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1、第5章 基本放大电路,电工电子教研室2009.8,第 5 章 基本放大电路,5.1 共发射极放大电路,5.2 共静态工作点的稳定分压式偏置电路,5.4 阻容耦合多级放大电路,5.3 共集电极放大电路极,5.5 互补对称功率放大电路,基本要求：,1.正确理解共发射极放大电路的组成、工作原理，理解静态工作点的作用；,2.正确理解放大电路中的交流参数：输入电阻、输出电阻和放大倍数，掌握放大电路静态工作点的估算法和小信号微变等效电路法计算交流参数；,3.理解静态工作点的稳定过程，理解射极输出器的基本特点和熟悉其用途。,难点：静态工作点的稳定过程和射极输出器输出电阻的计算。,重点：静态工作点的估算，交流
2、参数的计算。,放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为 较强的电信号。,放大器实现放大的条件：,1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,2. 正确设置静态工 作点，使整个波形处于放大区。,3. 输出回路将变化的集电极电流转化成变 化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。,第 5 章 基本放大电路,5.1 共发射极放大电路,5.1.1 共射放大电路的组成,晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用，在集电极电路获得放大了的电流 iC，该电流受输入信号的控制。 即 iC= iB,共射极放大电路,晶体管 T,1.电路中各元件的作用：,电源电压 UCC 除为输出信号提供能量外，它还保证集电
3、结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用。,共射极放大电路,集电极电源电压 UCC,共射极放大电路,集电极负载电阻简称集电极电阻，它主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。,集电极负载电阻 RC,共射极放大电路,它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。,偏置电阻 RB,共射极放大电路,它们一方面起到隔直作用，C1 用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路，而 C2 用来隔断放大电路与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另一方面,耦合电容 C1 和 C2,又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电
4、容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。,放大电 路的组成,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,电路中电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通路-只考虑交流信号的分电路。 直流通路 -只考虑直流信号的分电路。 不同的信号可以在不同的通道进行分析。,5.1.2 基本放大电路的静态分析,放大电 路放大作用,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析是要确定放大电路的静态值(直流值) IB ， IC ， UBE 和 UCE。,1. 用放大电路
5、的直流通路确定静态值(估算法),将电路中的隔直电容C1、C2开路，直流通道的简化电路如图所示。,直流通路,共射极放大电路,基极电流,集电极电流,IC = IB,集-射极电压,UCE= UCC - RCIC,静态值,当UBE UCC时,直流通路,【解】,根据直流通道可得出,IC = IB =50 0.04 = 2 mA,【例5.1】已知UCC=12V, RC=3k, RB=300k, =50 , 试求放大电路的静态值。,2. 用图解法确定静态值,根据,可得出：,在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条(由 IB 确定)输出特性曲线的交点 Q 称为放大电路的静态工作点
6、，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。,基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变 IB 的大小，可以得到合适的静态工作点， IB 称为偏置电流，简称偏流。通常是改变 RB 的阻值来调整 IB 的大小。,O,IB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,2,3,2,4,6,8,10,12,图解过程:,第 2 章 2.2,IC / mA,UCE /V,输入输出特性曲线,输入输出特性曲线,【例5.2】在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 3 k， RB = 300 k，晶体管的输出特性曲线如上图。(1)作出直流负载线，(2)求
7、静态值。,解 (1) 由 IC = 0 时， UCE = UCC = 12 V，和 UCE = 0 时，,可作出直流负载线,(2) 由,得出静态工作点 Q，静态值为,O,IB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,求得静态值为 : IB = 40 A ，IC = 2 mA , UCE = 6V,IC / mA,UCE /V,1. 微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个
8、线性电路。,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，分析信号的传输情况，确定放大电路的电压放大倍数 Au ，输入电阻 ri 和输入电阻ro 。,5.1.3 基本放大电路的动态分析,(1) 晶体管的微变等效电路,在晶体管的输入特性曲线上，将工作点 Q 附近的工作段近似地看成直线，当 UCE 为常数时，UBE 与 IB 之比,称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe是一常数，由它确定 ube和 ib 之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。,低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算,rbe 是对交流而言的一个动态电阻。,晶体管输出特性曲线的线性工作区
9、是一组近似等距离的平行直线，当 UCE 为常数时，IC 与 IB 之比,即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下， 是一常数，由它确定 ic受 ib 的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源 ic = ib 等效代替。,晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当 IB 为常数时，UCE 与 IC 之比,称为晶体管的输出电阻，在小信号的条件下，rce 也是一常数，在等效电路中与 ib 并联，由于rce 的阻值很高，可以将其看成开路。,由以上分析可得出晶体管的微变等效电路,(2) 放大电路的微变等效电路,先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言，电容可视作短路；一般直流电源的内阻
10、很小，可忽略不计，对交流讲直流电源也可以认为是短路的。将交流通路中的三极管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。,由以上分析可得出晶体管的微变等效电路,基本放大电路,基本放大电路的 微变等效电路,+ ui ,+ uo ,ui = ube,uo = uce,微变等效 电路的画法,ui = ube,uo = uce,当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。,(3) 电压放大倍数的计算,由上图可列出,当负载开路RL时,RL 越小，电压放大倍数越低。,(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
11、的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即,它是对交流信号而言的一个动态电阻。,等效,放 大 电 路,如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻 Rs 和 ri 的分压，使实际加到放大电路的输入电压 Ui 减小，从而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些。,输入电阻的影响,对信号源的放大倍数,以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为,共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。,注意： ri 与 rb
12、e 意义不同不能混淆。,ri,(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，其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电阻。,等效,放 大 电 路,由戴维南定理：uOC的大小就等于负载开路时，输出uO的大小。,如果放大电路的输出电阻较大(相当于信号源的内阻较大)，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。,输出电阻的影响,RC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。,以共发射极基本放大电路为例，放大电路的输出电阻可在信号源 短路( ) 和输出端开路的条件下求得。,
13、【例 5.3 】 在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 3 k， RL= 3 k ，RB = 300k， ， rbe = 1 k。 试求（1）求电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro；（2）若RS =1k，求对源信号的电压放大倍数Aus。,【解】 （1） 在例 5.1中已求出,ri = RB / rberbe=1（k）,roRC = 3（k）,（2）,2.图解法,首先在输入特性上作图，由输入信号 ui 确定基极电流的变化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和 uce 即(uo)。,由图解分析可得出:,(1)交流信号的传输情况：,O,uBE/V
14、,Q1,Q,Q2,60,40,20,O,O,60,40,20,0.58,0.6,0.62,UBE,t,t,iB / A,在输入特性上作图,(ui ),uBE/V,iB / A,IB,(ib),O,IB = 40 A,20,60,80,3,Q,1. 5,6,12,N,0,M,t,O,O,Q2,2.25,0.75,2.25,1.5,0.75,IC,3,9,3,6,9,t,Q1,空载输出电压,iC / mA,uCE/V,uCE/V,iC / mA,(ic),UCE,交、直流负载线重合,空载时,O,IB = 40 A,20,60,80,3,Q,1. 5,6,12,N,0,M,t,O,O,Q2,2.25
15、,0.75,2.25,1.5,0.75,IC,3,9,3,6,9,接负载后，Uom 减小, Au下降。,t,Q1,空载输出电压,iC / mA,uCE/V,uCE/V,iC / mA,(ic),UCE,uo = uce,有载时,(2)电压和电流都含有直流分量和交流分量，即,(3)输入信号电压 ui 和输出电压 uo 相位相反。,此外，还要求放大电路输出信号尽可能不失真，所谓失真,是指输出信号的波形不像输入信号的波形。引起失真最常见的原因是由于静态工作点不合适或者信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围。这种通常称为非线性失真。,O,Q1,5,ib,O,t,t,O,uBE/V,iB / mA,uBE/V,iB / mA,(a) 工作点偏低引起 ib 失真, 工作点偏低引起截止失真,(ui ),O,20,60,80,3,1. 5,6,12,2.25,0.75,3,9,40,0,(b)工作点偏低引起 ic、uce (uo)失真,0.25,截止失真,uCE/V,iC / mA,(iC),uo = uce,
