第2章-基本放大电路课件

第二章基本放大电路

第一节放大电路概述第二节共射极基本放大电路第三节放大电路的基本分析方法第四节静态工作点稳定的放大电路第五节共集电极放大电路和共基极放大电路7/20/20231

一、放大的基本概念

放大器的作用就是把微弱的电信号不失真的加以放大。7/20/20232放大器有三种连接方式，也称三种组态二、放大电路的三种基本组态（a）共发射极（b）共基极（c）共集电极以发射极作为公共电极，称共发射极放大电路；以集电极作为公共电极，称共集电极放大电路；以基极作为公共电极，称共基极放大电路。7/20/20233三、放大电路的分类按器件可分：三极管放大器、场效应管放大器、电子管放大器和集成运算放大器等；按用途可分：电压放大器、电流放大器和功率放大器等；按工作频率可分：低频放大器、高频放大器和超高频放大器等；低频放大器又可分：音频放大器（电压放大器和功率放大器）、宽带放大器（视频放大器、脉冲放大器）、直流放大器（含集成运算放大器）等；

按工作状态分：甲类(A类)放大器、乙类(B类)放大器、甲乙类(AB类)放大器、丙类(C类)放大器和丁类(D类)放大器等。7/20/20234四、放大电路的主要性能指标

（一）放大倍数——放大器输出信号与输入信号之比叫作放大器的放大倍数，或叫放大器的增益。电压放大倍数Au电流放大倍数Ai功率放大倍数Ap

工程上经常用以10为底的对数来表示电压放大倍数和电流放大倍数的大小：7/20/20235（二）输入电阻——为输入电压与输入电流的比由图2-1-4可见，Ri就是从放大电路输入端看进去的等效电阻。

（三）输出电阻——从放大电路输出端看进去的交流等效电阻

求输出电阻有两种方法：1．等效电路法2．实验测定法图2-1-4放大电路的等效结构7/20/20236（四）通频带通频带是用来衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电路存在电抗元件或等效电抗元件，信号频率过高或过低，放大倍数都会明显下降，把放大倍数下降到中频段放大倍数的（0.707）倍时的频率，称为下限频率和上限频率。从下限频率到上限频率的频带宽度称为通频带。通频带，如图2-1-6所示。图2-1-6通频带的定义7/20/20237（五）最大不失真输出幅值UOM、IOM

最大输出幅值是指输出波形在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。

（六）最大输出功率POM和效率η

最大输出功率POM：指输出信号基本不失真情况下能输出的最大功率。所谓功率放大作用实质是功率控制，能量来自电源，电源提供的功率一部分给负载，一部分被电路自身所消耗。

电路的效率η：负载得到的功率与相应电源提供的功率之比。

7/20/20238第二节共射极基本放大电路

一、电路构成双电源供电单电源供电7/20/20239二、电路中各元件的作用（如图单电源供电）三极管VT——起电流放大作用，通过基极电流iB控制集电极电流iC是放大电路的核心元件。电源UCC——使三极管处在放大状态，发射结正偏，集电结反偏。同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。基极偏置电阻Rb——电源UCC通过Rb为三极管提供发射结正向偏，用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几兆欧。集电极负载电阻Rc——通过它为三极管提供集电结反向偏压，并将集电极电流iC的变化转换为电压的变化。耦合电容Cl、C2——起“隔直通交”的作用。用来传递交流信，同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相互隔离。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。7/20/202310三、放大原理

（a）输入电压（b）基—射间电压（c）基极电流（d）集电极电流（e）集—射间电压（f）输出电压综上分析可知，在共发射极放大电路中，输出电压与输入信号电压频率相同，相位相反，幅度得到放大，因此这种单级的共发射极放大电路通常也称为反相放大器。7/20/202311第三节放大电路的基本分析方法

一、放大电路的几个重要概念（一）静态、直流通道、静态分析和静态工作点Q

1、静态：放大电路在没有加输入信号，即时电路所处的工作状态。

2、直流通道：放大器中直流电流流经的途径。3、静态工作点Q：静态时电路中的IB、IC、UCE的数值。4、画直流通路：将电容视为开路，电感元件视为短路，其他不变，如图所示。注意：静态分析的目的就是求出静态工作点Q以确定它是否满足放大要求。

7/20/202312（二）动态、交流通道和动态分析1、动态：当有输入信号，即时，电路中的电压、电流都将随输入信号做相应变化。2、交流通道：交流信号所走的通路。3、绘制交流通道的原则是：①电路中的耦合电容、旁路电容的容量足够大，对交流信号而言，容抗很小，都视为短路；②直流电源的内阻极小，对于交流信号而言，也可以看作两极短路。

注意：动态分析的目的就是确定电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等主要性能指标，看看它是否满足要求。

7/20/202313（三）放大电路中电压、电流符号使用规定1、用大写字母带大写下标表示直流分量。如IB表示基极直流电流。2、用小写字母带小写下标表示交流分量。如ib分别表示基极交流电流。3、用小写字母带大写下标表示直流分量与交流分量的叠加。如iB=ib+IB即基极电流总量。4、用大写字母加小写下标表示交流分量的有效值。如表示输入电压有效值。详细说明请看目录前的本书常用符号说明。7/20/202314二、放大电路的静态分析方法

放大电路的静态分析有估算法和图解分析法两种。

（一）估算法确定静态工作点根据直流通路图2-3-1（b），运用基尔霍夫定律可对放大电路的静态进行计算：UCCUBEQIBQ≈UCC／

RCICQ+UCEQ－UCC=0ICQ=

IBQ7/20/202315（二）图解分析法确定静态工作点分析步骤如下：1、画出三极管输出特性曲线;2、作出直流负载线;直流负载线的作法是：找出两个特殊点M（0，UCC）和N（UCC/Rc，0），将M、N连接3、确定Q点位置7/20/202316三、放大电路的动态分析方法

动态分析有图解法和微变等效电路法

图解法分析的目的是观察放大电路的工作情况，研究放大电路的非线性失真问题，求得最大不失真输出幅值。对判断静态工作点是否合适、输出波形是否会失真等十分方便，但分析过程比较繁琐。微变等效电路法是在小范围内将放大器视为线性二端口网络进行分析，分析过程很简便，但只能用于小信号放大状态。7/20/202317（一）图解分析法

图解法动态分析对象是交流通路，关键是作交流负载线.7/20/202318

（二）微变等效电路法

1．三极管的微变等效电路三极管是一种非线性器件，但在小信号运用时，即在微小的工作范围内，三极管的电压、电流的变化量之间的关系基本上是线性的。图2-3-5三极管的微变等效电路从三极管等效电路图2-3-5可以看出，三极管的输入回路可以等效为输入电阻,输出回路可用等效的受控恒流源来代替。在低频小信号工作条件下，是一个与静态工作点有关的常数，可用下式估算：

7/20/2023192．放大电路的微变等效电路画出放大器的交流通路，将三极管用微变等效电路代替，就可以得到放大器的微变等效电路。7/20/202320例2-3-1在图2-3-1中，UCC=12V，RC=4KΩ，Rb=300KΩ，RL=4KΩ，β=38。试求放大电路的电压放大倍数。

解：前面已求出ICQ。（1）（2）输入电阻Ri——放大电路的输入电阻是从放大器的输入端看进去的等效电阻。因为所以（3）输出电阻RO

——求输出电阻RO可利用，将输入信号源短路，输出负载开路，从输出端外加测试电压U，产生相应的测试电流I，则输出电阻。

7/20/202321（4）源电压放大倍数在例2-3-1中，

注意：一般来说，希望放大电路的输入电阻高一些好，这样可以避免输入信号过多地衰减；对于输出级来说，则希望输出电阻越小越好，以提高电路的带负载能力。7/20/202322

合理设置静态工作点Q是保证放大电路正常工作的前提，

如果Q点设置不当，将影响放大器增益、会引起非线性失真，

影响放大的效果。但即使设置了合适的静态工作点，当工作

环境发生变化时，工作点仍将偏离正常位置，这种现象叫做

静态工作点漂移（简称零点漂移或Q点漂移）。

一、静态工作点对输出波形失真的影响波形失真是指输出波形不能很好地重现输入波形的形状，即输出波形相对于输入波形发生了变形。对一个放大电路来说，要求输出波形的失真尽可能小。第四节静态工作点稳定的放大电路7/20/202323

如图所示，若Q点在负载线上的位置过高，例如QA处，信号的正半周的一部分进入饱和区，造成输出电流波形正半周和相应电压波形负半周被部分削除，产生“饱和失真”。反之，若静态工作点在负载线上位置过低，例如QB处，则信号负半周一部分进入截止区，造成输出电流波形负半周和输出电压的正半周被部分切掉，产生“截止失真”。

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在工程中，在UCC、RB和管子已经确定的前提下，可通过调整偏置电阻来使静态工作点沿直流负载线上下移动，实现调整静态工作点。7/20/202325二、确定静态工作点的基本原则

（1）为了使输出幅值较大，同时又不失真，静态工作点应选在交流负载线的中点。

（2）对于小信号的放大电路，失真可能性较小，为了减小损耗和噪声，工作点可适当选择低一些；对于大信号的放大电路，为了保证输出有较大的动态范围，并且不失真，工作点可适当选高一些。7/20/202326

引起工作点不稳定的因素很多，比如电源电压变化、电路

参数变化、管子老化等都会引起静态工作点的不稳定，

但主要是由于三极管的特性参数（ICBO、β、UBE等）

随温度变化造成的。

（一）温度变化对三极管参数的影响（二）温度变化对静态工作点的影响（三）其它因素对静态工作点的影响三、影响静态工作点稳定的原因7/20/202327

(一)分压式稳定偏置电路1．电路组成分压式稳定偏置电（a）电原理图（b）直流通路四、Q点稳定的放大电路7/20/2023282．稳定静态工作点原理（l）RB1、RB2组成分压器（2）串入发射极电路

（3）稳定静态工作点的过程，可用以下流程表示：

上述表明，这种分压式偏置电路，其特点就是利用分压器取得固定基极电压UBq，再通过RE对电流ICQ(IEQ)的取样作用，将ICQ的变化转换成UEQ的变化，自动调节从而达到稳定静态工作点的目的。反之，温度下降时其变化过程正好相反。7/20/202329（二）集电极-基极稳定偏置电路1．电路组成

该电路特点是：跨接在三极管的集电极和基极之间，除了提供给三极管所需的基极偏置电流以外，同时还把集电极输出电压的一部分回送到三极管的基极，这样就能将的变化通过反馈到输入端，自动调节基极电流来稳定静态工作点，实际上是引入了直流电压并联负反馈使Q点稳定。7/20/2023307/20/202331例2-4-1放大电路如图2-4-6所示，设硅三极管饱和压降UCES=0.5V，

β=50。试求（1）静态工作点Q；

（2）微变等效电路；

（3）放大电路的输入电阻RI和输出电阻RO；

（4）电压放大倍数AU和源电压放大倍数AUS；

（5）最大不失真输出电压幅值UOM7/20/202332解：（1）求静态工作点（2）将电路中的电源短路，电容短路，并将三极管微变等效，画出微变等效电路如图

7/20/202333（3）（4）电压放大倍数

源电压放大倍数由此可见，考虑信号源内阻影响时，电压放大倍数将下降。7/20/202334(5)计算放大电路最大不失真输出幅度时故，最大不失真输出幅值由此可见，Q点的位置较低。

=

7/20/202335▲考虑到信号源内阻时,放大器对信号源的放大倍数【例】在图所示电路中,已知UCC=12V,

Rc=2kΩ,Rb1=20kΩ,Rb2=10kΩ,RL=6kΩ,

Re=2kΩ,β=40,Rs=1kΩ。求:⑴放大电路的输入电阻和输出电阻;⑵对输入电压的放大倍数;⑶求对信号源的放大倍数.画微变等效电路图退出[解]7/20/202336(1)输入电阻,输出电阻

(2)对输入电压的放大倍数(3)对信号源的放大倍数可见,电源内阻越大,放大倍数越小;输入电阻越大,放大倍数越大退出7/20/202337【例2.2.5】如图所示放大电路中,

晶体β=40,rbe=1kΩ。求:⑴静态工作点;⑵画微变等效电路图;⑶求输入电阻和输出电阻;⑷求电压放大倍数.▲发射极电阻Re无旁路电容时的计算解:⑴静态工作点:⑵微变等效电路图退出7/20/202338⑶输入,输出电阻退出7/20/202339⑷电压放大倍数可见,发射极电阻有一段没有接电容,输入电阻增加了,放大倍数明显减小了,这是R’’C的负反馈(下一章内容)作用所致.退出7/20/202340第五节共集电极放大电路和共基极放大电路

一、共集电极放大器（射极跟随器）（一）电路组成共集电极放大电路（a）电原理图（b）交流通路7/20/202341（二）静态分析共集电极放大电路的直流通路由图可知：

7/20/202342（三）动态分析画出微变等效电路1．求电压放大倍数

应当指出，尽管射极输出器虽然没有电压放大能力，但，仍具有电流放大和功率放大作用.

7/20/2023432．求输入电阻射极输出器的输入电阻高，可高达几十千欧到几百千欧.3．求输出电阻根据求输出电阻的方法，将图2-5-3中的US短路，负载RL开路，在输出端上外加交流电压U，可以得到输出电流I。于是画出微变等效电路图2-5-4（a）,变形后如图2-5-4（b）

7/20/202344该电