《电工与电子技术》课件 项目9 基本放大电路

项目9半导体晶体管及其基本放大电路放大”的实质是能量的控制和转换，即在输入小信号作用下，通过放大电路将电源的能量转换成负载的能量，使输出端负载获得能量较大的信号。电子电路的基本特征是功率放大。能够控制能量的元件称为有源元件；放大的前提是不使放大的信号失真，

放大——是将电信号放大，即电压放大或电流放大。一、放大的基本概念放大电路的主要性能指标任何一个放大电路都可以看成一个两端口网络。左边为输入端口，当内阻为Rs的正弦波信号源Us作用时，放大电路得到输入电压Ui，同时产生输入电流Ii，右边为输出端口，输出电压为Uo，输出电流为Io，RL为负载电阻。1.放大倍数（1）电压放大倍数:输出电压Uo与输入电压Ui之比，A

u=Uo/Ui（2）电流放大倍数:输出电流Io与输入电流Ii之比，Ai=Io/Ii

（3）互阻放大倍数:输出电压Uo与输入电流Ii之比，Aui=Uo/Ii（4）互导放大倍数:输出电流Io与输入电压Ui之比，

Aiu=Io/Ui

放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量Xo（Uo或Io）与输入量Xi（Ui或Ii）之比。2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。3.输出电阻Ro——任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源，从放大电路输出端看进去的等效电阻

输出电阻的定义：输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，负载电阻RL变化时Uo的变化越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。4.最大输出幅度

在输出波形不失真的情况下，放大电路的最大输出电压或电流的大小，用Uomax和Iomax表示。一般电压指有效值时，用Uom表示，正弦信号的峰-峰值等于其有效值的

倍。5.非线性失真系数晶体管的输入、输出特性曲线是非线性的，即使在放大区也不是完全的线性。因此，输出波形不可避免地要发生失真。这种由于晶体管的非线性造成的输出信号失真称为非线性失真。6.通频带fAAm0.707AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线7、最大输出功率与效率

最大输出功率Pom:在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率称为最大输出功率Pom

。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。

效率：直流电源能量的利用功率称为效率η，设电源消耗的功率为Pv，则效率η等于最大输出功率Pom与PV之比，即

η=Pom/Pv二、

共发射极放大电路的组成及工作原理三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→uo

ui

基本共射放大电路放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。○当ui=0时，称放大电路处于静态；当ui不为0时，在输入回路中在静态值的基础上产生一个动态基极电流ib，在输出回路中得到动态电流ic。集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE

。基极电源与基极电阻

基本共射放大电路1、常见共射放大电路的画法由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？

放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。2、静态工作点3、波形分析（1）假设ui=0，可求出IB、IC、UCE=Vcc-IcRciBiCuCEuCEuo（2）在ui端加一个交流小信号，这时如果工作在输入曲线的线性区iB跟随uBE的变化，可以画出iB、iC的波形；而UCE=Vcc-icRc可画出UCE的波形，去掉管压降的直流分量UCEQ，就可得到uo的波形。ui各点波形uo比ui幅度放大且相位相反

三、放大电路的直交流通路与图解分析法

一般情况下，在放大电路中，直流量和交流信号总是共存的。直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的通路，也就是静态电流流经的通路，用于研究静态工作点。交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路。直流通路的画法：

开路开路将交流电压源短路，将电容开路。直流通路——分析静态工作情况交流通路的画法：

短路短路置零将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况

注意：在分析放大电路时应先遵循“先静态，后动态”的原则。求静态工作点应利用直流通路。求解动态参数时应利用交流通路。静态工作点合适动态分析才有意义。一、静态分析

基本共射放大电路

输入回路的图解分析uBE=UCC－iBRBQUBEQIBQUCCVCC/RbiBuBE0放大电路的图解分析法UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流负载线QIBUCEQICQ

基本共射放大电路由图解法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q输出端接入负载RL：不影响Q，影响动态！其中：uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL交流通路二.动态分析交流量ic和uce有如下关系：即：交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

交流负载线的作法：iCiCEVCCQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

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。iBuBEQuiibic假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号uiib静态工作点iCuCEuce注意：uce与ui反相！结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot

对于基本共射放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以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非线性失真。

为了得到尽量大的输出信号，要把Q点设置在交流负载线的中间部分。如果Q点设置不合适，信号进入截至区或饱和区，造成非线性失真。3、波形的非线性失真（1）合适的静态工作点（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”四、

放大电路的微变等效电路分析法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号2.4.1晶体管的低频小信号微变等效模型下标e表示共射接法，式中一.晶体管的H参数的引出对上边两式求全微分：

用取代duBE，取代diB，取代diC，取代duCE，可得出h参数方程二.晶体管的H参数小信号等效模型模型三极管简化的h参数等效电路：iBuBE

uBE

iB三.H参数的物理意义——表示小信号作用下b-e间的动态电阻，常记作rbe。iBuBE

uBE

uCE——描述了晶体管输出回路电压uCE对输入回路电压uBE的影响，故称之为内反馈系数。

iC

iBiCuCE——表示晶体管在Q点附近的电流放大系数β

。iCuCEiCuCE——表示c-e间的动态输出电导，用

1/rce表示。b-e间等效成一个电阻与一个电压控制的电压源串联；c-e间等效成一个电流控制的电流源与一个电阻并联。这样，得到晶体管的等效模型如图所示：四、H参数的模型化简五、H参数的确定其中：rbb’=200Ω所以：一、静态分析四、共射放大电路的分析ICQ≈βIBQUCEQ=UCC－ICQRC（1）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替二、动态分析1、电压放大倍数基本共射放大电路的动态分析==2、输入电阻Ri放大电路的输入电阻Ri是从输入端看进去的等效电阻基本共射放大电路的动态分析3、输出电阻Ro

基本共射放大电路的动态分析根据定义：所以：五、

分压式稳定静态工作点电路温度对静态工作点的影响一、温度对UBE的影响温度引起的UBE的变化不太明显，大多数晶体管的UBE的温度系数为－2mV/℃，也即是说，当温度每升高1℃时，UBE大约下降2mV。二、

温度β的影响当温度升高时，加快了基区注入载流子的扩散速度，这使基区中的自由电子与空穴的复合数目减小，从而导致β增大。由实验可得，温度每升高1℃时，β的值要增加0.5％~1％。当β增大时，输出特性曲线的间距也会变宽，使静态工作点Q上移，从而IC也增加。iCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。总之：TIC三、

温度ICBO的影响分压式射极偏置稳定电路选I1＞＞IBQ∴I1

I2一、电路组成及Q点工作原理静态工作点稳定过程：TUBEICICIEUE

UBEQ=UBQ-UEQ=UBQ-IEQ

ReUBQ稳定IB由输入特性曲线二、静态工作点的估算IBQ=ICQ/

UCEQ=VCC-ICQRC-IEQReICQ

IEQ=UEQ/Re

=（UBQ-UBEQ）/Re

电容开路,画出直流通道

将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路三、动态分析电压放大倍数：RL=RC//RLe输入电阻：输出电阻：e带旁路电容的射极偏置稳定电路一、静态工作点的估算IBQ=ICQ/

UCEQ=VCC-ICQRC-IEQReICQ

IEQ=UEQ/Re

=（UBQ-UBEQ）/Re

电容开路,画出直流通道

将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路二、动态分析电压放大倍数：输入电阻：输出电阻：六、

共集电极放大电路

根据放大电路的组成原则，晶体管应工作在放大区，即uBE>Uon，uCE>uBE，所以如图所示。共集放大电路一、电路的组成二、静态分析列出输入回路的方程UCC－IBQ·RB－UBEQ－IEQ·RE=0ICQ=βIBQ≈IEQ

三、动态分析共集放大电路的交流等效电路所以1、电流放大倍数共集放大电路的交流等效电路2、电压放大倍数①Au<1即uo<ui

无电压放大作用

当(β+1)Re>>Rb+rbe时，uo≈ui②uo与ui同相位3、输入电阻特点：输入电阻比共射放大电路的输入电阻大得多，可达几千欧到几百千欧Ri=RB//[rbe+(1+β)R′E]

因为共集放大电路输入电阻大、输出电阻小，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入级和输出级；也可用它连接两电路，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。共集放大电路