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1、第三章 放大电路基础,内容提要,1、放大电路的组成 2、放大电路的基本原理 3、分析方法图解法和微变等效电路法， 静态工作点和动态参数（电压放大倍数、输入电 阻、输出电阻、频率特性） 4、工作点电稳定电路 5、共集电极放大电路 6、多级放电路 7、共基极放大电路 8、场效应管（单极型三极管）放大电路,3.1 放大电路的基本概念,在生产过程和科学实验中所遇到的信号往往是很微弱的，例如收音机、电视机天线接收到的信号，必须加以放大，以推动负载工作。这种用一个小能量对大能量的控制作用就是放大作用（能量不能放大）。,3.1.1基本放大电路的方框图,另外，放大作用涉及到变化量的概念。即输入信号有个较小的变
2、化量时，要求在负载上得到一个较大变化量的输出信号。由此可见，所谓的放大作用，其放大的对象是变化量。放大电路的放大倍数就是输出信号与输入信号变化量之比。,一、电压放大倍数,二、输入电阻,三、输出电阻,3.1.2 放大电路的主要性能指标,五、最大不失真输出电压Uom,六、最大输出功率Pom与效率, = Pom/PV 其中PV为直流电源消耗的功率,四、通频带,fBW = fH fL,一、电路结构,偏置电阻,集电极负载电阻,耦合电容,直流电源,公共端,放大元件,3.2 共发射极放大电路3.2.1 共发射极组态基本放大电路的构成,二、电路元件作用,1. T：放大元件，是电路的核心，工作在放大区。iC=
3、iB,2.VCC:为电路提供能量，并保证集电结反偏。一般为几伏几十伏。,3.RC：将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的放大。一般为几千欧几十千欧。,4.VBB、RB：保证发射结正偏，并为电路提供大小合适的静态IB。RB一般为几十千欧几百千欧。,5.C1、C2：隔直通交。隔离输入、输出与电路直流的联系，同时能使交流信号顺利输入输出。一般为10F50F，多为电解电容，有极性。在一定的频率范围内，C1、C2上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。,单电源供电,单电源供电,3.2.2 共发射极组态基本放大电路的工作原理,无输入信号(ui = 0)时（静态）:,uo = 0 uBE
4、= UBE uCE = UCE,结论：,(1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。,UBE,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,加入输入信号(ui 0)时（动态）:,结论：,(1) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量
5、，但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论：,(2) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。,(3) 输出电压与输入电压在相位上相差180， 即共发射极电路具有反相作用。,课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？,图(a)中，没有设置静 态偏置，即IB=0，不能放大。,图(b)中，有静态偏置, 但ui被EB短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。,图(c)中，有静态偏置, 有变化的iB和iC, 但因 没有RC ，不能把集电 极电流的变化转化为 电压的变化送到输出 端,即uo=0,所以不能放 大交流电压信号。,实现放大的条件,
6、(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。 (2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。 (3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。 (4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。,3.3 放大电路的分析方法,+VCC,RB,RC,C1,C2,T,uo,ui,+,+,直流通路,交流通路,ui=0,C1、C2断路,VCC=0,C1、C2短路,3.3.2 直流通路和交流通路,3.3.3 放大电路的静态分析,放大电路建立合适的静态值，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真必要性,静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性
7、确定静态值(直流值)UBE、IB、 IC 和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。,放大电路没有输入信号(ui =0 )时的工作状态称为静态。,1、用估算法分析放大电路的静态值,UCE = VCC IC RC,IC = IB,硅管的UBE 为 0.6V0.8V,锗管的UBE为 0.2V0.3V,2、用图解法分析放大电路的静态值,1. 先用估算法确定IB,2. 在三极管输出特性曲线坐标上画直流负载线,UCE = VCC IC RC,0,IB = 0 A,VCC,Q,IC / mA,UCE /V,静态工作点,直流负载线,IB,IC,UCE,3、静态工作点与电路参数的关系,1）、Vcc和RC不变,
8、RB增大为RB，IB减小为IB,0,IB = 0 A,VCC,Q,IC / mA,UCE /V,IB,IB,Q,2）Vcc和RB不变, RC增大为RC,0,IB = 0 A,VCC,Q,IC / mA,UCE /V,IB,Q,3）RC和RB不变，VCC减小为VCC,0,IB = 0 A,VCC,Q,IC / mA,UCE /V,IB,Q,VCC,IB,3.3.4 放大电路的动态分析图解分析法,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，分析信号的变化情况。加上输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量同时存在。,1. 输出端开路,一、图解法,交流通路,uc
9、e=uo= icRc,ube=ui=UimSint,=,注意各种符号的不同含义,ui 为一微小的弦信号,在输入特性上作图,0,uBE/V,Q1,Q,Q2,0,0,UBE,t,t,ib,iB = IB+ ib,ube,uBE/V,IB,IB,UBE,在输出特性上作图,电压放大倍数,t,0,ic,iC / mA,iC / mA,0,Ucem,uce (uo),uCE /V,t,2. 输出端接负载,作交流负载线,带载交流负载线,带负载后，Uom减小, Au下降,0,IB = 0,Q,t,0,0,Q1,IC,ic,UCE,uce (uo),uCE /V,uCE /V,Q2,iC / mA,iC / m
10、A,t,VCC,ICRL,Q1,Q2,二、 用图解法分析非线性失真,0,IB = 0,Q,0,0,1. 静态工作点偏高引起饱和失真,Q2,Q1,uCE /V,uo波形,饱和失真,uCE /V,iC / mA,iC / mA,t,t,2. 静态工作点偏低引起截止失真,uBE / V,0,Q,ib,ube,0,0,iB / A,（1）工作点偏低引起 ib失真,iB / A,uBE / V,Q2,Q1,t,t,IB,UBE,0,IB= 0,0,0,Q,ic,（2） 工作点偏低引起 ic 、uce (uo)失真,uCE /V,uCE /V,截止失真,uo波形,Q1,Q2,iC / mA,iC / mA
11、,uce正半周变平,t,t,三、 结论,1、为了不失真的放大交变电压信号, 必须给放大电路设置合适的静态工作点。,2、放大电路中的信号是交直流共存 即：,uCE=UCE+uce,iC=IC+ic,iB=IB+ib,uBE=UBE+ube,注意：虽然交流量可正负变化，但合成量的方向始终不变！,3、输出uo与输入ui，幅度放大，频率不变，相位相反。,3.3.5放大电路的动态分析小信号模型法 （微变等效电路法）,微变等效电路： 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。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件： 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附
12、近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,(1)晶体管的微变等效电路,UBE,对于小功率三极管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,(a) 输入回路,Q,输入特性,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,(b) 输出回路,rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,
13、输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib 等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间，在手册中常用hfe表示。,O,ib,晶体三极管,微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,(2)放大电路的微变等效电路,交流通路,微变等效电路,利用放大电路的低频小信号等效模型（微变等效电路）分析其动态参数的方法，称微变等效电路法。,3.4 用H参数小信号模型分析共发射极基本放大电路,若输出端开路( RL= )，则,注意,不是
14、愈大Au愈大，因为rbe,3.4.1.电压放大倍数,考虑信号源的内阻,Aus称为源电压放大倍数,3.4.2. 放大电路的输入电阻,若RB rbe ，则 ri rbe,3.4.3. 放大电路的输出电阻,可用外加电压法求ro,由前面的分析可知，放大电路的多项重要技术指标均与静态工作点的位置密切相关，因此，如何使静态工作点稳定是一个十分重要的问题。静态工作点不稳定的因素很多，如：温度的变化、管子的老化、电源电压的波动等。其中，温度对静态工作点的影响最为严重。,3.5稳定静态工作点的放大电路 3.5.1 温度对静态工作点的影响,0,IB = 0 A,VCC,Q,IC / mA,UCE /V,IB,IC
15、,UCE,ICEO,IB = 0 A,IB,Q,ICEO ,IC,温度升高引起 ICEO 和 增加；UT减小，从而引起IC增加，工作点Q上移，靠近饱和区。反之，IC减小，工作点Q下移，靠近截止区。,3.5.2 静态工作点稳定电路,一、电路组成,射极旁路电容,工作点稳定原理,温度 IC IEUEUBEIB,IC,分压式偏置电路,该电路稳定工作点的条件：,1. I1I2IB，,2. UBUBE,+VCC,RC,C1,C2,T,RL,RB2,RE,CE,+,+,RB1,uo,RS,us,+,+,ui,I1,I2,IB,B,C,E,引入RE稳定了工作点，但Au ，如何解决？,二、静态分析,UCE= VCC IC(RC+RE),三、动态分析,1. 电压放大倍数,rbe,E,
