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1、3 放大电路基础,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。,3.1 概述,基本放大电路,共基极放大电路（CB）,共发射极放大电路（CE）,共集电极放大电路（CC）,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，使之转换成信号能量，提供给负载。,3.2 共发射极放大电路,共射极放大电路的简化电路（一般选取VCCVBB）及习惯画法,耦合(隔直)电容C1，C2输入电容C1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。作
2、用“传送交流，隔离直流”。,基本组成：,三极管T起放大作用。,集电极电阻RC，负载电阻RL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。,Vbb是基极回路的直流电源，负端接发射极，正端通过基极电阻Rb接基极，以保证发射结为正向偏置，并通过Rb，由VBB供给基极一个合适的基极电流IB(常称为偏流)。,Vcc是集电极回路的直流电源,负端接发射极，正端通过电阻Rc接集电极，以保证集电结为反向偏置；,固定偏流电路,偏流IB决定于VBB和Rb的大小，VBB和Rb一经确定后，偏流IB就是固定的，称为固定偏流电路。Rb又称为基极偏置电阻。,输入电压vi从电路的A、O两点(输入
3、端)输入，输出电压vo由B、O两点(称输出端)输出。 输入端的交流电压vi通过电容Cb1加到BJT的发射结，引起基极电流iB相应的变化。iB的变化使集电极电流iC随之变化。,共射极放大电路工作原理,共射极放大电路工作原理,iC的变化量在集电极电阻Rc上产生压降。当iC的瞬时值增加时，集电极电压vCE要减小，其变化与iC相反。 vCE 的变化量经过电容Cb2传送到输出端成为输出电压vo。 电路参数选择适当，vo的幅度将比vi大得多，从而达到放大的目的。,三极管放大作用,放大电路工作过程,变化的电流通过Rc转变为变化的电压输出,放大作用是利用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的，即在输入端加一个
4、能量较小的信号，通过BJT的基极电流去控制流过集电极电路的电流，从而将直流电源VCC的能量转化为所需要的形式供给负载。,放大作用的本质,放大作用实质上是放大器件的控制作用；放大器是一种能量控制部件。注意：放大作用是针对变化量而言的.,例:测量三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。,解：（a）放大 （b）截止 （c）饱和,例：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE =3.8 V 、VC =8 V，电路如图所示。试判断三极管的工作状态。,3.3 图解分析法,静态当放大电路没有输入信号(vi0)时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在静
5、态工作情况下，BJT各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点常称为Q点。 动态当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。,放大电路输出端接上负载电阻RL的电路（a）电路图 （b）交流通路,交流负载线,对于交流分量来说，用RL 来表示电流、电压之间的关系。即：表示交流分量电压、电流关系的负载线的斜率应该是1 RL, 而不是1Rc。,交流负载线和直流负载线必然在Q点相交。 通过Q点作一条斜率为1 RL 的直线就可得到交流负载线。,把由斜率为1RL定出的负载线称为交流负载线，它由交流通路决定。交流负载线表示动态时工作点
6、移动的轨迹。,Q点的选择,Q点的选择可以采取比较灵活的原则。当信号幅度不大时，为了降低直流电源Vcc的能量消耗，在不产生失真和保证一定的电压增益的前提下，可把Q点选得低一些。,Q点选得过低，将产生截止失真；若Q点选得过高，将引起饱和失真。 一般，Q点选在交流负载线的中央，这时可获得最大的不失真输出，亦即可得到最大的动态工作范围。,一些典型数据,在实际工作中，常可利用测量BJT各电极之间的电压来判断它的工作状态。 NPN型BJT结电压的典型数据是，对于NPN型硅BJT，处于饱和状态时，VBE0.7V，VCE0.3V，即Je、Jc为正偏，若在放大区，VBE0.7V，此时Je正偏、Jc反偏；而当处于
7、截止状态时，则VBE0V，此时Je零偏或反偏，Jc也反偏（指可靠截止）。实际上，当VBE0.5V时，即已进入截止状态。 对于PNP型BJT而言，其电压的符号应当相反。,3.4 小信号模型分析法,如果放大电路的输入信号电压很小，可以把BJT小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而把BJT这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理，这就是BJT小信号建模的指导思想。这是非线性问题线性化的工程处理方法。,输入端，b、e之间,3.4.1 BJT的小信号建模,式中:VT为温度的电压当量，室温(300 K)时，其值为26mV。,输出端，c、e之间,BJT小信号模型的简化,3.4.2 用小信号模型分析共
8、射极基本放大电路,1画出小信号等效电路 2求电压增益 3计算输入电阻和输出电阻,1画出小信号等效电路,首先，在原理电路图上定出BJT的三个电极(c，b，e)后，用H参数小信号模型表示BJT。,其次，在输入和输出回路中，任何固定不变的电压源（Vcc）都可认为是交流短路的，任何固定不变的电流(IB、IC)都不予考虑，都可从电路中除去，其他元件都按照原来的相对位置画出，这样就可得到整个放大电路的小信号等效电路。,第三，由于分析和测试时常用正弦波电压作为输入信号，所以在小信号等效电路中采用相量表示电压和电流。,画交流通路,画小信号等效电路,2求电压增益,在输入回路中，已知输入电压,输出回路中，利用,求
9、基极电流,求,求电压增益,例 如图电路，若BJT为3DG6，已知在Q点上的40，计算电压增益(假设信号源内阻Rs0)。,解：(1)确定Q点 已知，可用简单计算法确定Q点：,(2)求rbe,(3)求,(1)计算输入电阻,根据KCL， 图中的b点:,输入电阻 的定义：,放大电路输入电阻为：,3计算输入电阻和输出电阻,(2)计算输出电阻,输出电阻定义为：,故：,而：,讨论,一般地说，希望放大电路的输入电阻高一些为好，特别是在信号源内阻Rs较大的场合，这样可避免信号过多地衰减。作为放大电路的输入级尤其应当予以考虑。,以共射极基本放大电路为例，计算了它的输入电阻和输出电阻。,对于输出级来说，希望输出电阻
10、越小越好，可以提高带负载的能力。,两种分析方法的比较与使用,用图解法定出静态工作点； 当输入电压幅度较小或BJT基本上在线性范围内工作时，特别是放大电路比较复杂时，可用小信号模型来分析。 当输入电压幅度较大，BJT的工作点延伸到特性曲线的非线性部分时，就需要采用图解法，如功率放大电路。 如果要求分析放大电路输出电压的最大幅值是多少，或者要求合理安排电路工作点和参数以便得到最大的动态范围等，采用图解法比较方便。,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.5.1 温度对工作点的影响 3.5.2 射极偏置电路,偏流与偏置电路,偏流当电源电压VCC和集电极电阻Rc确定后，放大电路的Q点就由基极电流IB来决
11、定，这个电流就叫做偏流。 偏置电路获得偏流的电路叫做偏置电路。 固定偏流电路由一个偏置电阻Rb构成的结构简单的电路，调试方便，只要适当选择电路参数就可保证Q点处于合适的位置。,3.5.1 温度对工作点的影响,工作点不稳定的原因： 电源电压变化； 电路参数变化； 管子老化，等等。,主要原因： BJT的特性参数(ICBO、VBE、等)随温度变化造成的工作点不稳定。,对于硅管，三个参数均随温度而变化，但反向饱和电流ICBO的值很小，对工作点稳定性的影响较小。,硅管的VBE和 受温度的影响较大。,BJT的电流放大系数随温度的升高而增大。,BJT的输出特性将因的变化而变化，当变大时，输出特性曲线族的间隔
12、将变宽。由于输出特性的变化，当增大时，Q点上移，Ic增加;当减小时，Q点下移，Ic减小。,ICBO、VBE、 随温度T升高的结果，都集中表现在Q点电流IC的增大。,硅管的ICBO小，受温度的影响可以忽略，因此，VBE和的温度影响，对硅管是主要的，但对工作在较高温度下的大功率硅管，ICBO的影响就不能忽略。,锗管的ICBO大，ICBO的温度影响对锗管是主要的。,几点结论：,3.5.2 射极偏置电路,减小BJT参数ICBO、VBE、 随温度变化对Q点的影响，可采取两方面的措施：,(1)针对ICBO的影响，可设法使基极电流IB随温度的升高而自动减小。,(2)针对VBE的影响，可设法使发射结的外加电压
13、随着温度的增加而自动减小。,射极偏置电路,利用Rb1和Rb2组成的分压器以固定基极电位。 如果I1 IB(I1是流经Rb1和Rb2的电流)，可近似认为基极电位,电路稳定工作点的过程：,当温度上升时，IC(IE) 将增加，在Re上产生的压降IERe也要增加，IERe的增加部分回送到基极-发射极回路去控制VBE，外加于管子的VBE减小(VBE =VBIERe，而VB又被Rb1和Rb2所固定)，VBE 的减小使IB自动减小，牵制了Ic的增加，从而使IC基本恒定。,实际情况下，为使Q点稳定，I1愈大于IB以及VB愈大于VBE愈好，但为兼顾其他指标，对于硅管，一般可选取,锗管：,例 试近似估算下图的Q点
14、，并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。,解：(1)确定Q点,由于,而,所以,利用上式可以分别求得Q点的IC、IB及VCE。,(2)求电压增益,射极旁路电容,Re的接入，稳定了工作点，但却使电压增益下降，且Re越大，下降就越多。,为了解决这个问题，通常在Re上并联一个大电容Ce(大约几十到几百微法)，它对交流接近于短路，因此对交流电流而言可看成是发射极直接接地，所以Ce又称为射极旁路电容。它消除了Re对交流分量的影响, 使电压增益不致下降。,(3)求输入电阻和输出电阻,求输入电阻,加入Re后，输入电阻提高。,求输出电阻,先求出 ，然后再与Rc并联，即可求得放大电路的输出电阻Ro。,36 共集
15、电极电路和共基极电路,根据输入和输出回路共同端的不同，放大电路有三种基本组态： 共发射极电路 共集电极电路 共基极电路,3.6.1 共集电极电路（射极输出器）,（a）原理图（b）交流通路,电压跟随器的特点,电压增益小于1而近于1。 输出电压与输入电压同相。 输入电阻高，可减小放大电路对信号源(或前级)所取的信号电流。 输出电阻低，可减小负载变动对电压增益的影响。 对电流仍有放大作用。,3.6.2共基极电路,三种基本组态的比较,共射极电路的电压、电流、功率增益都比较大，应用广泛。 在宽频带或高频情况下，要求稳定性较好时，共基极电路就比较合适。 共集电极电路的独特优点是输入电阻很高、输出电阻很低，
16、多用于输入级、输出级或缓冲级。, 2.5.3 三种基本组态的比较,组态,性能,共射组态,共集组态,共基组态,电路,略,略,略,频率响应,大,大,小,大,小,大,大,小,中,中,小,大,差,好,较好,3.9 多级放大电路,多级放大电路的放大倍数：,3.9.1 耦合方式,直接耦合耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。,多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。,电抗性元件耦合级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。,(a) 阻容耦合,(c) 变压器耦合,(b) 直接耦合,直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响.,3.9.2 多级放大电路电压放大倍数的计算,将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端，简称开路电压法。,求分立元件多级放大电路的电压放大倍
