模电第二章基本放大电路

2.1放大电路的基本概念和主要性能指标2.2基本共射放大电路的工作原理2.2放大电路的分析方法2.4放大电路静态工作点的稳定2.5单管放大电路的三种基本接法第二章基本放大电路

放大电路（亦称放大器）是一种应用极为广泛的电子电路。在电视、广播、通信、测量仪表以及其它各种电子设备中，是必不可少的重要组成部分。它的主要功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）进行放大，以满足人们的实际需要。例如扩音机就是应用放大电路的一个典型例子。图2.1.1扩音机原理框图2.1放大电路的基本概念和主要性能指标当人们对着话筒讲话时，声音信号经过话筒（传感器）被转变成微弱的电信号，经放大电路放大成足够强的电信号后，才能驱动扬声器，使其发出比原来大得多的声音。放大电路放大的实质是能量的控制和转换。在输入信号作用下，放大电路将直流电源所提供的能量转换成负载（例如扬声器）所获得的能量，这个能量大于信号源所提供的能量。因此放大电路的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号，也可能兼而有之。那么，由谁来控制能量转换呢？答案是有源器件，即三极管和场效应管等等。放大的作用：将微弱的电信号经过放大电路放大成足够强的电信号后驱动负载.（如:扬声器等）放大的本质：能量的控制和转换。放大电路的基本特征：功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号，也可能兼而有之。有源元件：控制能量转换的器件，如三极管和场效应管等等。2.1.1放大电路的基本概念放大的前提：信号不失真。即三极管工作在放大区，场效应管工作在恒流区，确保输出量输入量始终保持线性关系，电路不会产生失真。任何一个放大电路都可以看成一个二端网络。下图为放大电路示意图，左边为输入端口，外接正弦信号源，Rs为信号源的内阻，在外加信号的作用下，放大电路得到输入电压，同时产生输入电流；右边为输出端口，外接负载RL，在输出端可得到输出电压，输出电流。图2.1.2放大电路示意图2.1.2放大电路的性能指标1．放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的重要指标。电压放大倍数是输出电压的变化量和输入电压的变化量之比。当放大电路的输入为正弦信号时，变化量也可用电压的正弦量来表示，即(2.1.1)电流放大倍数是输出电流的变化量和输入电流的变化量之比，用正弦量表示为(2.1.2)互阻放大倍数是输出电压的变化量和输入电流的变化量之比，用正弦量表示为(2.1.3)其量纲为电阻。互导放大倍数是输出电流的变化量和输入电压的变化量之比，用正弦量表示为(2.1.4)其量纲为电导。2.输入电阻放大电路的输入端外接信号源，对信号源来说放大电路就是它的负载。这个负载的大小就是从放大电路输入端看进去的等效电阻，即放大电路的输入电阻Ri。通常定义输入电阻Ri为输入电压与输入电流的比值，即(2.1.5)

Ri越大，则放大电路输入端从信号源分得的电压越大，输入电压越接近于信号源电压，信号源电压损失小；Ri越小，则放大电路输入端从信号源分得的电压越小，信号源内阻消耗的能量大，信号源电压损失大，所以希望输入电阻越大越好。3．输出电阻放大电路的输出端电压在带负载时和空载时是不同的，带负载时的输出电压比空载时的输出电压有所降低，这是因为从输出端看放大电路，放大电路可等效为一个带有内阻的电压源，在输出端接有负载时，内阻上的分压使输出电压降低，这个内阻称为输出电阻Ro，它是从放大电路输出端看进去的等效电阻。通常定义输出电阻Ro是在信号源短路（即=0,Rs保留），负载开路的条件下，放大电路的输出端外加电压与相应产生的电流的比值，即(2.1.6)在实际工作中，也可根据放大电路空载时测得的输出电压和带负载时测得的输出电压来得到，即(2.1.7)输出电阻是衡量放大电路带负载能力的一项指标，输出电阻越小，表明带负载能力越强。图2.1.3两个放大电路相连的示意图输入电阻Ro与输出电阻Ri是描述子电路相互连接时所产生的影响而引入的参数。输入输出电阻均会直接或间接的影响放大电路的放大能力。4．通频带：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。图2-4放大电路的频率指标当放大倍数从下降到（即0.707）时，在高频段和低频段所对应的频率分别称为上限截止频率fH和下限截止频率fL。fH和fL之间形成的频带宽度称为通频带，记为fBW。(2.1.8)通频带越宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。但是通频带宽度也不是越宽越好，超出信号所需要的宽度，一是增加成本，二是把信号以外的干扰和噪声信号一起放大，显然是无益的。所以应根据信号的频带宽度来要求放大电路应有的通频带。

5．非线性失真系数由于放大器件具有非线性特性，因此它们的线性放大范围有一定的限度，超过这个限度，将会产生非线性失真。当输入单一频率的正弦信号时，输出波形中除基波成分外，还含有一定数量的谐波，所有的谐波成分总量与基波成分之比，称为非线性失真系数D。设基波幅值为A1、二次谐波幅值为A2、三次谐波幅值为A3、……，则(2.1.9)

6．最大不失真输出电压最大不失真输出电压是指在输出波形不失真的情况下，放大电路可提供给负载的最大输出电压。一般用有效值Uom表示。

7．最大输出功率和效率最大输出功率是指在输出信号不失真的情况下，负载上能获得的最大功率，记为Pom。在放大电路中，输入信号的功率通常较小，经放大电路放大器件的控制作用将直流电源的功率转换为交流功率，使负载上得到较大的输出功率。通常将最大输出功率Pom与直流电源消耗的功率PV之比称为效率η，即(2.1.10)它反映了直流电源的利用率。8.信噪比与噪声系数放大器输入端的信号功率与噪声功率的比值简称为输入信噪比，记作(Ps/PN)i。放大器中器件、元件产生的内部噪声，使得输出端的信噪比(Ps/PN)o小于(Ps/PN)i。在常温下，放大器内部噪声决定于器件的噪声，为此，通常定义晶体管噪声系数为用分贝(dB)表示的噪声系数为(2.1.11)(2.1.12)返回2.21基本放大电路的组成所谓基本放大电路是指由一个放大器件（例如三极管）所构成的简单放大电路。由前面的分析可知，三极管有三个电极，因此有三种不同的电路组态。下面以应用最广泛的基本共射放大电路为例，说明其组成原则和工作原理。图2.2.1所示电路中，放大电路的输入端接需要放大的信号ui；输出端电压uo，外接负载，发射极是放大电路输入和输出的公共端，所以该电路是共射基本放大电路,并称公共端为“地”。2.2基本共射放大电路的工作原理

在放大电路中，常把输入电压、输出电压以及直流电压的公共端称为“地”，用符号“⊥”表示，实际上该端并不是真正接到地，而是在分析放大电路时，以“地”点作为零电位点（即参考电位点），这样，电路中任一点的电位就是该点与“地”之间的电压。图2.2.1基本共射放大电路及波形分析当ui=0时，放大电路处于静态工作状态。IC＝βIB，UCE＝Vcc－ICRC当ui≠0时，放大电路处于动态放大。iC＝βiB，uCE＝Vcc－iCRCui=UimsinωtiB=IBQ+ib=IB+IbmsinωtuCE=VCC-iCRc=UCEQ+uce=UCEQ-Ucemsinωt

uo=uce=-UcemsinωtiC=βIB+βIbmsinωt=IC+Icmsinωt2.2.2静态工作点的设置在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。当外加输入信号为0时，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称静态。此时，在直流电源VCC的作用下，三极管的各电极都存在直流电流和直流电压，这些直流电流和直流电压在三极管的输入和输出特性曲线上各自对应一点Q，该点称为静态工作点。静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用IBQ、UBEQ表示，集电极电流、集电极与发射极之间的电压分别用ICQ、UCEQ表示。

令ui=0,根据输入回路方程可得静态工作点Q的表达式：在近似估算中常认为UBEQ为已知量，可近似认为硅管的UBEQ=(0.6~0.8)V，锗管的UBEQ=(0.1~0.3)V。图2.2.2没有设置合适的静态工作点？思考为什么要设置静态工作点？放大电路中设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生失真。放大电路的基本要求：（1）输出信号不失真。（2）能够放大。静态工作点的设置不仅会影响放大电路是否会产生失真，还会影响放大倍数、最大输出电压等动态参数。

2.2.3放大电路的组成原则

(1)必须根据放大管的类型提供直流电源（配合阻值适当的电阻），以便设置合适的静态工作点，并作为输出的能源。(2)输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管，输入信号通过改变b-e极之间的电压或基极电流，从而改变放大管输出回路的电流，达到放大输入信号的目的。(3)能输出信号作用于负载，使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压，且放大后的信号波形基本不失真。

2.2.4常见的两种共射放大电路1.直接耦合共射放大电路图2.2.4直接耦合共射放大电路

令uI=0可求出静态工作点：为防止干扰，输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端，即“共地”。不可少？2.阻容耦合共射放大电路图2.2.5阻容耦合共射放大电路(a)电路(b)输入回路等效电路耦合电容C1/C2作用：隔离直流，通过交流又称为隔直电容。令uI=0可求出静态工作点：电容器C1和C2作用：(1)传递交流信号对信号频率而言，其容抗足够小，可视作短路，从而保证信号可以顺利地通过，即起到耦合信号的作用，所以常称作耦合电容。(2)隔断直流电容器可以隔断电路中不必要的直流成分以免互相影响，因此C1和C2也称为隔直电容。图2-2阻容耦合共射放大电路(a)实际电路；(b)原理电路图2-2单管共射基本放大电路零电位点（即参考电位点）ui=UimsinωtuBE=UC1+ui=UBE+UimsinωtiB=IB+ib=IB+IbmsinωtiC=βIB+βIbmsinωt=IC+ICmsinωtuCE=UCC-iCRc=UCE+uce=UCE-Ucemsinωt

uo=uce=-Ucemsinωt图2-2所示电路中，AO为放大电路的输入端，外接需要放大的信号ui；BO为放大电路的输出端，外接负载，发射极是放大电路输入和输出的公共端，所以该电路是共射基本放大电路。在放大电路中，常把输入电压、输出电压以及直流电压的公共端称为“地”，用符号“⊥”表示，实际上该端并不是真正接到地，而是在分析放大电路时，以“地”点作为零电位点（即参考电位点），这样，电路中任一点的电位就是该点与“地”之间的电压。工作原理：假设电路中的参数和三极管的特性能保证三极管工作在放大区。当输入信号为零时，放大电路中只有直流信号，放大电路的输入端AO等效为短路。这时，C1与发射结并联，C1两端的直流电压UC1=UBE，极性为左负右正。同理，C2两端的电压UC2=UCE，极性为左正右负。当输入信号加入放大电路时，输入的交流电压ui通过电容C1加在三极管的发射结。设交流电压为ui=Uimsinωt那么，此时发射结上的瞬时电压uBE为uBE=UC1+ui=UBE+Uimsinωt上式表明三极管发射结上的电压是直流电压和交流电压的叠加，也就是说在直流信号基础之上叠加了一个交流信号。在uBE的作用下，基极电流iB为iB=IB+ib=IB+Ibmsinωt由于三极管集电极电流iC受基极电流iB的控制，根据iC=βiB，则有:iC=βIB+βIbmsinωt=IC+ICmsinωt上式中ICmsinωt是被放大了的集电极交流电流ic，从图2-2可以看到集电极和发射极之间的电压uCE为uCE=UCC-iCRc当输入信号ui增大时，交流电流ic增大，Rc上的电压增大，于是uCE减小；当ui减小时，ic减小，Rc上的电压随之减小，故uCE增大。可见uCE的变化正好与ic的变化方向相反，因此uCE是在直流电压UCE基础上叠加一个与ui变化相反的交流电压uce，即uCE=UCE+uce=UCE-Ucemsinωt

瞬时电压uCE中的交流分量经电容C2耦合到放大电路的输出端，于是在输出端得到一个被放大了的交流电压uo，该电压为uo=uce=-Ucemsinωt通过上述分析可知，三极管的放大是对输入信号的变化量进行放大，即在输入端加一微小的变化量，通过基极电流对集电极电流的控制作用，在输出端得到一个被放大了的变化量，放大部分的能量由直流电源提供。上述三极管各电极的电压、电流波形，如图2-2所示。返回2.3.1直流通路和交流通路

由放大电路的工作原理可知，放大电路工作在放大状态时，电路中交直流信号是并存的。为了便于分析，常将交流信号和直流信号分开研究。这样就需要根据电路的具体情况，正确地画出直流通路和交流通路。2.3放大电路的分析方法2.交流通路是指在输入信号作用下，交流信号所流经的通路。用于研究动态参数。画交流通路的原则：①容量大的电容视为短路（如耦合电容）；②直流电压源（忽略其内阻）视为短路。1.直流通路是指在直流电源作用下，直流电流所流经的通路。用于研究静态工作点。画直流通路的原则:①电容视为开路；②电感视为短路；③信号源视为短路，但应保留其内阻。图2.3.1图2.2.1所示基本共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路交流通路图2.2.1基本共射放大电路根据直流通路可求出静态工作点Q：

图2.3.2直接耦合共射放大电路及其

直流通路和交流通路直流通路交流通路直接耦合共射放大电路根据直流通路可求出静态工作点Q：

图2.3.3图2.2.5(a)所示阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路图2.2.5(a)阻容耦合共射放大电路直流通路交流通路由于C1，C2的隔直作用，Q点与信号源内阻和负载电阻无关根据直流通路可求出静态工作点Q：2.3.2图解分析法

所谓图解分析法就是利用三极管的输入、输出特性曲线，通过作图的方法对放大电路的性能指标进行分析。通常先进行静态分析，即对放大电路未加输入信号时的工作状态进行分析，求解电路中各处的直流电压和直流电流；然后进行动态分析，即对放大电路加上输入信号后的工作状态进行分析。图解分析法用近似估算法求静态工作点用图解分析法确定静态工作点交流通路及交流负载线输入交流信号时的图解分析波形非线性失真的分析输出功率和功率三角形1静态工作情况分析2动态工作情况分析放大电路的动态范围图解法的适用范围共射极放大电路1静态工作情况分析（1）用近似估算法求静态工作点根据直流通路可知：采用该方法，必须已知三极管的值。一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。直流通路+-

采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。共射极放大电路（2）用图解分析法确定静态工作点首先，画出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-1静态工作情况分析直流通路IBVBE+-ICVCE+-列输入回路方程：

VBE=VCC－IBRb列输出回路方程（直流负载线）：

VCE=VCC－ICRc在输入特性曲线上，作出输入回路负载线uBE=VCC－iBRb，与横轴的交点（Vcc，0)，与纵轴的交点（0，Vcc/Rb)，两线的交点即是Q点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线uCE=VCC－iCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。共射极放大电路2动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线：vce=-ic(Rc//RL)交流通路icvce+-因为交流负载线必过Q点，即uce=

uCE-VCEQ

ic=

iC-ICQ

同时，令RL=Rc//RL(1)交流通路及交流负载线则交流负载线为uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)RL

即iC

=(-1/RL)uCE+(1/RL)UCEQ+

ICQ过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL直线，该直线即为交流负载线。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。

直流负载线交流负载线直流负载线与横轴交点坐标[UCEQ+ICQ(Rc//RL),0]图2.3.9直流负载线和交流负载线放大电路带负载RL后，在输入信号ui不变的情况下,输出电压uo的幅值变小，即电压放大倍数减小，而且最大不失真输出电压也变小。负载对放大倍数的影响讨论区带负载RL后输出电压uo的幅值（峰峰值）空载输出电压uo的幅值（峰峰值）UCES(2)输入交流信号时的图解分析2动态工作情况分析共射极放大电路输入回路负载线输出回路负载线？动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？通过图解分析，可得如下结论：

1.vivBEiBiCvCE|vo|

2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数:Au=△uCE/△uI=△uo/△uI；4.可以确定最大不失真输出幅度。图2.3.5利用图解法求解静态工作点和电压放大倍数输入回路负载线uBE=VBB－iBRb图2.3.4基本共射放大电路输出回路直流负载线uCE=VCC－iCRc电压放大倍数:Au=△uCE/△uI=△uo/△uI；输入回路输出回路2动态工作情况分析（3）波形非线性失真的分析当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：iC不再随iB的增加而线性增加，即此时截止区特点：iB=0，iC=ICEOuCE=UCES，典型值为0.3V图2.3.6基本共射放大电路的波形分析(静态工作点合适，波形不失真）输入回路波形输出回路波形图2.3.7基本共射放大电路的截止失真（静态工作点Q点过低）输出回路波形输入回路波形输入信号负半周在一段时间使T截止。uo输出波形产生顶部失真。因晶体管截止而产生的失真称为截止失真基本概念消除办法:适当抬高Q点。如减小Rb或增大VBB，可以增大IBQ。图2.3.8基本共射放大电路的饱和失真（静态工作点Q点过高）因晶体管饱和而产生的失真称为饱和失真基本概念输入回路波形输出回路波形输入信号正半周靠近峰值的某段时间T饱和导致ic产生顶部失真,uo波形产生底部失真。ib不失真消除办法:适当降低Q点。如增大Rb或减小VBB，可以减小IBQ。波形的非线性失真饱和失真截止失真注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。放大区是否为绝对线性区？思考题小结当放大电路Q点过高时，导致放大电路的动态工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。消除方法：适当降低Q点。如Rb或Rc。

当放大电路Q点过低时，导致放大电路的动态工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。消除方法：适当抬高Q点。如Rb或VBB。上述两种失真都是由于静态工作点选择不当或输入信号幅度过大，使三极管工作在特性曲线的非线性部分所引起的失真，因此统称为非线性失真。一般来说，如果希望输出幅度大而失真小，工作点最好选在交流负载线的中点。输入回路波形输入回路波形图2.3.6基本共射放大电路的波形分析（4）放大电路的动态范围

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求:(1)静态工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；(2)要有合适的交流负载线。为使Uom尽可能大，应将Q点设置在放大区内负载线的中点，即横坐标值为（Vcc-UCES)/2最大不失真输出电压峰值：(空载)min{Vcc-UCEQ，UCEQ-UCES}直流负载线斜率－1/RcVcc交流负载线斜率－1/(Rc//RL)最大不失真输出电压峰值：(带负载RL）

min{ICQR’L，UCEQ-UCES}图解法分析最大不失真输出电压放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：静态工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；要有合适的交流负载线。A03306交流动态范围示意图（5）输出功率和功率三角形

要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。2动态工作情况分析（6）图解法的适用范围特点：直观形象地反映了晶体管的工作情况，但是必须知道所用管的特性曲线，且误差较大。此外，BJT的特性曲线只能反映信号频率较低时的电压、电流关系，而不反映信号频率较高时，极间电容产生的影响。适用范围：图解法一般多用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况。在实际应用众多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压和失真情况。2动态工作情况分析

共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（113uA，6mA，0V），例题1图2.3.10例2.3.1图图2.2.1基本共射放大电路例题2：P90例2.3.1Q点：

【例3】放大电路及三极管的输出特性曲线如图2-14所示，试确定该电路的电源电压UCC、基极电阻Rb、集电极电阻Rc、负载电阻RL的数值以及最大不失真输出电压幅值Uom。要使静态工作点移到Q′和Q″，应改变电路中的哪些参数？图2-14例2-1电路图及输出特性曲线(a)电路图；(b)输出特性曲线

解（1）由图2-14的输出特性曲线及直流负载线与横轴交点可知UCC=8V，Rb=(UCC-UBEQ)/IBQ≈UCC/IBQ=8/0.02=400kΩ，由直流负载线与纵轴交点为IC=UCC/Rc=4mA，则Rc=UCC/IC=8/4=2kΩ。因为ICQRL′=2V，所以RL′=2/ICQ=2/2=1kΩ，而RL′=Rc∥RL，故RL=2kΩ。由图可读得U-cem=UCEQ－UCES=4-0.7=3.3V，U+cem=ICQRL′=2V，所以最大不失真输出电压的幅值为Uom=min(U-cem,U+cem)=2V。（2）若静态工作点移到Q′，由图可见基极电流IB增大，则应减小基极电阻Rb，或增大电源电压UCC；若静态工作点移到Q″，由图可见，基极电流IB没有改变，说明Rb和UCC不变，由于Q″与Q′不在同一条负载线上，说明交流负载线的斜率发生改变，故应改变集电极电阻Rc和负载电阻RL。？思考题1.试分析下列问题：共射极放大电路（1）增大Rc时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（不变）（2）增大Rb时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（降低）（3）减小VCC时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（降低）（4）减小RL时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（不变）共射极放大电路？思考题2.放大电路如图所示。当测得BJT的VCE接近VCC的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？截止状态答：故障原因可能有：•Rb支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC。•C1可能短路，

VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC。2.3.3小信号模型等效电路法一、晶体管的小信号建模二、共射极放大电路的小信号模型分析2晶体管共射H参数等效模型（意义、思路）1利用直流通路求Q点2画小信号等效电路3求放大电路动态指标(Au,Ri,Ro)1晶体管的直流模型及静态工作点的估算法建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。一、BJT的小信号建模1晶体管的直流模型及静态工作点的估算法图2.3.11晶体管的直流模型晶体管的直流模型时晶体管在静态时工作在放大状态的模型，它的使用条件是：UBE>UON且UCE≥UBE。将晶体管的输出特性理想化，则可认为β＝β。输入特性曲线折线化直流模型输出特性曲线理想化图2.3.12晶体管的共射h参数等效模型2晶体管共射H参数等效模型(1)H参数的引入在小信号情况下，对上两式取全微分得对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：iB=f(uBE)

uCE=constiC=f(uCE)

iB=const可以写成：输入特性曲线（b)输出特性曲线双口网络由于duBE、duCE、diB、diC表示小信号的变化量，所以它们可分别用 来取代。根据电路原理网络分析知识，可得H参数方程:(2.3.7a)(2.3.7b)h11e、h12e、h21e、h22e称为共射接法下的H参数，其中四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。图2-16三极管共射H参数小信号模型(a)三极管共射连接时的双口网络；(b)H参数小信号模型图2.3.13h参数的物理意义及求解方法(2)H参数的物理意义表示晶体管在Q点附近的电流放大系数β；输出回路电压uce对输入回路电压ube的影响，称为内反馈系数,当uCE≥1V,△uBE/△uCE的值般很小，可忽略。输入端交流开路时的输出电导。常称其倒数1/h22e为c-e间动态电阻rce表示小信号作用下b-e间的动态电阻，记作rbe。

(3)简化的H参数等效模型

由第1章三极管的输入特性可知，当三极管工作在放大区时，c-e间的电压对输入特性曲线的影响很小，UCE>UBE以后的输入特性曲线基本重合，因此可认为h12e≈ΔuBE/ΔuCE≈0，故三极管的输入回路只等效为一个动态电阻rbe。从三极管输出特性可知，当三极管工作在放大区时，c-e间的电压变化对iC的影响很小，随着uCE的增大，每条输出特性曲线几乎是平行于横轴的平行线，因此可认为h22e≈ΔiC/ΔuCE≈0，则rce近似为∞，输出回路只等效为受基极电流控制的受控电流源βIb。.图2.3.14简化的H参数小信号模型

(4)H参数的确定

一般用测试仪测出；

rbe与Q点有关，一般可用公式估算rbe

则

图2.3.15三极管动态rbe的估算(a)结构；(b)等效电路说明：H参数都是在Q点处求偏导得到，因此只适用于低频交流小信号的动态分析，故又称为晶体管的低频小信号模型，将H参数等效模型分析放大电路动态参数的方法称为微变等效电路法。由PN结电流方程可知，发射结的总电流（u为发射结总电压）对上式在Q点处求导可得由于发射结处于正向偏置，u大于导通电压，常温下UT≈26mV，因此可认为iE≈ISeu/UT，以Q点作切线，其斜率为则发射结的结电阻在常温下为从图2.3.15等效电路中可得b-e间电压为由此可得rbe的近似表达式为返回二、用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路

共射极放大电路1.利用直流通路求Q点一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。直流通路IBVBE+-ICVCE+-2.画出交流等效电路RbviRbRbviRc共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRcRL交流等效电路3.求电压放大倍数根据RbviRcRL则电压增益为（可作为公式）4.求输入电阻（输入电阻与信号源内阻无关）RbRcRLRi5.求输出电阻(输出电阻与负载电阻无关）令Ro=Uo/Io=Rc所以Io（两种方法可求）另外可采用戴维南定理进行等效的方法求Ro图2.3.16基本共射放大电路的动态分析戴维南定理对输出回路进行等效可求出Ro=Rc受控电压源电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。解：例题1例题2

已知三极管参数rbb’=300Ω，β=60，UBEQ=0.7V，UCES=0.4V，电路中的其它参数UCC=20V，Rb=500kΩ，Rc=6kΩ，Rs=1kΩ，RL=12kΩ，求该放大电路的 和最大输出电压有效值。解（1）静态分析，求静态工作点Q。由电路图中的直流通路可得小信号等效电路电路图IBVBE+-ICVCE+-直流通路（2）动态分析。然后计算电压放大倍数，因RL′

=6kΩ∥12kΩ=4kΩ，则画出放大电路的小信号等效电路，先求三极管的动态电阻放大电路的源电压放大倍数为输出电压与信号源电压的比值，用Aus表示。设放大电路的输入电阻为Ri，则由等效电路可知：（3）估算最大输出电压有效值。因为所以最大输出电压有效值为上面对共射放大电路进行了动态分析，一般地说，希望放大电路的输入电阻高一些好，这样可避免信号过多地衰减；对于输出电阻希望越小越好，从而可以提高带负载能力。此外，由于动态参数与Q点紧密相关，因此，只有静态工作点合适，动态分析才有意义，所以，对放大电路进行分析时应遵守“先静态,后动态”的原则。返回2.4放大电路静态工作点的稳定2.4.1静态工作点稳定的必要性2.4.3稳定静态工作点的措施2.4.2典型的静态工作点稳定电路基本共射放大电路

共射极放大电路1.利用直流通路求Q点一般硅管UBEQ=0.7V，锗管UBEQ=0.2V，已知。直流通路IBVBE+-ICVCE+-

共射极放大电路图2.4.1晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线图1.3.8温度对晶体管输入特性的影响2.4.1静态工作点稳定的必要性总之：

ICBO

ICEOT

UBE

IB

IC

影响Q点不稳定因素：电源电压波动，元件老化，温度变化引起晶体管参数的变化。其中温度对晶体管参数的影响是最主要的。2.4.1静态工作点稳定的必要性由前面的讨论可知，静态工作点不仅决定了输出波形是否失真，而且还影响电压放大倍数及输入电阻等动态参数，所以在设计和调试放大电路时，必须设置一个合适的静态工作点Q。影响工作点不稳定的原因很多，例如电源电压变化、电路参数变化、管子老化等等，但是最主要的原因是由于三极管的参数（ICBO、UBE、β等）随温度的变化而造成静态工作点的不稳定。例如温度升高时，三极管少子形成的反向饱和电流ICBO要增大，温度每升高10℃ICBO约增加一倍，而三极管的穿透电流ICEO=(1+β)ICBO增加的幅度更大。同时，温度升高导致三极管载流子运动加速，在基区电子和空穴复合的机会减少，使β增大。根据实验结果，温度每升高1℃，β增加0.5%~1.0%左右，UBE减小2~2.5mV。2.4.2典型的静态工作点稳定电路图2.4.2分压式电流负反馈Q点稳定电路(射极偏置电路)直接耦合电路阻容耦合电路直流通路一、电路组成和Q点稳定原理直流电路中，B点的电流方程为：I2=I1+IBQ

通常I1>>IBQ（一般取I1=(5~10)IBQ，UBQ=(5~10)UBEQ）因此，I2≈I1，则B点的电位：（与T无关）

Q点稳定的原因：（1）Re的直流负反馈作用。（2）I1>>IBQ，UBQ在T变换时基本不变。T(℃)↑→ICQ↑→IEQ↑→UEQ=

IEQRe↑→UBEQ↓→IBQ↓ICQ↓Q点稳定的分压式偏置放大电路在实际使用的放大电路中，除了选用温度影响比较小的硅三极管和改善工作环境温度外，最主要的是找出一种能够自动调节Q点位置的偏置电路，使Q点能够稳定在合适的位置上。静态工作点Q稳定电路如图2.4.2所示，图（a）为直接耦合方式，图（b）为阻容耦合方式，它们具有相同的直流通路如图（c）所示。综上所述，只要电路满足I1>>IBQ，UBQ>>UBEQ这两个条件，那么，就可以认为ICQ主要由外电路参数UCC、Rb1、Rb2和Re决定，与三极管的参数几乎无关。这不仅提高了静态工作点的稳定性，并且在更换三极管时，不必重新调整工作点，给批量生产带来了很大方便。在兼顾其它指标的情况下，通常选用I1=(5~10)IBQ，UBQ=(5~10)UBEQ。另外，为了不削弱交流信号的放大作用，通常在电阻Re的两端并联一个大电容Ce，Ce称为射极旁路电容。由于Ce具有“隔直流，通交流”的作用，因此它对静态工作点没有影响，但是对交流信号起旁路作用，即交流信号作用时，Ce将Re短接，使发射极电阻Re上没有交流信号，防止了放大倍数的下降。二、分压式射极偏置电路的分析

1．静态分析（求Q点）UCEQ=UCC-ICQ(Rc+Re)（I1>>IBQ）Rc＋UCCVRb2Rb1ReBUBQIBQI2IEQUEQICQI1直流通路2．动态分析

图2.4.4阻容耦合Q点稳定电路的交流等效电路有旁路电容无旁路电容(b)＋Rc＋UCCC2VRb2RL＋uo－CeRb1＋C1＋－uiRe阻容耦合电路Q点稳定电路（1）有旁路电容时（2）无旁路电容时无Ce有CeAu很小，但受T影响小较大，但受T影响Ri较高较低RoRcRc若（1＋β）Re>>rbe且β>>1三、其它稳定Q点的方法

当电源电压不变时，三极管发射极电压UBEQ会随着温度的升高而减小，导致放大电路静态工作点不稳定。消除这种不稳定因素的方法是补偿法。利用二极管或热敏电阻等温度敏感元件的温度特性来补偿三极管UBEQ随温度的变化，使Q点更稳定。利用二极管的补偿法是在分压式射极偏置电路的支路串联一个二极管，如图2.4.5所示。利用二极管VD的正向电压随温度的变化去抵消三极管UBEQ随温度变化所产生的影响，从而使静态工作点稳定。图2.4.5静态工作点稳定电路返回IRb=(Vcc-UBEQ)/RbIRb=IR+IB利用二极管的反向特性进行温度补偿利用二极管的正向特性进行温度补偿IBIRIRbTIcIBIRIcTIcUBUDUBEUEIC直流负反馈和温度补偿两种方法来稳定Q点2.5晶体管单管放大电路的三种接法电路的组成电路分析（静态、动态）电路的组成2.5.3三种组态的比较2.5.1基本共集放大电路2.5.2基本共基极放大电路电路分析（静态、动态）1.电路的组成2.5.1基本共集放大电路基本共集放大电路直流通路交流通路由于输出电压从发射极获得，故该电路也称为射极输出器集电极是输入回路和输出回路的公共端2.静态分析由直流通路可列出输入回路的方程：VBB＝IBQRb+UBEQ+IEQRe=IBQRb+UBEQ+(1+β)IBQRe故Q点为：3.动态分析（1）画出交流等效电路（2）电压放大倍数结论：电路无电压放大能力，但有功率放大作用（电流放大了）。（3）输入电阻发射极电阻Re等效到基极回路将增大到（1+β）倍，共集电路的输入电阻比共射电路的输入电阻大的多。返回（4）输出电阻令输入信号为Ui=0，在输出端加交流电压Uo，求出交流电流而故输出电阻Ro表达式为：基极回路电阻Rb等效到射极回路将减小到1/（1+β）。所以Ro可小到几十欧姆。共集放大电路的特点：◆电压增益Au小于1但接近于1，且◆输入电阻大，从信号源索取电流小且电压信号源衰减小。◆输出电阻小，带负载能力强。

◆所以多用于多级放大电路的输入极和输出极，也可用作连接两电路的缓冲电路。2.5.2基本共基放大电路1.电路的组成基本共放大基电路交流通路交流等效电路2.静态分析(令Ui=0)IBQ=IEQ/（1+β）UCEQ=UCQ-UEQ=Vcc-ICQRc+UBEQ3.动态分析Ro=Rc（Ic/Ie≈1，故共基极电路又称为电流跟随器）共基极放大电路特点：◆无电流放大能力（α=Ic/Ie<1且接近于1），但有电压放大能力，从而实现功率放大且Uo与Ui同相。◆输入电阻小。◆输出电阻与共射电路相当（均为Rc)。

◆最大优点频带宽，常用于无限通讯等方面。

(1)共射电路既能放大电压又能放大电流，输入电阻和输出电阻在三种组态中居中，频带较窄，常用作低频电压放大电路中的单元电路。(2)共集电路只能放大电流不能放大电压，电压放大倍数小于且接近于1，具有电压跟随的特点，其输入电阻大，输出电阻小，常被用于多级放大电路的输入级和输出级，或作为隔离用的中间级，在功率放大电路中也常采用设计输出的形式。(3)共基电路只能放大电压不能放大电流，且具有很低的输入电阻，这使得三极管的结电容影响不明显，所以其频率特性是三种接法中最好的，常用于宽频带放大电路。2.5.3三种组态电路的比较返回作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe2.6.1复合管(达林顿管)放大电路2.6晶体管基本放大电路的派生电路复合管的组成及电流放大系数P137自测题/三、在图T2.3所示电路中，已知VCC＝12V，晶体管的=100，＝100kΩ。填空：要求先填文字表达式后填得数。（1）当Ui

＝0V时，测得UBEQ＝0.7V，若要基极电流IBQ＝20μA，则

和