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1、电 工 学,2 基本放大电路,本章要求：,1. 理解单管交流放大电路的放大作用和工作原理。 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等 效电路分析法。 掌握电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算方法。 4. 理解反馈的概念，了解负反馈对放大电路性能的 影响。,2 基本放大电路,2.1交流放大电路的主要技术指标,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,放大的实质: 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放 大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,放大电路的主要技术指标: 1. 电压放大倍数Au 2. 输入电阻ri 3.输出电阻ro,共发射极基本电路,2.2 交流放大电路的基本工作
2、原理,2.2.1 基本放大电路的组成,电路组成： 晶体管T 集电极电源EC 集电极电阻RC 基极电源EB与基 极电阻RB 耦合电容C1 、C2,输入端：ui 输出端： uo,放大电路各元件作用,晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,2.2.1 基本放大电路的组成,集电极电源EC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。
3、,信号源,负载,共发射极基本电路,2.2.1 基本放大电路的组成,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,2.2.1 基本放大电路的组成,2.2.2 共发射极放大电路的工作原理,（1）无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = 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:,？,有输入信号(ui 0)时,uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE
4、+ ui iB = IB+ ib iC = IC+ ic uCE = UCE+ uo,（2）有输入信号(ui 0)时:,交直流信号共存,(2) 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，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：,(3) 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。,(4) 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。,结论：,1. 实现放大的条件,(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
5、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。,2. 直流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路， 用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。,画放大电路的直流通路方法:,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC
6、 、 UCE ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,2.2.3 共发射极放大电路的静态分析,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,静态分析：确定放大电路的静态值。 静态工作点Q：IB、IC、UCE 。,交流放大电路有静态分析和动态分析两种方法。,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻
7、ri、输出电阻ro等。,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解法。 所用电路：放大电路的直流通路。,设置Q点的目的： (1) 使放大电路的放大信号不失真； (2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。,静态工作点Q：IB、IC、UCE 。,静态分析：确定放大电路的静态值。,一、用估算法确定静态值,1. 直流通路估算 IB,根据电流放大作用,2. 由直流通路估算UCE、IC,当UBE EC时，,由KVL: EC = IB RB+ UBE,由KVL: EC = IC RC+ UCE,所以 UCE = EC IC RC,例1：用估算法计算静态工作
8、点。,已知：EC=12V，RC=3.3k，RB=280k， =50。,解：,注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同,例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由KVL可得：,由KVL可得：,二、用图解法确定静态值,用作图的方法确定静态值,步骤： 1. 用估算法确定IB,优点： 能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路 的影响。,2. 由输出特性确定IC 和EC,直流负载线方程,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,O,二、用图解法确定静态值,2.2.4 共发射极放大电路动态分析,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,分析方法：微变等效
9、电路法，图解法。 所用电路：放大电路的交流通路。,动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出 电阻ro等。,分析对象：各极电压和电流的交流分量。,目的：找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系。 简单分析一下失真情况。,一、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
10、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。,(1) 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。,(2) 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,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
11、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,1. 晶体管的微变等效电路,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,将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路代替即可得放 大电路的微变等效电 路。,交流通路,微变等效电路,输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,微变等效电路,2. 放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,3.电压放大倍数的计算,a. 当 Rs=0 , RL=
12、时,分三种情况：,3.电压放大倍数的计算,b. 当 Rs=0 , RL时,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,3.电压放大倍数的计算,定义:,c. 当 Rs 0 , RL时,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。,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,定义：,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，信号源的内阻即为放大电路的输出电阻。,定义：,
13、输出电阻是动态电阻，与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,求ro的步骤：,2) 求短路电流,3) 求输出电阻 ro,共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高; 2. 输入电阻低; 3. 输出电阻高.,1) 求开路电压,二、动态分析图解法,RL=,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,1. 非线性失真（饱和失真）,如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过高，,晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,2.
14、非线性失真（截止失真）,若Q设置过低，,晶体管进入截止区工作，造成截止失真。,适当增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,2.3 静态工作点的稳定,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。,2.3.1 温度变化对静态工作点的影响,在固定偏置放大电路中， 当温度升高时， UBE、 、 ICBO 。
15、,温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移。,iC,uCE,Q,温度升高时，输出特性曲线上移,固定偏置电路的工作点 Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使 IC 增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。,结论： 当温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管 T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。,O,2.3.2 分压式偏置电路,1. 稳定Q点的原理,基极电位基本恒定，不随温度变化。,VB,分压式偏置电路直流通路图,基极电位基本恒定，不随温度变化。,稳定Q点的原理,VB,集电极电流基本恒定，不随温度变化。,Q点稳定的过程：,VE
16、,VB,VB 固定,RE：温度补偿电阻 对直流：RE越大,稳定Q点效果越好； 对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。,2. 静态工作点的计算,估算法(忽略IB):,VB,3. 动态分析微变等效电路,4. 电压放大倍数,当 Rs=0 , RL ，不考虑信号源内阻时,b. 当 Rs 0 , RL，考虑信号源内阻时,5. 输入电阻 ri,6. 输出电阻 ro,对交流：旁路电容 CE 将RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同。,如果去掉CE ， Au，ri，ro ？,旁路电容,去掉CE后的 微变等效电路,如果去掉CE ， Au，ri，ro ？,无旁路电容CE,有旁路电容CE,分压式偏置电路,Au不变,r
