1、第2章 基本放大電路 第2章 基本放大電路 2.1 放大電路的基本概念放大電路的基本概念 2.2 放大電路的分析方法放大電路的分析方法 2.3 放大電路靜態工作點的穩定放大電路靜態工作點的穩定 2.4 共集放大電路和共基放大電路共集放大電路和共基放大電路 2.5 場效應管放大電路場效應管放大電路第2章 基本放大電路 2.1 放大電路的基本概念放大電路的基本概念 放大電路（亦稱放大器）是一種應用極為廣泛的電子電路。 在電視、廣播、通信、測量儀表以及其它各種電子設備中，是必不可少的重要組成部分。 它的主要功能是將微弱的電信號（電壓、電流、功率）進行放大，以滿足人們的實際需要。例如擴音機就是應用放大

2、電路的一個典型例子。其原理框圖如圖2 -1所示。 圖 2-1 擴音機原理框圖 放大電路輸出信號輸入信號話筒揚聲器第2章 基本放大電路 當人們對著話筒講話時，聲音信號經過話筒（傳感器）被轉變成微弱的電信號，經放大電路放大成足夠強的電信號后，才能驅動揚聲器，使其發出比原來大得多的聲音。放大電路放大的實質是能量的控制和轉換能量的控制和轉換。在輸入信號作用下，放大電路將直流電源所提供的能量轉換成負載（例如揚聲器）所獲得的能量，這個能量大于信號源所提供的能量。 因此放大電路的基本特征是功率放大，即負載上總是獲得比輸入信號大得多的電壓或電流信號， 也可能兼而有之。那么，由誰來控制能量轉換呢？答案是有源器件

3、，即三極管和場效應管等等。 第2章 基本放大電路 2.1.1 基本放大電路的組成和工作原理基本放大電路的組成和工作原理 1. 基本放大電路的組成基本放大電路的組成 所謂基本放大電路基本放大電路是指由一個放大器件（例如三極管）所構成的簡單放大電路。由前面的分析可知，三極管有三個電極， 因此有三種不同的電路組態。下面以應用最廣泛的共射電路為例， 說明其組成原則和工作原理。 圖2-2所示電路中，AO為放大電路的輸入端，外接需要放大的信號ui；BO為放大電路的輸出端，外接負載，發射極是放大電路輸入和輸出的公共端， 所以該電路是共射基本放大電路。 第2章 基本放大電路 圖 2-2 單管共射基本放大電路

4、RbUBBC1uBEbuiiBVceiEiCuCERcUCCC2uoOIBiBOICiCttOUCEuCEtOuotBOOuitOA第2章 基本放大電路 在放大電路中，常把輸入電壓、輸出電壓以及直流電壓的公共端稱為“地”， 用符號“”表示，實際上該端并不是真正接到地，而是在分析放大電路時， 以“地”點作為零電位點（即參考電位點），這樣，電路中任一點的電位就是該點與“地”之間的電壓。 第2章 基本放大電路 2. 工作原理工作原理 假設電路中的參數和三極管的特性能保證三極管工作在放大區。 當輸入信號為零時，放大電路中只有直流信號，放大電路的輸入端AO等效為短路。這時，C1與發射結并聯，C1兩端的直

5、流電壓UC1=UBE，極性為左負右正。同理，C2兩端的電壓UC2=UCE， 極性為左正右負。 當輸入信號加入放大電路時，輸入的交流電壓ui通過電容C1加在三極管的發射結。設交流電壓為ui=Uimsint第2章 基本放大電路 那么，此時發射結上的瞬時電壓uBE為uBE=UC1+ui=UBE+Uimsint上式表明三極管發射結上的電壓是直流電壓和交流電壓的疊加， 也就是說在直流信號基礎之上疊加了一個交流信號。 在uBE的作用下，基極電流iB為iB=IB+ib=IB+Ibmsint由于三極管集電極電流iC受基極電流iB的控制，根據iC=iB，則有iC=IB+Ibmsint=IC+ICmsint第2章

6、 基本放大電路 上式中ICmsint是被放大了的集電極交流電流ic，從圖2-2可以看到集電極和發射極之間的電壓uCE為uCE=UCC-iCRc 當輸入信號ui增大時，交流電流ic增大，Rc上的電壓增大， 于是uCE減小；當ui減小時，ic減小，Rc上的電壓隨之減小，故uCE增大。可見uCE的變化正好與ic的變化方向相反，因此uCE是在直流電壓UCE基礎上疊加一個與ui變化相反的交流電壓uce，即uCE=UCE+uce=UCE-Ucemsint 第2章 基本放大電路 瞬時電壓uCE中的交流分量經電容C2耦合到放大電路的輸出端，于是在輸出端得到一個被放大了的交流電壓uo，該電壓為uo=uce=-U

7、cemsint 通過上述分析可知，三極管的放大是對輸入信號的變化量進行放大，即在輸入端加一微小的變化量，通過基極電流對集電極電流的控制作用，在輸出端得到一個被放大了的變化量，放大部分的能量由直流電源提供。上述三極管各電極的電壓、電流波形，如圖2 - 2所示。 第2章 基本放大電路 2.1.2 放大電路的性能指標放大電路的性能指標 任何一個放大電路都可以看成一個二端網絡。圖2-3為放大電路示意圖，左邊為輸入端口，外接正弦信號源 ，Rs為信號源的內阻，在外加信號的作用下，放大電路得到輸入電壓 ，同時產生輸入電流 ；右邊為輸出端口，外接負載RL，在輸出端可得到輸出電壓 ，輸出電流 。 sUiUiIo

8、IoU圖 2-3 放大電路示意圖 RssUiUiIRi放大電路RooUoIRLoU第2章 基本放大電路 1 放大倍數放大倍數 放大倍數是衡量放大電路放大能力的重要指標。電壓放大倍數是輸出電壓的變化量和輸入電壓的變化量之比。當放大電路的輸入為正弦信號時，變化量也可用電壓的正弦量來表示，即 iouuuUUAA(2-1) 電流放大倍數是輸出電流的變化量和輸入電流的變化量之比， 用正弦量表示為 ioiiiIIAA(2-2) 第2章 基本放大電路 互阻放大倍數是輸出電壓的變化量和輸入電流的變化量之比， 用正弦量表示為 iouiIUA(2-3) 其量綱為電阻。 互導放大倍數是輸出電流的變化量和輸入電壓的變

9、化量之比， 用正弦量表示為 ioiuUIA(2-4) 其量綱為電導。第2章 基本放大電路 2. 輸入電阻輸入電阻 放大電路的輸入端外接信號源，對信號源來說放大電路就是它的負載。 這個負載的大小就是從放大電路輸入端看進去的等效電阻，即放大電路的輸入電阻Ri。通常定義輸入電阻Ri為輸入電壓與輸入電流的比值，即 iiiIUR(2-5) Ri越大，則放大電路輸入端從信號源分得的電壓越大，輸入電壓 越接近于信號源電壓 ，信號源電壓損失小；Ri越小， 則放大電路輸入端從信號源分得的電壓越小，信號源內阻消耗的能量大，信號源電壓損失大，所以希望輸入電阻越大越好。 iUsU第2章 基本放大電路 3 輸出電阻輸出

10、電阻 放大電路的輸出端電壓在帶負載時和空載時是不同的，帶負載時的輸出電壓 比空載時的輸出電壓 有所降低，這是因為從輸出端看放大電路， 放大電路可等效為一個帶有內阻的電壓源， 在輸出端接有負載時，內阻上的分壓使輸出電壓降低，這個內阻稱為輸出電阻Ro，它是從放大電路輸出端看進去的等效電阻。通常定義輸出電阻Ro是在信號源短路（即 =0, Rs保留），負載開路的條件下，放大電路的輸出端外加電壓 與相應產生的電流 的比值，即 oUoUsUUILsRUoIUR0(2-6) 第2章 基本放大電路 在實際工作中，也可根據放大電路空載時測得的輸出電壓 和帶負載時測得的輸出電壓 來得到，即 oUoULooooLo

11、LoRUURURRRU1(2-7) 輸出電阻是衡量放大電路帶負載能力的一項指標， 輸出電阻越小，表明帶負載能力越強。 第2章 基本放大電路 4 通頻帶通頻帶圖 2-4 放大電路的頻率指標 | A|m AfLfHf通頻帶|707. 0m AO第2章 基本放大電路 當放大倍數從當放大倍數從 下降到下降到 （即（即0.707 ）時，在高頻）時，在高頻段和低頻段所對應的頻率分別稱為上限截止頻率段和低頻段所對應的頻率分別稱為上限截止頻率fH和下限截止頻和下限截止頻率率fL。fH和和fL之間形成的頻帶寬度稱為通頻帶，記為之間形成的頻帶寬度稱為通頻帶，記為fBW。 mA2/mAmALHBWfff(2-8)

12、通頻帶越寬表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。 但是通頻帶寬度也不是越寬越好，超出信號所需要的寬度，一是增加成本，二是把信號以外的干擾和噪聲信號一起放大， 顯然是無益的。所以應根據信號的頻帶寬度來要求放大電路應有的通頻帶。 第2章 基本放大電路 5 非線性失真系數非線性失真系數 由于放大器件具有非線性特性，因此它們的線性放大范圍有一定的限度，超過這個限度， 將會產生非線性失真。當輸入單一頻率的正弦信號時，輸出波形中除基波成分外，還含有一定數量的諧波，所有的諧波成分總量與基波成分之比，稱為非線性失真系數D。設基波幅值為A1、二次諧波幅值為A2、三次諧波幅值為A3、，則 213212AAAA

13、D(2-9) 第2章 基本放大電路 6 最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓 最大不失真輸出電壓是指在輸出波形不失真的情況下，放大電路可提供給負載的最大輸出電壓。一般用有效值Uom表示。 第2章 基本放大電路 7 最大輸出功率和效率最大輸出功率和效率 最大輸出功率是指在輸出信號不失真的情況下，負載上能獲得的最大功率，記為Pom。在放大電路中，輸入信號的功率通常較小，經放大電路放大器件的控制作用將直流電源的功率轉換為交流功率，使負載上得到較大的輸出功率。通常將最大輸出功率Pom與直流電源消耗的功率PV之比稱為效率，即 VomPP(2-10) 它反映了直流電源的利用率。 第2章 基本放大電路 2.

14、1.3 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 由放大電路的工作原理可知，放大電路工作在放大狀態時， 電路中交直流信號是并存的。為了便于分析，常將交流信號和直流信號分開研究。 這樣就需要根據電路的具體情況，正確地畫出直流通路和交流通路。所謂直流通路直流通路是指在直流電源作用下，直流電流所流經的路徑。畫直流通路的原則是電容視為開路、電感視為短路。所謂交流通路交流通路是指在輸入信號作用下，交流電流所流經的路徑。畫交流通路的原則是容量大的電容視為短路（如耦合電容），直流電壓源（忽略其內阻）視為短路。 第2章 基本放大電路 現以單管共射放大電路為例，畫出直流通路和交流通路。在圖2-2中，由于UBB和UC

15、C的負端連在一起，為了方便起見，只用一個電源即可。方法是省去基極直流電源UBB，適當調整基極電阻Rb數值，將其接到集電極直流電源UCC的正端，同樣可保證發射結正偏。直流電源UCC的電池符號可以不畫，只標出它對“地”的電壓大小和極性，其正端接集電極電阻Rc，以保證集電結反偏。 如此按習慣畫法畫出外接信號源和負載的單管共射放大電路如圖2-5（a）所示。 根據上述畫直流通路和交流通路的原則可得到圖2-5（a）的直流通路和交流通路如圖2-5（b）和（c）所示。 第2章 基本放大電路 圖 2-5 單管共射放大電路的直流通路和交流通路(a) 單管共射放大電路； (b) 直流通路； (c) 交流通路 uiC

16、1RbRcC2VRLuo UCCRsus(a)RcRbV UCC(b)uiRbVRsus(c)RcRLuo第2章 基本放大電路 2.1.4 靜態工作點的設置靜態工作點的設置 當外加輸入信號為零時，放大電路處于直流工作狀態或靜止狀態，簡稱靜態。此時，在直流電源UCC的作用下，三極管的各電極都存在直流電流和直流電壓，這些直流電流和直流電壓在三極管的輸入和輸出特性曲線上各自對應一點Q，該點稱為靜態工作點。靜態工作點處的基極電流、基極與發射極之間的電壓分別用IBQ、UBEQ表示，集電極電流、集電極與發射極之間的電壓分別用ICQ、UCEQ表示。 由圖2-5（b）的直流通路可求得靜態基極電流為 bBEQC

17、CBQRUUI(2-11) 第2章 基本放大電路 在近似估算中常認為UBEQ為已知量，可近似認為硅管的UBEQ=(0.60.8) V，鍺管的UBEQ=(0.10.3) V。 已知三極管的集電極電流與基極電流之間的關系為 ， 則集電極電流為 ,BCIIBQCQII由圖2-5（b）的集電極回路可得 cCQCCCEQRIUU(2-13) 第2章 基本放大電路 假設圖2-5（a）是不設靜態工作點的放大電路，即將基極電阻Rb去掉，當在輸入端加入正弦交流電壓信號時，由于三極管的發射結的單向導電作用， 在輸入信號的負半周發射結反向偏置，三極管截止，基極電流和集電極電流均為零， 輸出端沒有輸出。 在輸入信號的

18、正半周，由于輸入特性存在導通電壓且在起始處彎曲，使基極電流不能馬上按比例地隨輸入電壓的大小而變化， 導致輸出信號失真。因此放大電路中必須設置靜態工作點，即在沒有輸入信號時，就預先給三極管一個基極直流電流， 使三極管發射結有一個正向偏置電壓，當加入交流信號后，交流電壓疊加在直流電壓上， 共同作用于發射結， 如果基極電流選擇適當，可保證加在發射結上的電壓始終為正， 三極管一直工作在線性放大狀態，不會使輸出波形失真。 此外，靜態工作點的設置不僅會影響放大電路是否會產生失真， 還會影響放大電路的性能指標，如放大倍數、最大輸出電壓等，這些將在后面加以說明。 第2章 基本放大電路 2.2 放大電路的分析方

19、法放大電路的分析方法2.2.1 圖解分析法圖解分析法 所謂圖解分析法就是利用三極管的輸入、輸出特性曲線， 通過作圖的方法對放大電路的性能指標進行分析。通常先進行靜態分析， 即對放大電路未加輸入信號時的工作狀態進行分析， 求解電路中各處的直流電壓和直流電流；然后進行動態分析， 即對放大電路加上輸入信號后的工作狀態進行分析。 第2章 基本放大電路 1 靜態分析靜態分析 圖解法靜態分析的目的就是確定靜態工作點，求出三極管各極的直流電壓和直流電流，分析對象是直流通路，分析的關鍵是作直流負載線。 對于圖2-6（a）所示的單管共射放大電路， 根據已知參數， 求靜態工作點。 （1）由輸入回路求IBQ、UBE

20、Q。單管共射放大電路的直流通路如圖2-6（b）所示。 由基爾霍夫電壓定律，列出基極回路電壓方程，為 bBCCBERIUU(2-14) 第2章 基本放大電路 圖 2-6 單管共射放大電路(a) 電路圖； (b) 直流通路 第2章 基本放大電路 式 （ 2 - 1 4 ） 是 一 個 直 線 方 程 。 令 UB E= 0 ， 則IB=UCC/Rb=12/28042A，得A點（0， 42）；令 IB=0，則UBE= 12V，得B點（12，0）。也可以令在三極管的輸入特性曲線的坐標上標出A、B兩點，并連接，直線AB就是輸入回路的直流負載線，其斜率為-1/Rb。直流負載線與輸入特性曲線的交點就是靜態工

21、作點Q。如圖2-7（a）所示。由圖中讀得IBQ=40 A，UBEQ=0.7 V。 第2章 基本放大電路 （2）由輸出回路求ICQ、UCEQ。在圖2-6（b）直流通路中，其輸出回路ICQ和UCEQ的關系，可由兩個方程來描述，一個是已確定的IBQ=40 A所對應的非線性方程， 即 AICECBQufi40| )(2 - 15) 一個是基爾霍夫電壓定律列出集電極回路的電壓方程， 它是一個線性方程， 為 cCCCCERIUU(2 - 16) 第2章 基本放大電路 根據這兩個方程可在輸出特性曲線坐標上畫出所對應的伏安特性曲線。由非線性方程可得iC和uCE的關系就是對應于IBQ=40 A的那條輸出特性曲線

22、。由線性方程，首先確定兩點，令IC=0 mA，則UCE=UCC=12 V，得點C（12 V，0 mA）；令UCE=0 V， 則IC=4 mA，得點D（0 V，4 mA），連接C、D兩點，直線CD就是線性方程的伏安特性曲線，即輸出回路的直流負載線直流負載線。ICQ和UCEQ應同時滿足兩個方程，因此兩條特性曲線的交點就是靜態工作點Q。如圖2-7（b）所示。從圖中可以讀出UCEQ=6 V，ICQ=2mA。 第2章 基本放大電路 圖 2-7 圖解分析法 AQBUBEQ123iB /A42IBQ200uBE / V46812ICQ 24iC / mAUCEQ6VuCE / VDQ1008040200IB

23、Q40 A直流負載線(a)(b)0C第2章 基本放大電路 2 動態分析動態分析 圖解法動態分析的目的是觀察放大電路的工作情況， 研究放大電路的非線性失真并求解最大不失真電壓幅值。動態分析的對象是交流通路， 分析的關鍵是作交流負載線。 1）根據輸入信號ui在輸入特性曲線上求iB 在圖2-6（a）所示的單管共射放大電路中，加上輸入電壓ui=0.02 sint(V)的正弦交流信號。由于電容C1在靜態（ui=0）時已充電到UBEQ，而對于交流電壓ui來說，C1的容抗可忽略不計， 因此三極管基-射之間的總電壓為uBE=UBEQ+ui=0.7+0.02 sint (V)(2-17) 第2章 基本放大電路

24、如圖2-8所示。當ui足夠小時，輸入特性的工作范圍很小， 可近似看作線性段，因此，交流電流ib也是按正弦規律變化。根據uBE的變化規律，在輸入特性上可畫出對應的iB波形。從圖上可讀出對應于峰值為0.02 V的輸入電壓，基極電流iB將在6020 A之間變動，且瞬時基極電流iB是交直流的疊加，即iB=IBQ+ib=40+20 sint (A) (2-18)第2章 基本放大電路 圖 2-8 加正弦信號時放大電路輸入回路的工作情況 iB /AiB /AibIBQOt6040200IBQQQQ 0.40.8uBE / VOtuBE / VuiUBEQ第2章 基本放大電路 2）根據iB在輸出特性曲線上求i

25、C和uCE (1) 在輸出特性上作交流負載線。將圖2-6（a）所示單管共射放大電路的交流通路畫于圖2-9。由圖可見，在輸出回路中，集電極交流電流ic不僅流過集電極電阻Rc，也流過負載電阻RL，因此放大電路的交流負載電阻 為 LRLcLRRR/(2-19) 按圖中所給參數得 kkkRL5 . 13/3第2章 基本放大電路 輸出電壓uo為 LcceoRiuu(2-20) 所以，輸出回路中交流分量的電壓與電流的關系可用斜率為-1/RL的直線來表示，這條直線稱為交流負載線交流負載線。由于RL=RcRL，所以通常RL小于Rc，交流負載線比直流負載線更陡。 第2章 基本放大電路 圖 2-9 圖2-6(a)

26、單管共射放大電路的交流通路icibuiRb280 kRc3 kRL3 kuoV第2章 基本放大電路 交流負載線的作法是：首先通過靜態分析作出直流負載線， 確定靜態工作點Q。交流負載線和直流負載線必然在Q點相交。 這是因為在線性工作范圍內，輸入電壓在變化過程中一定經過零點。在輸入電壓ui=0的瞬間，放大電路工作在靜態工作點Q。因此在ui=0時刻，Q點既是動態工作中的一點，又是靜態工作中的一點。這樣，這一時刻的iC和uCE應同時在兩條負載線上，那么， 只有兩條負載線的交點才滿足條件。第二步，確定交流負載線上的另一點。將式（2 -20）中的交流電壓、電流信號用瞬時信號和直流信號表示， 即第2章 基本

27、放大電路 令iC=0，則uCE=UCEQ+ICQRL。由于靜態工作點Q已確定，可得到UCEQ和ICQ， 由圖2-7讀出UCEQ=6 V，ICQ=2 mA，那么在輸出特性的橫軸上截取uCE=UCEQ+ICQRL=6+21.5=9 V，即得交流負載線上的另一點P（9 V，0 mA）。連接PQ就是所要作的交流負載線。如圖2-10所示。 第2章 基本放大電路 圖 2-10 交流負載線 iC / mA1008060IBQ40 A200369 P12CuCE / VUCEQLCQRI交流負載線直流負載線QD0ICQ24第2章 基本放大電路 (2) 根據iB波形和交流負載線，求iC和uCE波形。前面由輸入特

28、性得到基極電流iB波形，在iB作用下，iC和uCE的動態關系是由交流負載線來描述的。當iB在6020A之間變動時，輸出特性與交流負載線的交點也隨之改變，設對應于iB=60A的那條輸出特性曲線與交流負載線的交點為Q，對應于iB=20A的那條輸出特性曲線與交流負載線的交點為Q，則放大電路的工作點隨著iB的變化將沿著交流負載線在QQ之間移動，因此直線段QQ是工作點運動的軌跡，常稱為動態工作范圍。 第2章 基本放大電路 圖 2-11 加正弦信號時，放大電路輸出回路的動態分析 交流負載線1008060IBQ40 A200369P12CiC / mA420OOiC / mAicibtICQQQQ tUCE

29、QuceuCE / VuCE / VD12C第2章 基本放大電路 從圖中可得 VtuUumAtiIiceCEQCEcCQCsin5 . 16sin9 . 02輸出電壓uo是總電壓u中的交流成分，即 Vtuuceosin5 . 1則圖2-6（a）電路的電壓放大倍數為 7502. 05 . 1imomiouUUuuA 可見， 輸出電壓比輸入電壓大得多，且與輸入電壓相位相反，因此共射放大電路又稱為反相電壓放大器。 第2章 基本放大電路 3 波形的非線性失真分析波形的非線性失真分析 (1) 截止失真和飽和失真。 當輸入電壓為正弦波時，若靜態工作點合適且輸入信號幅值較小，則三極管工作在放大區，集電極電流

30、ic隨基極電流ib按倍變化，輸出電壓是一個被放大了的正弦波，且與輸入電壓相位相反。如果靜態工作點Q過低，在輸入信號的負半周的某段時間內，三極管基極與發射極之間的電壓uBE小于導通電壓Uon三極管進入截止區，因此，基極電流ib和集電極電流ic波形將產生底部失真，輸出電壓uo波形產生頂部失真，如圖2-12（a）所示。 這種由于管子截止所引起的失真稱為截止失真截止失真。 第2章 基本放大電路 如果靜態工作點Q過高，在輸入信號的正半周靠近峰值的某段時間內，三極管工作點進入飽和區，基極電流ib增大，集電極電流ic不再隨著增大，使集電極電流ic波形產生頂部失真，輸出電壓uo波形產生底部失真，如圖2-12（

31、b）所示。這種由于管子飽和所引起的失真稱為飽和失真飽和失真。 第2章 基本放大電路 圖 2-12 靜態工作點對非線性失真的影響(a) 截止失真； (b) 飽和失真 (a)iCICQiCOtO交流負載線iBQUCEQuCEOtuCE截止失真第2章 基本放大電路 圖 2-12 靜態工作點對非線性失真的影響(a) 截止失真； (b) 飽和失真 交流負載線QiBUCEQuCEiC飽和失真iCICQOuCEtOO(b)第2章 基本放大電路 上述兩種失真都是由于靜態工作點選擇不當或輸入信號幅度過大，使三極管工作在特性曲線的非線性部分所引起的失真， 因此統稱為非線性失真非線性失真。 一般來說，如果希望輸出幅

32、度大而失真小， 工作點最好選在交流負載線的中點。 第2章 基本放大電路 交流負載線iCICQOUCESUCEQ UCESuCEQQQ UCEQLCQRIcemUcemU圖2-13(2) 用圖解法估算最大輸出電壓幅度。第2章 基本放大電路 【例2-1】放大電路及三極管的輸出特性曲線如圖2-14所示， 試確定該電路的電源電壓UCC、基極電阻Rb、集電極電阻Rc、負載電阻RL的數值以及最大不失真輸出電壓幅值Uom。要使靜態工作點移到Q和Q，應改變電路中的哪些參數？ 圖 2-14 例2-1電路圖及輸出特性曲線 (a) 電路圖； (b) 輸出特性曲線(a)(b)iC / mAQ交流負載線4202468Q

33、Q uCE / V直流負載線504030IBQ20 A100Rc UCCC2RLRbC1uiuoV第2章 基本放大電路 解解（1） 由圖2-14的輸出特性曲線可知UCC=8 V，Rb=(UCC-UBEQ)/IBQUCC/IBQ=8/0.02=400 k，IC=UCC/Rc=4 mA，則Rc=UCC/IC=8/4=2 k。因為ICQRL=2 V，所以RL=2/ICQ=2/2=1 k，而RL=RcRL，故RL=2 k。 由圖可讀得U-cem=U-CEQUCES=4-0.8=3.2V，U+cem=ICQRL=2V，所以最大不失真輸出電壓的幅值為Uom=2V。 第2章 基本放大電路 （2）若靜態工作點

34、移到Q，由圖可見基極電流IB增大，則應減小基極電阻Rb，或增大電源電壓UCC；若靜態工作點移到Q，由圖可見，基極電流IB沒有改變，說明Rb和UCC不變，由于Q與Q不在同一條負載線上，說明交流負載線的斜率發生改變， 故應改變集電極電阻Rc和負載電阻RL。 第2章 基本放大電路 2.2.2 小信號模型分析法小信號模型分析法 1 三極管的小信號建模三極管的小信號建模 由有源器件組成的雙口網絡如圖2-15所示。網絡的輸入端電壓和電流分別為ui和ii，網絡的輸出端電壓和電流分別為uo和io。 如果選擇這四個參數中的兩個作為自變量，另兩個作為應變量，則可以得到不同的網絡參數， 如Z參數（開路阻抗參數），

35、Y參數（短路導納參數）及H參數（混合參數）等等。這里，H參數的物理意義明確，測量條件易于實現， 且在低頻范圍內為實數， 所以被用于電路分析及設計。 第2章 基本放大電路 圖 2-15 雙口網絡 雙口有源器件uiiiiouo第2章 基本放大電路 1） H參數等效模型的引出 三極管在共射極接法時，可表示成如圖2-16（a）所示的雙口網絡，以基極b和發射極e作為輸入端口， 以集電極c和發射極e作為輸出端口，則網絡端口的電壓和電流關系就是三極管的輸入特性和輸出特性。 第2章 基本放大電路 圖 2-16 三極管共射H參數小信號模型(a) 三極管共射連接時的雙口網絡； (b) H參數小信號模型 (a)(b

36、)h11ebeUebbIb21eIh1/h22ecIceUce12eb11ebeUhIhUce12eUhce22eb21ecUhIhIVuCEebuBEiBciC),(CEB1BEuifu),(CEB2Cuifi c第2章 基本放大電路 圖2-16（a）的輸入回路和輸出回路的電壓、電流關系可分別表示為 ),(),(21CEBCCEBBEuifiuifu(2-27) (2-28) 研究三極管在小信號作用下，電壓、電流各變化量之間的關系，可對式（2-27）、（2-28）求全微分得 CEICEBEBUBBEBEduuudiiuduBCECEICECBUBCCduuidiiidiBCE(2-29)(2

37、-30)第2章 基本放大電路 由于duBE、duCE、diB、diC表示小信號的變化量，所以它們可分別用 來取代。根據電路原理網絡分析知識， 由式（2-29）和（2-30）可得H參數方程 cbcebeIIUU、ceebecceebebeUhIhIUhIhU22121211(2-31)(2-32)h11e、h12e、h21e、h22e稱為共射接法下的H參數，其中 、CEUBBEeiuh11BCEBICECeUBCeICEBEeuihiihuuh222112、第2章 基本放大電路 2） H參數的物理意義 通過研究H參數與三極管特性曲線的關系， 可以進一步理解H參數的物理意義及求解方法。 h11e是

38、當uCE=UCEQ時，uBE對iB的偏導數。從輸入特性曲線上看，就是對應uCE=UCEQ那條輸入特性曲線上Q點的切線斜率的倒數，如圖2-17（a）所示。小信號作用時，h11e= uBE/ iBuBE/iB，故h11e表示小信號作用下b-e間的動態電阻，記作rbe。Q點越高，輸入特性曲線越陡，rbe值就越小。 第2章 基本放大電路 h12e是當IB=IBQ時uBE對uCE的偏導數。從輸入特性上看，就是在IB=IBQ的情況下，uCE對uBE的影響，如圖2-17（b）所示。小信號作用時，h12euBE/uCE，表示反向電壓傳輸比，當uCE1 V時， uBE/uCE的值很小，一般小于10-2。 h21

39、e是當uCE=UCEQ時iC對iB的偏導數。在小信號作用時，從輸出特性曲線上看，h21e=iC/iBiC/iB，體現了基極電流對集電極電流的控制作用，如圖2-17（c）所示。因此，h21e表示三極管的電流放大系數。 第2章 基本放大電路 h22e是當IB=IBQ時iC對uCE的偏導數。從輸出特性上看，h22e是在IB=IBQ的那條輸出特性曲線上Q點處的電導，它表示輸出特性曲線的上翹程度，如圖2-17（d）所示。在小信號作用時，h22e=iC/uCEiC/uCE，則1/h22euCE/iC，因此1/h22e表示c-e間的動態電阻rce。 第2章 基本放大電路 圖 2-17 H參數的物理意義及求解

40、方法 (a)(b)UBEQuBEuBEOIBQiBiBQuCEUCEQiBuBEuBEOIBQUBEQQuCEuCE UCEQ第2章 基本放大電路 圖 2-17 H參數的物理意義及求解方法 iCICQiCQOUCEQuCEiBiCIBQuCEUCEQICQiCuCEO(c)(d)Q第2章 基本放大電路 3） 簡化的H參數等效模型 由第 1 章三極管的輸入特性可知，當三極管工作在放大區時， c-e間的電壓對輸入特性曲線的影響很小，UCEUBE以后的輸入特性基本重合，因此可認為h12euBE/uCE0，故三極管的輸入回路只等效為一個動態電阻rbe。從三極管輸出特性可知，當三極管工作在放大區時，c-

41、e間的電壓變化對iC的影響很小，隨著uCE的增大，每條輸出特性曲線幾乎是平行于橫軸的平行線，因此可認為h22eiC/uCE0，則rce近似為，輸出回路只等效為受基極電流控制的受控電流源Ib。簡化的H參數小信號模型如圖2-18所示。 .第2章 基本放大電路 圖 2-18 簡化的H參數小信號模型 bIcIbceUbeUrbebIce第2章 基本放大電路 4） rbe的物理意義及表達式 圖 2-19 三極管動態rbe的估算 (a) 結構； (b) 等效電路rccb rcIbb rbeIrebIPb集電區體電阻集電結結電阻發射結結電阻發射區體電阻基區體電阻ecNN(a)eIeb rbIbIbb rbb

42、beUce(b)eb r第2章 基本放大電路 由PN結電流方程可知，發射結的總電流 ) 1(/TUuSEeIi（u為發射結總電壓） 對上式在Q點處求導可得 TUuSTQEeIUdudi/1 由于發射結處于正向偏置，u大于導通電壓，常溫下UT26 mV，因此可認為iEISeu/UT，以Q點作切線，其斜率為 TEQTEQEQEUIUidudiui第2章 基本放大電路 則發射結的結電阻在常溫下為 EQEQTQEebImVIUiur26從圖2-19（b）等效電路中可得b-e間電壓為 )1 ()1 (ebbbbebbbbbebebbbberrIrIrIrIrIU由此可得rbe的近似表達式為 EQTbbb

43、beBBEbeIUrIUiur)1 (第2章 基本放大電路 2用小信號模型分析共射基本放大電路用小信號模型分析共射基本放大電路 1） 畫出小信號等效電路 圖 2-20 共射基本放大電路的動態分析(a) 電路圖； (b) 小信號等效電路 (a)(b)RccC2RLbRbC1RsusuieVRssUiURbrbebIbIbcIRcoURLce UCCuo第2章 基本放大電路 2） 求電壓放大倍數、 輸入電阻和輸出電阻 (1) 電壓放大倍數。根據電壓放大倍數的定義，利用三極管 對的控制關系，可得輸入、輸出電壓分別為 bIcILbLcobbeiRIRIUIrU式中，RL =RcRL。所以電壓放大倍數為

44、 beLiourRUUA式中負號表示輸出電壓與輸入電壓反相。 (2-34) 第2章 基本放大電路 (2-35) 放大電路的源電壓放大倍數源電壓放大倍數為輸出電壓與信號源電壓的比值，用Aus表示。設放大電路的輸入電阻為Ri，由圖2-20可知 ssiiiURRRU則 siiusiiosousRRRAUUUUUUA第2章 基本放大電路 (2) 輸入電阻。 將共射基本放大電路的小信號等效電路重新畫在圖2-21中。 圖 2-21 求共射放大電路的輸入電阻 iURbrbebIbIbcIRcoURLiIRbIRiec第2章 基本放大電路 根據放大電路輸入電阻的定義，有 iiiIUR由圖可見 beibibRb

45、irURUIII故 bebirRR/(2-36) 第2章 基本放大電路 (3) 輸出電阻。利用圖2-22所示電路計算輸出電阻。 圖 2-22 求共射放大電路的輸出電阻 0sURbrbe0bI0bIb0cIRcUecIiURoRs第2章 基本放大電路 根據輸出電阻定義，在外加電壓 作用下，產生相應的電流 ，則輸出電阻為 UIcRUoRIURLs0(2-37) 應當指出，放大電路的輸入電阻與信號源內阻無關，輸出電阻與負載無關。 上面對共射放大電路進行了動態分析，一般地說，希望放大電路的輸入電阻高一些好，這樣可避免信號過多地衰減；對于輸出電阻希望越小越好，從而可以提高帶負載能力。此外，由于動態參數與

46、Q點緊密相關，因此，只有靜態工作點合適，動態分析才有意義，所以，對放大電路進行分析時應遵守“先靜態, 后動態”的原則。 第2章 基本放大電路 【例2-2】在圖2-20（a）中，已知三極管參數rbb=300 ，=60，UBEQ=0.7 V，UCES=0.4 V，電路中的其它參數UCC=20V， Rb=500 k，Rc=6 k，Rs=1 k，RL=12 k，求該放大電路的 和最大輸出電壓有效值。 解解（1） 靜態分析，求靜態工作點Q。由電路圖中的直流通路可得 oiusuRRAA、VRIUUmAIImAAIIAmARUUIcCQCCCEQCQEQBQCQbBEQCCBQ6 . 564 . 2204

47、. 24 . 2240040604004. 05007 . 020第2章 基本放大電路 （2） 動態分析。 根據2-20（b）放大電路的小信號等效電路， 先求三極管的動態電阻kmAImVrrEQbbbe14 . 226)601 (300)()(26)1 (然后計算電壓放大倍數，因RL =6 k12 k=4 k，則 kRRRRRAAkrRRrRAcosiiuusbebibeLu612011124011/500/2401460第2章 基本放大電路 （3） 估算最大輸出電壓有效值。因為 VRIUVUUULCQcemCESCEQcem6 . 944 . 22 . 54 . 06 . 5所以最大輸出電壓

48、有效值為 VUUcemom7 . 32 . 52121第2章 基本放大電路 2.3 放大電路靜態工作點的穩定放大電路靜態工作點的穩定 2.3.1 靜態工作點穩定的必要性靜態工作點穩定的必要性 由前面的討論可知，靜態工作點不僅決定了輸出波形是否失真，而且還影響電壓放大倍數及輸入電阻等動態參數，所以在設計和調試放大電路時，必須設置一個合適的靜態工作點Q。影響工作點不穩定的原因很多，例如電源電壓變化、電路參數變化、管子老化等等，但是最主要的原因是由于三極管的參數（ICBO、UBE、 等）隨溫度的變化而造成靜態工作點的不穩定。例如溫度升高時，三極管少子形成的反向飽和電流ICBO要增大，溫度每升高10

49、ICBO約增加一倍，而三極管的穿透電流ICEO=(1+)ICBO增加的幅度更大。同時，溫度升高導致三極管載流子運動加速，在基區電子和空穴復合的機會減少，使增大。根據實驗結果，溫度每升高1，增加0.5%1.0%左右，UBE減小22.5 mV。 第2章 基本放大電路 前面所討論的共射基本放大電路中，當電源電壓UCC和集電極電阻Rc確定后，放大電路的Q點就由基極電流IB決定，這個電流稱為偏流，而獲得偏流的電路稱為偏置電路。又由于當Rb數值確定后， 基極電流IB就固定了，因此它又稱為固定偏置的放大電路。 在固定偏置的放大電路中，靜態工作點Q是由基極偏流IBQ和直流負載線共同決定的，如圖2-23所示的Q

50、點。雖然IB Q（IBQUCC/Rb）和直流負載線斜率（-1/Rc）不隨溫度變化，但是當溫度升高時，增大，IC隨著增大，輸出特性曲線上移，例如靜態工作點，由Q點移到Q1點而接近于飽和區了。當輸入信號較大時必將出現飽和失真。反之，當溫度降低時，Q點將沿直流負載線下移，靠近截止區，易出現截止失真。 第2章 基本放大電路 圖 2-23 靜態工作點受溫度影響而移動 iC / mA430uCE / V21ICQ1ICQQ1Q2.55IB 020 A40 A60 A60 A第2章 基本放大電路 2.3.2 穩定靜態工作點的措施穩定靜態工作點的措施 1 Q點穩定的分壓式偏置電路點穩定的分壓式偏置電路 在實際

51、使用的放大電路中，除了選用溫度影響比較小的硅三極管和改善工作環境溫度外，最主要的是找出一種能夠自動調節Q點位置的偏置電路，使Q點能夠穩定在合適的位置上。 靜態工作點Q穩定電路如圖2-24所示，圖（a）為直接耦合方式，圖（b）為阻容耦合方式，它們具有相同的直流通路如圖（c）所示。 第2章 基本放大電路 圖 2-24 靜態工作點穩定電路(a) 直接耦合電路； (b) 阻容耦合電路； (c) 直流通路 (b)Rc UCCC2VRb2RLuoCeRb1C1ui(a)Rc UCCVRb2uoRb1uiReRe(c)Rc UCCVRb2Rb1ReBUBQIBQI2IEQUEQICQI1第2章 基本放大電路

52、 在圖2-24（c）所示的電路中，B點的電流方程為 I2=I1+IBQ為了穩定Q點，通常情況下，參數的選取應滿足 I1IBQ (2-38)因此，I2I1，則B點的電位 CCbbbBQURRRU211(2-39) 式(2-39)表明基極電位只取決于直流電壓源和基極電阻值， 而與三極管參數無關，即不受環境溫度的影響。 第2章 基本放大電路 如果溫度升高引起集電極電流ICQ增大，那么，發射極電流IEQ也相應增大，發射極電阻Re上的電壓UEQ=IEQRe也隨之增大； 由于UBQ基本不變，因此當UEQ增大時，UBEQ=(UBQ-UEQ)減小。 根據三極管的輸入特性，基極電流IBQ減小，ICQ也隨之減小。

53、這樣由于發射極電阻的作用，牽制了ICQ的增大，最終使Q點趨于穩定。上述變化過程可表示為 T()ICQIEQUEQUBEQIBQ ICQ 第2章 基本放大電路 可以看出這種自動調節過程實際上是將輸出電流ICQ通過發射極電阻Re引到輸入端，使輸入電壓UBEQ變化，而達到穩定工作點的目的。顯然，Re越大，Re上的壓降越大，自動調節能力越強， 電路穩定性越好。但是，Re太大，會使電壓放大倍數下降，所以Re應適當取值。如果電路滿足UBQUBEQ，則UBQUEQ=IEQRe， 這時 ebbCCbeBQEQCQRRRURRUII)(211第2章 基本放大電路 綜上所述，只要電路滿足I1IBQ，UBQUBEQ

54、這兩個條件， 那么，就可以認為ICQ主要由外電路參數UCC、Rb1、Rb2和Re決定， 與三極管的參數幾乎無關。這不僅提高了靜態工作點的穩定性， 并且在更換三極管時，不必重新調整工作點，給批量生產帶來了很大方便。 在兼顧其它指標的情況下，通常選用I1=(510)IBQ， UBQ=(510)UBEQ。 另外，為了不削弱交流信號的放大作用，通常在電阻Re的兩端并聯一個大電容Ce，Ce稱為射極旁路電容。由于Ce具有“隔直流，通交流”的作用，因此它對靜態工作點沒有影響，但是對交流信號起旁路作用，即交流信號作用時，Ce將Re短接，使發射極電阻Re上沒有交流信號，防止了放大倍數的下降。 第2章 基本放大電

55、路 2 其它穩定其它穩定Q點的方法點的方法 當電源電壓不變時，三極管發射極電壓UBEQ會隨著溫度的升高而減小，導致放大電路靜態工作點不穩定。消除這種不穩定因素的方法是補償法。利用二極管或熱敏電阻等溫度敏感元件的溫度特性來補償三極管UBEQ隨溫度的變化，使Q點更穩定。 利用二極管的補償法是在分壓式射極偏置電路的支路串聯一個二極管，如圖2-25 所示。利用二極管VD的正向電壓隨溫度的變化去抵消三極管UBEQ隨溫度變化所產生的影響，從而使靜態工作點穩定。 第2章 基本放大電路 圖 2-25 利用二極管VD補償uBE變化 Rc UCCC2VRb2RLuoCeRb1BC1uiReI2IBQI1VD第2章

56、 基本放大電路 2.3.3 分壓式射極偏置電路的分析分壓式射極偏置電路的分析 1 靜態分析靜態分析 靜態分析主要是求解靜態工作點。根據圖2-24（c）的直流通路，由式（2 - 38）和式（2-39）可得集電極電流 eBEQBQEQCQRUUII(2-40) 管壓降 UCEQ=UCC-ICQ(Rc+Re) (2-41) 基極電流 CQBQII(2-42) 第2章 基本放大電路 2 動態分析動態分析 圖 2-26 圖2-24(b)的小信號等效電路 iUbIRb1Rb2brbebIcIRcoURLce第2章 基本放大電路 由圖2-26可得 beLiourRUUA其中 cobebbiiiLcLRRRR

57、RIURRRR/21(2-43) (2-44) (2-45) 第2章 基本放大電路 2.4 共集放大電路和共基放大電路共集放大電路和共基放大電路 2.4.1 共集放大電路共集放大電路 共集電極放大電路如圖2-27（a）所示。圖（b）和（c）分別是它的直流通路和交流通路。由交流通路可見，輸入信號從基極與集電極（即地）之間加入，輸出信號從發射極與集電極之間取出。集電極是輸入、輸出回路的公共端，所以稱為共集電極放大電路。又因為輸出信號從發射極引出，故又稱射極輸出器。 第2章 基本放大電路 圖 2-27 基本共集電極放大電路(a) 電路圖； (b) 直流通路； (c) 交流通路 bRbC1Vc UCC

58、eReC2RLuouiRsusVReRbIBQICQ UCCIEQUBEQUCEQRbVRssUiUReRLoU(a)(b)(c)第2章 基本放大電路 1 靜態分析靜態分析根據圖2-27（b）的直流通路， 可列出輸入回路方程 eEQBEQbBQCCRIURIU由于IEQ=(1+)IBQ， 所以 ebBEQCCBQRRUUI)1 (2-46) eCQCCeEQCCCEQBQCQRIURIUUII(2-47) (2-48) 第2章 基本放大電路 2 動態分析動態分析 將圖2-27（c）交流通路中的三極管用H參數小信號模型來等效，便得到共集電極放大電路的小信號等效電路，如圖2-28所示。 圖 2-2

59、8 共集電極放大電路的小信號等效電路 RssUiURbIRbbiIbIRiiRbIrbeReoRRLRooUeeIc第2章 基本放大電路 (1） 電壓放大倍數。令RL =ReRL，由圖2-28小信號等效電路可得)1 ()1 ()/(LbbebLebebiLbLeLeeoRIrIRIrIURIRIRRIU則電壓放大倍數為 )1 ()1 (LbeLiouRrRUUA(2-49) 第2章 基本放大電路 式（2-49）表明， 大于0且小于1，說明輸出電壓與輸入電壓同相, 并且 。通常(1+)RLrbe，則 ， 即，因此射極輸出器又稱為射極跟隨器。雖然電壓放大倍數 ，電路沒有電壓放大能力，但是，輸出電流

60、 遠遠大于輸入電流 ，所以具有電流放大作用。可見， 無論是電壓放大或電流放大，放大電路都可實現功率放大。 uAioUU1uAioUU1uAeIbI第2章 基本放大電路 （2） 輸入電阻。根據圖2-28，若暫不考慮Rb，則輸入電阻Ri為 )1 ()1 (LbebLbbebbiiRrIRIrIIUR(2-50) 式中RL =ReRL，由于流過RL上的電流 比 大(1+)倍， 所以把發射極回路的電阻RL折算到基極回路應擴大(1+)倍， 因此共集電極放大電路的輸入電阻比共射放大電路的輸入電阻大得多。 eIbI第2章 基本放大電路 現將Rb考慮進去計算輸入電阻，即從Rb兩端看進去的輸入電阻為 /ibii