第9章基本放大电路

9.1放大电路的主要性能指标9.2共射极放大电路的工作原理9.3放大电路的分析9.4放大电路静态工作点的稳定与设置基本放大电路第9章9.5共集电极放大电路9.6共基极放大电路9.7多级放大电路

一、放大电路的组成1.组成框图直流电源信号源RS+us–RSis放大电路负载RL信号输入第一级第二级第三级信号输出2.多级放大电路9.1放大电路的主要性能指标3.放大电路的四端网络表示１1

22

+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioiius—信号源电压Rs—信号源内阻RL—负载电阻ui—输入电压uo—输出电压ii—输入电流io—输出电流二、放大电路的主要性能指标11

22

+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioii电压增益

Au(dB)=20lg|Au|1.放大倍数电压放大倍数

Au=uo/ui电流放大倍数

Ai=io/ii功率放大倍数

Ap=po/pi电流增益Ai(dB)=20lg|Ai|功率增益

Ap(dB)=10lg|Ap|2.输入电阻１1

+us–RS+ui–iiRiRi越大，ui与us越接近例us=20mV，Rs=600

，比较不同Ri时的ii

、ui。Riiiui6000

3

A18mV600

16.7

A10mV60

30

A1.82mV3.输出电阻放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：i22

11

usRS+u–放大电路=0Ro测量：uot—负载开路时的输出电压；uo—带负载时的输出电压，Ro越小，uot

和

uo

越接近。22

11

+us–RS+ui–+uo–RLRo+uot–Ri4.通频带

电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：Au(f)—幅频特性

(f)—相频特性（1）幅频特性和相频特性fAu(f)OfO（2）频带宽度(带宽)BWAumfLfH下限频率

上限频率

中频段低频段高频段BW0.7BW0.7=fH–

fL(BandWidth)5.最大输出功率和效率效率

=最大输出功率Pom直流提供功率PDC三、放大电路中的符号规定（a）直流电流；（b）交流电流；（c）叠加电流电流波形图1.直流分量

图（a）所示波形2.交流分量3.总变化量图（b）所示波形

图（c）所示波形

9.2

共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的组成及各元件的作用工作原理及波形分析放大电路的组成原则9.2.19.2.29.2.3

在生产和科研中，经常需要将微弱的电信号进行放大，以便有效地进行观察、测量、控制和调节。

晶体管的主要用途之一是利用其放大作用组成放大电路。晶体管放大的条件：uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极一、晶体管电路的三种连接方式发射结正偏

、集电结反偏9.2.1共发射极放大电路的组成及各元件的作用iC+uBE

+uCE

ECRBEBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1+iB基本放大电路（共发射极）iC+uBE

+uCE

ECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1+iBiC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1+iB+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB二、放大电路组成以及各元件的作用+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB

晶体管:

放大元件。电源EC：保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，为输出信号提供能量。

集电极电阻RC：将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。

基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。耦合电容C1和C2：用来隔断直流、耦合交流。电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，电容上的交流压降可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB三、工作原理及波形分析

在静态的基础上加入输入信号时的工作状态称为动态。IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQUBEQuBEOt9.3

放大电路的分析静态分析9.3.1动态分析9.3.2基本思想

非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui

0)分析动态，只考虑变化的电压和电流基本方法图解法、解析法9.3.1静态分析

静态分析的目的：确定放大电路的静态工作点(直流值)IBQ，ICQ

，UCEQ+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB

一、直流通路

画直流通路原则：（1）电容视为开路；（2）电感线圈视为短路；（3）信号源视为短路，但应保留其内阻。

分析方法：利用直流通路计算放大电路的静态工作点。+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iBIC+UBE

+UCE

+VCCRBRCIB直流通路静态工作点二、静态工作点例在共发射极基本交流放大电路中,已知VCC=12V，RC=4k

，RB=300k

试求放大电路的静态工作点。解：+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB动态分析的目的：确定放大电路的电压放大倍数

，输入电阻和输入电阻。分析方法：微变（小信号）等效电路分析法。一、晶体管的微变等效电路+uce–+ube–

ibicCBE从输入端口看进去，相当于电阻rbeOIB

UBE

IB

Q

IB

UBE9.3.2动态分析从输出端口看进去为一个受ib

控制的电流源+uce–+ube–

ibicCBEQiC

ICUCEuCE

IB

ICIC

ic

=

ibrbe

Eibic

ib+ube

+uce

BC

IC

UCE阻值很高，约几十千欧~几百千欧，可忽略。二、放大电路的微变等效电路画交流通路原则：1.直流电压源视为短路；2.视电容对交流信号短路。

微变等效电路是对交流分量而言，先画放大电路的交流通路，将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。ECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1++ui

+

RSusRBRC+uo

RL交流通路ECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1++ui

+

RSusRBRC+uo

RL交流通路+uo

+–

ibicRBRCRLuSRS+ui

+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCusRC+ui

微变等效电路交流通路基本放大电路三、动态性能指标的计算1.电压放大倍数的计算+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCusRC+ui

当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。电压放大倍数+

+–

RBRLRSrbe

EBCusRC+

开路时电压放大倍数2.放大器输入电阻的计算Ri+

RBRLrbe

EBCRC+

3.输出电阻的计算ro

RCRoRC一般为几千欧，因此，这种基本放大电路的输出电阻较高。受控源相当于开路。晶体管的输入电阻rbe比较小，所以基本放大电路的输入电阻不高。例在共发射极基本交流放大电路中,已知VCC=12V，RC=RL=4k

，RB=300k

试求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。解：ro

RC=4k

+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iBRL9.4

放电电路静态工作点的稳定与设置9.4.1温度对静态工作点的影响9.4.2典型的静态工作点稳定电路9.4.3静态工作点设置对输出波形的影响1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1

C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10

C，ICBO

约增大1倍。2.温度升高，输出特性曲线向上移。OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1

C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。OQ1Q2温度升高，静态工作点向上移。9.4.1温度对静态工作点的影响分压式偏置放大电路+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+us

+uo

VCC(直流电源)：•

使发射结正偏，集电结反偏•

向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容)：•

隔直流、通交流RB1

、RB2(基极偏置电阻)：•

提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻):•

将

IC

UC

，使电流放大

电压放大RE(发射极电阻)：•

稳定静态工作点“Q”CE(发射极旁路电容)：•

短路交流，消除RE对电压放大倍数的影响9.4.2典型的静态工作点稳定电路二、直流分析+VCCRCRERB1RB2+UBEQ

+UCEQ

IBQI1ICQIEQ要求：I1

(5

10)IBQUBQ

(5

10)UBEQ估算一、稳定“Q”的原理：T

IC

UE

UBE

IB

IC

三、性能指标分析+us

+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+uo

RCRB1RB2+ui

+uo

RLibicii交流通路小信号等效电路rbe

ib1.电压放大倍数源电压放大倍数2.输入电阻Ri3.输出电阻RoRo

=RC当没有旁路电容CE时：小信号等效电路1.电压放大倍数源电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻Ro=RC交流通路RCRB1RB2+ui

+uo

RLibiciiRERCRB1RB2+ui

+uo

RLibiciirbe

ibRERiR

i例

=100，RS=1k，RB1=62k，RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k，RL=5.6k，VCC=15V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。[解]1)求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us

+uo

+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us

+uo

2)求Au，Ri，Ro，

AusRo=RC=3k

去掉旁路电容CE时：+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+us

+uo

1)静态工作点“Q”不变2)求Au、Aus、Ri、RoRCRB1RB2+ui

+uo

RLibiciirbe

ibRERo

=RC=3k

既稳定“Q”，Au

又较大的电路uBE/ViB/

A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10

A20304050605Q6直流负载线Q

Q

6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOO00

放大电路设置了合适的静态工作点，当加入合适的输入信号时，输出信号会随输入信号而变化，不会产生失真。失真：是指输出信号的波形不像输入信号的波形。9.4.3静态工作点设置对输出波形的影响放大电路的非线性失真

因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：

uCE顶部失真为截止失真。PNP管：uCE底部失真为截止失真。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：uCE底部失真为饱和失真。PNP管：

uCE顶部失真为饱和失真。uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC9.5

共集电极放大电路（射极输出器）+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us一、静态工作点的计算+UCE

+VCCRBREIB直流通路IEUBE+

射极输出器二、性能指标分析交流通路RsRB+

+uo

RLibiciiRE小信号等效电路usRB+uo

RLibiciirbe

ibRERs+

R

L=RE//RL电压放大倍数：1输入电阻：输出电阻：usRB+uo

RLibiciirbe

ibRERs+

RBibiciirbe

ibRERsus=0+u

iiRER

S=Rs//RBi=iRE

–

ib–

ib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例

=120，RB=300k，r

bb=200，UBEQ=0.7VRE=RL=Rs=1k，VCC=12V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us[解]1)求“Q”IBQ=(VCC–

UBE)/

[RB

+

(1+

)

RE]=(12

–

0.7)/[300+1211]

27(

A)IEQ

IBQ

=3.2(mA)UCEQ=VCC–

ICQ

RE

=12–3.21=8.8(V)2)求Au，Ri，RoRbe=200+26/0.027

1.18(k

)Ri=300//(1.18121)=51.2(k

)RL

=

1

//

1

=0.4(k

)无C3、RB3：Ri=(RB1//RB2)//[rbe+(1+

)RE]Ri=50//510=45(k

)Ri=(RB3+RB1//RB2)//[rbe+(1+

)RE]Ri=(100+50)//510=115(k

)无C3有RB3：接C3：RB3

//rbe

rbeRi=rbe+(1+

)(R

B//RE)=(1+

)(R

B//RE)Ri=5150//10=425(k

)提高Ri

的电路：+C1RSRERB1+VCCC2+–+uo–+us+RB2RB3C3

=50100k

100k

100k

10k

R

B+uo

ibiciirbe

ibRE+ui

RB39.6

共基极放大电路一、求“Q”(略)二、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

+VCCRCC2C3RLRE+++RB1RB2RS+us

+uo

C19.7

多级放大电路直接耦合第一级第二级电路简单，能放大交、直流信号，“Q”互相影响，零点漂移严重。阻容耦合第一级第二级各级“Q”独立，只放大交流信号，信号频率低时耦合电容容抗大。变压器耦合第一级第二级用于选频放大器、功率放大器等。二、级间耦合方式第一级第二级末级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii输入级中间级输出级一、多级放大电路的组成三、阻容耦合多级放大电路性能指标的估算第一级第二级1.各级静态工作点互不影响

考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!!!rirori=ri1ro=ron2.电压放大倍数第一级第二级末级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii3.输入电阻4.输出电阻C1RSRE1RB1C2+us

+++VCCRC2C3RLRE2+CE2+R

B1R

B2例

用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示。已知：VCC=12V，

1=60，RB1=200k

，RE1=2k

，RS=100

。RC2=2k

，RE2=2k

，R

B1=20k

，R

B2=10k

，RL=6k

，

2=37.5，试求：(1)前后级放大电路的静态值；(2)放大电路的输入电阻ri和输出电阻ro；(3)各级电压放大倍数

及总电压放大倍数。解：(1)

第一级静态工作点C1RSRE1RB1C2+us

+++VCCRC2C3RLRE2+CE2+R

B1R

B2第二级静态工作点(2)放大