电子技术与应用项目化教程 课件 项目4 三极管的应用

项目四——基本放大电路结构（第1讲）项目4

基本放大电路结构（第1讲）

内容：基本放大电路的概念、组成和类型以及主要性能指标。学习要求：

目的：了解基本放大电路的概念、组成和类型，理解主要性能指标。重点：基本放大电路的概念、组成和性能指标。难点：基本放大电路的概念和性能指标。1.放大的基本概念

放大电路的功能，是把微弱的电信号（电流、电压）进行放大得到所需要的信号。放大电路的结构放大电路的形式和种类：按器件可分为三极管放大器、场效应管放大器、电子管放大器和集成运算放大器等；按用途可分为电压放大器、电流放大器和功率放大器等；按输入电信号的强弱可分为小信号放大器和大信号放大器等；按放大电路中三极管的连接方式可分为共发射极放大器、共基极放大器和共集电极放大器等；按放大电路的级数可分为单级放大器和多级放大器；按工作频率可分为低频放大器、中频放大器和高频放大器等。而低频放大器又可分为音频放大器（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，可分为甲类（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2.放大电路的分类

3.放大电路的主要性能指标

为了描述和鉴别放大器性能的优劣，人们根据放大电路的用途制定了若干性能指标。对于低频放大电路，通常以输入端加不同频率的正弦电压来对电路进行分析。1）.放大倍数放大器输出信号与输入信号之比叫做放大器的放大倍数，或叫放大器的增益，它表示放大器的放大能力。放大器的增益有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数三种形式，它们通常都是按正弦量定义的。电压放大倍数定义为电流放大倍数定义为

功率放大倍数定义为

常用的是电压放大倍数AU。工程上为方便使用常将电压放大倍数用对数表示，称为电压增益GU，单位是分贝（dB），即

GU=20lgAU(dB)

下表是分贝换算表，它列出了电压放大倍数AU与分贝数的关系。

AU/倍0.0010.010.10.20.70712310100100010000GU/dB-60-40-20-14-306.09.520406080

2）.输入电阻Ri放大电路输入端接信号源时，放大器对信号源来说，相当于是信号源的负载，从信号源索取电流。索取电流的大小，表明了放大电路对信号源的影响程度。输入电阻定义为输入电压与输入电流的比，即：

Ri就是从放大电路输入端看进去的等效电阻。当考虑信号源内阻影响时，源电压放大倍数为

3）.输出电阻Ro当放大电路将信号放大后输出给负载时，对负载而言放大器可视为具有内阻的信号源，这个信号源的电压值就是输出端开路时的输出电压，其内阻称为放大电路的输出电阻，相当于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）等效电路法移去信号源，使负载开路，在放大电路输出端加上电压源UO，从而产生输出端的电流IO，则输出电阻为

：（2）实验测定法

4）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。通频带宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力就强。一般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fL和上限频率fH。从下限频率到上限频率的频带宽度BW称为通频带。通频带BW=fH—fL。5）最大不失真输出幅UOM、IOM

最大不失真输出幅值是指输出波形在没有明显失真的情况下，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。通常用正弦波的幅值UOM、IOM表示。6）最大输出功率POM和效率η

最大输出功率POM是指输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率。所谓功率放大作用的实质是功率控制，能量来自电源，电源提供的功率PCC一部分给负载，一部分被电路自身所消耗。电路的效率η是负载得到的功率PO与相应电源提供的功率PCC之比，即

ThankYou!项目四——固定式偏置放大电路组成项目4

固定式偏置放大电路（第2讲）

内容：固定式放大电路的组成及各元件的作用。学习要求：

目的：了解固定式放大电路的结构，掌握各元件的作用。重点：理解各元件在电路中的作用。难点：理解各元件在电路中的作用。输出不失真发射结加正向电压集电结加反向电压RBVBBC1+Rs+us-RCVCCTC2RL+uo信号源加到b-e间ui1.固定式放大电路的组成RBVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RL+VCCRsus+-放大电路中各元件的作用使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。RB+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻Rs+us-集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRs+us-集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRs+us-耦合电容：电解电容，有极性，大小为10

F~50

F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuoRs+us-单电源供电可以省去RB+VCCVBBRCC1C2TRLRs+us-RB单电源供电+VCCRCC1C2TRLuo+-++Rs+us-ThankYou!项目四——放大电路动态分析项目4分压式偏置放大电路

内容：分压式偏置放大电路的组成和工作原理以及静态分析。学习要求：

目的：了解分压式偏置放大电路的组成，掌握其工作原理和静态工作点的分析方法。重点：分压式放大电路的工作原理和静态工作点的分析方法。难点：分压式偏置放大电路的工作原理。

Rb1和Rb2是偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。

Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。

Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通道中。Rc、RL相并联，处于输出回路的交流通道之中。1.分压式偏置放大电路的组成

2.分压式偏置放大电路稳定静态工作点的原理

基极偏置电阻RB1和RB2的分压，使三极管的基极电位固定。由于基极电流IBQ远远小于RB1和RB2的电流I1和I2，因此I1≈I2。三极管的基极电位UB完全由EC及RB1、RB2决定，即UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC画出直流通路图

UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC

发射极电位UEQ等于发射极电阻RE乘电流IEQ，即

UEQ=REIEQ

三极管发射结的正向偏压UBEQ等于UBQ减UEQ，即

UBEQ=UBQ-UEQQuBE/ViB/

AVCCVCC/RBUBEQIBQOuCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQUCEQICQiB（动画3-5）与温度基本无关。调节过程：3.电路静态工作点的计算

UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC

IEQ=(UBQ-UBEQ)/RE

ICQ≈IEQ

IBQ=ICQ/βUCEQ=EC-ICQRC-IEQRE

UCEQ≈EC-ICQ(RC+RE)

动态：

ui不等于0时，放大电路中的电流和电压随着ui变化的变化情况。IB+ibIc+icUCE+uceUBE+ube对交流信号(输入信号ui)短路短路置零1/

C0

将直流电压源短路，将电容短路。图解法方法和步骤交流通路RBRCRLuiuo－＋－＋uceic图解法确定动态工作情况1.输出空载时1）根据ui在输入特性上画出ib和ube0.7VQuiuBE/VOtiB/

AOOtiBIBQibRBRCRLuiuo－＋－＋2）根据ib在输出特性上确定ic和uce说明uce和ui相位相反0.7VQuiOtuBE/ViB/

AOOtuBE/ViBIBQQQ

Q

OtICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOtuCE/VibicUcemuce2.接上负载为RL时的图解法Rb+VCCRCC1C2RL输出端接入负载RL，不影响Q，影响动态！iCUCEVCCIB交流负载线直流负载线QICQUCEQICQRL,uce=-ic（RC//RL）=-icRL①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。交流工作状态的图解分析0.7VQuiOtuBE/ViB/

AOOtuBE/ViBIBQQQ

Q

OtICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOtuCE/VibicUcemuceuBE/ViB/

AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10

A20304050505Q6直流负载线Q

Q

6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuce直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。1.放大电路的非线性失真问题1）“Q”过低引起截止失真静态工作点Q进入到截止区或饱和区所产生的失真，成为非线性失真。如果电路中RB的阻值太大，则IBQ过小，造成电路静态工作点Q靠近截止区。克服截止失真：减小RB。2）“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC如果电路中RB的阻值太小，则IBQ过大，造成电路静态工作点Q靠近饱和区。克服饱和失真：增大RB。（动画3-1）饱和失真截止失真

由于放大电路的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。

由于放大电路的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。

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。

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：

1.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。

放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）2.选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”

可设得低一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；ThankYou!项目四——放大电路的非线性失真项目4

放大电路的非线性失真

内容：放大电路的非线性失真。学习要求：

目的：理解放大电路非线性失真。重点：放大电路的非线性失真。难点：放大电路的非线性失真。1.放大电路的非线性失真问题1）“Q”过低引起截止失真静态工作点Q进入到截止区或饱和区所产生的失真，成为非线性失真。如果电路中RB的阻值太大，则IBQ过小，造成电路静态工作点Q靠近截止区。克服截止失真：减小RB。2）“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC如果电路中RB的阻值太小，则IBQ过大，造成电路静态工作点Q靠近饱和区。克服饱和失真：增大RB。（动画3-1）饱和失真截止失真

由于放大电路的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。

由于放大电路的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。

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。

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：

1.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。

放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）2.选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”

可设得低一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；ThankYou!项目四——分压式偏置放大电路项目4分压式偏置放大电路

内容：分压式偏置放大电路的组成和工作原理以及静态分析。学习要求：

目的：了解分压式偏置放大电路的组成，掌握其工作原理和静态工作点的分析方法。重点：分压式放大电路的工作原理和静态工作点的分析方法。难点：分压式偏置放大电路的工作原理。

Rb1和Rb2是偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。

Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。

Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通道中。Rc、RL相并联，处于输出回路的交流通道之中。1.分压式偏置放大电路的组成

2.分压式偏置放大电路稳定静态工作点的原理

基极偏置电阻RB1和RB2的分压，使三极管的基极电位固定。由于基极电流IBQ远远小于RB1和RB2的电流I1和I2，因此I1≈I2。三极管的基极电位UB完全由EC及RB1、RB2决定，即UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC画出直流通路图

UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC

发射极电位UEQ等于发射极电阻RE乘电流IEQ，即

UEQ=REIEQ

三极管发射结的正向偏压UBEQ等于UBQ减UEQ，即

UBEQ=UBQ-UEQQuBE/ViB/

AVCCVCC/RBUBEQIBQOuCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQUCEQICQiB（动画3-5）与温度基本无关。调节过程：3.电路静态工作点的计算

UBQ=RB2/(RB1+RB2)×EC

IEQ=(UBQ-UBEQ)/RE

ICQ≈IEQ

IBQ=ICQ/βUCEQ=EC-ICQRC-IEQRE

UCEQ≈EC-ICQ(RC+RE)

ThankYou!项目四——共射放大电路项目4

共发射极放大电路

内容：微变等效电路分析方法和共发射极放大电路动态性能指标。学习要求：

目的：掌握微变等效电路分析方法和共发射极放大电路动态性能指标的求解。重点：微变等效电路分析方法和共发射极放大电路动态性能指标的求解。难点：微变等效电路分析方法。当信号变化非常微小时，可以把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。

等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。（1）基本思路1.微变等效电路法（2）晶体管微变等效电路输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化ΔUBE时，基极电流变化ΔIB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化ΔIC仅与基极电流的微小变化ΔIB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：1）电路结构uiuo共射极放大电路2.固定式偏置放大电路的微变等效电路分析法画出交流通路图(a)(b)微变等效电路图①电压放大倍数式中RL'=RC//RL。当RL=∞（开路）时2）动态性能指标的求解②输入电阻输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。Ri③输出电阻对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，但也不理想。ThankYou!项目四——共集电极放大电路分析项目4

共集电极放大电路分析方法

内容：共集电极放大电路静态、动态分析方法。学习要求：

目的：掌握共集电极放大电路静态、动态分析方法。重点：共集电极放大电路微变等效分析方法。难点：共集电极放大电路文本等效分析方法。共集电极放大电路1.电路组成及特点

(射极输出器)IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us1）射极输出器电路的组成

射极输出器如（a）图所示，射极输出器的交流通路如(b)图所示。由交流通路可见，集电极是输入、输出回路的公共端，故该交流通路为共集电极电路。由于电路的负载电阻RL接在发射极上，信号从发射极输出，故又称其为“射极输出器”。IBQ=(VCC

–UBEQ)/[RB+(1+

)

RE]ICQ=

IBQUCEQ=VCC–

IEQ

RE=VCC–

ICQ

REIBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBQIEQRERB+VCC+ICQ2）射极输出器的静态分析IEQ=(1+

)IBQVCC=IBQRB

+UBEQ+

IEQRE+uCEQ–交流通路RsRB+

+uo

RLibiciiRE小信号等效电路usRB+uo

RLibiciirbe

ibRERs+

IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us3）动态性能分析①电压放大倍数：<

1②输入电阻：usRB+uo

RLibiciirbe

ibRERs+

+ui

–R

L=RE//RL③输出电阻：usRB+uo

RLibiciirbe

ibRERs+

RBibiciirbe

ibRERsus=0+u

iiREi=iRE

–ib–

ib=iRE

–(1+

)ib2.射极输出器特点Au<1

输入输出同相Ri

高Ro

低用途：输入级输出级中间隔离级ThankYou!项目四——共基极放大电路微变等效分析方法（第7讲）项目4共基极放大电路微变等效分析方法（第7讲）

内容：共基极放大电路微变等效分析方法。学习要求：

目的：理解共基极放大电路微变等效分析方法。重点：共基极放大电路微变等效分析方法。难点：共基极放大电路微变等效分析方法。共基极放大电路1.电路组成及特点+VCCRCC2C3RLRE+++RB1RB2RS

+us

+uo

C12.电路静态分析+VCCRCRERB1RB2+UBEQ

IBQI1IEQICQ+UCEQ

+VCCRCC2C3RLRE+++RB1RB2RS

+us

+uo

C13.动态性能指标分析RiR

iRoRo=RC特点：1.Au大小与共射电路相同。2.输入电阻小，Aus

小。RCRERS

+us

RL+uo

RCRERS+us

RLrBEioicieiiib

ib+ui

ThankYou!项目四——多级放大电路分析项目4

多级放大电路分析

内容：多级放大电路耦合方式和性能分析。学习要求：

目的：了解多级放大电路耦合方式，掌握其性能分析。重点：多级放大电路耦合方式和性能分析。难点：多级放大电路的性能分析。1.多级放大电路组成

多级放大电路的结构框图

图中输入级的输入电阻要高，噪声要小；中间级放大倍数要大，通常由若干级共射电路组成；输出级要输出一定功率，往往由功率放大电路组成。多级放大电路中级与级之间、信号源与放大电路之间、放大电路与负载之间的连接方式称为“耦合方式”。各种耦合方式必须满足以下要求：（1）晶体管有合适的工作点，以避免信号失真。（2）前级信号尽可能多地传送到后级，减小信号损失。2.多级放大电路的耦合

3.耦合方式1）阻容耦合

阻容耦合就是通过电容和后级的输入电阻（或负载）实现级间的耦合。

(1)由于耦合电容的“隔直流通交流”作用，使各级工作点彼此独立，一定频率范围内的前级信号可几乎无损失地传送到后一级。

(2)由于耦合电容不能传送缓慢变化的信号和直流信号。

(3)由于在集成电路中制造大电容很困难，因此集成电路中不采用阻容耦合方式，而该方式常用于分立元件电路。阻容耦合的特点：2)变压器耦合变压器绕组代替了阻容耦合电路中的电容。变压器隔断了直流，所以各级工作点相互独立；

变压器通过磁耦合传输交流信号，同时还起阻抗匹配作用。

变压器体积大、笨重、价贵，难以集成，一般用于功率放大电路和中频调谐放大电路。3）直接耦合

前级的输出端和后级的输入端直接连接的方式，称为直接耦合。

直接耦合主要存在前后级静态工作点相互影响和零点漂移等不稳定因素。

在集成电路工艺中，电容元件和电感元件难以集成，集成电路一般都采用直接耦合方式。

2.多级放大电路分析

1）前后级放大电路之间的关系

前后级放大电路之间的关系为：将前级放大电路的输出，视为后级放大电路的信号源；将后级放大电路视为前级放大电路的负载，如图所示，后级的输入电阻可视做前级的负载电阻。前后级放大电路之间的关系以三级放大电路为例，第一级、第二级、第三级放大电路的输入电压和输出电压分别是ui1、uo1，u