《电子技术基础》-2

第二章基本放大电路56第五节共集电极放大电路与共基极放大电路第七节多级放大电路返回第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标

一、放大的概念放大现象存在于各种场合。例如，利用放大镜放大微小物体，这是光学中的放大;利用杠杆原理用小力移动物体，这是力学中的放大;利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。研究它们的共同点，一是都将“原物”形状或大小按一定比例放大了，二是放大前后能量守恒。例如，杠杆原理中前后端做功相同，理想变压器的原、副边功率相同等。二、放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标有:放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大输出幅值、通频带、最大输出功率、效率和非线性失真系数等，本节主要介绍前三种性能指标。1.放大倍数下一页返回第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标放大倍数是衡量放大电路放大能力的重要性能指标，常用A表示。放大倍数可分为电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数等。放大电路框图如图2-1所示放大电路输出电压的变化量与输入电压的变化量之比，称为电压放大倍数，用AV表示即

2.输入电阻输入电阻就是从放大电路输入端看进去的交流等效电阻，用R，表示。在数值上等于输入电压u1与输入电流i1之比，即上一页下一页返回第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标3.输出电阻输出电阻就是从放大电路输出端(不包括RL)看进去的交流等效电阻，用RV表示。RV的求法如图2-2所示，即先将信号源us短路，保留内阻Rs，将RL开路，在输出端加一交流电压u，产生电流i，输出电阻RV等于u与i之比，即三、直流通路与交流通路对放大电路的分析包括静态分析和动态分析。静态分析的对象是直流量，用来确定管子的静态工作点;动态分析的对象是交流量，用来分析放大电路的性能指标。对于小信号线性放大器，为了分析方便，常将放大电路分别画出直流通路和交流通路，把直流静态量和交流动态量分开来研究。上一页下一页返回第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标1.直流通路的画法电路在输入信号为零时所形成的电流通路，称为直流通路。画直流通路时，将电容视为开路，电感视为短路，其他元器件不变。画出图2-3(a)电路的直流通路如图2-3(b)所示。

2.交流通路的画法电路只考虑交流信号作用时所形成的电流通路称为交流通路。它的画法是，信号频率较高时，将容量较大的电容视为短路，将电感视为开路，将直流电源(设内阻为零)视为短路，其他不变。画出2一3(a)电路的交流通路如图2-4所示。上一页返回第二节放大电路的分析方法一、估算法工程估算法也称近似估算法，是在静态直流分析时，列出回路中的电压或电流方程用来近似估算工作点的方法，例如图2-3所示的电路，在UCC>UBE条件下，由基极回路得如果三极管工作在放大区，则由图2-3的输出回路，肩下一页返回第二节放大电路的分析方法

二、图解法在三极管的特性曲线上直接用作图的方法来分析放大电路的工作情况，称之为特性曲线图解法，简称图解法。它既可作静态分析，也可作动态分析。下面以图2-5(a)所示的共射放大电路为例介绍图解法。1.静态分析图2-5(a)为静态时共射放大电路的直流通路，用虚线分成线性部分和非线性部分。非线性部分为三极管;线性部分为确定基极偏流的UCC,RB以及输出回路的UCC和RB.图示电路中三极管的偏流IB。可由下式求得上一页下一页返回第二节放大电路的分析方法

非线性部分用三极管的输出特性曲线来表征，它的伏安特性对应的是IB=40uA的那一条输出特性曲线，如图2-5(b)所示，即根据KVL可列出输出回路方程，亦即输出回路的直流负载线方程为

2.动态分析从放大电路交流通路(图2-4)的输入端看，RB与发射结并联;从集电极看，RC和RB并联。此时的交流负载为R'L=RC//RL,,显然引<R};，且在交流信号过零点时，其值在U点，所以交流负载线是一条通过U点的直线，其斜率为上一页下一页返回第二节放大电路的分析方法3.静态工作点对输出波形的影响输出信号波形与输入信号波形存在差异称为失真，这是放大电路应该尽量避免的。静态工作点设置不当，输入信号幅度又较大时，将使放大电路的工作范围超出三极管特性曲线的线性区域而产生失真，这种由于三极管特性的非线性造成的失真称为非线性失真。1)截止失真在图2-6(a)中，静态工作点Q偏低，而信号的幅度又较大，在信号负半周的部分时间内，使动态工作点进入截止，ib的负半周被削去一部分。因此iC的负半周和uCC的正周也被削去相应的部分，产生了严重的失真。这种由于三极管在部分时间内截止而引起的失真，称为截止失真。上一页下一页返回第二节放大电路的分析方法2)饱和失真在图2-6(b)中，静态工作点Q偏高，而信号的幅度又较大，在信号正半周的部分时间内，使动态工作点进入饱和区，结果iC的正半周和uCC的负半周被削去一部分，也产生严重的失真。这种由于三极管在部分时间内饱和而引起的失真，称为饱和失真。

4.图解法的适用范围图解法的优点是能直观形象地反映三极管的工作情况，但必须实测所用管子的特性曲线，且用它进行定量分析时误差较大，此外仅能反映信号频率较低时的电压、电流关系。因此，图解法一般适用于输出幅值较大而频率不高时的电路分析。在实际应用中，多用于分析P点位置、最大不失真输出电压、失真情况及低频功放电路等上一页下一页返回第二节放大电路的分析方法

三、微变等效电路分析法所谓“微变”是指微小变化的信号，即小信号。在低频小信号条件下，工作在放大状态的三极管在放大区的特性可近似看成线性的。这时，具有非线性的三极管可用一线性电路来等效，称之为微变等效模型。1.三极管基极与发射极之间等效交流电阻rbe当三极管工作在放大状态时，微小变化的信号使三极管基极电压的变化量△uBE只是输入特性曲线中很小的一段，这样△iB与△uBE可近似看作线性关系，用一等效电阻the来表示，即上一页下一页返回第二节放大电路的分析方法2.三极管集电极与发射极之间等效为受控电流源工作在放大状态的三极管，其输出特性可近似看作一组与横轴平行的直线，即电压uCE变化时，电流iC几乎不变，呈恒流特性。只有基极电流iB变化，iC才变化，并且iC=β3iB

，因此，三极管集电极与发射极之间可用一受控电流}3i。来等效，其大小受基极电流i$的控制，反映了三极管的电流控制作用。由此，得出图2-7所示三极管简化微变等效电路。上一页返回第三节固定偏置共射极放大电路一、组成及各元器件的作用放大电路组成的原则是必须有直流电源，而且电源的设置应保证三极管(或场效应管)工作在线性放大状态;元器件的安排要能保证信号有传输通路，即保证信号能够从放大电路的输入端输入，经过放大电路放大后从输出端输出;元器件参数的选择要保证交流信号能不失真地放大，并满足放大电路的性能指标要求。1.电路组成如图2-8所示为根据上述要求由NPN型晶体管组成的最基本的放大单元电路。许多放大电路就是以它为基础，经过适当地改造组合而成的。因此，掌握它的工作原理及分析方法是分析其他放大电路的基础。下一页返回第三节固定偏置共射极放大电路2.各元件的作用

(1)晶体管VT:图中的VT是放大电路中的放大元件。利用它的电流放大作用，在集电极获得放大的电流，这电流受输入信号的控制。从能量的观点来看，输入信号的能量是较小的，而输出信号的能量是较大的，但不是说放大电路把输入的能量放大了，能量是守恒的，不能放大，输出的较大能量来自直流电源UCC。即能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源队(所供给的能量，以便在输出端获得一个能量较大的信号。这种小能量对大能量的控制作用，就是放大作用的实质，所以体管也可以说是一个控制器件。(2)集电极电源UCC它除了为输出信号提供能量外，还为集电结和发射结提供偏置，以使晶体管起到放大作用。UCC一般为几伏到几十伏。上一页下一页返回第三节固定偏置共射极放大电路(3)集电极负载电阻RC它的主要作用是将已经放大的集电极电流的变化转化为电压的变化，以实现电压放大。RC阻值一般为几千欧到几十千欧(4)基极偏置电阻RC它的作用是使发射结处于正向偏置，串联RC是为了控制基极电流IC的大小，使放大电路获得较合适的工作点。RC阻值一般为几十千欧到几百千欧(5)藕合电容C1和C2它们分别接在放大电路的输入端和输出端。(6)RL是外接负载电阻。故在C1

，与C2之间为直流与交流信号叠加，而在C1

，与C2外侧只有交流信号。二、固定偏置共射极放大电路的分析1.固定偏置共射极放大电路的静态工作点上一页下一页返回第三节固定偏置共射极放大电路无输入信号(u1=0)时电路的状态称为静态，只有直流电源认(:加在电路上，三极管各极电流和各极之间的电压都是直流量，分别用IB

、IC

、UBE

、UCE表示，它们对应着三极管输入输出特性曲线上的一个固定点，习惯上称它们为静态工作点，简称口点。静态值既然是直流，故可用放大电路的直流通路来分析计算。在如图2-9(b)所示共射基本电路的直流通路中，由+UCC-RB-b极-e地可得:上一页下一页返回第三节固定偏置共射极放大电路2.固定偏置共射极放大电路的动态分析画出图2-9(a)所示共射基本放大电路的微变等效电路，如图2-10所示。从图中可以看出，输入电阻Ri为RB与rbe。的并联值，所以输入电阻为上一页返回第四节分压式偏置电路共射极放大电路一、温度对静态工作点的影响半导体三极管的温度特性较差，温度变化会使三极管的参数发生变化。1.温度升高使反向饱和电流ICEO

，增大ICEO，是集电区和基区的少子在集电结反向电压的作用上形成的电流，对温度十分敏感，温度每升高10℃时，ICEO约增大一倍2.温度升高使电流放大系数月增大温度升高会使β增大。实验表明，温度每升高1℃，刀增大0.5%一1.0%β的增大3.温度升高使发射结电压UBE减小当温度升高时，发射结导通电压将减小。温度每升高10C,叭:约减小2.5mV.下一页返回第四节分压式偏置电路共射极放大电路

二、分压式偏置电路共射极放大电路的组成为了稳定静态工作点，常采用分压式偏置电路，电路如图2-11所示，图中，凡1为上偏置电阻，RBz为下偏置电阻，RE为发射极电阻，CE为射极旁路电容，它的作用是使电路的交流信号放大能力不因RE存在而降低。三、分压式偏置电路共射极放大电路的工作原理由图2-11可知，当Rs1

、Rs2选择适当，使流过RB1的电流I1>=

IB，流过RE的电流上一页下一页返回第四节分压式偏置电路共射极放大电路四、分压式偏置电路共射极放大电路的分析1.分压式偏置电路共射极放大电路的静态分析在如图2-12(a)所示直流通路中，由b极一e极一RE.一地可得2.分压式偏置电路共射极放大电路的动态分析画出图2-11所示分压式偏置放大电路的微变等效电路，如图2-12(b)所示。上一页返回第五节共集电极放大电路与共基极放大电路

一、共集电极放大电路共集电极放大电路的组成如图2-13(a)所示。图2-13(b)为其微变等效电路，由交流通路可见，基极是信号的输入端，集电极则是输入、输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路，发射极是信号的输出端，又称射极输出器。各元件的作用与共发射极放大电路基本相同，只是R:除具有稳定静态工作的作用外，还作为放大电路空载时的负载。1.静态分析由图2-13(a)可得方程下一页返回第五节共集电极放大电路与共基极放大电路2.动态分析1)电压放大倍数A由图2-13(b)可知2)输入电阻Ri上一页下一页返回第五节共集电极放大电路与共基极放大电路3)输出电阻Rv将图2-13(b)中信号源。短路，负载R.断开，计算R,的等效电路如图2-14所示由图2-14可得上一页下一页返回第五节共集电极放大电路与共基极放大电路3.特点和应用共集电极放大电路的主要特点是:输入电阻高，传递信号源信号效率高。输出电阻低，带负载能力强;电压放大倍数小于或近似等于1而接近于1;且输出电压与输入电压同相位，具有跟随特性。虽然没有电压放大作用，但仍有电流放大作用，因而有功率放大作用。这些特点使它在电子电路中获得了广泛的应用二、共基极放大电路共基极放大电路的主要作用是高频信号放大，频带宽，其电路组成如图2-15所示。图2-15中RB1

、RB2为发射结提供正向偏置，公共端三极管的基极通过一个电容器接地，不能直接接地，否则基极上得不到直流偏置电压。上一页下一页返回第五节共集电极放大电路与共基极放大电路输入端发射极可以通过一个电阻或一个绕组与电源的负极连接，输入信号加在发射极与基极之间(输入信号也可以通过电感藕合接入放大电路)。集电极为输出端，输出信号从集电极和基极之间取出。1.静态分析由图2-15不难看出，共基极放大电路的直流通路与图2-11共射极分压式偏置电路的直流通路一样，所以与共射极放大电路的静态工作点的计算相同。2.动态分析共基极放大电路的微变等效电路如图2-16所示，由图2-16可知上一页下一页返回第五节共集电极放大电路与共基极放大电路式(2-37)说明，共基极放大电路的输出电压与输入电压同相位，这是共射极放大电路的不同之处;它一也具有电压放大作用，A，的数值与固定偏置共射极放大电路相同。由图2-16可得上一页返回第七节多级放大电路

一、级间祸合方式多级放大器内部各级之间的连接方式，称为藕合方式。常用的有阻容藕合、变压器藕合、直接藕后和光电藕合等

1.阻容藕合图2-24是用电容CZ将两个单级放大器连接起来的两级放大器。可以看出，第一级的输出信号是第二级的输入信号，第二级的输入电阻Ri2是第一级的负载。这种通过电容和下一级输入电阻连接起来的方式，称为阻容藕合。

2.变压器藕合前级放大电路的输出信号经变压器加到后级输入端的藕合方式，称为变压器藕合，图2-25为变压器藕合两级放大电路，第一级与第二级、第二级与负载之间均采用变压器藕合方式。下一页返回第七节多级放大电路3.直接藕合前级的输出端直接与后级的输出端相连的方式，称为直接藕合。如图2-26所示

4.光电藕合