电工与电子技术基础第二版课件-第5章基本放大电路

基本要求：1.正确理解共发射极放大电路的组成、工作原理，理解静态工作点的作用；2.正确理解放大电路中的交流参数：输入电阻、输出电阻和放大倍数，掌握放大电路静态工作点的估算法和小信号微变等效电路法计算交流参数；3.理解静态工作点的稳定过程，理解射极输出器的基本特点和熟悉其用途。难点：静态工作点的稳定过程和射极输出器输出电阻的计算。重点：静态工作点的估算，交流参数的计算。

放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为

较强的电信号。放大器实现放大的条件：

1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。

2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。

3.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。第5章基本放大电路§5.1

共发射极放大电路5.1.1共射放大电路的组成C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用，在集电极电路获得放大了的电流iC，该电流受输入信号的控制。即

iC=iB共射极放大电路晶体管T1.电路中各元件的作用：电源电压UCC除为输出信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用。C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T共射极放大电路集电极电源电压UCCC1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T共射极放大电路

集电极负载电阻简称集电极电阻，它主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。集电极负载电阻RCC1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T共射极放大电路

它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。偏置电阻RBC1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T共射极放大电路它们一方面起到隔直作用，C1用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路，而C2用来隔断放大电路与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另一方面耦合电容C1和C2又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。放大电路的组成放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。电路中电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通路---只考虑交流信号的分电路。直流通路

---只考虑直流信号的分电路。不同的信号可以在不同的通道进行分析。5.1.2

基本放大电路的静态分析放大电路放大作用

放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析是要确定放大电路的静态值(直流值)

IB，

IC

，

UBE和UCE。1.用放大电路的直流通路确定静态值(估算法)RCRB+UCCIB+UBE

IC+UCE

T

将电路中的隔直电容C1、C2开路，直流通道的简化电路如图所示。C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T直流通路共射极放大电路

IB=RB①基极电流②集电极电流IC=IB

③集-射极电压UCE=UCC-RCIC静态值当UBE<<UCC时RCRB+UCCIB+UBE

IC+UCE

T直流通路【解】根据直流通道可得出IC=

IB=50

×0.04=2mAUCE=UCC–ICRC=12-2×10-3

×3×103=6V【例5.1】已知UCC=12V,RC=3kΩ,RB=300kΩ,β=50,试求放大电路的静态值。=12300×103IB

=

UCCRB=40

µARCRB+UCCIB+UBE

IC+UCE

T2.用图解法确定静态值根据可得出：在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条(由IB确定)输出特性曲线的交点

Q称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。基极电流IB的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变IB的大小，可以得到合适的静态工作点，IB称为偏置电流，简称偏流。通常是改变RB的阻值来调整IB的大小。OIB

=0µA20µA40µA60µA80µA123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线图解过程:第2章2.2IC

/mAUCE

/VQ1Q2IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ输入输出特性曲线输入输出特性曲线【例5.2】在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=3k

，RB=300k

，晶体管的输出特性曲线如上图。(1)作出直流负载线，(2)求静态值。[解]

(1)

由IC=0时，UCE=UCC=12V，和UCE=0时，可作出直流负载线(2)

由得出静态工作点Q，静态值为OIB

=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点求得静态值为:IB=40

A，IC=2mA,UCE=6VIC

/mAUCE

/V1.微变等效电路法

晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将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。放大电路有输入信号时的工作状态称为动态，动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况，确定放大电路的电压放大倍数Au

，输入电阻ri

和输入电阻ro

。5.1.3

基本放大电路的动态分析(1)

晶体管的微变等效电路OIB

UBE

UCEIB

Q

IB

UBE

在晶体管的输入特性曲线上，将工作点Q

附近的工作段近似地看成直线，当UCE为常数时，

UBE与

IB之比称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe是一常数，由它确定ube和ib之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用rbe等效代替。低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算rbe是对交流而言的一个动态电阻。QIC

UCE

IB

ICICUCE晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的平行直线，当UCE为常数时，

IC与

IB之比即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下，

是一常数，由它确定ic受ib的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源ic=

ib

等效代替。QIC

UCE

IB

ICIC

UCEUCE晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当IB为常数时，

UCE与

IC之比称为晶体管的输出电阻，在小信号的条件下，rce也是一常数，在等效电路中与

ib并联，由于rce的阻值很高，可以将其看成开路。由以上分析可得出晶体管的微变等效电路BECicrbe

ib

ib+uce

+ube

CBE+ube

+uce

icibT(2)

放大电路的微变等效电路

先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言，电容可视作短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，对交流讲直流电源也可以认为是短路的。将交流通路中的三极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。

由以上分析可得出晶体管的微变等效电路C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iBiCT基本放大电路+ube

TRCiiibicRLRSRBebc+ui

+es

+uo

+Uce

交流通路基本放大电路的微变等效电路RCRLRBii+ui

RS+es

+uo

ui=

ubeuo=

ucebcrbe

ibice

ib+ube

TRCiiibicRLRSRBebc+ui

+es

+uo

+Uce

交流通路微变等效电路的画法ui=

ubeuo=

uce当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。(3)

电压放大倍数的计算rbe

ebcRCRLRBRS+

+

+

由上图可列出当负载开路RL＝∞时

RL越小，电压放大倍数越低。(4)

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ri，即它是对交流信号而言的一个动态电阻。C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T等效放大电路++RSri如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻Rs和ri

的分压，使实际加到放大电路的输入电压Ui减小，从而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些。输入电阻的影响对信号源的放大倍数++RSri以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。注意：ri与rbe意义不同不能混淆。rbe

EBCRCRLRBRS+

+

+

ri(5)

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，其内阻即为放大电路的输出电阻ro，它也是一个动态电阻。C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T等效++roRL放大电路由戴维南定理：uOC的大小就等于负载开路时，输出uO的大小。

如果放大电路的输出电阻较大(相当于信号源的内阻较大)，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。输出电阻的影响++roRL++roRLrbe

EBCRCRLRBRS+

+

+

RC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。以共发射极基本放大电路为例，放大电路的输出电阻可在信号源短路()和输出端开路的条件下求得。+

UroII1从基本放大电路的微变等效电路看，当输出端加恒流源，且，则I=I1，授控电流源相当于开路。故输出电阻为【例5.3】在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=3k

，RL=3k

，RB=300k

，，rbe=1k

。试求（1）求电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro；（2）若RS=1kΩ，求对源信号的电压放大倍数Aus。【解】（1）ri=RB//rbe≈rbe=1（kΩ）ro＝RC=3（kΩ）（2）2.图解法首先在输入特性上作图，由输入信号ui确定基极电流的变化量ib，再在输出特性上作图，得到交流分量ic和uce即(uo)。由图解分析可得出:(1)交流信号的传输情况：OuBE/VQ1QQ2604020OO6040200.680.70.72UBEttiB/

A在输入特性上作图(ui)uBE/ViB/

AIB(ib)OIB=40

A2060803Q1.5612N0MtOOQ22.250.752.251.50.75IC39369tQ1空载输出电压iC

/mAuCE/VuCE/ViC

/mA(ic)UCE交、直流负载线重合空载时OIB=40

A2060803Q1.5612N0MtOOQ22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线Q1接负载后，Uom减小,Au下降。

tQ1Q2空载输出电压iC

/mAuCE/VuCE/ViC

/mA(ic)UCEuo=

uce有载时(2)电压和电流都含有直流分量和交流分量，即(3)输入信号电压ui和输出电压uo相位相反。

此外，还要求放大电路输出信号尽可能不失真，所谓失真,是指输出信号的波形不像输入信号的波形。引起失真最常见的原因是由于静态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。这种通常称为非线性失真。OQ15ibOttOuBE/ViB/mAuBE/ViB/mA(a)

工作点偏低引起ib失真①工作点偏低引起截止失真(ui)O20608031.56122.250.7539400(b)工作点偏低引起

ic、uce

(uo)失真0.25正半周变平截止失真uo波形IB=5µAQ

Ot2.251.50.750.25iC

/mAuCE/VOtuCE/ViC

/mA(iC)uo=

uceO20A40A80A123IB=0Q②静态工作点偏高引起饱和失真iC正半周被削平

IB=60

A

uo波形uce负半周被削平饱和失真tOiC

/mAuCE/VtOuCE/ViC

/mAuo=

uceib(不失真）波形失真基本放大电路非线性失真RCRB+UCCIB+UBE

IC+UCE

T1.饱和失真：是因Q点设置偏高引起的，消除失真的方法就是降低Q点至合适。在UCC和β不变情况下，增大RB值，以减小IB来消除失真。2.截止失真：是因Q点设置偏低引起的，消除失真的方法就是升高Q点至合适。在UCC和β不变情况下，减小RB值，以增大IB来消除失真。3.截止失真饱和（双向）失真：是因输入信号幅值过大，而非Q点设置不合适引起的，消除失真的方法就是减小输入信号幅值。返回

为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化会严重影响静态工作点Q

。

对于固定偏置电路，静态工作点是由UBE、

和ICEO决定，这三个参数易随温度而变化，所以温度对静态工作点Q的影响比较大。§

5.2静态工作点的稳定RCRB+UCCIB+UBE

IC+UCE

T－分压式偏置电路1.温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC------------------------UBE1UBE2显然

UBE2＜UBE1IB5.2.1温度对UBE的影响2.温度对

值及ICEO的影响T

、ICEOICiCuCEQQ1´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。温度对Q点影响由直流通路可列出若使则基极电位可认为VB与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1和RB2的分压电路所固定。5.2.2静态分析+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

uBE

分压式偏置放大电路+

+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE

+UBE

I1I2IE直流通路UB+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE

+UBE

I1I2IE直流通路RE的作用UBUE若使则TUBEIBICUEIC

RE越大，稳定性越好。但太大将使输出电压降低。一般取几百欧~几kΩ。

因此，只要满足和两个条件，VB和IE或IC就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取I2=(5~10)

IB和UB=(5~10)UBE。稳定过程分压式偏置放大电路静态工作点的计算+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE

+UBE

I1I2IE直流通路若UB+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

+uBE

分压式偏置放大电路5.2.3动态分析交流通路RB1RB2RL+ui

RS+es

+uo

RCTebc微变等效电路rbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

rbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

1、电压放大倍数rbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

3、输入电阻rori=RB1//RB2//rberi2、输入电阻riro=RCro＝0＝0无旁路电容CE时+UCCRCC1C2TRLRE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

+uBE

交流通路RB1RB2RL+ui

RS+es

+uo

RCTebcRE微变等效电路rbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

RErbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

RE电压放大倍数rbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

RE输入电阻ririori=RB1//RB2//rbo

rbo

=rbe+(1+β)RE

ri=RB1//RB2//[rbe+(1+β)RE]rbe

ebcRS+

RB1RB2RCRL+

+

RE输出电阻roro

ro

=RC=0=0信号源短路ES=0，有Ib=0，则Ic=0，即ce支路开路。故

电容CE的作用是使交流旁路，防止RE上产生交流压降降低电压放大倍数，CE称为交流旁路电容。

【例5.4】在分压式偏置放大电路中，已知UCC=12V，RC=2k

，RE=1.2k

，RB1=30k

，RB2=10k

，RL=2k

，晶体管的β＝50，rbe=1k

。(1)试求静态值；(2)画出微变等效电路；(3)计算该电路的Au，ri和ro

。【解】(1)静态值+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

+uBE

分压式偏置放大电路(2)微变等效电路rbe

EBCRCRLRB2RS+

+

+

RB1(3)动态值无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri提高ro不变返回§

5.3共集电极放大电路射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。5.3.1静态分析RERB+UCCIB+UBE

+UCE

TICIE直流通路C1RS+ui

RERB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iE+uCE

T射极输出器用直流通路确定静态值：RERB+UCCIB+UBE

+UCE

TICIE直流通路对输入回路列KVL方程UCC=IBRB+IERE+UBE则对输出回路列KVL方程UCC=IERE+UCE则5.3.2动态分析交流通路C1RS+ui

RERB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iE+uCE

T射极输出器+ui

+uo

RS+es

TebcRERBRL微变等效电路rbe

ebc+

RERS+

RBRL+

由微变等效电路可得出1.电压放大倍数式中rbe

RERLRBRS+

+

+

ebc因rbe<<(1+

)RL，故，两者同相，大小基本相等，但Uo略小于Ui，即接近1，但恒小于1。2.输入电阻射极输出器的输入电阻很高。rbe

RERLRBRS+

+

+

ebcri与分压式偏置放大电路无旁路电容CE的分析相同式中3.输出电阻rbe

RERBRS+

计算ro的等效电路bce可用右图计算输出电阻，将信号源短路，保留其内阻RS，RS与

RB并联后的等效电阻为

。在输出端将RL取去，外加一交流电压

，产生电流

。通常故射极输出器的输出电阻是很低的。ro例如，

=40，rbe=0.8k，RS=50，RB=120k，由此得射随器参数计算1.射极输出器的主要特点是：（3）电压放大倍数接近1，且输入、输出信号同相；（1）输入电阻高；（2）输出电阻低。5.3.3共集电极放大电路的特点及应用2.射极输出器的应用（1）作多级放大器的输入级。因其输入电阻很高，使信号源的衰减很少，信号源内阻的影响就小。（2）作多级放大器的输出级。因其输出电阻很低，可获得稳定的输出电压，提高了放大器的带负载能力。（3）作多级放大器的缓冲级。利用输入电阻大、输出电阻小的特点，可作阻抗变换用，在两级放大器间起缓冲作用。*【例5.1】图示放大电路中，若测得UB=3.2V，UC=３V，而电源电压为12V，己知RC=３kΩ，T为硅管，U

BE

=0.7V，试求IC=？RE＝？该电路的静态工作点是否合适？【解】RC

两端的电压为：UCC-UC=12-3=9V则：IC=9/RC=9/3=3mA又：UE=UB-UBE=3.2-0.7=2.5VIE≈IC则：RE=UE/IE=2.5/3=8.3kΩ由于UB>UC，UB>UE所以三极管发射结、集电结均处于正向偏置，三极管处于饱和状态。工作点不合适。综合习题*【例5.2】电路如图所示，晶体管的β＝60，rbe=1kΩ，UBE

=0.7V。求(1)

Au

、ri

和ro；(2)设Us

＝9mV（有效值），问Ui＝？Uo＝？【解】(1)

(2)（mV）（V）*【例5.3】已知图示电路中晶体管的β=100，rbe=1kΩ

。（1）现已测得静态管压降UCE=6V，估算RB

约为多少千欧；（2）若测得ui和uo

的有效值分别为1mV和100mV，则负载电阻RL为多少千欧？【解】(1)

（2）*【例5.4】一放大电路，测得负载为4kΩ时输出电压为0.75V，负载为2kΩ时输出电压为0.5V，试求放大电路空载时的输出电压和输出电阻。【解】由输出电阻的定义有++roRL当RL=4kΩ时当RL=2kΩ时解得:UOC=1.5V，rO=4kΩ*【例5.5】已知电路如图所示，UCC=6V，β=30，RL=∞，RB=100kΩ，RC＝2kΩ，取Ube

=0V。

试求：（1）放大电路的静态工作点；

（2）画出它的微变等效电路。返回CBERCRBC1C2++++--uiuo+UCCUCC=IBRB+IERC+UBE【解】（1）IE≈

IC=βIB=30×37=1.1mA（2）微变等效电路rbe

EBCRCRB+

+

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

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

C2与下级输入连接RB1RC1C1C2RB2CERE1+++++–RS+–RC2C3RE2RL++UCC+––T1T2RB1RC1C1C2RB2CERE1+++++–RS+–RC2C3RE2RL++UCC+––T1T2第一级第二级式中第一级第二级RB1RC1C1C2RB2CERE1+++++–RS+–RC2C3RE2RL++UCC+––T1T2【例5.5】在图示的两级阻容耦合放大器中，已知UCC=12V，RB1=30kΩ，RB2=10kΩ，RC1=2kΩ，RE1=1.2kΩ，RB3=300kΩ，RE2=10kΩ，RL=3kΩ，β1=β2=50。UBE1=UBE2=0.6V。求：（1）求各级的静态工作点；（2）求总的电压放大倍数。

RB1RC1C1C2RB2CERE1+++++–RS+–RC2C3RE2RL++UCC+––T1T2【解】（1）第一级：第二级：rbe1RB2RC1e1b1c1+-+-+-RSrbe2RE2RLe2b2c2+-RB1（2）画微变等效电路rbe1RB2RC1e1b1c1+-+-+-RSrbe2RE2RLe2b2c2+-RB1第一级第二级两级电压放大倍数返回5.5

互补对称功率放大电路5.5.1

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。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输