《电工与电子技术》-第09章 基本放大电路

1第8章基本放大电路8.1基本交流电压放大电路8.2分压式偏置电路8.3射极输出器8.4互补对称功率放大电路8.5多级放大电路8.6集成功率放大器2本章要求：1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法。3.了解互补功率放大电路OTL\OCL的工作原理。4.了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念。3案例导入：分析收音机电路4放大的概念:

放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。

放大的实质:

用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。

对放大电路的基本要求：

1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。

2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。

本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。58.1基本交流电压放大电路8.1、基本交流电压放大电路的组成1、共发射极基本放大电路信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE62、基本放大电路各元件作用

晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。

基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。

集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。7单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3、电路的简化画法88.1.2、静态分析静态：放大电路无信号输入（ui

=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：

(1)

使放大电路的放大信号不失真；

(2)

使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE

。静态分析：确定放大电路的静态值。直流等效原则：对电容视为断路；电源视为短路；其它结构不变。9直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB

、IC

、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE101、用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：

(1).用估算法确定IB优点：

能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。(2).由输出特性确定IC

和UCCUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流负载线方程11方法：方法IB与UBE间既符合方程UBE=UCC-IBRB，也符合输入特性曲线，因此只要过静态工作点Ｑ作垂线可求出IBQ及UBEQ。求UBEQ的大小满足UBE=UCC-IBRB122、用图解法确定静态值

直流负载线斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O132、用估算法确定静态值（1）.

直流通路估算IB根据电流放大作用（2）.由直流通路估算UCE、IC当UBE<<UCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC14例8-1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB15例8-2：用估算法计算图示电路的静态工作点。

由例9-1、例9-2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB168.1.3、放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：

微变等效电路法，图解法。所用电路：

放大电路的交流通路。动态分析:

计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：

各极电压和电流的交流分量。目的：

找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。17三种不同量的书写规定：直流量全部用大字字母表示：如IB、IE、UCE等；交流量全部用小写字母表示：如ic、ube、uo等；动态量用小写字母带大写脚标表示：如iB、uCE等。UBEIBICUCE1、无输入信号(ui

=0)时:uBEtOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuo=0

uBE=UBE

uCE=UCE18ICUCEOIBUBEO※可见：无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。QIBUBEQUCEIC19UBEIB？uCE=UCC－iC

RCuo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO２、有信号输入(ui≠0)时（图解分析法）20动态分析图解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。21※可见：①加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析22②若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。③

输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotOuitO④

输出电压与输入电压可能出现非线性失真。uotO饱和失真饱和失真23非线性失真

如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，动画

晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo

适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ124若Q设置过低，动画

晶体管进入截止区工作，造成截止失真。

适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。25uitOuotOuotO饱和失真截止失真原因：静态工作点设置太高，输入信号正半周进入饱和区；措施：增加RB电阻的阻值，以减小IB.原因：静态工作点设置太低，输入信号负半周进入饱和区；措施：减小RB电阻的阻值，以增加IB.输入信号削顶削顶非线性失真：截止失真、饱和失真。26

微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。２、微变等效电路法(ui≠0)

27

晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。

当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。(1).晶体管的微变等效电路

UBE

IB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。①输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻

晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO28②输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ

输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的关系。

一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。O29ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。③三极管微变图30(2)、放大电路微变等效电路画交流通路原则：电容及电源视为短路，其它结构不变。RBRCuiuORLRSes++–+––XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路

用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE31

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii32

分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS33①电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。

式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：34rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：

由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数Au

的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic

的关系。35②放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义：

输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。放大电路信号源+-+-36rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE

例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri37③

放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义：

输出电阻是动态电阻，与负载无关。

输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_38rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.例1：求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或39rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求2)令或40例8-3：已知如图所示的电路参数，求(1)负载接入与断开时的电压放大倍数Au，(2)输入电阻ri、输出电阻ro；(3)输出开路时的源电压放大倍数。12VRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE300k3k3k3kβ=5041解：利用估算法可求40μΑ①当RL接入时的电压放大倍数AU42②输入电阻ri、输出电阻ro为＝RB≈≈0.96k③源电压放大倍数AUS438.2分压式偏置电路

合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。

前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。448.2.1、稳定静态工作点原理

在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，当UCC和

RB一定时，IC与UBE、

以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。1、温度变化对静态工作点的影响45iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´

固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使IC

增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。结论：

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O462、稳定静态工作点Ｑ的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。UBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–①

47UB

集电极电流基本恒定，不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–②

48从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，UB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择UEUBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–49Q点稳定的过程UEUBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICUEICUB固定

RE：温度补偿电阻

对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；

对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。508.2.2.静态工作点的计算1、静态工作点（估算法）:UBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–512.动态分析对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro

？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–52RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE53无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri提高ro不变54对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS时RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–55例8-4:

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及

UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE256解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB57(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE588.3射极输出器

因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS59求Q点：8.3.1、静态分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS608.3.2动态分析61rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2、输入电阻

射极输出器的输入电阻高，对前级有利。

ri与负载有关623.

输出电阻射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE63共集电极放大电路(射极输出器)的特点：1.

电压放大倍数小于1，约等于1;2.

输入电阻高；3.

输出电阻低；4.输出与输入同相。64射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.

因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。2.

因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.

利用ri大、ro小以及Au

1的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。65例8-5:.

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶体管β=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω，试求:(1)

静态工作点IB、IE及UCE；(2)

画出微变等效电路；(3)

Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS66解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC67(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微变等效电路688.4.1、对功率放大电路的基本要求

功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)由于功率较大，就要求提高效率。8.4互补对称功率放大电路69ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO8.4.2、晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大，波形好,管耗大效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC

0，一般功放常采用。708.4.3、互补对称放大电路

互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。

OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。711.OTL电路(1)

特点T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。(2)静态时(ui=0),

IC10，IC20OTL原理电路电容两端的电压RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-72RLuiT1T2Auo+-+-(3)动态时

设输入端在UCC/2

直流基础上加入正弦信号。T1导通、T2截止；同时给电容充电T2导通、T1截止；电容放电，相当于电源

若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路uo输入交流信号ui的正半周输入交流信号ui的负半周73(4)交越失真

当输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。

交越失真产生的原因由于晶体管特性存在非线性，

ui

<死区电压晶体管导通不好。交越失真采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施uitOuotO74R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2

动态时，设ui

加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。负半周T1截止，T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。

静态时T1、T2

两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。(5)克服交越失真的电路75uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL电路ic1ic2静态时：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。动态时：ui

<0VT2导通，T1截止ui

>0VT1导通，T2截止特点：

双电源供电、输出无电容器。uoOCL原理电路768.5多级放大电路

耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。

常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。动态:传送信号减少压降损失静态：保证各级有合适的Q点波形不失真第二级

推动级

输入级

输出级输入输出多级放大电路的框图对耦合电路的要求778.5.1、阻容耦合第一级第二级负载信号源两级之间通过耦合电容

C