放大电路的基本概念

3-2基本放大电路

3.1放大电路的基本概念

3.1.1放大的概念

基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。

.1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能

量得到了加强。

.2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号

能帚，提供给负载。放大电路的结构示意图见图3-23。

图3-23放大概念示意图

3.1.2放大电路的主要技术指标

(1)放大倍数

输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而

言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。放大

倍数定义式中各有关量如图3-24所示。

0A

放大电路Vo：

1信号源:

图3-24放大倍数的定义

电压放大倍数定义为

4=匕/匕(03.01)

电流放大倍数定义为

4=/。”(03.02)

功率放大倍数定义为

二2"=匕/。”L(03.03)

⑵输入电阻R

输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数,Ri大，放大电路从信号源吸

取的电流则小，反之则大。Ri的定义见图3-25和式(03.04)

(03.04)

：4.0A

：玄放大电路

信号源N—

图()3.03输入电阻的定义

⑶输出电阻&

输出电阻是表明放大电路带负我的能力，R。大，表明放大电路带负载的能力差，反之

则强。Ro的定义见图3-26和式(03.05)。

氏="/△/.(03.05)

图(a)是从输出端加假想电源求Ro,图(b)是通过放大电路负载特性曲线求Roo

(a)(b)

(a)从输出端求Vo'(b)从负载特性曲线求

图3-26输出电阻的定义

根据图3-26(b),在带RL时，测得,开路时输出为。根据式(03.05)有

&3/此=(%-片)“。=(匕々)&/%

=[(%/%)-1&(03.06)

注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放

大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

(4)通频带

放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当

A[f)下降到中频电压放大倍数A。的时，即

4(/L)=4(/h)=/x0.74

(03.07)

相应的频率fL称为卜限频率，fH称为上限频率，如图3-27所不。

图3-27通领带的定义

3.1.3基本放大电路的工作原理

(1)共射组态基本放大电路的组成

共射组态基本放大电路如图3-28所示。

基本组成如下：

三极管T一一起放大作用。

负载电阻RC,RL一一将变化的集电极电流转换为电压输出。

偏置电路VCC,Rb——使三极管工作在线性区。

耦合电容C1,C2——输入电容Cl保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电

容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。

(2)静态和动态

静态一时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

动态一时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分

静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。

(3)直流通路和交流通路

放大电路的直流通路和交流通路如图3-29中(a),(b)所示。

直流通路，即能通过直流的通路。从CB.E向外看，有直流负载电阻、Rc、Rbo

交流通路，即能通过交流的电路通路。如从C、B、E|句外看，有等效的交流负载电阻、

Rc〃RL、Rbo

直流电源和耦合电容对交流相当于短路。因为按迭加原理，交流电流流过直流电源时,

没有压降。设Cl、C2足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零，在交流通路中，可

图3-29基本放大电路的直流通路和交流通路

图3-32例3.2电路图

3.2.2放大电路的动态图解分析

(1)交流负载线

交流负载线确定方法：

••1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/RL'。

..2.RL'.RL〃Rc,是交流负载电阻。

..3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。

4.交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。

图3-33放大电路的动态工作状态的图解分析

⑵交流工作状态的医解分析一

动画

图3-34放大电路的动态图解分析(动画3-1)

通过图3-34所示动态图解分析，可得出如下结论：

..1.vi(.vBE(.iB(.iC(.vCE(.|-vo.(；

..2.vo与vi相位相反:

..3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；

•.4.可以确定最大不失真输出幅度。

(3)最大不失真输出幅度

①波形的失真

饱和失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。

截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。

（动画3-2）

示波器图形

（a）截止失真（b）饱和失真

图3-35放大器的截止失真和饱和失真（动画3-3）

②放大电路的最大不失真输出幅度

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：

..1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；

.2要有合适的交流负载线。

动画

图3-36放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）

（4）非线性失真

放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。

由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真。

非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其

谐波分量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，即

J匕*+V；+…

THD=——--------x100%

V.

（5）输出功率和功率三角形

放大电路向电阻性负载提供的输出功率：

VI1

P_om_om_2_VJ

°=41x41=2°"。"'

在输出特性曲线上，正好是三角形（ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。要想P。大,

就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和lom都要大。

Ic/mA

图3-37功率三角形

3.2.3三极管的低频小信号模型

(1)模型的建立

J.三极管可以用一个模型来代替。

..2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。

3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。

三极管的低频小信号模型如图3-38所示。

^11=/?ie=i%e力21=力fe=S

62=hte力22=力。6

图3-38双极型三极管h参数模型

(2)模型中的主要参数

①八e——三极管的交流输入电阻

根据二极管的方程式

i=/s(e'"T-I)

对于三极管的发射结

b相当基区内的一个点,b才是基极。所以其动态电导为

dvBEVT%

reb,^Vr/ZE

「c=%t>|Q'VT〃EQ=26mV/，EQ

k"b,+(1+汾VT/正光?。。Q+(1+/7)26mV//EQ(03.11)

对于小功率三极管rbb''300(,相当于基区的体电阻。

②/?Zb——输出电流源

表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性。

(3)"参数

三极管的模型也可用网络方程导出。三极管的输入和输出特性曲线如下：

VBE=/“B»VCE)

，C=几,2)

△“+叠

“怖MM+兼除"CE

,称为输入电阻,即rbe.

,称为电压反馈系数。

,称为电流放大系数，即(。

,称为输出电导,即1/rceo

h参数的物理含义见图3-39和图3-40。

图3-397m和历2的意义

h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。

h参数与工作点有关,在放大区基本不变。

h参数都是微变参数,所以只适合对交流小信号的分析

图3-40仙和〃22的意义

(4)。参数微变等效电路简化模型

简化的三极管h参数模型，如图3-41所示。图中作了两处忽略

①h12反映三极管内部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。

②h22=l/rce具有电导的量纲，与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。

图341三极管简化参数模型

3.2.4共射组态基本放大电路微变等效电路分析法

(1)共射组态基本放大电路

共发射极交流基本放大电路如图3-42(a)所示。

Rb\和吊,2系偏置电阻。

C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。

R是集电极负载电阻。

Rc是发射极电阻,Cc是Rc的旁路电容。

C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。

Rbl.Rb2、Rc和Re处于直流通路中,如图3-42(b)oRC、RL相并联,处于输出回

路的交流通路之中。

(a)共射基本放大电路(动画3-5)(b)〃参数微变等效电路(动画3-6)

图3-42共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路

⑵直流计算

图3-42电路的直流通路如图3-43(a)所示，用戴维宇定理进行变换后如图3-43(b)所示。因

此静态计算如下：

/B=(VCC^-VBE)/IRb'+(IWd(03.12)

Vccr=VccRb2/(Rbi+Rb2)(03.13)

Rb'二Rbi〃Rb2(03.14)

Vc=VCLkRc

VCE=Vcc-ICRC-IERC=匕C-/C(&+RC)(03.15)

(a)直流通路(b)用戴维定理进行变换

图3-43基本放大电路的直流通路

(3)交流计算

根据图3-42(b)的微变等效电路，有

人=匕//

一=八附+(1+026mV//E

lc=01b

V°=TCRL=-PlbR]

Ri：=&〃RL

电压放大倍数4

Ay=Vo/V-=-/小c(03.16)

输入电阻尼

R尸Vi/ii

=Rbi"4c=n)b'+(l+£)26mV/IE

=3000+(1+£)26mV//E

(03.17)

根据图3-26(a)求输出电阻的原理，应将图3-42(b)微变等效电路的输入端短路，将负载

开路。在输出端加一个等效的输出电压。于是输出电阻R。

Ro=rce//Rc弋Rc(03.18)

3.2.5共集组态基本放大电路

共集组态基本放大电路如图3-44所示，其直流工作状态和动态分析如下。

(a)共集组态放大电路(b)CC放大电路直流通路

图344共集组态放大电路及其直流逃路

(1)直流分析

将共集组态基本放大电路的直流通路画于图3-44(b)之中，于是有

/B=(%C'-VBE)/[/?br+(1+四&]

/C=/?/B

-—

VcE=Vcc/E/?C=Vcc/c/?e

(2)交流分析

将图3-44(a)的CC放大电路的中频微变等效电路画出，如图3-45所示。

①中频电压放大倍数

(03.19)

V仆+(1+尸)解

比较共射和共集组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是(乘以输出电极

对地的交流等效负载电阻，分母都是三极管基极对地的交流输入电阻。

图3-45CC组态微变等效电路图3-46求心的微变等效电路（动画3-7）

②榆入电阻

Ri二Rbl〃Rb2〃[n5c+(1+0RL')](03.20)

N=%//Re

③输出电阻

输出电阻可从图3-46求出。将输入信号源短路，负载开路，由所加的等效输出信号

Vo'可以求出输出电流

/：=人+6人+/&=4（1+0+（匕'/凡）

人=埒/(%+Rs)，R【=R、〃R2g

/；=例。+0/(仆+k)]+例/&)

ff

yr_|_D

Ro=q=R,i心―(03.21)

r\+0

3.2.6共基组态基本放大电路

共基组态放大电路如图3-乙7所示，其直流通路如图3-48所示。

图3M7共基组态放大电路图3-48共基放大电路的直流通路

（1）直流分析

与共射组态相同。

⑵交流分析

共基极组态基木放大电路的微变等效电路如图3-49所示。

图3"9cB组态微变等效电路

①电压放大倍数

Av=Vo/Vi=8R//6

②输入电阻

RkVJii=[，卜/(1+£)]〃&%为c/(l+£)(03.22)

③输出电阻

R0*Rc

例题演示

3.3场效应三极管放大电路的分析方法

3.3.1共源组态基本放大电路

对于采用场效应三极管的共源基本放大电路，可以与共射组态接法的基本放大电路相

对应，只不过场效应三极管是电压控制电流源，即VCCS。共源组态的基本放大电路如图

3-50所示。与较共源和共射放大电路比较，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不

同。只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了。

(a)采用结型场效应管(b)采用绝缘栅场效应管

图3-50共源组态接法基本放大电路

(1)直流分析

图3-51共源基本放大电路的直流通路

将共源基本放大电路的直流通路画出，如图3-51所示。图中Rgl.Rg2是栅极偏置电阻,

R是源极也阻,Rd是漏极负载电阻。与共射基本放大电路的Rbl.Rb2,Re和Rc分别---对

应。而且只要结型场效应管栅源PN结是反偏工作，无栅流，那么JFET和MOSFET的直

流通路和交流通路是一样的。

根据图3-51可写出下列方程

匕=%口凡2/(凡|+%2)

VGSQ=VG-VS=VGTDQR

/DQ=/DSS(1~(VGSQA^GS<off>)]2

VDSQ=MDD—/DQ(R+R)

于是可以解出%SQ、/DQ和VDSQO

(2)交流分析

画出图3-50电路的微变等效电路，如图3-52所示。与双极型三极管相比，输入电阻

无穷大，相当开路。VCCS的电流源s还并联了一个输出电阻rds,在双极型三极管的简化

模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路

情况一样。

工A。

<>+

Rs

n口哈令卜的k加L

麴1&22m踪

图3-52微变等效电路

①电压放大倍数

输出电压为

%=一以八(&〃凡〃&)

A=-gm%4/d〃&)/%=-gm4/，4〃&)=-gm£

如果有信号源内阻Rs时

A，=-gm^L'Ri/(Ri+Rs)

式中凡是放大电路的愉入电阻。

②输入电阻

Ri=Vj//;=Rg\〃Rg2

③输出电阻

为计算放大电路的输出电阻，可按双口网络计算原则将放大电路画成图3-53的形式。

gA—

Y^

L+T

+—

1H*

a^HST

哈

T—

mI

一r

-T-:G

「

图3-53计算&的电路模型

将负载电阻RL开路，并想象在输出端加上一个电源，将输入电压信号源短路，但俣

留内阻。然后计算，于是

&二WNUR

3.3.2共漏组态基本放大电路

共漏组态基本放大电路如图3-54所示，其直流工作状态和动态分析如下。

图3-54共漏组态放大口路

(1)直流分析

将共漏组态接法基本放大电路的直流通路画于图3-55之中，于是有

Vc=VDD/?g2/(/?gl+42)

VGSQ=%一VS=VG—/DQR

/DQ=/DSS[1—(VGSQA^GSoff)]2

VDSQ=VDD-IDQR

由此可以解出匕SQ、，DQ和VDSQO

(2)交流分析

将图3-54的CD放大电路的微变等效电路画出，如图3-56所示。

图3・56共漏放大电路的微变等效电路

①电压放大倍数

由图3-56可知

.V_gdj小R!/R\)g/

A—o——~7~

匕”+g„//R〃RL)"ML

式中

RL'=rds//R//Rl^R//RLO

为正，表示输入与输出同相，当gmRL'>>1时，^1,

比较共源和共漏组态放大电路的电压放大倍数公式，分子都是gmRL',分母对共源放大电

路是1,对共漏放大电路是(1+gmRL')。

②输入电阻

③输出电阻

计算输出电阻的原则与其它组态相同，将图3-56改画为图3-57。

Vf.

《=-^77-―以％=K/[/?//缶〃。/g.)]%=-Vgs

(农〃公)

&二^=R〃-nJ二一包"一X—--=/?//—

41+(火〃。s)&n1+&渣心