《电子技术》-第2章基本放大电路

第一节基本放大电路的组成和电压放大原理

一、放大电路的分类放大：从表面看是将小信号的幅度变大，但放大的本质是实现能量的控制。分类:１、按被放大信号的幅度可分为小信号和大信号放大器；２、按用途可分为电流放大器、电压放大器和功率放大器；３、按晶体管的工作状态可分为甲类放大器、乙类放大器和甲乙类放大器。４、按晶体管的联接方式可分为：共发射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器。５、按被放大信号的频率可分为：直流放大器、低频放大器、中频放大器和高频放大器。二、基本放大电路的组成和电压放大原理

（以共发射极基本放大电路为例）１.共发射极基本放大电路的组成

图2.1基本放大电路

下面分析基本放大电路中各元件的作用。

(1）三极管Ｔ：核心元件，具有电流放大作用，使IC=βIB。

(2）基极偏置电阻RＢ：它和电源UBB一起给基极提供一个合适的基极直流IB；使发射结正向偏置。通常的取值为几十千欧到几百千欧。

(3）集电极负载电阻RC:三极管的电流放大转换为电压放大；使集电结反向偏置。一般的值为几百欧到几千欧。(4）直流电源Vcc：一是通过和使三极管发射结正偏、集电结反偏，使三极管工作在放大区；二是给放大电路提供能源。一般为几伏到几十伏。

（5）耦合电容C1、C2起到一个“隔直通交”的作用，避免放大电路的输入端与信号源之间，输出端与负载之间直流分量的互相影响。一般和选用电解电容器，取值为几微法到几十微法。在使用时，应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致，正极接高电位，负极接低电位。（6）电路中符号“┷”表示电路的参考零电位点，通常称为“地”。

2.共发射极基本放大电路的工作原理

（1）静态工作情况分析无输入信号（ui

=0）时的情况：当放大电路没有输入信号时，各处的电压、电流都是不变的直流量，电路处于静止状态。电流和电压分别用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ（或IB、IC、UBE、UCE）表示。这四个数值可表示为晶体管输入特性和输出特性上的一个点，称为静态工作点，用Q表示，如图2-2所示。静态工作点设置的如何对放大电路工作性能有很大影响。

UCE＝UCC－ICRcIC=βIB

2.动态工作情况分析

有输入交流信号(ui≠0)时的情况。在上述直流状态下，给放大电路加上交流信号ui，如图2-3所示。这时电路中各处的电压、电流处于变动状态，简称动态。

图2.3放大电路的各极间波形

从以上动态过程的分析可知：

3．电路中电压和电流的书写规则(1)直流分量用大写字母和大写下标表示，例如：基极静态电流IB，集电极静态电流IC，集电极—发射极静态电压UCE等。(2)交流分量的瞬时值用小写字母和小写下标表示。例如：输入信号电压ui，输入信号电流ii，放大器的输出电压uo等。(3)总量是直流分量与交流分量之和，其瞬时值用小写字母和大写下标表示。例如：有输入信号时基极总电流iB，放大器工作时的集电极电流iC和集电极—发射极之间的电压uCE等。(4)交流分量的向量用大写字母小写下标表示，再在字母上面加点“．”。如：P582、根据组成放大电路时必须遵循的几个原则，分析如图所示各电路能否正常放大交流信号?为什么?若不能，应如何改正?解：（a)

不能正常放大交流信号；因为输入信号被短路；应改为：（b)

不能正常放大交流信号；因为电容的隔直作用，UCC无法给三极管的发射结提供正偏电压。电容位置放错了。应改为：（C)

不能正常放大交流信号；因为UCC无法给三极管的发射结提供正偏电压。应改为：（d)同上（e)不能正常放大交流信号；UCC应换成正电源，另外电容C1极性接反了，应改为：同上。（f)不能正常放大交流信号；因为输出信号被短路了。应改为：同上。第二节放大电路分析

一、直流通路和交流通路1.直流通路：所谓直流通路就是放大电路未加输入信号时，放大电路在直流电源Vcc的作用下，直流分量所流过的路径。其画法为：放大电路中的耦合电容、旁路电容视为开路，放大电路中的电感视为短路。

2.交流通路

交流通路是在信号us作用下，交流电流所流过的路径。画交流通路的原则：（1）将放大电路的耦合电容、旁路电容都看作短路（2）直流电源Vcc看作短路，将等电位点连接起来。

二、静态分析

放大电路没有信号输入时的工作状态称为静态。静态分析其实就是确定静态工作点Q（UBE、IB、IC、UCE）

CBEUCE在输入回路中VCC＝IBQRB+UBEVCC＝ICQRC+UCEQ输入回路输出回路

三、动态分析

放大电路有输入信号的工作状态称为动态。动态分析主要是确定放大电路的电压放大倍数、输入电阻，和输出电阻。放大电路有输入信号时，三极管各极的电流和电压瞬时值既有直流分量，又有交流分量。直流分量一般就是静态值，而所谓放大，只考虑其中的交流分量。在信号很小的时候可以将三极管进行微变等效，下面介绍常用的动态分析法——简化微变等效电路法。1、三极管简化微变等效电路在讨论放大电路的简化微变等效电路之前，需要介绍三极管的简化微变等效电路。图2-4是三极管的简化微变等效电路。

图２.4晶体三极管及微变等效（a）晶体三极管;（b）晶体三极管的微变等效

式中，IE为射极静态电流。图２.6基本放大电路的交流通路及微变等效电路（a）交流通路;（b）微变等效电路

2、放大电路的简化微变等效电路图２.6基本放大电路的交流通路及微变等效电路（a）交流通路;（b）微变等效电路

3、放大电路交流参数的估算

静态值仍由直流通路确定，而动态指标可用微变等效电路求得。（1）电压放大倍数设在图２.6（ｂ）中输入为正弦信号，因为

故

2.输入电阻ri

ri是指电路的动态输入电阻，由图2.6（b）中可看出当负载开路时

式中

3.输出电阻ro

ro

是由输出端向放大电路内部看到的动态电阻，因rce远大于Rc，所以

例２.1

在图２.7（a）所示电路中，Vcc=12v，RB=300,β＝37.5，试求：

(1)静态工作点参数IBQ、ICQ、UCEQ值；

(2)计算动态指标Au、ri、ro的值。

图２.7用微变等效电路求动态指标（a）原理图;（b）微变等效电路

图２.7用微变等效电路求动态指标（a）原理图;（b）微变等效电路

解

(１)求静态工作点参数画出微变等效电路如图２.7（b）所示。

(2)计算动态指标P583、放大电路及元件参数如图所示，三极管选3DG105，50。(1)分别计算RL开路和RL=4.7KΩ时的电压放大倍数Au；(2)如果考虑信号源的内阻RS＝500Ω，RL＝4.7KΩ时，求电压放大倍数AUs。6、在如图所示的放大电路中，Ucc＝12V，RB＝360KΩ，Rc＝3KΩ，RE＝2KΩ，RL＝3KΩ，三极管的UBE＝0.7V，60。（1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电路输入输出电阻；（4）求电压放大倍数。3、解：(1)其直流通路为：其微变等效电路为：RL开路时，当RL＝4.7KΩ时，（2）6、解（1）其直流通路为：（2）画出其微变等效电路Ro(3)

(4)四、放大电路的图解分析法简介

图解法就是在三极管特性曲线上，用作图的方法来分析放大电路的工作情况，它能直观地反映放大器的工作原理。1、用图解法分析放大电路的静态工作情况确定静态工作点Q的步骤如下：画直流通路；列出输入回路方程求出IBQ

；列出输出回路方程（即直流负载线方程uCE=UCC-icRC）;画出直流负载线；找出iB=IBQ与直流负载线的交点Q即可。

如前所述，在例２.1

在图２.7（a）所示电路中共射基本放大电路直流通路中。已求出IBQ＝40μA利用三极管的输出特性曲线，可以画出放大电路输出回路的图解分析曲线如图2-7所示。直流負线方程为：找出两个特殊点M（0，UCC）和N（UCC/Rc，0），将M、N连接，

静态工作点为：

Q（40A，6V，1.5mA)

2.动态图解分析法

(1)空载分析放大电路的输入端有输入信号，输出端开路，这种电路称为空载放大电路，虽然电压和电流增加了交流成分，但输出回路仍与静态的直流通路完全一样。

因为图2.8空载图解分析法图2.8空载图解分析法ICQ(2)带负载的动态分析

在图2.7(a)所示电路中接上负载RL，其交流通路如图2.6(a)所示。从输入端看Rb与发射极并联从集电极看Rc和RL并联。此时的交流负载为

R’L=Rc//RL，显然R’L<Rc。且在交流信号过零点时，其值在Q点，所以交流负载线是一条通过Q点的直线，其斜率为

(2—4)图2-9放大电路的交流负载线3.静态工作点对输出波形失真的影响对一个放大电路而言，要求输出波形的失真尽可能地小。但是，如果静态值设置不当，即静态工作点位置不合适，将出现严重的非线性失真。在图2.10中，设正常情况下静态工作点位于Q点，可以得到失真很小的iC和uCE波形。当调节Rb，使静态工作点设置在Q1点或Q2点时，输出波形将产生严重失真。图2.10静态工作点对输出波形失真的影响

（1）饱和失真静态工作点设置在Q1点，这时虽然iB正常，但iC的正半周和uCE的负半周出现失真。这种失真是由于Q点过高，使其动态工作进入饱和区而引起的失真，因而称作“饱和失真”。（2）截止失真

当静态工作点设置在Q2点时，iB严重失真，使iC的负半周和uCE的正半周进入截止区而造成失真，因此称作“截止失真”。饱和失真和截止失真都是由于晶体管工作在特性曲线的非线性区所引起的，因而叫作非线性失真。适当调整电路参数使Q点合适，可降低非线性失真程度。P571、放大电路和三极管的输出特性曲线如图所示。已知ＶＣＣ＝12V，RB＝240KΩ，Rc＝2KΩ，IBQ按Vcc／RB估算。画出直流负载线，并求出静态工作点Q1；若Rc增大到3KΩ时，重新确定静态工作点Q2，试问Q2点合理吗?为什么?解：(1)IBQ令IC＝0则UCE＝12V又令UCE＝0则IC＝6（mA)Q1UCEQICQUCEQ=5(V)ICQ=3.6(mA)Q2(2)令IC＝0则UCE＝12V又令UCE＝0则IC＝4（mA)Q2点不合理，进入了饱和区，因为RC太大。第三节放大器静态工作点的稳定一、静态工作点的稳定

1、静态工作点的选择与非线性失真静态工作点选择的不好会出现非线性失真，静态工作点选择合适，但温度升高后，可能会使Q点上移，产生饱和失真。

2、静态工作点的稳定一般是通过反馈法来稳定工作点，最常用的是电流反馈式偏置电路。

二、分压式电流负反馈偏置电路

1、分压式电流负反馈偏置电路的组成

2－11分压式偏置电路（a)直流通路（b)2、稳定静态工作点的原理（1）只有则忽略IB的分流作用三极管的基极电位VB

完全由VCC

及RB1

、RB2

决定，（2）VB>>UBE发射极电位VEQ等于发射极电阻RE乘电流IEQ，即

VEQ=REIEQUBEQ=VB－VEQ温度T↑→ICQ↑（IEQ↑）→VE↑→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓。

=

由上式可知VB与三极管的参数无关，几乎不受温度影响。3.分压式偏置电路的计算（1）静态分析

作静态分析时，先画出直流通路如图2.12（a）

图2.12分压式偏置电路的分析电路（a）直流通路;（b）微变等效电路;（c）微变等效电路（C-e开路）

图2.12分压式偏置电路的分析电路（a）直流通路;（b）微变等效电路;（c）微变等效电路（Ce开路）

（2）动态分析图2－12b中

图2.12分压式偏置电路的分析电路（a）直流通路;（b）微变等效电路;（c）微变等效电路（Ce开路）

在图2－12C中P584、放大电路如图所示，三极管UBE＝0.7V，(1)求静态工作点；(2)画出微变等效电路；(3)求电路电压放大倍数和输入、输出电阻。

80。

5、在如图所示的放大电路中，已知Ucc＝12V，RBl＝60KΩ，RB2＝20KΩ，Rc＝3KΩ，RE＝3KΩ，RS＝1KΩ，RL＝3KΩ，三极管的UBE＝0.7V，（1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电路输入输出电阻；（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。

50。4、解：（1）直流通路为：（2）其微变等效电路为：RORi(3)5、解：（1）直流通路为：（2）其微变等效电路为：（3）（4）第四节共集电极放大电路

2.5.1共集电极电路组成及分析共集电极放大电路如图2.13（a）所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号。从它的交流通路图2.13（C）可看出，输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。

图2.13共集电极放大电路(a)共集电极放大电路;(b)直流通路

图2.13共集电极放大电路

(c)交流通路;(d)微变等效电路

共集电极电路分析:1)静态分析由图2.13（b）的直流通路可得出：即得

2)动态分析（1）电压放大倍数可由图2.13（d）所示的微变等效电路得出。因为所以

由于式中的（1+β）R′L>>rbe，因而略小于1，又由于输出、输入同相位，输出跟随输入，且从发射极输出，故又称射极输出器或射极跟随器，简称射随器。（2）输入电阻ri可由微变等效电路得出，由

ri=Rb//［rbe+（1+β）R′L］可见，共集电极电路的输入电阻很高，可达几十千欧到几百千欧。（3）输出电阻ro可由图2.14的等效电路来求得。将信号源短路，保留其内阻，在输出端去掉RL，加一交流电压，产生电流，则：

图2.14计算ro等效电路

式中

所以

通常

故

由上式可见，射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强.3）射极输出器的特点及应用虽然射极输出器的电压放大倍数略小于1，但输出电流是基极电流的（1+β）倍。它不但具有电流放大和功率放大的作用，而且具有输入电阻高、输出电阻低的特点。由于射极输出器输入电阻高，向信号源汲取的电流小，对信号源影响也小，因而一般用它作输入级。又由于它的输出电阻小，负载能力强。7、在如图所示的放大电路中，Ucc＝12V，RB＝280KΩ，RE＝2KΩ，RL＝3KΩ，三极管的UBE＝0.7V，（1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电路输入输出电阻；（4）求电压放大倍数

100。。解：（1）其直流通路为：（2）微变等效电路为：（3）（4）第五节多级放大电路

为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。一、多级放大电路的耦合方式多级放大电路之间的连接方式称为耦合。常见的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合及直接耦合三种形式。下面分别介绍三种耦合方式。1.阻容耦合阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容。阻容耦合的优点是：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。便于分析和设计电路。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应用。

2.变压器耦合

变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合。变压器耦合的优点是：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立，互不影响。变压器在传输信号的同时还能够进行阻抗、电压、电流变换。变压器耦合的缺点是：体积大、笨重等，不能实现集成化应用。阻容耦合的缺点是：信号在通过耦合电容加到下一级时会大幅衰减，对直流信号（或变化缓慢的信号）很难传输。在集成电路里制造大电容很困难，不利于集成化。所以，阻容耦合只适用于分立元件组成的电路。

3.直接耦合

为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响,也可以把级与级之间直接用导线连接起来,这种连接方式称为直接耦合。其电路如图2.15所示。直接耦合的特点:(1)优点:既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。

(2)缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。

图2.15直接耦合放大电路12

零点漂移现象：由于温度变化等原因，使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零的现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的。因而，零点漂移的大小主要由温度所决定。要使用直接耦合的多级放大电路，必须解决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决方法我们将在差分放大电路中讨论。二、多级放大电路的指标计算1.总的电压放大倍数为

所以总的电压放大倍数为

即总的电压放大倍数为各级放大倍数的连乘积。

2）多级放大电路的输入、输出电阻多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻。第六节

差分放大电路

前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个特殊问题，一是静态工作点的相互影响；解决静态工作点的相互影响，可采用计算机精确计算根据结果进行调节。为了保证既能有效地传递信号，又能使每一级有合适的静态工作点。常用的办法之一是提高后级的发射极电位，如下图所示。T2二是零点漂移:

为了解决这个问题，可采用差分式放大电路。

如上图所示为差动式放大电路，它由两个完全相同的单管共射极电路组成。差动式放大电路有两个输入端，两个输出端，要求电路对称，即T1、T2的特性相同，外接电阻对称相等，各元件的温度特性相同。1.工作原理

静态时Ui1=Ui2=0。由于电路左右对称，输入信号为零时，IC1=IC2，UC1=UC2，则输出电压

Uo=ΔUO1-ΔUO2=0

当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流和集电极电位同时发生变化。输出电压仍然为零。可见，尽管各管的零漂存在，但输出电压为零，从而使得零漂得到抑制。

2.信号输入

（1）差模输入。放大器的两个输入端分别输入大小相等极性相反的信号(即Ui1=-Ui2)，这种输入方式称为差模输入。如下所示差模输入信号

差模输出电压差模电压放大倍数

即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极电路的电压放大倍数。RE是一个共模负反馈,也就是说,当差模输入信号时,两个放大管的发射极电流将一个增加,另一个减小,二者之和总是保持不变,因此RE可看成短路。在输入端加上差模输入信号时，一个三极管的集电极电位降低，另一个管子的集电极电位升高，故认为RL的中点电位保持不变。即在处相当交流接地点。RBβib差模电压放大倍数为：其单边的微变等效电路为：差模电压放大倍数

差模输入电阻为：差模输出电阻为：

（1）共模输入。若两个输入信号电压和的大小相等、极性相同，即，这样的输入称为共模输入。如下图所示。在共模输入信号作用下，对于完全对称的差分放大电路来说，显然两管的集电极电位变化相同，即，因而输出电压为：可见，差分放大电路对共模信号没有放大能力，共模电压放大倍数为：T1（3）比较输入两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的。是比较常见。可认为是某个差模输入信号与某共模输入电压的组合，其中差模输入电压uid和共模输入电压uic的值分别为:例如：比较输入信号为ui1=10mV,u12=-4mV,则差模信号为：uid=ui1-ui2=10-(-4)=14mV

共模信号为：

对于差分放大电路来说，差模信号是有用信号，要求对差模信号有较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，因此对共模信号的放大倍数越小越好。对共模信号的放大倍数越小，就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强。4、共模抑制比

上面讨论的是理想情况，在一般情况下，电路不可能绝对对称，为了全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共摸信号的能力，引入共模抑制比，以表示。共模抑制比定

之比的绝对值，即：或用对数形式表示：。义为与用对数形式表示的共模抑制比的单位为分贝(dB)。

显然，共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。5.差分放大电路的连接方式有：

由于差动式放大电路有两个输入端、两个输出端,所以信号的输入和输出有四种方式，这四种方式分别是双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。根据不同需要可选择不同的输入、输出方式。分别如图下所示：图2-16为差动放大电路的四种接法（1）双端输入双端输出与单端输入双端输出（2）双端输入单端输出

从T1集电极输出时，Ad的表达式中才有负号；如果改为从T2的集电极单端输出，Ad为正值。（3）单端输入单端输出

从T1集电极输出时，Ad的表达式中才有负号；如果改为从T2的集电极单端输出，Ad为正值。R0＝RC第七节功率放大电路

一个实用的放大电路要求能够对所要放大的信号源信号进行不失真的放大和输出，并能向所驱动的负载提供足够大的功率。因此，它通常由输入级、中间级和输出级三部分组成。一般说，输出级就是一个功率放大电路。一、概述l．输出功率足够大2.效率要高3.非线性失真要小二、功率放大电路的效率问题

按照功率放大电路放大信号的频率范围，功率放大电路分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。低频功率放大电