第三章 基本放大电路公开课

第三章基本放大电路

3.1放大电路的基本概念

三极管具有电流放大作用，如何使用三极管构成一个电路，实现对输入信号的放大？本节就

来讨论这一问题。

基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。它利用双

极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出

电流的特性，实现信号的放大。本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。

本竹中双极型半导体三极管简称三极管，场效应半导体三极管简称场效应管。

3.1.1放大的概念

基本放大电路•般是指由•个三极管或场效应管组成的放大电路。从电路的角度来行，

可以将基本放大电路看成一个双端口网络。放大的作用体现在如下方面:

1.放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或

电流的幅度上得到了放大，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

成信号能量，提供给负载。放大电路的结构示意图见图3-1-1。

图3-1-1放大电路结构示意图

3.1.2基本放大电路的组成及工作原理

3.1.2.1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3-1-2所示。在该电路中，输入信号加在输入端，也就是加

在基极和发射极之间，耦合电容器G和Cc视为对交流信号短路。输出信号从集电极对地取

出，经耦合电容器C2隔除直流量，仅将交流信号加到负载电阻RL之上。放大电路的共射组

态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。

图3-1-2共射组态交流基本放大电路

共射组态基本放大电路基本组成如下:

图3-1-2共射组态交流基本放大电路

解说:

三极管VT一一起放大作用。在输入信号的控制之卜，通过三极管将直流电源的能量，转

换为输出信号的能量。

负载电阻RL一一将变化的集电极电流转换为电压输出。

偏置电路Rbl、即八凡一一提供合适的偏置.，保证三极管工作在线性区，使信号不产生

失真。这种由上下两个电阻RM，R,2提供偏置的形式也称为分压偏置，或称为射极偏置。

耦合电容G、C2一一输入耦合电容CI保证交流信号加到发射结，但又不影响发射结偏

置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。

直流电源Vcc――为放大电路提供工作电源，给三极管放大信号提供能源。

图3-1・2共射组态交流基本放大电路

3.1.3.4放大原理

在输入信号为零时，宜流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电流和直流集电

极电流，并在三极管的三个极间形成一定的宜流电压。由于耦合电容的隔直流作用，宜流电

压无法到达放大电路的输入端和输出端。

当输入交流信号通过耦合电容C1和Cc加在三极管的发射结上时，发射结上的电压变成

交、直流的叠加。所以放大电路中信号的情况比较复朵，各信号的符号规定如下

（a）“BE波形图（b）“be波形图（c）UBE波形图

图3-1-3三极管中的三种波形及其表示符号

由于三极管的电流放大作用，几要比正大几十倍，一般来说，只要电路参数设置合适，

输出电压可以比输入电压高许多倍。HCE中的交流量有一部分经过耦合电容到达负载电

阻，形成输出电压。完成电路的放大作用。

由此可见，放大电路中三极管集电极的直流信号不随输入信号而改变，而交流信号随输

入信号发生变化。在放大过程中，集电极交流信号是叠加在直流信号上的，经过耦合电容，

从输出端提取的只是交流信号。因此，在分析放大电路时，可以采用将交、宜流信号分开的

办法，可以分成直流通路和交流通路来分析。

放大电路的组成原则（以双极型三极管为例）：

1.保证放大电路的核心懵件三极管工作在放大状态，即有合适的偏置。也就是说发射

结正偏，集电结反偏。

2.输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极，形成变化的基极电流，

从而产生三极管的电流控制关系，变成集电极电流的变化。

3.输出回路的设置应该保证将三极管放大以后的电流信亏转变成负载需要的电星形式

（输出电压或输出电流）。

【思考题】

3-1-1放大的基本概念是什么？放大电路中能量的控制与变换关系如何？

3-1-2基本放大电路组成的原则是什么？以共射组态基本放大电路为例加以说

明。

3-1-3放大电路中对电压、电流符号是如何规定的？

3.2基本放大电路的静态分析

放大电路的工作状态分为交流和直流状态，分别称为“动态”和“静态”。分析电路的

步骤是先静态、后动态。分析方法常用的有计算法、图解法和微变等效电路法。纯粹的图解

法很少使用，往往使用计算图解混合的方法来进行分析。

3.2.1放大电路的静态分析

放大电路的静态是指输入信号为零时的状态，电路中只包含直流量，因此可以用放大电

路的直流通路来分析。具体的分析方法有计算法、图解法和混合的方法。

由于三极管的特性曲线是非线性的，不能用数学表达式来描述，只能用特性曲线来表示。

在分析放大电路时可采用图解的方法，在放大电路的输入回路，三极管的一方，可以ITT用

三极管的输入特性曲线表示：外电路的一方，可以用基极回路直流通路方程式来描述。在放

大电路的输出回路,可以用三极管的输出特性曲线和输出侧直流通路的方程式来描述。曲线

是非线性的，方程式是线性的，在坐标平面上，二者交点的坐标值就是解.由于纯粹的图解

方法比较麻烦，所以工程上往往采用U•算法对放大电路的静态进行求解，或用计算和图解混

合的方法进行求解。

3.2.1.1静态和动态

分析放大电路时必须必须建立正确的静态和动态的概念。

解说词:

静态一输入信号等十0时，即时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

动态一输入信号不等于0时，即B寸，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。

分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，放大电路建立正确的静态，是保证动态工

作的前提，没有正确的静态就不可能有正确的动态。在进行放大电路动态分析之前，必须先

进行静态分析，静止工作状态正确了，动态的分析才有意义。例如有一个扩音机，已经通电,

但没有人对着麦克风讲话，喇叭中没有被放大了的讲话声，这相当静态。如果一旦讲话，喇

叭中就有放大的声音传出，这相当于动态。显然没有通电，没有静态，对着麦克风讲话，扩

音机中的放大电路是不会放大的，没有静态就没有动态。又如一辆汽车发动机已经启动，但

是汽车的离合器还没有合上，汽车是不会行走的，这相当静态：一旦合上了离合器汽车才能

行走，这是动态。汽车的发动机没有启动，也就是没有静态，你就是合上离合器，汽车也不

会行走。

3.2.1,2直流通路和交流通路

分析放大电路还必须要正确地区分直流通路和交流通路,图3-2-1(a)所示基本放大电路

的直流通路和交流通路如图3-2-l(b)、(c)所示。

(a)电路图(b)直流通路(c)交流通路

图3-2-1基本放大电路的直流通路和交流通路

解说：

直流通路，从C、B、E向外看，即能通过直流的通路。直流通路有直流负我电阻用、降1、

&2和凡。

交流通路，如从C、B、E向外看，即能通过交流的电路通蹿。有等效的交流负我电阻凡

〃R[,、/?bl和Rb2。

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

将大容量的耦合电容短路。(图中的耦合电容是电解电容，容量比较大，电容符号旁边的“+”

号，代表该电容器极板的直流电位应高于另一极板)。_

⑶电路图(b)直流通路(c)交流通路

图3-2-1基本放大电路的直流通路和交流通路

3.2.1.3静态工作状态的图解分析法

静态工作状态的图解分析:

解说词:

静态分析是在输入信号等于零的情况下进行的，因此和放大电路的直流通路打交道。将图

3-2-l(a)适当改画成图3-2-2的形式，其中图3-2-2(a)是图3-2-l(a)基本放大电路的直流通路，

图(b)是从基极断开，对基极偏置回路用戴文宇定理进行变换，使基极偏置电路只具有一个

网眼，以方便求解基极电流，图⑹是变换后基极回路的等效电路。于是可以方便地列出如

下两组方程式，在输入I可路有

(a)直流通路(b)用戴文宁定理变换(0变换后的直流通路

图3-2-2直流通路的变换

静态图解分析中，重要佬是直流负载线的确定方法:

1.由集电极输出回路，列直流负载方程式UCE=VCC—/C(4+4)；

2.在输出特性曲线X轴及y轴上确定两个特殊点——VCC和VCC/(&+4)即可画出直

流负载线；

3.在输入回路列方程式(3-2・2),解出/B，即/BQ，于是可计算出/CQ：

4.在输出特性曲线上，根据底与直流负载线相交，得到。点，于是可得到。点在X

轴上的数值UCEQ，或者说。点对应/BQ、，CQ和UCEQ工作点的三个参数。

一般在放大电路中，均是小信号工作，不会进入饱和区和截止区，只要静态工作点合适，不

必考虑失真问题。但在大信号运用时，或工作点设置不正确，会产生失真，为了具体研究三

极管工作的动态范围或失真的情况，才需要在输出特性曲线上进行作图。

3.2.1.4电阻归算的概念

在式(3-2-2)中基极电流

分母中的(1+B)区的物理概念可以用电阻的归算来理解。

解说词:

所以将上乘以(1+B),是因为对于图3-2-2(c),写列基极电流方程时，在基极电流流过的电

路网眼中电流不等，在基极是加，在发射极是几，为了保证基极电流流过&,产生的电压

降与友流过时一样，所以要将凡乘以(1+B)。这是放大电路中经常使用的电阻归算的概念,

将发射极回路的电阻归算到基极回路，要乘以(1+B)；将电阻从基极回路归算到发射极回路

要除以(1+6)。

(a)直流通路(b)用戴文宁定理变换(c)变换后的直流通路

图3-2-2直流通路的变换

(a)直流通路(b)用戴文宁定理变换(c)变换后的直流通路

图3-2-2直流通路的变换

3.2.1.5分压偏置的优点

图3-2-l(a)放大电路偏置电路的形式称为分压偏置，它有检定，作点的特点，分压

偏置稳定工作点的原理

解说:

因为三极管是一种对温度非常敏感的半导体元件，温度变化将导致集电极电流的明显

改变。温度升高，集电极电流增大：温度降低，集电极电流减小。这将造成静态工作点的移

动，有可能使输出信号产生失真。在实际电路中，要求流过心|和此2串联支路的电流远大

「基极电流/B。这样温度变化引起的/B的变化，对基极电位就没有多大的影响了，就nJ以

用品1和凡2的分压来确定基极电位。采用分压偏置以后，基极电位提高，为了保证发射结

压降正常，就要串入发射极电阻兄。

上的串入有稳定工作点的作用。如果集电极电流随温度升高而增大，则发射极对地电

位升高，因基极电位基本不变，故UBE减小。从输入特性曲线可知，UBE的减小基极电流将

随之卜降，根据三极管的电流控制原理，集电极电流将卜降，反之亦然。这就在一定程度上

稳定了工作点。分压偏置基本放大电路具有稳定工作点的作用，在第5章我们还会从反馈的

角度来说明这个电路具有工作点稳定的特性。当流过Rbi和凡2串联支路的电流远大于基极

电流防(一般大于十倍以上)时，可以用下列方法计算工作点的参数值

例3.1:测量二极管二个电极对地电位加图3・2・4所示，试判断二极管的工作状态.

(a)(b)(c)

图3-2-4三极管工作状态判断

例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图3・2-4所示，试判断三极管的工作状态。

(a)(b)(c)

图3-2-4三极管工作状态判断

解：因是NPN管，所以可以确定：（a）放大，放射结正偏，集电结反偏：（b）截止，

放射结反偏，集电结反偏；（c）饱和，放射结正偏，集电结正偏。

在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位UB、叫和Uc即可确定三极管

的工作状态。对于放大电路而言，三极管必须处于放大状态，即发射结正偏，集电结反偏。

例3.2：有一基本放大电路如图3-2-5所示，已知，cc=15V、&=3kn、Kbi=390ig、凡=l.IkC、

Ri,=10kQ,L?BF.=0.7V,。=99,耦合电容的容量对放大电路的工作频率足够大。试计算静态

工作点，并讨论三极管的工作状态。

例3.2：有一基本放大电路如图3・2-5所示,已知％c=15V、&=3kQ、即=39019、Re

=l.lkC、AL=I0kdUBE=0.7V,p=99,耦合电容的容量对放大电路的工作频率足够大。试

计算静态工作点，并讨论三极管的工作状态。

解：因只有一个偏置电阻，所以无须用戴文宁定理进行变换，于是可写出基极电流的表

达式

将数据代入以上各式，可得

图3-2-5例3-2-2电路图

通过以上计算可以检查三极管的工作状态，三极管各电极时地的电位

4/E«/CQX7?C=2.83XI.1=3.1V

UR^UE+UBE=3.1+0.7=3.8V

Uc=Vcc-，ccx&=15-2.83x3=65V

由此可确定发射结是正偏，集电结是反偏，三极管工作在放大状态。

例题的仿真:该例题也可以通过电子工作平台EWB(ElectronicsWorkbench)加以仿真,

结果如图3-2-6所示。由仿真结果看，与以上计算结果一致。

15V

图3-2-6例3.2电路工作点的仿真结果

【思考题】

上一节下一节

3.2.1什么是放大电路的静态和动态？

3.2.2什么是放大电路的直流通路和交流通路？如何确定之？

3.2.3为什么直流电源和耦合电容对交流相当于短路?短路的条件是什么？

3.2.4什么是放大电路的直流负载线?如何在输出特性曲线上绘制？

3.2.5什么是归算的概念?在放大电路中如何体现？

3.2.6分压偏置电路有何优点?构成分压偏置电路的条件是什么？

3.3基本放大电路的图解分析

3.3.1放大电路的动态图解分析

放大电路加入输入信号的工作状态称为动态。动态时，电路中的电流和电压将在静态直

流量的基础上叠加交流量。可以采用交、直流分开的分析方法，即人为地把直流和交流分量

分开后单独分析，然后再把它们叠加起米。分析交流分量时，利用放大电路的交流通路。还

是以图3-2-l(a)的基本放大电路为例进行分析，将该电路重新画在图3-3-1之中。

3.3.1.1交流负载线

在静态分析时，确定电路的直流负载线是重要的，在进行动态分析时，就需要确定放大

电路的交流负载线。

解说词：

交流负载是放大电路输出回路交流通路的等效负载电阻值，象直流负载线一样，将交流负载

画在输出特性曲线上，即为交流负载线。图2-3・l(a)放大电路的交流通路见图3-3-1(b)。由

图(b)可以看清楚，该放大电路的集电极输出回路的交流负载电阻是心〃凡，因为直流电源

对交流相当于短路。

图3・3-1共射组态基本放大电路及其交流通路

具体作图如图3-3-2所示，通过静态工作点Q做一条直线，斜率为

T/Ri，R'L=RL〃这条直线即为交流负载线。由于交流负我电阻小于直流负载电阻，所

以，在输出特性曲线上，交流负载线比直流负载线陡。可以作一条斜率为7/Hi辅助线，

然后通过。点作交流负载线与辅助线平行。

jc/mA

图3-3・2放大电路的动态工作状态的图解分析

(a)分压偏置共射组态基本放大电路(b)交流通路

图3-3-1共射组态基本放大电路及其交流通路

图3-3-2放大电路的动态工作状态的图解分析

从物理概念对交流负载线的解释：

静态时，无信号变化，集电极电位是直流量，不能通过耦合电容.所以，耦合电容C2

上承受集电极静态时的电压值。当输入信号增加时，基极电流增加I,集电极电流增加，尺

上的电压降增加，所以集电极电位比静态时卜.降，C2向集电极放电，集电极电流增加：当

输入信号减小时，基极电流减小，集电极电流减小，集电极电位比静态时增加，向C2充电，

流过上的电流被分流一部分，集电极电流减小。所以，交流负载线比直流负载线更加陡一

些。显然交流负载线是在输入信号作用下，工作点的运动轨迹。当输入信号越来越小，工作

点运动的范围就越来越小，交流负载线向静态工作点收缩。当输入信号等于零时，变为静态，

交流负载线收缩到。点。所以，交流负载线和直流负载线相交于静态_L作点0。

关于交流负载线归纳如下：

I.确定基本放大电路集电极输出回路的交流负载电阻，本例是R'L=&〃刈。

2.通过输出特性曲线上的。点做一直线，其斜率为这条线即是交流负载线。

3.交流负载线与直流负我线相交，n.通过。点。

4.交流负载线是有交流输入信号时，工作点。的运动轨迹。

3.3.1.2交流工作状态的图解分析

放大电路交流工作状态图解分析的过程

解说词：

对于图3-3-1的电路，在输出特性曲线上作出交流负载线，如图3-3-3所示。再根据式

(3-2-2)计算出基极电流，在输入特性曲线上画出工作点。将输入信号在输入特性曲线上画出，

见图3-3-3中的①区，以确定基极电流的变化，见②区。再将基极电流的变化，过渡到输出

特性曲线上，即可确定集电极电流的变化，见③区，由此可确定管压降的动态变化情况，见

④区。由图解分析，可得出如下结论：

三极管P

通过Rc

1•Wi—>T“BEfT/B?....................—>fct.......................—>“CEfJI-WoIT：

2.“。与3相位相反：

3.可以测量出放大电路的电压放大倍数，分别测量出输出和输入信号电压的幅度，

二者相除即可得到电压放大倍数，若信号太小则无法进行，也不太准确；

4.可以确定最大不失真输出幅度。

图3-3-3放大电路的动态图解分析⑶

图3・3・3放大电路的动态图解分析

3.3.2非线性失真和最大不失真输出幅度

3.3.2.1波形的非线性失真

放大电路输出信号要求其形状保持输入信号的形状，如果输出波形的形状与

输入波形不同，输出波形产生变形称为波形失真。产生失真的原因有多利I,这里

介绍的是由于三极管输出与输入关系的非线性引起的失真，称为非线性失真。三

极管特性曲线的线性区是有一定范围的，如果放大电路工作时，由于静态工作点

接近饱和区或截止区，或是工作点正确，但输入信号太大，使三极管的工作范围

超出了特性曲线的线性区，交流量在饱和区或截止区放大倍数低或不能放大就会

产生非线性失真。非线性失真包括饱和失真和截止失真。

对饱和失真利截止失真的解说词：

饱和失真由于放大电路的工作点达到了三极管特性曲线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特性曲线的截止区而引起的非线性失真。

图3-3-4和图3-3-5给出了NPN三极管构成的基本放大电路的失真情况。要注意不能

简单地通过波形是顶部有失真，还是底部有失真来判断是饱和逐是截止失真。因为对于NPN

三极管构成的基本放大电路，还是PNP三极管构成的基本放大电路，由于供电电压极性的

不同，同一种失真可能出现在顶部，或出现在底部。

图3-3-4放大器的饱和失真

图3-3-5放大器的截止失真

图3-3-6是图3-3-l（a）由NPN型三极管构成的共射组态基本基本放大电路的输入、输出

波形图，通道1是输入波形（上部），通道2是输出波形，波形图右侧的1和2代表通道号,

且为零线位置。可以看出集电极输出波形与基极的输入波形是反相的，同时输出波形存在失

真，对图3-3-4是饱和失真：图3-3-5是截止失真。

（a）饱和失真（b）截止失真

图3-3-6非线性失真的示波器波形图（共射组态NPN管）

3.3.2.2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:

(I)_L作点。要设置在输出特性曲线放大区的中阿部位;

(2)要有合适的交流负载线。

图3-3-7给出了最大不失其动态范围的图解示意图。最大不失真动态范围即最大不失真

输出幅度，一般在大信号运用时才加以考虑。所谓不失真，并不是一点失真都没有，而是在

允许的失真条件下的最大输出幅度。

图3-3-7放大器的最大不失真输出幅度

【思考题】

上一禁下一f

3.3.1什么是放大电路的的交流负载线？如何理解交流负载线？交流负载线的作图要

领。

3.3.2对放大电路进行图解分析的具体步骤如何？

3.3.3通过图解法如何理解共射组态放大电路的放大作用？如何理解输出电压与输入

电压的反相关系？

3.3.4什么是放大电路的非线性失真？

3.3.5什么是饱和失真和截止失真?它们产生的原因是什么？

3.3.6什么是放大电路的最大不失真输出幅度?如何保证电压输出幅度最大？

3.4基本放大电路的动态分析

3.4.1三极管低频小信号模型

3.4.1.1模型的建立

为了克服图解法分析的麻烦和小信号分析时的缺点，可采用微变等效电路法来计算放大

电路的一些参数，如电压放大倍数等。微变等效电路法的核心是在小信号条件下，可以认为

三极管是工作在线性区，于是可以把非线性的三极管用一个线性等效电路来代替，放大电路

变成一个线性电路。这样，就可以利用线性电路的各种分析方法来解决放大电路的计算问题。

因为在小信号的条件卜，容易保证动态范围处于一.极管的线性区：即便达到非线性区，只要

信号足够小，也可以认为是线性的，这就是“微变”的含义。

模型的建立过程如下：

图3-4-1双极型三极管低频小信号简化模型的导出

由以上分析可知，我们建立一个三极管的线性模型的根据是：

1.三极管工作在线性区，可以用一个线性模型来代替。

2.三极管应工作在允许的截止频率以F，这样可以不考虑结电容的影响，有利于简化

计算。

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34-l(b)所示。

这个模型实际上可由三极管的特性曲线演变而来。在输入端，h相当于三极管的输入

电阻，即输入特性曲线工作点处斜率的倒数，具体求法见图3-4-l(a),即

(3-4-1)

输出侧，三极管的输出特性曲线很平直，可用一个电流源来等效。伏b代表三极管的电

流放大作用，是基极电流变化引起的集电极电流的变化量，反映了三极管具有电流控制电流

源(CCCS)的特性。P的求法见图l-5-lOo

(b)(c)

图3-4-1双极型二极管低频小信号简化模型的导Hl|1|

3.4.1.2模型中的参数小

除了从输入特性曲线上用公式(3-4-1)求小外，还可以从三极管的拓扑结构求E的表达

式(°

解说词：

三极管的拓扑结构见图34-2。图中b，是基区中假想的一个点，外b，是基极b到基区内b，

间的体电阻；6c是集电结电阻，因集电结反偏，其值很大，对于小功率三极管其值在儿百

千欧以上，因其远远大于外电路的电阻值，故4c在简化模型中往往被忽略；外是发射结电

阻，发射结电流越大其值越小，一般约几十个欧姆。所以从be两个电极看进去的等效电阻

h是两部分电阻之和，一个是/W，另一个是小。这两个电阻中流过的电流不等，如果按基

极电流计算，即归算到基极回路的电阻值，可用下式表示

26(mV)

=&，+(l+B)

/EQ(mA)(3-4-2)

对于小功率三极管6b，=2OO~3OOQ。

所以三极管的微变小信号线性简化模型如图3-4-3所示，图中略去了集电结电阻。有时

模型中的变量也用复数量表示,见图343(b)。

图3-4-2三极管的拓扑结构图3-4-3三极管的线性简化模型

在不同的书中有关模型中的符号写法有所不同，h有时也写作加或雇。0有时写作

力21，或加c。

图3-4-2三极管的拓扑结构图3-4-3三极管的线性简化模型

3.4.2放大电路的组态

前面曾经樨到三极管的组杰，共有三种组态，共发射极组木、共集电极组态和共基极组

态。

放大电路的组态

组态问题就是三极管有三个电极，必定有一个作为输入电极，一个作为输出电极,

第三个作为公共电极。共发射极组态简称共射组态，用CE表示：共集电极组态简称

共集组态，用CC表示：共基极组态简称共基组态，用CB表示。放大电路的组态就是

放大电路中的三极管的组态，二者是一致的，但表现形式有时稍有不同。有时放大电

路的组态与三极管的组态梢有不同，例如有一些放大电路的共射组态，与三极管的共

射组态相比不十分纯粹，具体电路将在下面看到。

由以上规定可以看出，共什么极，就是以该电极作为公共电极。虽然三个电极都

可以做公共电极，但输入电极只能是基极或发射极，同样基极不能做输出电极。这是

由三极管的工作原理决定的，虽然三极管的结构是对称的，发射极和集电极应该可以

互换，但由于载流了•传输的需要，发射区的掺杂浓度要高于集电区，如果将发射极和

集电极互换，三极管的夕会变得非常小，失去了电流放大作用。于是三种组态下，各

个电极的定位也就确定了。实际上我们在三极管中，讲解载流子传输时，从发射极注

入，到集电极收集我流子，用的就是共基极的接法。三种组态的放大电路下面会有选

择地加以介绍.

3.4.3放大电路的三防动态技术指标

采用微变等效电路分析放大电路就是要通过计算的办法求解放大电路的一些技术指标,

主要有电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，

3.4.3.1电压放大倍数4

从放大倍数的概念而言，输出信号的幅度比输入信号的幅度得到了增强，对波形

的形状没有要求，只要输出波形的形状与输入波形的形状柱同即可。设X。为放大电

路的输出信号，X为输入信号，A为放大倍数，于是有

不过任意形状的波形是由基波和各次谐波登加而成的，同时为「便于测量，所以通常

都是按正弦量定义的。放大电路中的各个物理量见图3-4-4,图中是信号源电压,

Rs是信号源内阻，是放大电路输入端口处的信号电压，是放大电路输入端的

电流，是输出电压，RL是负载电阻，是输出电流,因为有Rs的存在，所以

要小于，即负载电阻上的电压值，即流过负载的电流。

图3-4-4放大倍数的定义

于是电压放大倍数定义为

(3-4-4)

放大倍数是一个复数量，应该包括模和相角二部分，对于本课程一般只讨论模的部分,

因此放大倍数写成如下形式

(3-4-5)

电压放大倍数也称为电压增益。输出信号的除了电压幅度增加外，输出电流幅度

也可能比输入信号电流得到了放大，因此输出功率也会有所放大。所以还有电流放大

倍数和功率放大倍数，电流放大倍数定义为

(3-4-6)

功率放大倍数定义为

(3-4-7)

3.4.3.2输入电阻用

输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，用大，放大电路从信号

源吸取的电流则小，反之则大。R,的定义见图3-4-5和式(3R-8)

(3-4-8)

小一般在IkC左右，远小于偏置电阻Rn和魇2,所以并联后，放大电路的输入

电阻近似等于小。所以，提高输入电阻的关键在外一

图3-4-5输入电阻的定义

3.4.3.3输出电阻用

输出电阻是负载开路、输入信号源的源电压为零时，输出端口呈现的放大电路的等效

交流电阻。它表明放大电路带负载的能力，输出电阻几大，表明放大电路带负载的能力差,

反之则强。

图3-4-6(a)是从输出端加一个假想电源根据，口］即可求出心。因为输出电阻反

映了放大电路带负载的能力，所以还可以通过放大电路的负载特性曲线求出输出电阻，图

3-4-6(b)是通过放大电路负载特性曲线求心的实测电路.不断地改变负载电阻任的大小,

实测的负载特性曲线见图3-4-7,根据图3-4-6(b),在带均时，测得相应的可、开

路时输出为一0|。根据式(3-4-9)有

段.会.泞■他产喘一网”9)

(a)从输出端求(V(b)从负载特性曲线求

图3-4-6输出电阻的定义

通过图3«-6(a)求输出电阻的方法，适合于微变等效电路，卜面通过例子加以说明，

将微变等效电路画在图3-4-8中。根据求输出电阻的规则，将输入端短路，此时可以排除

输入电压存在对输出的影响。负载开路，因负载电阻不属于放大电路，只是放大电路的服

务对象。

图3-4-8求输出电阻的微变等效电路

在输出端加•个假想的交流电源匕,因输入端短路，&=0|，受控电流源相当开

路。所以，输出电阻

(3-4-10)

由于在简化三极管模型中忽略了三极管的输出电阻，由于三极管的输出电阻比较大，而治

一般在千欧量级。所以，共射基本放大电路的输出电阻卜分近似地等于集电极负载电阻

注意：放大倍数、输入电见、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，用复数量表

示，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。

3.4.4放大电路微变等效电路分析法

3.4.4.1分压偏置共射组态基本放大电路

我们以分压偏置共射组态交流基本放大电路为例说明用微变等效电路分析放大电路的

基本方法。分压偏置共射组态交流基本放大电路如图3W-9(a)所示，就是前面作静态分析的

电路图。

分压偏置共射组态交流基本放大电路各元器件的作用

Rm和Rb2系偏置电阻：G是耦合电容，将输入信号如耦合到三极管的基极：人是集电

极负我电阻；尺是发射极电阻；G是Rc的旁路电容。因为有了Cc，对交流信号而言，发射

极直接接地。如果没有Ce，发射极将通过风接地，对分析电路会有不同的结果。C2是耦合

电容，将集电极的交流信号相合到负我电阻RL上。CHC2、C的容量都足够大，对中频信

号可视为短路。

图3-4-9共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路

3.4.4.2共射组态基本放大电路的微变等效电路分析

以图3-4-9(a)为例说明基本放大电路的微变等效电路分析方法，求该电路的中频电压放

大倍数、输入电阻和输出电阻。

1.直流分析

对图3-4-9(a)电路进行交流计算之前必须先进行直流计算，直流计算已经在前面

完成了。进行直流计算的目的是检验一下该放大电路是否是处于放大状态，如果放大

状态不正确，进行交流计算没有意义。其次在微变等效电路中有小，要计算h就必

须知道/EQ(/CQ)，这也需要通过直流计算来获得。静态基极电流为

(3-4-11)

式中

电'=用"Rb2

静态集电极电流为

/CQ=/?/BQ(3-4-12)

静态三极管的管压降

UcEQ=Vcc—ICQRLIEQRC=Vcc—ICQ(RC+RC)(3-4-13)

2.交流计算一

在图3-4-3(a)中输入和输出标的是瞬时量，在图3-4-9(b；中标的是复数量，因为放

大倍数按照复数量来定义便于计算，根据图3-4-9(b)的微变等效电路，图中

图3-4-9(b)

+Q+B)

(3-4-14)

“=-24=邛4逑

根据图3-4-9（b）的微变等效电路可以确定电压放大倍数

4=-血旧风）

”=-%（凡"凡）=邛乡（人"公）

4=奈♦邛婚-（凡伍）=（3415）

式中R7■留〃及。

根据图3-4-9（b）的微变等效电路还可以求出输入电阻

耳产以（3-4-16）

输出电阻R”国

(3-4-17)

例3.3：有一基本放大电路如图3410所示，已知UCC=15V、&=3kQ、&i=39kQ、

Rb2=llkC、上=1.3k。、Ri.=10kQ,L/BE=0.7V,0=99,耦合电容的容量足够大。试计算电

路的中频电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

图3410例3.3电路图

例3.3：有一基本放大电路如图3-4-10所示，已知VCC=15V,&=3kQ、Ri“=39kC、

Rb2=llkC、4=1.3kC、凡=10kd£/BE=0.7V,。=99,耦合电容的容量足够大。试计

算电路的中频电压放大倍数、输入电阻和输出电阻o

解：由电路图可以看出该电路与图3-4-9(a)只有一处不同，就是发射极电阻的旁

路电容器C去掉了。放大电路没有C的直流通路与图3-4・9(a)的直流通路一样，因此

该放大电路的直流计算可以使用公式(3-4-11)、(3-4-12)和(3-4-13)。

图3410例3.3电路图图3411例3.3的微变等效电路

1.直流计算如下：

Rt、'=Rb[〃风2=39//11=8.58kC

静态基极电流

R_，D-UBE_3.3-0.7_2.6(V)

BQ-R1+(l+B)凡-8.58+(l+99)xl.3—138.58(kQ)

=0.01876mA=18.76pA

静态集电极电流为

lcQ=fi/BQ=99X18.76|.iA=1.857mA

静态三极管的管压降

UCEQ=Vcc—ICQRL匕r—，CQ(凡+凡)

=15-1.857x(3+1.3)=15—7.98=7.02V

发射极对地的静态电月

UEQ=IEQR：ICQ&=l.857x1.3=2.4IV

下面根据计算值判断三极管是否处于放大区。先计算基极对地的静态电压，可参

阅图3-3-2(c)

UBQ=片8-AJQR'b=3.3—0.01876x8.58=3.14V

集电极对地的静态电压

UCQ=Vcc-/CQ/?C=15-1.857x3=15-5.57=9.43V

发射结电压UBEQ=UBQ-[/EQ=3.14-2.41=0.73V

集电结电压UBCQ=UBQ-UCQ=3.14-9.43=-6.29V

由计算结果可以看出三极管的发射结止偏，集电结反偏，所以三极管是处于放大

区。

2.交流计算如下：

在图3410中，因C去掉,发射极通过艮接地，与图349(a)有所不同,画出的

微变等效电路如图3-4-11所示，所以不能使用式(34-15)求电压增益。[图3-4-10、图

3-4-11]

图3-4/0例3.3电路图图3-4/1例3.3的微变等效电路

由微变等效电路可得电压增益的表达式

“=-院小

4=A&+（i+B）AN=AK+a+PX]

所以，可得电压增益的表达式

_B-L

&+(1+B)4i

先计算三极管的输入电阻h

26(mV)

+。+£)

[E(mA)

300+100x.26mV=17000

1.857mA

代入数据得

99x2.3

4

&+(i+B)Ki1.7+100x1.3

输入电阻

国=夙+(1+份%]〃&1"&2

=[1.7+130]//39//11=8.06kC

输出电阻区"&J=3kC

3.4.4.3软件仿真

该例题通过电子工作平台EWB加以仿真，仿真结果.

图3413例3.3中频电压放大倍数的，方真

仿真结果：

仿真结果如图3-4-12却图3-4-13所示。图34-12是波形图，可以看出三极管三

个电极对地的直流电位分别为

UEQ=2.372V计算值2.41V

UBQ=3.O88V计算值3.14V

C/CQ=9.601V计算值9.43V

仿真结果与计算结果二者十分接近，偏差在小于2%。在输入有效值为IV的交

流信号时，输出波形不失真，输出电压波形与输入电压波形反相。图3-4-13给出了由

万用表交流挡测得的输出电压值。由仿真结果看，电压放大倍数为1.6997倍，比理论

计算略小了一些，这主要是三极管的参数有差异造成的。这里要注意，仿真所用的万

用表，频带很宽，相当高频毫伏表。实际的万用表频带一般只到1000Hz,数字万用

表的频带各种品牌差别较大，使用时需要注意。

图3-4-12例3.3电路图的仿真波形（上方输入下方输出）

图3-4-13例3.3中频电压放大倍数的仿真

3.4.5共集组态基本放大电路微变等效电路分析法

共集组态基本放大电路的组成

共集组态基本放大电路是一种十分有用的电路，电路如图3-4-14(a)所示，输入回路和输

出回路以集电极为公共端。因直流电源对交流信号相当短路，所以集电极交流接地。由于输

出端位于发射极，也称为射极输出器。

图3414共集组态放大电路及其直流通路

3.4.5.1直流分析

电路静态分析的基本原则和共射组态一样，关键是能够把直流通路画出来。共集组态基

本放大电路的直流通路十分简单，如图3-4-14(b)所示，根据图3-4/4(b),于是有

-,BE

&+。+£)&

/CQ=/^BQ

图3-4-14共集组态放大电路及其直流通路

因直流通路十分简单，/BQ表达式可直接写出，原则与式(3W-11)相同。只是有上、下二个偏

置电阻时，要用戴文宁定理变换，用开路电压P'cc，基极回路的电阻用R'b=Rhi〃Rb2；只

有一个上偏置电阻时，用电源电压％c，和Rm。电阻的归和完全相同。电阻归算的原则，

也适用对交流电阻的归算。

3.4.5.2交流分析

将图3-4-14(a)共集组态基本放大电路的中频微变等效电路画出，如图3-4-15所

zjso

I.中频电压放大倍数

由图3-4-15可列出下列方程

&=痣+"&)=Q+阴h限比段)

a”

i=4"&_________

b砥&。+0(凡"小)(I+SRL

于是电压增益

%(1+0周

(3-4-18)

可■"&+Q+B溜

式中/?L=/?c///?Lo

图3-4-15CC组态微变等效电路图3-4-16求8的微变等效电路

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0或(1+似

乘以输出电极对地的交流等效负载电阻。从集电极输出是P乘以集电极对地的交流等

效负载电阻；从发射极输已是（1+0）乘以发射极对地的交流等效负载电阻。电压放

大倍数公式的分母都是加到三极管基极时，从基极对地计算的交流输入电阻。

2.输阻

输入电流

输入电阻

凡是从放大电路输入端看进去的输入电阻，心是从基极看进去的输入电阻，所以

Rt=Rh//R\

根据电阻归算的原理

R'i=%计（1+。）R'L

//Rc

所以，输入电阻

R=RSR、FRb//[r^+(1+p)R'J(3-4-19

共集组态基本放大电路的输入电阻比共射组态基本放大电路要大，为了减少偏置

电阻并联对输入电阻下降的影响，所以共集组态放大电路多使用•个上偏置电阻。这

个上偏置电阻一般可以用到几百千欧以上。动画03-4

3.输出电阻

输出电阻可从图3-4-16求出。将输入信号源■短路，负载开路，由所加的等效

输出信号可以求出输出电流

nl

u队

+A

>S+

输出侧的电流

‘。=小'-尻萩

基极电流

于是

八个需i京舞

所以，输出电阻相当两个电阻的井联，一个是凡，另一个是基极|口|路的等效电阻归算

到发射极回路的电阻

(3-4-20)

动画03-4

由以上分析可见，共集电极基本放大电路的电压放大倍数小于1,但接近于I,

且输出电压的相位与输入电压的相位相同，输出电压的波形和输入电压的波形一样，

故乂名射极跟随器。共集电极基本放大电路的输入电阻高，输出电阻低，具有阻抗变

换的特点，有较强的带负载能力，可用于多级放大电路的第一级和末极。共集电极基

本放大电路是一个十分有用的电路。所以共集放大电路的特点一是电压跟随，含义是

电压增益等于1,输出与输入同相；二是阻抗变换，含义是输入电阻大，输出电阻小。

【思考题】

3.4.1什么是放大电路的低频线性模型？该模型建立的具体过程和条件。

3.4.2放大电路的低频线性模型中有咖些主要参数？

3.4.3放大电路有哪些组态？判断放大电路组态的基本方法是什么？

3.4.4放大电路有哪三项重要的技术指标？

3.4.5电压放大倍数的概念是什么？电压放大倍数是如何定义的？

3.4.6放大电路输入电阻的概念是什么?输入电阻是如何定义的？

3.4.7放大电路输出电阻的概念是什么?输出电阻是如何定义的？

3.4.8共射组态基本放大电路的微变等效电路分析法的具体步骤，试通过具体实例加以

说明。

3.4.9共集组态基本放大电路的微变等效电路分析法的具体步骤，试通过具体实例加以

说明。

3.4.10掌握用EWB软件分析放大电路的基本方法。

上一节下一节

3.5场效应三极管放大电路的分析方法

场效应管（FET）是利用电场效应控制电流大小的单极型半导体器件。在其输入端基本

不取电流或电流极小，具有输入阻抗高、噪声低,、热稳定性好、制造工艺简单等特点，在大

规模和超大规模集成电路中被广泛应用。

FET和双极型三极管相类似，电极对应关系是bfG、e-S、cfD：由FET组成的放大

电路也和三极管放大电路相类似，三极管放大电路基极回路需要一个偏置电流（偏流），而

FET