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1、第7章 基本放大电路 放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用， 或场效应管电压控制作用，把微弱的电信号（简称信 号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所 需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输 入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路 的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的 能量转换装置。 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；元件的安排要保证信号的传输，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；元件参数的选择要保证信号能不失真地放 大，并满足放大电路的性能指标要求。 本章将
2、依据上述原则，介绍几种常用的基本放大 电路的组成，讨论它们的工作原理、性能指标和基本 分析方法。掌握这些基本放大电路，是学习和应用复 杂电子电路的基础。 1. 电路的组成 7.1共发射极放大电路 7.1.1电路组成及各元作用 图7.1 共发射极基本放大电路 2. 各元件作用 (1) 三极管V：实现电流放大。 (2) 集电极直流电源UCC :确保 三极管工作在放大状态。 (3) 集电极负载电阻RC :将三极管集电极电流的变 化转变为电压变化，以实现电压放大。 (4) 基极偏置电阻RB :为放大电路提供静态工作点 。 (5) 耦合电容C1和C2 :隔直流通交流。 3.工作原理 (1) ui直接加在
3、三极管V的基极和发射极之间，引起 基极电流iB作相应的变化 。 (2) 通过V的电流放大作用， V的集电极电流iC也将变化 。 (3) iC的变化引起V的集电 极和发射极之间的电压uCE变化。 (4) uCE中的交流分量uce经过C2畅通地传送给负载 RL，成为输出交流电压uo,，实现了电压放大作用。 静态分析就是要找出一个合适的静态工作点,通常 由放大电路的直流通路来确定。如图7.2所示。 图7.2 共发射极放大电路的直流通路和静态工作点 7.1.2 静态分析 静态分析通常有两种方法 1. 估算法 (7. 1a) (7.1b) ICIB (7. 2) UCE = UCC - IC RC (7
4、.3) 2. 图解法 (1) 作直流负载线 由 uCE = UCC - iC RC 令iC=0时，uCE= UCC，在横轴上得M点(UCC ，0) 令uCE=0时， ，在纵轴上得N点(0， ) 连接M N 即直流负载线 (2) 求静态工作点 直流负载线与iB=IB对应的那条输出特性曲线的交 点Q，即为静态工作点，如图7.3(b)所示 (a) (b) 图7.3 静态工作点的图解 例7.1 试用估算法和图解法求图7.4 (a) 所示放大 电路的静态工作点，已知该电路中的三极管=37.5，直 流通路如图7.4(b)所示，输出特性曲线如图7. 4 (c) 所示 。 图7. 4 例7. 1的图 解： 1
5、0 用估算法求静态工作点 由式(7. 1)(7. 3)得 IB0.04mA=40A ICIB=37.50.04mA=1.5mA UCE=UCC - ICRC=12-1.54=6V 20 用图解法求静态工作点 由 uCE = UCC - iCRC = 12 - 4iC 得 M点(12，0)； N点(0，3) MN与iB=IB=40A的那条输出特性曲线相交点，即 是静态工作点Q。从曲线上可查出：IB=40A， IC=1.5mA，UCE=6V。与估算法所得结果一致。 3.电路参数对静态工作点的影响 (1) RB 增大时，IB减小，Q点降低，三极管趋向于 截止。 (2) RB 减小时，IB 增大，Q点
6、抬高，三极管趋向 于饱和。此时三极管均会失去放大作用。 1. 图解法 (1) 负载开路时输入和输出电压、电流波形的分 析 根据ui波形，在输入特性曲线上求iB和uBE的波形 根据iB波形，在输出特性曲线和直流负载线上求 iC、 uRC和uCE的变化 ，如图7.5所示。 7.1.3 动态分析 图7.5(a) (2) 带负载时输入和输出电压、电流波形分析 作交流负载线： 10 先作出直流负载线MN，确定Q点。 20 在uCE坐标轴上，以UCE为起点向正方向取一段IC R/L 的电压值，得到C点。 30 过CQ作直线CD，即为交流负载线，如图7. 5所 示。 (3) 放大电路的非线性失真 截止失真:
7、 三极管进人截止区而引起的失真 。通 过减小基极偏置电阻RB的阻值来消除。 图7.5(b) 饱和失真： 三极管进入饱和区而引起的失真。通过增 大基极偏置电阻RB的阻值来 消除。 失真波形如图7.6所示。 图 7. 6 截止失真 饱和失真： 三极管进入饱和区而引起的失真。通 过增大基极偏置电阻RB的阻值来 消除。 失真波形如图7.7所示。 图 7. 7 饱和失真 为了减小和避免非线性失真，必须合理地选择静 态工作点Q的位置，并适当限制输入信号ui 的幅度。一 般情况下，Q点应大致选在交流负载线的中点，当输入 信号ui 的幅度较小时，为了减小管子的功耗，Q点可适 当选低些。若出现了截止失真，通常采
8、用提高静态工 作点的办法来消除，即通过减小基极偏置电阻RB的阻 值来实现；若出现了饱和失真，则反向操作，即增大 RB。 2. 微变等效电路法 (1) 三极管微变等效电路 图7.11 三极管的微变等效电路 rbe=300+(1+) (2) 放大电路微变等效电路 放大电路的微变等效电路就是用三极管的微变等 效电路替代交流通路中的三极管。交流通路指：放大 电路中耦合电容和直流电源作短路处理后所得的电路 。因此画交流通路的原则是：将直流电源UCC短接；将 输入耦合电容C1和输出耦合电容C2短接。图7. 1的交流 通路和微变等效电路如图7.12所示。 (b) 交流通路 (c)微变等效电路 图 7.12
9、共发射极基本放大电路 (3) 动态性能分析 电压放大倍数Au 输入电阻Ri 输入电阻指从放大电路输入端AA/ (如图7.13)看进去 的等效电阻，定义为： Ri= 由图7. 12可知 = rbeRB 若考虑信号源内阻(如图7. 13)，则放大电路输入电 压Ui是信号源Us在输入电阻Ri 上的分压，即 输出电阻Ro 输出电阻指从放大器放大器信号源短路、负载开 路，从输出端看进去的等效电阻，定义为： Ro= 图 7. 13 放大电路的输入电阻和输出电阻 由图7.12可知 Ro= = RC 工程中，可用实验的方法求取输出电阻。在放大 电路输入端加一正弦电压信号，测出负载开路时的输 出电压U/o；然后
10、再测出接入负载RL时的输出电压Uo， 则有 式中： U/o 、Uo是用晶体管毫伏表测出的交流有效值。 例7.3 图7.4(a)所示电路的交流通路和微变等效电路 如图7.14所示，试用微变等效电路法求： 10 动态性能指标 、Ri、Ro。 20 断开负载RL后，再计算 、Ri、Ro。 图7.14 例7. 3的图 解：10 由例7. 1可知 IE1.5mA 故 = 967 Ri = RB / rbe=300 / 0.9670.964k Ro=RC=4k 20 断开RL后 Ri = RB / rbe = 300 / 0.9670.964k Ro= RC = 4k 当温度变化、更换三极管、电路元件老化
11、、电源 电压波动时，都可能导致前述共发射极放大电路静态 工作点不稳定，进而影响放大电路的正常工作。在这 些因素中，又以温度变化的影响最大。因此，必须采 取措施稳定放大电路的静态工作点。常用的办法有两 种，一是引入负反馈；另一是引入温度补偿。 7.1.4 稳定工作点的电路 1. 射极偏置电路 (a)电路图 (b)微变等效电路 图 7.15 射极偏置电路 (1) 各元件作用 基极偏置电阻RB1、RB2：RB1、RB2为三极管提 供一个大小合适的基极直流电流IB，调节RP的阻值， 可控制IB的大小。R的作用是防止RP阻值调到零时，烧 坏三极管。一般RB1的阻值为几十千欧至几百千欧； RB2的阻值为几
12、十千欧。 发射极电阻RE：引入直流负反馈稳定静态工作 点。一般阻值为几千欧。 发射极旁路电容CE：对交流而言，CE短接RE , 确保放大电路动态性能不受影响。一般CE 也选择电解 电容，容量为几十微法。 (2) 稳定工作点原理 利用RB1和RB2的分压作用固定基极UB。 利用发射极电阻RE产生反映Ic变化的UE，再引 回到输入回路去控制UBE，实现IC基本不变。 稳定的过程是： T Ic IE UE UBE IBIC (3) 静态分析 该电路的静态工作点一般用估算法来确定，具体 步骤如下： 由：UB UCC，求UB。 由：IE ，求IC、IE 。 由IC=IB，求IB。 由UCE = UCC
13、- ICRC - IERE UCC - IC(RC+RE) 求UCE 。 (4) 动态分析 该电路动态性能指标一般用微变等效电路来确定， 具体步骤为： 画出微变等效电路，如图7.15(c)； 求电压放大倍数 、输入电阻Ri 、输出电阻Ro 。 比较图7.15(c)和图7.12(c)可知：射极偏置放大电路 的动态性能与共发射极基本放大电路的动态性能一样。 图 7.15(c) 射极偏置电路的微变等效电路 例7.4 在图7.16所示的电路中，三极管的=50， 试求： 10 静态工作点。 20 电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。 30 不接CE 时的电压放大倍数、输入电阻、输出电 阻。 40 若换用=
14、100的三极管，重新计算静态工作点和 电压放大倍数。 图 7.16 例7. 4的电路 解：10 求静工作点 UB =3.5V IC 1.4mA IB 0.028mA=28A UCE 12-1.4(3+2)=5V 20 求Au、Ri、Ro rbe =300+(1+) =300+(1+50) =1.25 k R /L=RCRL= 0.75 k 故: Au= = -50 = -30 Ri = rbe /RB1/RB2=1.25/6.5/6.2=0.97 k Ro RC = 3 k 30 计算不接CE 时的Au、R/i 、R/o 当射极偏置电路中CE不接或断开时的交流通路如图 7.17(a)所示，图7
15、.17(b)为对应的微变等效电路。 图 7.17 不接CE 时的电路 由图7. 17(b)可得： 故： A/u = ri = rbe+(1+)RE R /i = ri / RB1 / RB2 = RB1RB2 输出电阻可由图7.18求出，由图可知 ，所以 图 7. 18 不接CE时求输出电阻的等效电路 将有关数据分别代入上式得 A/u = - 0.36 R /i =103.25 k R /o =3 k 由此可见，电压放大倍数下降了很多，但输入电阻 得到了提高。 40 当改用=100的三极管后，其静态工作点为 IE = 1.4mA IC =1.4mA IB = = 14A UCE = UCC - IC (RC+RE) = 12 - 1.4(3+2)
