流通路Rs ? Us ?s?V?Ui?RbReRL U o??微变等效电路Ii Iee?I bIb rbebcIo?Rs ? Us ?U i Re?Rc RL U o?riroUO (1) 电压放大倍数 Au ? Ui' U O ? ? ? I b RL ,：' RL ? Rc // RL ,U i ? ? I b ? rbeAu ??Rrbe' L(2) 输入电阻ri:Ui ri ? Re // ri , ri ? ' Ii' 'U i ? ? I b rbe , I i' ? ? I e ? ?(1 ? ? ) I b rbe ri ? 1? ?'rbe rbe ri ? Re // ? 1? ? 1? ?与共e极放大电路相比, 其输入电阻减小到rbe/(1+β)。(3) 输出电阻ro:当U s ? 0时, I b ? 0, ?I b ? 0, 故rO ? RcIO : (4) 电流放大倍数 Ai ? IiIO ? I c , Ii ? ? I e Ic Ai ? ? ?? ? Ic电流放大倍数小于1且接近于1 共基极放大电路又称为电流跟 随器微变等效电路法的步骤(归纳)1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路 的静态工作点 Q 。2. 求出静态工作点处 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三 极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交 流通路。 4. 列出电路方程并求解。电路如图所示，求电压放大倍数Au，电流放大倍数Ai， 输入电阻ri，输出电阻ro。5.三种基本组态放大电路的比较5.三种基本组态放大电路的比较6.三种分析方法的比较方 法、 解析法 用途 求静态工作点 1．确定静态工 作点。 2．画出电压、 电流波形，分 析失真。 3．确定动态范 围。分析电路的动态 指标优点 简洁，便于初 步估算缺点 不很准确图解法1．直观、形象。 1．要用三极管 2．便于大信号 特性曲线。 2．作图麻烦， ，尤其是关于 有误差。 电压幅值、失 3．只适于简单 真和功率的分 析 电路的分析。 1．不能用于静 态分析。 2．只能用于动 态小信号分析。微变等效电 路法使用方便，适 于各种电路。2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路 2.4.1 问题的提出――基本共e极放大电路存在的问题（1）实验中出现的现象（2）静态工作点的位置发生变化的原因?温度对晶体管参数的影响T ?? I CBO ? ，温度每升高10℃，I CBO ?→一倍；T ?? U BE ? ，温度每升高10℃，U BE ? 2.5mV T ?? ? ? ，温度每升高10℃，?? / ? ? 0.5～1％。?温度对静态工作点的影响T ?? U BE ? ? I BQ ?→Q↑→饱和失真U CC ? U BE ? ? I CQ ? ?I BQ ? (1 ? ? ) I CBO ? Rb温度升高将导致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。iCU CC RCT = 20 ?CQ?T = 50 ?CQ OiBUCC uCE图 2-24温度对 Q 点和输出 波形的影响（3）解决方法 使外界环境处于恒温状态，把放大电路置于 恒温槽中，但这样所付出的代价很高，因而只 应用于一些特殊需要的地方。 从放大电路自身去考虑，使其在工作温度变 化范围内，尽量减小工作点的变化。2.4.2 射极偏置放大电路（1）电路组成――分压式偏置电路说明：1. Re 愈大，同样的 ?IEQ 产生的 ?UEQ 愈大，则 温度稳定性愈好。但 Re 增大，UEQ 增大，要保持输 出量不变，必须增大 UCC。 2. 接入 Re ，电压放大倍数将大大降低。在 Re 两端并联大电容 Ce ，交流电压降可以忽略，则 Au 基 本无影响。 Ce 称旁路电容。（2）稳定静态工作点的原理 直流通路：如右图所示。稳定条件： ①要使基极电位UB恒定， 使它与IB无关。U CC ? I ? Rb 2 ? I R ? Rb1 ? ( I R ? I B ) ? Rb 2 ? I R ? Rb1如果 I R ?? I B ，则 U CC ? I R ? Rb 2 ? I R ? Rb1Rb1 U CC U CC (2-41 ) ? IR ? , U B ? I R ? Rb1 ? Rb1 ? Rb 2 Rb1 ? Rb 2②由于 IE=UE/Re，因而要稳定工作点，应使UE恒定， 不受的影响 ，因此要求满足条件U B ?? U BE则U E U B ? U BE U B IE ? ? ? Re Re Re（2-43）实际中式（2－40）、（2－42）满足如下关系：? I R ? (5 ~ 10) I B ? ?U B ? (5 ~ 10)U BE（2-44）稳定过程由于 UB不随温度变化， T ? ? ICQ ? ? IEQ ? ? UEQ ? ? UBEQ (= UBQ C UEQ) ? ? IBQ ? ? ICQ ?若电路调整适当，可使ICQ基本不变。――电流负反馈式工作点稳定电路（3）静态分析 估算法U BQ Rb1 ? U CC Rb 1 ? Rb 2U EQ Re I EQ ? I CQU EQ ? U BQ ? U BEI EQ ?（2－45）I BQ ?U CEQ1? ? ? U CC ? I CQ ( Rc ? Re )利用戴维宁定理基极回路对直流等效为U BB Rb1 ? U CC Rb 1 ? Rb 2VRbRc Re U CC（2－46） （2－47）U BBRb ? Rb1 // Rb 2则静态工作点可按下式计算：I BQI CQU BB ? U BE ? Rb ? (1 ? ? ) Re ? ?I BQU CEQ ? U CC ? I CQ ( Rc ? Re )（4）动态分析 微变等效电路?Ib Rb1 Rb 2 rirbe?I bRc?RL U o?Ui?roUO ?电压放大倍数 Au ? Ui' U o ? ? ?I b ?Rc // RL ? ? ? ?I b RLU i ? I b rbeUo ?R Au ? ?? Ui rbe?输入电阻ri' Lri ? Rb1 // Rb 2 // rbe?输出电阻roro ? Rc【例4】设图2 - 22中UCC=24V, Rb1=20kΩ, Rb2=60kΩ, Re=1.8 kΩ, Rc=33kΩ,β=50 , UBE=0.7V，求其静态工作点。UB ?Rb1 Rb2 ? Rb1U CC20 ? ? 24 ? 6V 60 ? 2U E ? U B ? U BE ? 6 ? 0.7 ? 5.3V I EQ U E 5 .3 ? ? ? 2.9mA Re 1.8 I EQ 1? ? ? 58 ?AI BQ ?U CEQ ? U CC ? I C ( Rc ? Re ) ? 24 ? 2.9 ? 5.1 ? 9.21V2.5 多级放大电路多级放大电路含有输入级、中间级、输出级。多级放大电路信号源输入级中间级输出级负载图2－26多级放大电路方框图?对输入级的要求：与信号源的性质有关。当输入信号源为高内阻电压源时，要求输入级也必须有高 的输入电阻，以减少信号在内阻上的损失。 输入信号源为电流源，为了充分利用信号源，则要求输入 级有较低的输入电阻。?中间级的任务 ：电压放大。多级放大电路的放大倍数主要取决于中间级，中间级 可能由几级放大电路组成 。?输出级 ：推动负载当负载仅需要足够大的电压时，则要求输出具有大 的电压动态范围。 更多场合下，输出级推动扬声器、电机等执行部件， 需要输出足够大的功率，常称为功率放大电路。2.5.1多级放大电路的耦合方式阻容耦合 三种耦合方式直接耦合变压器耦合（1）阻容耦合Rb1 C1第 一 级RC1 C2 + VT1Rb2Rc2 C 3 + VT2 RL+UCC +? Uo 第 二 级?+? Ui?+图 2-27阻容耦合放大电路优点： (1) 前、后级直流电路互不相通，静态工作点相 互独立； (2) 选择足够大电容，可以做到前一级输出信号 几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利 用。 不足： (1) 不适合传送缓慢变化的信号； (2) 无法实现线性集成电路。（2）直接耦合Rb1 +? Ui?Rc1VT1Rb2Rc2 +UCC+ VT2? UO?图 2-28两个单管放大电路简单的直接耦合特点： (1) 可以放大交流和 缓慢变化及直流信号； (2) 便于集成化。(3)各级静态工作点互相影 响；基极和集电极电位会随着 级数增加而上升； (4)零点漂移。a. 解决合适静态工作点的几种办法 改进电路―(a) +U Rc1 Rc2 CC Rb1 电路中接入 Re2 ， 保证第一级集电极有 + VT1 VT2 较高的静态电位，但 + ? UO ? Ui Re2 第二级放大倍数严重 ? (a) ? 下降。 改进电路―(b) 稳压管动态电阻 很小，可以使第二级 的放大倍数损失小。 但集电极电压变化范 围减小。Rb1 + ? Rc1VT1RRc2VT2+UCC+? Ui? UOVDZ? (b)改进电路―(c) 可降低第二级的 集电极电位，又不损 失放大倍数。但稳压 管噪声较大。 改进电路―(d) 可获得合适的工 作点。为经常采用的 方式。图 2-29+ ? U?Rb1 Rc1 +VDz VT1+U Rc2 CC+ VT2? UO ?? Ui?Rb2(c)Rb1Rc1VT1Re2VT2+UCCiRc2+ ? UO ?(d)直接耦合方式实例b. 零点漂移 直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点， 并缓慢地发生不规则变化的现象。 原因：放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。uI放大电路级数愈多，放 大倍数愈高，零点漂移问题 愈严重。O uOtO 图 2-31 零点漂移现象t抑制零点漂移的措施：?引入直流负反馈以稳定 Q 点；?利用热敏元件补偿放大器的零漂；R1 R + uI?iC1Rc VT1+UCC +uB1 VT2 Re R2uO ?图 2-32利用热敏元件补偿零漂?采用差分放大电路。（3）变压器耦合选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出 功率。 第二级 VT2 、 VT3 组 成推挽式放大 电路，信号正 负半周 VT2、 VT3 轮流导电。图 2-33 变压器耦合放大电路优点： (1) 能实现阻抗变换；(2) 静态工作点互相独立。缺点：(1) 变压器笨重；(2) 无法集成化； (3) 直流和缓慢变化信号不能通过变压器。三种耦合方式的比较 阻容耦合 直接耦合 变压器耦合特点存在 问题 适合 场合各级工作点互 能放大缓慢变 不影响； 化的信号或直流 成分的信号； 结构简单 适合集成化 不能反应直流 有零点漂移现 成分的变化， 象； 不适合集成化 各级工作点互 相影响分立元件交流 放大电路有阻抗变换作用； 各级直流通路互 相隔离。不能反应直流成 分的变化；不适合 放大缓慢变化的信 号； 不适合集成化集成放大电路， 低频功率放大， 直流放大电路 调谐放大图示两级直接耦合放大电路中，已知：Rb1 = 【例5】 240 k?， Rc1 = 3.9 k? ，Rc2 = 500 ? ，稳压管 VDz 的工作 电压 UZ = 4 V，三极管 VT1 的 ?1 = 45，VT2 的 ?2 = 40， UCC = 24 V，试计算各级静态工作点。 如 ICQ1 由于温度的 升高而增加 1%，计算静态输出电压 的变化。 解：设 UBEQ1 = UBEQ2 = 0.7 V，则UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 V Rb1I Rc1 ? U CC ? U CQ1 Rc1iRc1 iC1 iB1Rc1VT1Rc2iC2+UCC++ uI 24 ? 4.7 ?( ) mA ? 4.95 mA ?3.9iB2 VDzVT2uO?I BQ1 ?U CC ? U BEQ1 Rb124 ? 0.7 图 2-30例题的电路 ?( )mA ? 0.1mA 240ICQ1 = ?1 IBQ1 = 4.5 mA IBQ2 = IRc1 C ICQ1 = (4.95 C 4.5 ) mA = 0.45 mA ICQ2 = ?2 IBQ2 = (40 × 0.45 ) mA = 18 mA UO= UCQ2 = UCC C ICQ2RC2= (24 C 18 × 0.5 ) V = 15 V UCEQ2 = UCQ2 C UEQ2 = ( 15 C 4 ) V = 11 V 当 ICQ1 增加 1% 时，即 ICQ1 = (4.5 × 1.01) mA = 4.545 mA IBQ2 = (4.95 ? 4.545) mA = 0.405 mA ICQ2 = (40 × 0.405) mA = 16.2 mA UO = UCQ2 = (24 C 16.2 × 0.5)V = 15.9 V 比原来升高了 0.9 V ， 约升高 6%。2.5.2 多级放大电路的指标计算（1）电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即U o U o1 U o 2 Uo Au ? ? ? ??? ? Au1 ? Au 2 ? ? ? Aun U i U i U 01 U o ( n ?1) 其中， n 为多级放大电路的级数。（2） 输入电阻和输出电阻输入电阻就是输入级的输入电阻，即 输出电阻就是输出级的输出电阻，即ri ? ri1RL1 ? ri 2ro ? ronRsn ? ro ( n ?1)【例6】图示电路中， Rb1= 240 k?，Rc1 = 3.9 k? ， Rc2 = 500 ? ，UZ = 4 V，?1 = 45，?2 = 40， UCC = 24 V，设 稳压管的 rz = 50 ?。试估算总的电压放大倍数 Au ，iRc1 以及输入、输出电阻 ri 和 ro。 Rb1 解：估算 Au1 时， iC1 应将第二级 ri2 作为第一 + iB1 级的负载电阻。Rc1VT1Rc2iC2+UCC+ri 2 ? rbe2 ? (1 ? ? 2 )rZ ? rbb? ? (1 ? ? 2 ) 26 I EQ 2uI ?iB2 VDzVT2uO?? (1 ? ? 2 )rZ?? ? 41? 26 ? ? ?? 300 ? ? ? (41? 50)? ? ? 2 409 ? ? 2.4 k? 18 ? ?? ?rbe1U C1 Au1 ? UI46 ? 26 ? ? ? ? 300 ? ? ? ? 566 ? 4.5 ? ?3.9 ? 2.4 45 ? ?1 ( RC1 // ri 2 ) 3.9 ? 2.4 ? ?118 ?? ?? rbe1 0.566UO ? 2 Rc 2 40 ? 500 Au 2 ? ?? ?? ? ?8.3 U C1 rbe2 ? (1 ? ? 2 ) rZ 359 ? 41? 50所以Au ? Au1 ? Au2 ? (?118) ? (?8.3) ? 979ri ? ri1 ? rbe1 // Rb1 ? rbe1 ? 2.4 k?ro ? Rc 2 ? 500 ?【例7】 下图为三级放大电路。＋ UCC Rb1Rb22Rc2Rb32Rc3＋ C3 V1 ＋ C2 ′ Re2＋ C4 V3 ＋＋ ＋ C1 ReV2 Rb31Ui －1Rb21Re ＋ Ce23RL ＋ C e3 －UoRe2已知:U CC ? 15V , Rb1 ? 150 k?, Rb22 ? 100 k?, Rb21 ? 15k?, Rb32 ? 100 k?, Rb31 ? 22 k?, Re1 ? 20 k?, Re 2 ? 100 k?, Re2 ? 750 k?, Re3 ? 1k?,'Rc2 ? 5k?, Rc3 ? 3k?, RL ? 1k?,三极管的电流放大倍数均为β=50。试求电路的静态工作 点、 电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻。 ?解： 图示放大电路, 第一级是射极输出器, 第二、 三级都是具有电流反馈的工作点稳定电路, 均是阻容耦合, 所以各级静态工作点均可单独计算。 ?第一级:I BQU CC ? U BE 14 .3 ? ? ? 0.012 mA Rb1 ? (1 ? ? ) Re1 150 ? 1020I CQ ? ?I BQ ? 50 ? 0.012 ? 0.61mA U CEQ ? U CC ? I CQ Re1 ? 15 ? 0.61 ? 20 ? 2.8V第二级:U B2 ?Rb21 Rb21 ? Rb22U CC15 ? ? 15 ? 1.96V 100 ? 15U E2 ? U B ? U BE ? 1.26V I EQ 2 UE 1.26 ? ? ? 1.48mA ? I CQ2 ' Re2 ? Re 2 0.85'U CEQ 2 ? U CC ? I CQ2 ( Rc2 ? Re 2 ? Re2 ) ? 6.3V第三级:U B3 ?Rb31 Rb31 ? Rb22U CC22 ? ? 15 ? 2.7V 100 ? 22U E3 ? U B3 ? U BE ? 2.7 ? 0.7 ? 2V I EQ 3 2 ? ? ? 2mA ? I CQ3 Re3 1 U E3U CEQ 3 ? U CC ? I CQ3 ( Rc3 ? Re3 ) ? 7V电压放大倍数:Au ? Au1 ? Au2 ? Au3第一级: ?第一级是射极输出级, 其电压放大倍数(1 ? ? ) R Au1 ? ?1 ' rbe2 ? (1 ? ? ) Re1' e第二级:Au2 ?? ?Rrbe2 ? (1 ? ? ) Re' 2' c2Rc' 2 ? Rc2 // ri3 ? 5 // 0.96 ? 0.8k? Ri3 ? Rb31 // Rb32 // rbe3 ? 100 // 22 // 0.96 ? 0.96 k? 26 26 rbe3 ? Rbb' ? (1 ? ? ) ? 300 ? 51 ? ? 0.96 k? I EQ 3 2 rbe2 26 26 ? Rbb' ? (1 ? ? ) ? 300 ? 51 ? ? 1. 2 k ? I EQ 2 1.48 ? 50 ? 0.8 Au2 ? ? ?5.13 1.2 ? 51 ? 0.1第三级:Au3 ? ?' c3? ?R rbe3' c3R ? Rc3 // RL ? 3 // 1 ? 0.75k? ? 50 ? 0.75 Au3 ? ? ?39 .06 0.96 Au ? Au1 ? Au2 ? Au3 ? 1 ? 5.13 ? 39.06 ? 200输入电阻: ? 输入电阻即为第一级输入电阻ri ? ri1 ? Rb1 // ri1' ? 150 // 178 ? 81k? ri1' ? rbe1 ? (1 ? ? ) Re' 1 ? 178 k? re'1 ? re1 Ri2 ? 3.45k? ri2 ? rb21 // Rb22 //[rbe2 ? (1 ? ? ) Re' 2 ? 100 // 15 // 6.3 ? 4.17 k? 26 26 rbe1 ? rbb ? (1 ? ? ) ? 300 ? 51 ? 2.48 K? I EQ1 0.61输出电阻: ? 输出电阻即为第三级的输出电阻 ??ro=ro3=Rc =3kΩ?3
更多搜索：
All rights reserved Powered by
文档资料库内容来自网络，如有侵犯请联系客服。