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1、项目4 基本放大电路,1.知识目标 （1）认识共发射极放大器电路和共集电极放大器电路、明确各组成元件的作用。 （2）能绘制放大器直流通道图，估算静态工作点，判断三极管的工作状态。 （3）能绘制放大器交流通道图，会画微变等效电路图，能用微变等效电路法分析放大器的动态特性（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。 （4）依据共发射极放大器和共集电极放大器的电路性能，分析多级放大器的性能。 （5）能计算多级放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，能选择合适的级间耦合方式。 （6）了解放大器的频率特性和通频带的概念。 2.技能目标 （1）能正确连接电路，能识别和检测所用元件，正确使用仪器仪表（信号源、示
2、波器、万用表）。 （2）具有分析电路性能、排除电路故障的能力。 （3）能按实验步骤进行电路参数调试。 （4） 根据输出信号波形形状确定电路静态工作点的状态，能调试出合适的静态工作点。,4.1 三极管基本放大电路,4.1.1三极管基本放大电路的三种连接方式 基本放大电路的作用是将信号源输出的信号按负载的要求进行电压、电流、功率的放大。信号源、放大电路、负载之间的信号传递示意图如图4.1所示。对信号源而言，放大器相当于负载。对负载而言，放大器相当于信号源。放大电路与信号源、负载 之间有四个连接端点，与信号源的连接端称为放大电 路的输入端，与负载德连接端称为放大电路的输出端。因为三极管只有三个电极，
3、所以必须有一个电极作为输入电路和输出电路的公共端。,图4.1 信号源、放大器、负载的连接示,按三极管公共端电极的不同，放大电路就有三种基本的连接方式（三种组态），即共发射极电路、共基极电路和共集电极电路，如图4.2所示。,共基极电路 b) 共发射极电路 c)共集电极电路 图4.2放大电路的三种基本连接方式,4.1.2固定偏置式共发射极放大电路 1.电路组成及各电量的表示符号 共发射极放大电路可以放大信号的电压、电流、功率，应用比较普遍，其典型电路组成如图4.3所示。 电路中各元件的名称和作用： 三极管VT：它是整个放大电路的核心器件，利用它的基极电流对集电极电流的控制作用来实现对输入信号的放大
4、。,图4.3 固定偏置式共发射极放大电路,2.放大电路的工作原理 在图4.3中，三极管工作在放大状态，其集电极电流是基极电流的倍。当输入信号ui=0时，三极管各电极中只有直流电流流过，各极间存在直流电压，这种工作状态称为静态。当输入信号不为零时，三极管各电极中只有即有直流又有交流，这种工作状态称为动态。 放大电路工作在静态时，输入的信号ui=0，此时三极管各电极的电流和电压都是固定的直流量。在三极管的输入、输出特性曲线上，只要知道基极电流IB，基-射极间电压UBE即可确定在输入特性曲线上的静态工作点Q的位置。只要知道集电极电流IC，集-射极间电压UCE就可确定在输出特性曲线上静态工作点Q 的位
5、置。因此静态工作点的估算就是估算这四个电量，一般在各电量的符号下标中加Q强调为静态工作点，四个电量的符号为UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ。如图4.4所示。,图4.4 静态工作点在特性曲线上的位置,图4.4 静态工作点在特性曲线上的位置 输入端的交流小信号电压ui经耦合电容C1加到三极管的基-射极，当ui变化时引起ube 的变化，根据三极管的输入特性曲线ube的变化 将引起基极电流ib的变化，其波形是在静态电,流基础上叠加一个交流量，而ib的变化将引起ic的变化，其变化量是ib的倍。iC流经Rc时产生电压降，电源电压VCC值不变，由vCE =Vcc-iCRc可知，当ic上升时，vCE将下降，
6、反之vCE将上升，可见vCE的变化与ui的变化相反。vCE经输出耦合电容C2到负载形成输出电压uo，则共发射极放大电路的输出与输入信号相位为反相。放大电路的电压放大实质是利用三极管的电流放大作用，将受基极电流控制的集电极电流的变化通过集电极电阻Rc转换成输出电压的而实现的。放大电路工作在静态和动态时电路中各支路电压和电流波形如图4.5所示。,图4.5放大电路工作在静态和动态时电路中各支路电压和电流波形,3.放大器的分析方法 放大器性能的分析方法一般有图解法、估算法、微变等效电路法。图解法是依据电路图中已知的参数，通过在三极管的输入和输出曲线上作图来确定静态工作点、三极管的工作区域、输出电压的范
7、围、放大倍数等。图解法比较直观，但作图过程复杂，而且要依据三极管的特性曲线，在实际电路分析时很少应用。估算法用于工程上估算放大电路的静态工作点。微变等效电路法用于分析动态时放大电路的输入、输出电阻和放大倍数。 （1）静态工作点Q的估算及Q对放大电路性能的影响 估算静态工作点时可通过放大器的直流通道图来分析计算。画直流通道图时电容器可视作开路，电感可视作短路，直流电源的内阻可忽略不计。固定偏置共发射极放大电路的直流通道图如图4.6所示。,图4.6固定偏置共发射极放大电路的直流通道,对于一个放大电路最基本的要求就是对输入信号进行尽可能的不失真放大。所谓不失真放大就是输出信号要保持输入信号的波形、频
8、率，只是对输入信号的幅度进行等比放大。失真是指输出信号的波形与输入信号的波形各点不成比例。从三极管的特性曲线不难看出三极管本身就是一个非线性元件，要想尽可能实现线性放大，一是要限制输入信号的幅度，二是要建立一个合适的静态工作点。从三极管的输出特性曲线分析，合适的Q应选择在交流负 载线的中间点，此时Q位于放大区中间线性比较好的区域，距离截止区、饱和区较远，信号的变化范围较大，放大电路工作范围最大。若Q选择不合适，将会造成输出信号的非线性失真。Q选择过低，输出电压信号波形的正半周将有部分因进入截止区而被削平，这种失真称为截止失真。Q选择过高，输出电压信号波形的负半周将有部分因进入饱和区而被削平，这
9、种失真称为饱和失真。静态工作点Q对输出波形的影响如图4.7所示。在实际应用电路中在基极偏置电路串联一个可调电阻器，通过调整RB的大小来选择合适的静态工作点，尽可能实现不失真最大幅度的放大。,图4.7 Q对放大器性能的影响,（2）放大电路的动态分析 放大电路的动态分析是指输入信号不为零时，分析其输入、输出电阻，放大倍数。输入信号为小信号时可采用微变等效电路法。 1）三极管的等效模型 在整个放大电路中，只有三极管是非线性元件，如果能把它线性化等效，就可用以前学过的电路定律进行分析计算。 从三极管输入特性曲线上，如果Q选择合适，输入信号幅度小，在这一小段工作范围内可视作直线，这样就可把非线性的三极管
10、线性化。如图4.8（a）所示 从三极管的输出特性曲线上看，在放大区的中间位置，输出特性曲线为等间距的平行直线。等间距表明近似为常数iC=iB具有受控的恒流特性。为直线表明C-E极间等效电阻Rce为无穷大。因此三极管的C-E极可等效成一个受控恒流源。如图4.8（b）所示综上所述，三极管线性化后的微变等效电路如图4.9所示。,图4.8晶体管的特性曲线及相关变化电量,图4.9 三极管的等效电路模型,2）交流通道图的绘制原则 分析放大电路的动态特性，也就是分析电路的交流特性，因此要首先画出电路的交流信号通道图。画交流通道图时，电容视作短路，电感视作开路，直流电压源视作短路。共射极放大电路的交流通道图如
11、图所示4.10（a）所示。 3）放大电路的微变等效电路图 将放大电路交流通道图中的三极管用其微变等效电路模型替代，就可得到放大电路的微变等效电路图。如图4.10（b）所示。,图4.10 共发射极放大电路的交流通道图、等效电路图,4.1.3 分压偏置式放大器 1.分压偏置式放大器的电路组成 放大电路要想不失真的放大输入信号，必须选择一个合适的静态工作点，而且在放大电路的工作过程中要保持静态工作点的稳定。造成静态工作点不稳定的因素很多，如电源电压的波动、器件老化、温度变化等。这些变化将影响三极管集电极的变化，造成Q的运动变化，容易造成非线性失真。因此只要控制集电极极电流不变，就稳定住了静态工作点。
12、在固定偏 置共发射极放大电路中，当温度升高时，集电极极电流上升， 图4.13分压偏置式放大器 Q靠近饱和区，容易形成饱和失真。因此对电路简单的固定偏 置共射放大电路进行改进设计，形成了分压偏置式放大器，其 电路如图4.13所示。,图4.13分压偏置式放大器,2.分压偏置式放大器稳定静态工作点Q的原理 分压偏置式放大器的直流通道图如图4.14（a）所示。当温度升高时，三极管的集电极电流ICQ上升，发射极电流IEQ也上升，发射极电位UE = IEQRe也上升。三极管的基极电位UB却保持不变，这样基极-发射极间电压UBEQ将下降，由三极管的输入特性曲线可见，UBEQ将下降将导致基极IBQ下降，从而导
13、致ICQ的下降。可见温度上升导致ICQ上升趋势，而分压偏置式放大器电路可使ICQ产生下降变化趋势，这种微调作用将导致ICQ几乎不随温度变化，从而稳定了静态工作点。 分压偏置式放大器稳定静态工作点的过程如下流程图所示：,3.分压偏置式放大器的分析 （1）静态工作点的估算,(a) (b) (c),图4.14 分压式放大器电路,)分压式放大器的直流通道图 b）分压式放大器交流通道图 c）分压式放大器等效电路图,（2）动态参数的分析 分压偏置式放大器的交流通道图如图4.14(b)所示，微变等效电路如图4.14(c)所示。根据电路定律推出各电量公式如下：,分析上式，分压偏置式放大器在稳定静态工作点的同时
14、，对共发射极放大电路的动态特性指标无影响。,4.1.4其他组态放大器 1.共集电极放大器射极输出器 （1）共集电极放大器的电路组成 电路图如图4.17 所示。其中RB是偏置电阻，RE是射极电阻，RL是负载，C1、C2是耦合电容。交流通道图如图4.18(b) 所示。从交流通道图中可见，基极和集电极组成放大器的输入回路，发射极和集电极组成放大器的输出回路，集电极是输入、输出回路的公共端，因此该电路称为共集电极放大器。因从发射极输出信号故又称为射极输出器。,图4.17 共集电极放大器,图4.17 共集电极放大器 （2）电路的静态分析和动态分析 静态工作点估算 画出直流通道图如图4.18(a)所示。应
15、用电路定律可推出：, 动态特性分析 电压放大倍数Au 由图3-18(c)所示微变等效电路可得：,a)直流通道图 b)交流通道图 c)微变等效电路 图4.18 共集电极放大器,a),b),c),2共基极放大器 共基极放大器的电路如图4.19(a)所示。图中Rb1、Rb2称为上、下偏置电阻,Rc是集电极直流负载电阻，RE是发射极电阻（作用是稳定静态工作点），CB是基极交流旁路电容，C1、C2倍数耦合电容。输入回路由三极管的发射极和基极组成，输出回路由集电极和基极组成，基极为公共端。,a)电路图 b)交流通道图 c)微变等效电路图 图4.19 共基极放大器,3调谐放大器 调谐放大器是广泛应用于各种电
16、子设备、发射和接收机中的一种具有选频能力的电压放大器。它的主要特点是晶体管的负载不是纯电阻，而是由L、C元件组成的并联谐振回路。 对于频率为：,的信号具有特殊的放大能力。共射极单调谐放大器的电路图如图4.20所示。 在图4.20中，RB1、RB2是上下偏置电阻，保证三极管 工作在放大状态。RE射极电阻（稳定静态工作点），CB基极旁路电容，CE射极旁路电容。输入信号vi经T1通过CB和CE送到晶体管的b、e极之间，放大后的信号经LC谐振电路选频由T2耦合输出。,图4.20共射极单调谐放大电路,4.2 场效应管基本放大器 场效应管属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108109）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已广泛应用于各种电路之中。场效应管组成放大器时也必须工作在放大状态，因此也需要有直流偏置电路部分。 场效应管基本放大器按公共端的不同，也分为共源极、共漏极、共栅极三种连
