《电工电子技术》课件-第7章 基本放大电路

C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T7.1放大电路的组成及工作原理输入电压为ui，输入端接交流信号源，比如话筒,通常用电动势e和电阻R串联的电压源表示。共发射极接法的基本交流放大电路（交流信号从基极输入，集电极输出，发射极是输入输出的公共端，作为零电位参考点）输出电压为uo，输出端接负载电阻RL，比如音箱、扬声器晶体管

T

晶体管是电流放大元件。一、共射放大电路的基本组成C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iC+uCE

T耦合电容

C1

和

C2

1．起隔直作用；2．起交流耦合的作用，即对交流信号可视为短路。集电极电源电压UCC

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共发射极接法的基本交流放大电路偏置电阻RB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。集电极

负载电阻

RC

将

iC

的变化变换为

uC

的变化，实现电压放大。共射放大电路基本组成部分的作用（双电源）放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。vivo输入输出？参考点Rb+VCCVBBRCC1C2T集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2T集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2T使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻Rb+VCCVBBRCC1C2T固定偏流电路Rb+VCCVBBRCC1C2T隔断放大电路与负载之间的直流通路。耦合电容(隔断放大电路与信号源之间的直流通路)vi输入vo输出耦合电容(隔直电容)C1、C2输入耦合电容C1保证信号加到发射结，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。可以省去实际电路改进：采用单电源供电Rb+VCCVBBRCC1C2T单电源供电电路+VCCRCC1C2TRb组成一个放大器的基本原则。（1）放大元件（三极管）必须工作在放大区，即发射结必须正偏，集电结必须反偏；（2）对输入回路，应当使输入的电压信号加到放大元件的PN结上,变成电流信号；（3）对输出回路，应当尽可能将信号加到负载上；（4）为保证放大器不失真地放大，直流下的电流和电压（静态工作点）必须设置得合适。放大电路分析方法静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法小信号模型分析法图解法计算机仿真静态：无输入信号时的工作状态动态：有输入信号时的工作状态求静态值：IBQ、

ICQ、

IEQ、VCEQ求动态值：Av、Ri、Ro7.2基本放大电路的静态分析静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变（直流工作状态——无输入信号）。动态：只考虑交流信号，即vi不为0，各点电位变化（交流工作状态）。直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路。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。一、直流通路和交流通路

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。但是，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，即为交流短路。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。信号的不同分量分别在不同的通路分析。只有直流信号（只有+VCC）开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通路RB+VCCRC即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻：Rc

、RB

。短路短路置零

RB+VCCRCC1C2TRBRCRLvivo交流通路只有交流信号若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。

交流通路：能通过交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻：Rc//RL和偏置电阻RB

。二、静态工作情况分析1、近似估算静态工作点（Q点）IBVBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+VCC直流通路RBRC（1）根据直流通路估算IB硅管的UBE

约为0.7V，比UCC

小得多，可以忽略不计。（2）根据直流通路估算VCEQ、ICQICVCE直流通路RBRC(IBQ,ICQ,VCEQ

)近似估算出放大电路的静态工作点+VCCRB↑

IB↓

IC↓

UCE↑ RB↓

IB↑ IC↑ UCE↓

一般通过改变RB的阻值来调节静态工作点：

[解]

[例1]

在共发射极基本交流放大电路中，已知

UCC=12V，RC=4k

，

RB=300k

，。（1）试求放大电路的静态值。（2）若将静态值IC调到1.5mA，应将RB调到多大？（3）若将静态值UCE调到8V，应将RB调到多大？（4）若将RB调到120kΩ，则晶体管属于何种工作状态？2．用图解法确定静态值根据直线方程

UCE=UCC

RCIC可得出：

IC=0时，UCE=

UCC

图解过程说明: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。3、直流负载线ICUCEVCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.VCE=VCC–ICRC。ICUCEVCCQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道RB+UCCRC先估算IB

，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。ICVCEQVCC3、直流负载线直流负载线IB=40μA的输出特性曲线由VCE=VCC－ICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为VCEQ0IB=0µA20µA40µA60µA80µA123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线IC

/mAUCE

/VQ1Q2RB↑

IB↓

IC↓

UCE↑ 静态工作点Q下移RB↓

IB↑ IC↑ UCE↓

静态工作点Q上移

[例2]

在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k

，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IB=40AIC=1.5mAUCE=6V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。考虑的只是电流电压的交流分量（信号分量）。确定放大电路的电压放大倍数

Au

；输入电阻

ri；输入电阻

ro。动态分析的两种基本分析方法：微变等效电路法和图解法。

电压和电流都含有直流分量和交流分量，即7.3基本放大电路的动态分析1．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晶体管的特性曲线，这样就可以将非线性元件晶体管等效为一个线性元件。从而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。所谓放大电路的微变等效电路，就是把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，也就是把晶体管线性化，等效为一个线性元件。（1）晶体管的微变等效电路(1)晶体管的微变等效电路

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。OIB

UBE

IB

Q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。

IB

ICQIC

UCE

ICUCE

晶体管输出特性曲线是一组近似等距离的平行直线，当

UCE

为常数时，

IC

与

IB

之比为

。

即为晶体管的动态电流放大系数，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（即集电极与发射极之间）可用一受控电流源

ic=

ib

等效代替。电源分为独立电源与非独立电源（或称受控源）两种。独立电源的电动势或电流是某一固定值或某一时间函数，不随电路其余部分的状态而改变。受控源的电动势或电流则随网络中另一支路的电流或电压而变化。受控源是四端元件，由2条支路组成，第1条是控制支路，呈开路或短路状态；第2条支路是受控支路，它是一个电压源或电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。根据控制支路和控制量的不同，受控源可以分成4种类型：电压控制电压源（VCVS,即英文VoltageControlledVoltageSource的缩写）电流控制电压源（CCVS），电压控制电流源（VCCS），电流控制电流源（CCCS）。为了与独立源相区别，受控源采用了菱形符号表示：UCE

IC

UCEQIC

IBICUCE晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。

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。当

IB

为常数时，

UCE

与

IC

之比称为晶体管的输出电阻。由以上分析可得出晶体管的简化微变等效电路。CBE+ube

+uce

icibTib

ibBECicrbe

+uce

+ube

在小信号线性工作的条件下，把电路中的晶体管等效为输入端为电阻rbe，输出端为受控电流源βib的晶体管微变等效电路。简明用法：iCibUCEvBEcebibrbe信号源受控电流源βibUBE关于微变等效电路的讨论①电流源的性质：等效电流源βib代表了BJT的电流控制作用，为受控电源。②电流源的流向：由集电极流向发射极，即等效电流源的流向是由ib决定的，不能随意假定。③模型的对象是变化量：放大电路在工作时放大的对象是变化量，所以小信号模型中讨论的电压、电流都是变化量。(2)放大电路的微变等效电路对交流(动态)分量而言，电容、直流电源也可以认为是短路。C1RS+ui

RCRB+UCCC2RL+es

+uo

++iBiCT基本放大电路可画出放大电路的交流通路。+ube

TRCiiibicRLRSRBEBC+ui

+es

+uo

+uce

对交流分量来讲，电容C1和C2可视为短路，同时直流电源也可视为短路。再将交流通路中的晶体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。交流通路rbe

EBCRCRLRBRSiiib+ui

+es

+uo

ui=

ubeuo=

uceic

ib基本放大器的微变等效电路对交流分量来讲，电容C1和C2可视为短路，同时直流电源也可视为短路。再将交流通路中的晶体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。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+

+

+

由上图可列出式中故放大电路的电压放大倍数：当放大电路输出端开路(未接RL

)时可见，接入

RL，电压放大倍数降低。☆☆[例3]

在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k

，RL=4k

，RB=300k

，。试求电压放大倍数Au。[解]

在例10.2.1中已求出所以(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。通常，希望放大电路的输入电阻能高一些。

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。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ri基本上等于晶体管的输入电阻rbe。注意：ri

与

rbe意义不同不能混淆。(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。

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。

通常希望放大电路输出级的输出电阻小一些: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。从基本放大电路的微变等效电路看，当，电流源相当于开路，故RC

一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。例题：三极管放大电路习题详解：共射极基本放大电路图示电路中，已知在Q点上的β=40，估算静态工作点，计算电压增益及输入和输出电阻。（假设信号源内阻RS为0）解：（1）估算静态工作点IBUBE+UCC直流通路RBRC（2）画小信号模型，求rbe交流通路RbRCRLuiuo（3）求电压增益（4）输入电阻（5）输出电阻外加测试电压VT，代替VS三、失真分析

在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。失真产生的原因：晶体管的非线性。解决的办法；选管子：线性区要宽，输入曲线成直线，输出曲线簇接近于平行等距。静态工作点不合适。Q点过低，截止失真；

Q点过高，饱和失真。信号太大，超出了特性曲线上的线性范围。iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib（1）Q点合适时iCuCEuo(2)Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ibiCuCE(3)Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形(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。由图解分析可得出：(1)

交流信号的传输情况：7.4静态工作点的稳定由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值IC

发生变化，从而影响静态工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流

当

RB

一经选定后，IB

也就固定不变，称为固定偏置放大电路，它不能稳定

Q

点。

+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

+uBE

分压式偏置放大电路

放大电路不仅要有合适的静态工作点

Q，而且要保持

Q点的稳定。

为此，常采用分压式偏置放大电路。+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE

+UBE

I1I2IE直流通路一、电路原理：直流通路若使则基极电位

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。

若使VB>>UBE则

因此，只要满足

I2>>IB

和

VB>>UBE

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

VB=(5~10)UBE

。这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起IC

增大时，发射极电阻RE上的电压降增大，使UBE

减小，从而使IB减小，以限制IC

的增大，工作点得以稳定。电容CE

的作用是使交流旁路，防止RE

上产生交流电压降降低电压放大倍数，CE

称为交流旁路电容。第三版+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

+uBE

Ie+Ue-VBI1VBIB二、电路分析：(1)确定工作点Q稳定过程本电路稳压的过程实际是由于加了Re形成了负反馈过程(2)求电压增益（3）求输入电阻（4）求输出电阻[例1]

在分压式偏置放大电路中，已知UCC=12V，RC=2k

，RE=2k

，RB1=20k

，RB2=10k

，RL=6k

，晶体管的。(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

。+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+es

+uo

iBiC+uCE

+uBE

分压式偏置放大电路(2)rbe

EBCRCRLRB2RS+

+

+

RB1[解](1)(3)7.5共集电极放大电路射极输出器是从基极输入，发射极输出。在接法上是一个共集电极电路，亦称为共集电极放大电路。交流通路中集电极接地，动态电压放大倍数小于1并接近1，且输出电压与输入电压同相，具有电流放大作用，所以有功率放大作用。C1RS+ui

RERB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iE+uCE

T射极输出器射极输出器（共集电极电路）

集电极是输入和输出电路的共同端点。直流通路交流通路用直流通路确定静态值：RERB+UCCIB+UBE

+UCE

TICIE直流通路7.5.1静态分析C1RS+ui

RERB+UCCC2RL+es

+uo

++iB+uBE

iE+uCE

T先画出射极输出器的交流通路：7.5.2动态分析RBrbe

EBRERLRBRS+

+

+

C由射极输出器的微变等效电路可得出：RS+ui

RERBRL+es

+uo

iB+uBE

iE+uCE

T1．电压放大倍数rbe

EBRERLRBRS+

+

+

C2．输入电阻射极输出器的输入电阻很高。rbe

EBRERLRBRS+

+

+

C3．输出电阻rbe

EBRERBRS+

计算ro

的等效电路C右图中将信号源短路，保留其内阻RS

，RS

与

RB

并联后的等效电阻为R

S

。在输出端将RL

取去，外加一交流电压

，产生电流。例如，

=40，rbe=0.8k，RS=50，RB=120k，由此得可见射极输出器的输出电阻是很低的。

射极输出器的主要特点是：电压放大倍数接近

1；输入电阻高；输出电阻低。因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强。常被用作多级放大电路的输入级或输出级；也可用它连接两电路，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。7.6功率放大电路7.6.1对功率放大电路的基本要求1、在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级对功率放大电路的基本要求是：

(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)效率要高。2、放大电路有三种工作状态。(1)

甲类工作状态tiCQOOiCuCE甲类工作状态静态工作点Q

大致在负载线的中点。这种工作状态下，放大电路的最高效率为50%。(2)

甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE甲乙类工作状态静态工作点Q

沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失真。(3)乙类工作状态tiCQOOiCuCE乙类工作状态静态工作点下移到IC

0

处，管耗更小，但输出波形只剩半波了。3、如何解决效率低的问题？使输入信号等于零时电源输出的功率也等于零（或很小）。即，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。7.6.2乙类双电源互补对称功率放大电路一、

OCL电路组成电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致，工作在乙类放大状态，分别在正半周和负半周工作；组成互补对称式射极输出器。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。ui-UCCT1T2uo+UCCRLiLNPN型PNP型OCL(无输出电容形式):OutputCapacitorLess输入输出端不加隔直电容。ui=0时uo=0ui≠0时，T1和T2轮流导电，组成推挽式电路。互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器NPN型iCuoRLPNP型iCuoRLtiC1iC2iC1iC2

T1T2RLECECiC工作在正半周工作在负半周乙类双电源互补对称功率放大电路1、工作原理：+++++VCC----RLvCE1vCE2-VCCT1T2↓iC1↓iC2vIuOT1和T2分别组成射极输出器uI>0时T1

导通T2截止的等效电路+++UCC--RLuiuoT1uIuO+++Vcc--RLuiuoT2uIuOuI<0时T1截止T2导通的等效电路-UCC乙类双电源互补对称功率放大电路ic1ic2

静态时：ui=0V

T1、T2均不工作

uo=0V动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=