电路与电子技术第6章

本章要点

放大电路组成及组态放大电路静态分析放大电路动态分析章节内容6.1放大的概念

6.2基本共射放大电路的分析6.3放大电路静态工作点的稳定

6.4放大电路的三种组态及比较

6.5多级放大电路

放大是增大信号（电压、电流或者两者同时）的等级。6.1放大的概念图6.1放大概念的示意图放大的前提是不失真，即输出量与输入量始终保持线性关系。电压放大电路的等效电路不论放大电路内部采用何种复杂的结构与元件，放大电路可以被看做是信号源和负载之间的接口。电压放大电路的等效电路如图6.2所示。图6.2电压放大电路等效模型1．放大倍数与输入、输出电阻输出电压放大电路的功率增益放大电路的电流放大倍数电压对电流的放大倍数电流对电压的放大倍数因其量纲为电阻，有些文献也称为互阻放大倍数。有效值放大电路电压放大倍数（6.2）（6.3）（6.4）（6.5）（6.1）也称为互导放大倍数＝＝＝＝输入电阻

输出电阻Ro是从放大电路的输出端看放大电路时的等效电阻，也就是戴维南等效电阻。（6.6）理论计算测定输出电阻的办法是在输入端加正弦波试验信号，测出负载开路时的空载输出电压和接入负载RL时的输出电压

（6.7）＝对信号源的电压放大倍数（6.8）（6.9）由2．通频带通频带：衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。图6.3放大电路的幅频响应=-

（6.12）3．非线性失真系数D=sqrt((A2/A1)2+(A3/A1)2+…)（6.13）4．最大不失真输出电压5．最大输出功率与效率η=直流电源能量的利用率直流电源功率本节将以NPN型晶体三极管组成的基本共射放大电路为例，阐明放大电路的组成原则及其动、静态分析。6.2基本共射放大电路的分析6.2.1放大电路的基本组成图6.4基本共发射极放大电路信号源输入回路输出电压负载电阻直流电源基极电阻集电极电阻输出回路发射极为输入输出的公共端，因此称为共发射极放大电路，简称共射放大电路。6.2.1放大电路的基本组成图6.4基本共发射极放大电路直流电源基极电阻集电极电阻T是NPN型三极管，起放大的作用14IBICUBEUCE(IC,UCE

)(IB,UBE)RB+UCCRCC1C2T++放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用同时存在。要使放大电路正常工作，首先要设置合适的静态工作点，通过适当选取VCC、RB和RC的值，保证三极管T工作在放大区。这样，放大电路既能放大，还能保证不失真。放大电路工作原理实质是用微弱的信号电压ui改变三极管的基极电流iB，即控制三极管的集电极电流iC，并依靠RC将电流变化转变成电压变化。因此三极管的放大实际上是根据输入信号，利用三极管的控制作用，把直流电能转化成输出的交流电能。图解分析法动态分析放大电路常用的方法静态微变等效电路分析法图解分析法估算法在分析时，可以把直流电源对电路的作用和输入信号对电路的作用分开考虑，分别画出电路的直流通路和交流通路进行独立地分析，并且遵循“先静态、后动态”的原则，先利用直流通路求解静态工作点，再利用交流通路求解动态参数。6.2.2静态分析1．直流通路所谓直流通路，是指在直流电源VCC单独作用下直流电流流经的通路，也就是静态电流流经的通路，用于设计和分析静态工作点。在直流通路中，电容阻止直流通过，相当于开路；电感线圈相当于短路(忽略线圈电阻)；信号源为零，即为短路，但应保留其内阻。对于左图所示的共射放大电路，耦合电容C1、C2开路，信号源短路，其直流通路如右图所示。可以看出，由于C1、C2的“隔直”作用，静态工作点与信号源内阻RS和负载电阻RL无关。2．画图法解静态工作点当无输入信号，即ui=0时，放大电路处于静态或叫处于直流工作状态，这时常用IBQ、ICQ、

表示基极电流、集电极电流和集电极发射极电压。在三极管特性曲线上所确定的点称为静态工作点，习惯上用Q表示。静态工作点既满足三极管的电压与电流的关系，同时也满足电路中的电压与电流的关系。输入回路输出回路UCE=UCC-ICRC

UBE=UCC-IBRB

静态21(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点IBUBEQIBQICUCEQUCEQICQVcc/RBVccIBEQVcc/RcVccIBQ3．估算法解静态工作点一般近似认为：UBEQ=0.7V（硅管）

或UBEQ=0.2V（锗管）回路方程

Q的近似估算表达式为（6.16）例：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：请注意电路中IB

和IC

的数量级放大电路的动态分析动态分析的目的：确定放大电路的性能指标。耦合电容容量很大，信号变化一周期电容两端电压保持恒定：+UCCRBRCC1RSuSRLC2UBEQUCEQ晶体管的微变等效电路放大电路的微变等效电路

将放大电路的交流通路中的晶体管用微变等效电路代替，就得到放大电路的微变等效电路。放大电路的微变等效电路28放大电路电压放大倍数的计算特点：负载电阻越小，放大倍数越小rbeRBRCRLβ29放大电路输入电阻的计算放大电路对于信号源而言，相当于一个负载，可用电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也是放大电路的输入电阻ri

电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望输入电阻大一些rbeRBRCRLβ30放大电路输出电阻的计算对于负载RL而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻计算输出电阻的方法：（1）所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源

的电路不适用）（2）所有独立电源置零，保留受控源，加压求流

法31求输出电阻：rbeRBRC00一般总是希望输出电阻小一些32IB

()UBEQibtuitIC

(mA)UCEictucet二、图解法33各点波形RB+UCCRCC1C2uituCuotuiiCuCuoiBiBttiCt动画：放大电路的动态波形34

在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生失真。失真失真饱和失真截止失真非线性失真线性失真35线性失真：输入信号过大引起的失真

非线性失真：由特性的非线性引起的失真

截止失真：由于晶体管有一段时间进入截止状态引起的失真

饱和失真：由于晶体管有一段时间进入饱和状态引起的失真

为了得到尽量大的输出信号，要把静态工作点设置在交流负载线的中间部分。如果静态工作点设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。36iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib失真原因的分析37iCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib截止失真38iCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形饱和失真例1电路如图所示，已知VCC=12V，Rb1=68K,Rb2=22K,=60,Re=2K,RL=6K,rbb/=10Ω，信号源内阻为0.（1）计算静态工作点；（2）画微变等效电路，求电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。解（1）画直流通路VBQ=Rb2VCC

（Rb1+Rb2）

=2.93VIBQ

=ICQ

=0.0186mA

ICQ

IEQ

=(VBQ–VBEQ)Re=1.1167mAVCEQ

=VCC-ICQ(RC+Re)=6.42V电路如图所示，已知VCC=12V，Rb1=68K,Rb2=22K,=60,RC=3K,Re=2K,RL=6K,rbb/=10Ω，信号源内阻为0.（1）计算静态工作点；（2）画微变等效电路，求电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。解（2）画小信号等效模型Av=–

R’Lrbe

≈-85.2Ri

=Rb1

Rb2//rbe≈1.3KRo

=Rc=3K

rbe≈rbb/+(1+)UT/IEQ≈rbb/+UT/IcQ续例1：若旁路电容断开，（1）静态值有无改变？（2）画微变等效电路，求电压放大倍数，输入电阻，输出电阻解（1）静态值无改变，直流通路不变。（2）画小信号等效模型射极电阻减小了电压放大倍数，但增大了输入电阻

6.1直接耦合共射放大电路如图6.14所示，已知VCC=15V，RB1=56kΩ，RB2=1.5kΩ，RC=5.1kΩ，RS=1.5kΩ，三极管的=100Ω，

β=80，导通时的UBEQ=0.7V。分别求解RL=和RL=5.1kΩ时的静态工作点Q和放大倍数和输入、输出电阻。图6.14例放大电路的直流通路如图6.15所示。图6.15当RL=∞时，静态工作点为图6.16交流通路和微变等效电路如图6.16(a)和(b)所示。解KΩ当RL=5.1kΩ时，电路中的静态电流和rbe均不变。输入电阻和输出电阻不变。该电路带上负载后，会影响静态工作点，放大倍数也有所减小。还应当指出，对于放大电路，当含有信号源内阻时有可能会影响输出电阻的值，电路带负载有可能会影响输入电阻的值。46为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，外界条件（如温度）的变化严重影响静态工作点的位置对于前面的固定偏置电路而言，静态工作点由UBE、和ICEO

决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面TUBEICEOQ6.3放大电路静态工作点的稳定47一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC48二、温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移49小结TIC

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点6.3.2静态工作点稳定电路典型的Q点稳定电路如图6.18所示图6.18静态工作点稳定电路图图6.19分压式偏置电路直流通路使参数的选取满足IC随温度升高而增大的部分几乎被由于IB减小而减小的部分相抵消，静态工作点基本保持不变。该电路是通过发射极电阻RE的负反馈作用牵制IC的变化，也称为电流负反馈式工作点稳定电路。VB基本不变,UBE=VB-VETVEIBIc,IE，Ic温度UBE6.2在图6.18所示电路中，已知VCC=12V，RB1=15kΩ，RB2=5kΩ，RC=5.1kΩ，RE=2.3kΩ，RL=5.1kΩ；三极管的β=50，rbe=1.5kΩ，导通时的UBEQ=0.7V。估算静态工作点Q，并分别求出有和无CE两种情况下的放大倍数和输入、输出电阻。例解首先求解Q点当有旁路电容CE时，电阻RE被交流短路，其微变等效电路如图6.20(a)所示。图6.20(a)当无旁路电容CE时，微变等效电路如图6.20(b)所示。图6.20(b)无电容CE时，电路的电压放大能力但是Ri增大，实际电路中，将发射极电阻分为两部分，只将其中一部分接旁路电容。很差6.4放大电路的三种组态及比较6.4.1基本共集电极放大电路(c)交流通路(a)典型电路

(b)直流通路

图6.21共集电极放大电路1．静态工作点输入回路方程可得（6.33）UCEQ=VCC-ICQRE2．动态分析图6.22共集放大电路的微变等效电路微变等效电路

可得电压放大倍数的表达式通常满足因此常称共集电极放大电路为射极跟随器。电流放大倍数的表达式射极输出器具有较大的电流放大作用。无电压放大能力，但电路仍有功率放大作用。注意当不考虑RB时，从基极b向里看进去的输入电阻输入电阻Ri（6.37）根据戴维南定理，求解输出电阻Ro图6.23计算Ro的等效电路输出电阻RoRo=（6.39）输出电压对信号源电压放大倍数（6.40）射极输出器的输出电阻Ro的数值很小，一般只有几十欧姆，而输入电阻Ri大，一般在几十千欧以上，Ri越大，越大。所以共集放大电路具有的特点：输入电阻大、输出电阻小、源电压放大倍数接近于1。总结63耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级Q点设置2.动态:传送信号第一级放大电路输入输出第二级放大电路第

n级放大电路……第n-1

级放大电路功放级要求：波形不失真，减少压降损失。6.5多级放大电路6.5.1多级放大电路的耦合方式1．阻容耦合阻容耦合方式是指将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。图6.29两级阻容耦合放大电路优点：“隔直流”每一级静态工作点相互独立缺点：不能放大直流信号不便于集成化2．直接耦合直接耦合是指前级的输出端和后级的输入端直接连接的方式。图6.30直接耦合放大电路优点：低频特性好。便于集成化缺点：各级的静态工作点相互影响，零点漂移3．变压器耦合变压器耦合是指通过变压器将前级的输出端与后级的输入端或负载连接起来的方式。图6.31变压器耦合方式优点：各级放大电路的静态工作点相互独立能实现阻抗变换缺