教学材料《电路模型》-第八章

8.1基本交流放大电路的组成及各元件的作用人们在生产和技术工作中，需要通过放大器对微弱的信号加以放大，以便进行有效的观察、测量和利用。放大器的作用就是把微弱的电信号不失真地加以放大。为了达到一定的输出功率，放大器往往由多级放大电路组成。按放大目的的不同，放大器又分为交流放大器、直流放大器、脉冲放大器等。在这一节只讨论共射极交流基本放大器。放大器中各元件的作用如下。1)集电极电源Ucc集电极电源Ucc是放大电路的能源，为输出信号提供能量，并保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，使三极管工作在放大区。下-页

返回8.1基本交流放大电路的组成及各元件的作用2)三极管VT三极管VT是放大电路的核心元件。利用三极管在放大区的电流控制作用，实现用微弱的输入电压变化而引起的基极电流变化，控制电源Ucc在输出回路中产生较大的与输入信号成比例变化的集电极电流，从而在负载上获得比输入信号幅度大得多但又与其成比例的输出信号。

3)集电极负载电阻Rc集电极负载电阻Rc可以是一个实际的电阻，也可以是继电器、发光二极管等器件。当它是一个实际电阻时，其作用主要是将集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电路的电压放大作用。上-页

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返回8.1基本交流放大电路的组成及各元件的作用4)基极偏置电阻基极偏置电阻RB用来保证半导体三极管工作在放大状态。

5)耦合电容耦合电容C1、C2起隔直流通交流的作用。在中频信号频率范围内，认为容抗近似为零。上-页

返回8.2交流放大电路分析8.2.1共射极基本放大电路的静态分析静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q。

1．估算法计算静态工作点共射极基本放大电路的直流通路如图8-4所示。有下-页

返回8.2交流放大电路分析2．图解法求静态工作点图解法确定静态工作点如图8-5所示，具体步骤如下。(1)用估算法求出基极偏置电流(2)根据IB值在输出特性曲线中找到对应的曲线。(3)作直流负载线，根据集电极电流IC与集射极电压UCE的关系式UCE=UCC-ICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC

，在横轴上的截距为UCC

，其斜率为-1/RC

，由于该直线是通过直流通路得出的，又与集电极负载电阻RC有关，故称为直流负载线。(4)求静态工作点Q并确定ICQ.UCEQ的值。上-页

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返回8.2交流放大电路分析8.2.2共射极基本放大电路的动态分析

1．放大电路的动态工作情况动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号做相应变化的状态。当电路有交变输入信号时，该信号参数将与静态参数叠加。使三极管工作点随输入信号的变化而相应的移动，从而引起三极管基极一发射极电压、基极电流、集电极一发射极电压、集电极电流均随输入信号按一定比例变化。由于集电极一发射极电压变化，输出电容器电压也随之变化，从而使负载电流和电压变化。上-页

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返回8.2交流放大电路分析2．放大电路中各电压、电流的定义

(1)无输入信号时，晶体管的电压、电流都是直流分量。有输入信号后，iB、ic、UCE都在原来静态值的基础上叠加了一个交流分量。

(2)输出u0与输入ui频率相同，且幅度u0比ui大的多。

(3)电流ib、ic与输入ui同相，输出电压u0

，与输入ui反相，即共发射极放大电路具有“倒相”作用。

3．图解法进行动态性能分析(1)根据静态分析方法，求出静态工作点Q。(2)根据ui在输入特性曲线上求ube和ib

，如图8-7(a)所示。(3)作交流负载线。交流负载线反映动态时电流ic和电压ucc的变化关系。上-页

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返回8.2交流放大电路分析集电极交流电流与集射极交流电压的关系为此方程对应的曲线称为交流负载线(4)设输入端加入中频电压，则可得到三极管各极相关电压与电流的波形如图8-7所示。由图解分析波形可得到以下几点结论。①交流信号的传输情况为：ui-ib-ic-uD。②电压和电流都含有直流分量和交流分量。③输入电压信号与输出电压信号相位相反，即实现了倒相放大。上-页

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返回8.2交流放大电路分析④从图8-7中可以计算出电压放大倍数，其值等于输出交流电压的幅值与输入交流电压的幅值之比。静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。总之，设置合适的静态工作点，可避免放大电路产生非线性失真。图8-8所示Q点选在放大区的中间，相应的ic和uo都没有失真。但是，还应注意到即使Q点设置合适，若输入u1，的信号幅度过大，则可能既产生饱和失真又产生截止失真。

4．微变等效电路法三极管是非线性元件，这可从它的输入、输出特性曲线看出。这给放大电路的分析与计算带来很多不便，在电路分析中学上-页

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返回8.2交流放大电路分析过的各种线性电路的分析方法均不能使用。若能使非线性的三极管等效成一个线性元件，则前面学的各种线性电路的分析方法就能有效地运用于对这种电路的分析。放大电路特别是电压放大电路一般都工作在小信号状态，也就是说工作点在特性曲线上的移动范围很小。

1)三极管的微变等效电路所谓三极管的微变等效电路，就是三极管在小信号（微变量）的情况下工作在特性曲线直线段时，将三极管（非线性元件）用一个线性电路代替。两变量的比值称为三极管的输入电阻，即上-页

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返回8.2交流放大电路分析根据半导体理论及文献资料，工程中低频小信号下的可用下式估算实际三极管的输出特性并非与横轴绝对平行。当IB力常数时，△UCE变化会引起△IC变化，这个线性关系就是三极管的输出电阻rce，即

2)放大电路的微变等效电路上-页

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返回8.2交流放大电路分析放大电路的直流通路确定静态工作点。交流通路则反映了信号的传输过程，并且通过它可以分析计算放大电路的性能指标。

C1、C2的容抗对交流信号而言可忽略不计，在交流通路中视作短路，直流电源Ucc为恒压源，其两端无交流压降可视作短路。把交流通路中的三极管用其微变等效电路代替，即得到共射极放大电路的微变等效电路，如图8-12所示。

3)动态性能指标的计算(1)电压放大倍数的计算。上-页

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返回8.2交流放大电路分析电压放大倍数为放大倍数为负值表示输出电压与输入电压相位相反。(2)输入电阻。输入电阻ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望ri越大越好。上-页

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返回8.2交流放大电路分析(3)输出电阻。输出电阻r。的计算方法是：信号源Us短路，断开负载RL，在输出端加电压U，求出由U产生的电流I，则输出电阻为对于负载而言，放大器的输出电阻ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望ro越小越好。8.2.3射极输出器1．静态分析上-页

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返回8.2交流放大电路分析图8-13(b)所示为射极输出器的直流通路。由此确定静态值。2．动态分析1)电压放大倍数由图8-13(c)所示的微变等效电路及电压放大倍数的定义得上-页

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返回8.2交流放大电路分析值得指出的是：尽管射极输出器无电压放大作用，但射极电流Ic是基极Ib的（1+p）倍，输出功率也近似是输入功率的（1+p）倍，所以射极输出器具有一定的电流放大作用和功率放大作用。

2)输入电阻由图8-13微变等效电路及输入电阻的定义得3)输出电阻根据输出电阻的定义，用加压求流法计算输出电阻，其等效电路如图8-14所示。上-页

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返回8.2交流放大电路分析由图8-14得射极输出器的输出电阻与共射放大电路相比是较低的，一般在几欧到几十欧。当ro较低时，射极输出器的输出电压几乎具有恒压性。综上所述，射极输出器具有电压放大倍数恒小于1，接近于1，输入、输出电压同相，输入电阻高，输出电阻低的特点；尤其是输入电阻高，输出电阻低的特点，使射极输出器获得了广泛的应用。上-页

返回8.3放大器的偏置电路8.3.1温度对静态工作点的影响静态工作点不稳定的主要原因是温度变化和更换晶体管的影响。下面着重讨论温度变化对静态工作点的影响。图8-2(a)所示的共发射极放大电路，其偏置电流为可见，当UCC及RB经选定，IB就被确定，故称为固定偏置放大电路。此电路简单，易于调整，但温度变化导致集电极电流增大时，输出特性曲线族将向上平移，如图8-15中虚线所示。下-页

返回8.3放大器的偏置电路8.3.2三极管分压式偏置放大电路1．稳定原理通过前面的分析可以知道：晶体管的参数随温度升高对工作点的影响，最终都表现在使静态工作点电流IC的增加，流过RC后静态工作点电压UCE下降。图8-16所示的分压式偏置共射放大电路，正是基于这一思想，首先利用RB1、RB2的分压为基极提供一个固定电压。基极电位为上-页

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返回8.3放大器的偏置电路下面对此电路的性能进行具体分析。

2．静态工作点分析图8-17所示为分压式偏置放大电路的直流通路，由直流通路得上-页

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返回8.3放大器的偏置电路3．动态分析首先，画出微变等效电路如图8-18所示，电路中的电容对于交流信号可视为短路，RE被CE交流旁路掉了。1)电压放大倍数2)输入电阻

3)输出电阻ro=RC上-页

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返回8.3放大器的偏置电路(1)电压放大倍数(2)输入电阻(3)输出电阻ro=RCfdfdfd上-页

返回8.4多级放大电路小信号放大电路的输入信号一般为毫伏甚至微伏量级，功率在1毫瓦以工。为了推动负载工作，输入信号必须经多级放大后，使其在输出端能获得一定幅度的电压和足够的功率。耦合方式是指信号源和放大器之间，放大器中各级之间，放大器与负载之间的连接方式。最常用的耦合方式有3种：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。阻容耦合应用于分立元件多级交流放大电路中。8.4.1阻容耦合多级放大电路图8-21所示电路为阻容耦合多级放大电路，该电路通过耦合电容与下级输入电阻连接。各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置，且不存在零点漂移问题。下-页

返回8.4多级放大电路1．静态工作点分析各级单独计算。

2．动态分析(1)电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。(2)输入电阻就是第一级的输入电阻。(3)输出电阻就是最后一级的输出电阻。上-页

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返回8.4多级放大电路8.4.2直接耦合多级放大电路图8-23所示为直接耦合多级放大电路，该电路能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号，且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。抑制零点漂移的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。该电路是由两个特性相同的晶体三极管组成的对称电路，其参数也对称，且有两个输入端和两个输出端。上-页

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返回8.4多级放大电路当两输入端加的信号大小相等、极性相反时，输入信号为差模信号，设两输入信号为因两侧电路对称，放大倍数相等，电压放大倍数用Ad表示，则输出电压为由上式可得差模电压放大倍数为上-页

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返回8.4多级放大电路可见差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。差动放大电路用多一倍的元件为代价，换来了对零漂的抑制能力。实际上，差动放大