第四節根本放大電路放大的概念電子技術中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網絡表示，如圖。uiuoAu放大的概念:放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。放大的實質:

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化成交流能量輸出。對放大電路的根本要求：1.要有足夠的放大倍數(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、通頻帶等其它技術指標。本章主要討論電壓放大電路，同時介紹功率放大電路。根本放大電路的組成形式三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理一、根本放大電路的組成一共發射極根本放大電路組成共發射極根本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE負載信號源RB+ECEBRCC1C2T共射放大電路放大元件iC=iB，工作在放大區，要保證發射結正偏，集電結反偏。uiuo輸入輸出參考點RL++使發射結正偏，并提供適當的靜態工作點IB和UBE。RB+ECEBRCC1C2TRL基極電源與基極電阻共射放大電路++共射放大電路集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。RB+ECEBRCC1C2TRL++共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉變為變化的電壓。RB+ECEBRCC1C2TRL++共射放大電路組成耦合電容：電解電容，有極性，大小為10

F~50

F作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2TRL++uiuo雙電源供電可以省去RB+ECEBRCC1C2TRL++RB單電源供電+ECRCC1C2TRL++單電源供電時常用的畫法共發射極根本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE本章符號規定UA大寫字母、大寫下標，表示直流量。uA小寫字母、大寫下標，表示全量。ua小寫字母、小寫下標，表示交流分量。二共射放大電路的分析1共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui

=0)時:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結論：(1)無輸入信號電壓時，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)分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態工作點。QIBUBEQUCEICUBEIB無輸入信號(ui

=0)時:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(ui

≠0)時uCE=UCC－iC

RCuo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC1共射放大電路的電壓放大作用+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO結論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發生了變化，都在直流量的根底上疊加了一個交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動態分析iCtOiCtICOiCticO靜態分析3.直流通路和交流通路直流通路：無信號時電流〔直流電流〕的通路，用來計算靜態工作點。交流通路：有信號時交流分量〔變化量〕的通路，用來計算電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等動態參數。放大電路的組成原那么〔實現放大的條件〕1.晶體管必須偏置在放大區。發射結正偏，集電結反偏。2.正確設置靜態工作點，使整個波形處于放大區。3.輸入信號能通過輸入回路作用于放大管。4.輸出回路將變化的電流作用于負載。1、三極管的靜態工作點必須適宜2、交流信號在放大電路中能順暢傳輸例：畫出以下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計算靜態工作點Q(IB、IC、UCE)對直流信號電容C可看作開路〔即將電容斷開〕斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略電源的內阻，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用來計算電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等動態參數。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE放大電路分析靜態分析〔靜態基極電流、集電極電流、集電極與射極之間的電位差〕動態分析〔電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻〕估算法(近似計算法)圖解法微變等效電路法圖解法三放大電路的根本分析方法三放大電路的靜態分析靜態：放大電路無信號輸入〔ui=0〕時的工作狀態。分析方法：估算法、圖解法。分析對象：各極電壓電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設置Q點的目的：(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，靜態是動態的根底。——靜態工作點Q：IB、IC、UCE。靜態分析：確定放大電路的靜態值。〔一〕用估算法確定靜態值1.直流通路估算IB根據電流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC當UBE<<UCC時，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC硅管UBEQ=(0.6~0.8)V鍺管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC靜態工作點的近似計算公式+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB〔二〕用圖解法確定靜態值用作圖的方法確定靜態值步驟：

1.用估算法確定IB優點：

能直觀地分析和了解靜態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直流負載線方程UCC=ICRC＋

UCE

直流負載線斜率ICQUCEQUCCUCE/VIC/mA直流負載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負載線的交點就是Q點O〔二〕用圖解法確定靜態值方法：根據UCEQ=VCC–ICQ

RC式確定兩個特殊點例1：用估算法計算靜態工作點。：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：電路中IB

和IC

的數量級不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法計算圖示電路的靜態工作點。由例1、例2可知，當電路不同時，計算靜態值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB放大電路的動態分析動態：放大電路有信號輸入〔ui0〕時的工作狀態。分析方法：

微變等效電路法，圖解法。所用電路：

放大電路的交流通路。動態分析:

分析對象：

各極電壓和電流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro與電路參數的關系，為設計打根底。一微變等效電路法

微變等效電路：

線性化的條件：

微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析計算放大電路電壓放大倍數Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。1.晶體管的微變等效電路

UBE

IB對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。(a)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之間的關系。IBUBEO(b)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。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ晶體管的電流放大系數晶體管的輸出回路(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之間的關系。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。ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。rbeibibrcerbeibibbce等效cbe三極管的微變等效電路微變等效電路2.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+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE分析時假設輸入為正弦交流，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.電壓放大倍數的計算當放大電路輸出端開路(未接RL)時，因rbe與IE有關，故放大倍數與靜態IE有關。負載電阻愈小，放大倍數愈小。式中的負號表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS4.放大電路輸入電阻的計算放大電路對信號源(或對前級放大電路)來說，是一個負載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負載電阻,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，是動態電阻。+-信號源Au放大電路+-輸入電阻是說明放大電路從信號源吸取電流大小的參數。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+-+-+-RSri5.放大電路輸出電阻的計算放大電路對負載(或對后級放大電路)來說，是一個信號源，可以將它進行戴維寧等效，等效電源的內阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義：輸出電阻是動態電阻，與負載無關。輸出電阻是說明放大電路帶負載能力的參數。電路的輸出電阻愈小，負載變化時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：

1.放大倍數高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.求ro的步驟：1)斷開負載RL3)外加電壓4)求外加2)令或2.動態分析的圖解法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。3.非線性失真假設Q設置過高，晶體管進入飽和區工作，造成飽和失真。Q2uo適當減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1假設Q設置過低，適當增加基極電流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q設置適宜，信號幅值過大也可產生失真，減小信號幅值可消除失真。共發射極根本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE靜態工作點的穩定溫度變化對靜態工作點的影響在固定偏置放大電路中，當溫度升高時，UBE

、

、ICBO

。

上式說明，當UCC和RB一定時，IC與UBE、以及ICEO有關，而這三個參數隨溫度而變化。溫度升高時，IC將增加，使Q點沿負載線上移。iCuCEQ溫度升高時，輸出特性曲線上移Q′固定偏置電路的工作點Q點是不穩定的，為此需要改進偏置電路。當溫度升高使IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點根本穩定。結論：

當溫度升高時，

IC將增加，使Q點沿負載線上移，容易使晶體管T進入飽和區造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O一分壓式偏置電路1.穩定Q點的原理基極電位根本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.穩定Q點的原理VB集電極電流根本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–一分壓式偏置電路Q點穩定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定RE：溫度補償電阻對直流：RE越大,穩定Q點效果越好；對交流：RE越大,交流損失越大,為防止交流損失加旁路電容CE。2.靜態工作點的計算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–3.動態分析

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+–二射極輸出器RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS求Q點：1靜態分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS15.6.2動態分析1.電壓放大倍數

電壓放大倍數Au

1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.輸入電阻射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。ri與負載有關3.輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集電極放大電路(射極輸出器)的特點：1.電壓放大倍數小于1，約等于1;2.輸入電阻高；3.輸出電阻低；4.輸出與輸入同相。射極輸出器的應用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點。1.因輸入電阻高，它常被用在多級放大電路的第一級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負擔。2.因輸出電阻低，它常被用在多級放大電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。3.利用ri大、ro小以及Au

1的特點，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間，起到阻抗匹配作用，這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。例1:.在圖示放大電路中，UCC=12V,RE=2kΩ,RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶體管β=60，UBE=0.6V,信號源內阻RS=100Ω，試求:(1)靜態工作點IB、IE及UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS解:(1)由直流通路求靜態工作點。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微變等效電路求Au、ri、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路五、

射極輸出器〔1〕靜態分析〔2〕動態分析①求電壓放大倍數②求輸入電阻③求輸出電阻射極輸出器的特點：①電壓放大倍數小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高。③輸出電阻較低。射極輸出器的用途：射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優點。射極跟隨器常用作多級放大器的第一級或最末級，也可用于中間隔離級。用作輸入級時，其高的輸入電阻可以減輕信號源的負擔，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級時，其低的輸出電阻可以減小負載變化對輸出電壓的影響，并易于與低阻負載相匹配，向負載傳送盡可能大的功率。例：圖示電路，UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態工作點，并求電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。解：〔1〕用估算法計算靜態工作點六多級放大電路電路的組成及工作原理各極之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接。優點：各級靜態工作點互不影響，可以單獨調整到適宜位置；且不存在零點漂移問題。缺點：不能放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。1．阻容耦合多級放大電路分析〔1〕靜態分析：各級單獨計算。〔2〕動態分析①電壓放大倍數等于各級電壓放大倍數的乘積。注意：計算前級的電壓放大倍數時必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負載電阻之中。如計算第一級的電壓放大倍數時，其負載電阻就是第二級的輸入電阻。②輸入電阻就是第一級的輸入電阻。③輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。2．阻容耦合多級放大的頻率特性和頻率失真中頻段：電壓放大倍數近似為常數。低頻段：耦合電容和發射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數減小。高頻段：晶體管的結電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，也會使電壓放大倍數降低。除了電壓放大倍數會隨頻率而改變外，在低頻和高頻段，輸出信號對輸入信號的相位移也要隨頻率而改變。所以在整個頻率范圍內，電壓放大倍數和相位移都將是頻率的函數。電壓放大倍數與頻率的函數關系稱為幅頻特性，相位移與頻率的函數關系稱為相頻特性，二者統稱為頻率特性或頻率響應。放大電路呈現帶通特性。圖中fH和fL為電壓放大倍數下降到中頻段電壓放大倍數的0.707倍時所對應的兩個頻率，分別稱為上限頻率和下限頻率，其差值稱為通頻帶。一般情況下，放大電路的輸入信號都是非正弦信號，其中包含有許多不同頻率的諧波成分。由于放大電路對不同頻率的正弦信號放大倍數不同，相位移也不一樣，所以當輸入信號為包含多種諧波分量的非正弦信號時，假設諧波頻率超出通頻帶，輸出信號uo波形將產生失真。這種失真與放大電路的頻率特性有關，故稱為頻率失真。直接耦合多級放大電路優點：能放大變化很緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規模集成。缺點：各級靜態工作點互相影響；且存在零點漂移問題。零點漂移：放大電路在無輸入信號的情況下，輸出電壓uo卻出現緩慢、不規那么波動的現象。產生零點漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。八功率放大電路1．功率放大電路的特點功率放大電路的任務是向負載提供足夠大的功率，這就要求①功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的