《電工電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程》 課件 13 三極管基本放大電路的連接與測(cè)量

1、認(rèn)識(shí)共發(fā)射極放大器電路和共集電極放大器電路、明確各組成元件的作用，能正確連接電路。2、會(huì)繪制放大器直流通道圖，估算靜態(tài)工作點(diǎn)，能調(diào)試出合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。3、會(huì)繪制放大器交流通道圖，會(huì)畫微變等效電路圖，能用微變等效電路法分析放大器的動(dòng)態(tài)特性。返回主目錄任務(wù)20三極管基本放大電路的連接與測(cè)量知識(shí)要點(diǎn)圖13.1信號(hào)源、放大器、負(fù)載的連接示意圖一、三極管基本放大電路基本放大電路的作用是將信號(hào)源輸出的信號(hào)按負(fù)載的要求進(jìn)行電壓、電流、功率的放大。信號(hào)源、放大電路、負(fù)載之間的信號(hào)傳遞示意圖如圖13.1所示。對(duì)信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于負(fù)載。對(duì)負(fù)載而言，放大器相當(dāng)于信號(hào)源。放大電路與信號(hào)源、負(fù)載之間有四個(gè)連接端點(diǎn)，與信號(hào)源的連接端稱為放大電路的輸入端，與負(fù)載德連接端稱為放大電路的輸出端。因?yàn)槿龢O管只有三個(gè)電極，所以必須有一個(gè)電極作為輸入電路和輸出電路的公共端。1.三極管基本放大電路的三圖13.2放大電路的三種基本連接方式a)共基極電路b)共發(fā)射極電路c)共集電極電路種連接方式按三極管公共端電極的不同，放大電路有三種基本的連接方式（三種組態(tài)），即共發(fā)射極電路、共基極電路和共集電極電路，如圖13.2所示。2.固定偏置式共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路可以放大信號(hào)的電壓、電流和功率，應(yīng)用比較普遍，其典型電路組成如圖13.3所示。圖13.3固定偏置式共發(fā)射極放大電路3.放大電路的工作原理二、對(duì)放大器性能的分析方法放大器性能的分析方法一般有圖解法、估算法、微變等效電路法。圖解法是依據(jù)電路圖中已知的參數(shù)，通過在三極管的輸入和輸出曲線上作圖來確定靜態(tài)工作點(diǎn)、三極管的工作區(qū)域、輸出電壓的范圍、放大倍數(shù)等。圖解法比較直觀，但作圖過程復(fù)雜，而且要依據(jù)三極管的特性曲線，在實(shí)際電路分析時(shí)很少應(yīng)用。估算法用于工程上估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。微變等效電路法用于分析動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路的輸入、輸出電阻和放大倍數(shù)。1.靜態(tài)工作點(diǎn)Q的估算及Q對(duì)放大電路性能的影響2.放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)分析是指輸入信號(hào)不為零時(shí)，分析其輸入、輸出電阻，放大倍數(shù)。輸入信號(hào)為小信號(hào)時(shí)可采用微變等效電路法。1）三極管的等效模型2）交流通道圖的繪制原則3）放大電路的微變等效電路圖4）放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算①電壓放大倍數(shù)②放大電路的輸入電阻Ri③放大電路的輸出電阻Ro三、分壓偏置式放大器1.分壓偏置式放大器的電路組成放大電路要想不失真的放大輸入信號(hào)，必須選擇一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，而且在放大電路的工作過程中要保持靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。造成靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的因素很多，如電源電壓的波動(dòng)、器件老化、溫度變化等。這些變化將影響三極管集電極的變化，造成Q的運(yùn)動(dòng)變化，容易造成非線性失真。因此只要控制集電極極電流不變，就穩(wěn)定住了靜態(tài)工作點(diǎn)。2.分壓偏置式放大器穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)Q的原理分壓偏置式放大器的直流通道圖如圖13.14（a）所示。當(dāng)溫度升高時(shí)，三極管的集電極電流ICQ上升，發(fā)射極電流IEQ也上升，發(fā)射極電位UE=IEQRe也上升。三極管的基極電位UB卻保持不變，這樣基極-發(fā)射極間電壓UBEQ將下降，由三極管的輸入特性曲線可見，UBEQ將下降將導(dǎo)致基極IBQ下降，從而導(dǎo)致ICQ的下降?？梢姕囟壬仙龑?dǎo)致ICQ上升趨勢(shì)，而分壓偏置式放大器電路可使ICQ產(chǎn)生下降變化趨勢(shì)，這種微調(diào)作用將導(dǎo)致ICQ幾乎不隨溫度變化，從而穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。分壓偏置式放大器穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程如下流程圖所示：

分壓式放大器的直流通道圖b）分壓式放大器交流通道圖c）分壓式放大器等效電路圖圖13.14分壓式放大器電路3.分壓偏置式放大器的分析（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的估算分壓偏置式放大器的直流通道圖如圖13.14（a）所示，根據(jù)電路定律可推出各電量公式如下：

分析上式可知，在這種電路中，三極管的集電極電流只取決于電路中其他元件的參數(shù)，與三極管的參數(shù)無關(guān)。在維修時(shí)，可用參數(shù)有所不同的三極管進(jìn)行替代，也不會(huì)影響放大器的直流性能。分壓偏置式放大器即提高了靜態(tài)工作點(diǎn)的熱穩(wěn)定性，又便于維修，該電路應(yīng)用比較廣泛。2）動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析分壓偏置式放大器的交流通道圖如圖13.14(b)所示，微變等效電路如圖13.14(c)所示。根據(jù)電路定律可推出各電量公式如下：四、其他組態(tài)放大器1.共集電極放大器——射極輸出器（1）共集電極放大器的電路組成電路圖如圖13.17所示。其中RB是偏置電阻，RE是射極電阻，RL是負(fù)載，C1、C2是耦合電容。其交流通道圖如圖13.18(b)所示。從交流通道圖中可見，基極和集電極組成放大器的輸入回路，發(fā)射極和集電極組成放大器的輸出回路，集電極是輸入、輸出回路的公共端，因此該電路稱為共集電極放大器。因從發(fā)射極輸出信號(hào)故又稱為射極輸出器。圖13.17共集電極放大器（2）電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析①靜態(tài)工作點(diǎn)估算①靜態(tài)工作點(diǎn)估算畫出該電路的直流通道圖如圖13.18(a)所示。應(yīng)用電路定律可推出

圖13.17共集電極放大器②動(dòng)態(tài)特性分析該電路的電壓放大倍數(shù)Au：由圖8-18(c)所示的微變等效電路可得：a)直流通道圖b)交流通道圖c)微變等效電路圖圖13.18共集電極放大器

2．共基極放大器共基極放大器的電路如圖13.19(a)所示。圖中Rb1、Rb2稱為上、下偏置電阻,Rc是集電極直流負(fù)載電阻，RE是發(fā)射極電阻（作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)），CB是基極交流旁路電容，C1、C2倍數(shù)耦合電容。輸入回路由三極管的發(fā)射極和基極組成，輸出回路由集電極和基極組成，基極為公共端。a)電路圖b)交流通道圖c)微變等效電路圖圖13.19共基極放大器理論分析指出：共基極放大器的電壓放大倍數(shù)與共發(fā)射極放大器的電壓放大倍數(shù)大小相同，但輸出電壓與輸入電壓同相。共基極放大器不具有電流放大能力，其輸入電阻小，適合與信號(hào)源是電流源的前級(jí)連接。其輸出電阻較大，帶負(fù)載能力較差。共基極放大器的頻率特性好，適用于進(jìn)行高頻信號(hào)的放大。3．調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器是廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備、發(fā)射和接收機(jī)中的一種具有選頻能力的電壓放大器。它的主要特點(diǎn)是晶體管的負(fù)載不是純電阻，而是由L、C元件組成的并聯(lián)諧振回路。尤其是對(duì)于頻率為：圖13.20共射極單調(diào)諧放大電路的信號(hào)，調(diào)諧放大器具有特殊的放大能力。共射極單調(diào)諧放大器的電路圖如圖13.20所示。在圖13.20中，RB1、RB2是上下偏置電阻，保證三極管工作在放大狀態(tài)。RE射極電阻（穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)），CB基極旁路電容，CE射極旁路電容。輸入信號(hào)vi經(jīng)T1通過CB和CE送到晶體管的b、e極之間，放大后的信號(hào)經(jīng)LC諧振電路選頻由T2耦合輸出。五、多級(jí)放大器及其頻率響應(yīng)1.

多級(jí)放大器的電路組成在實(shí)際應(yīng)用中，放大器的輸入信號(hào)總是很微弱，要達(dá)到負(fù)載對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的要求，放大器的放大倍數(shù)就要很高，這是單級(jí)放大器難以實(shí)現(xiàn)的。單級(jí)放這是單級(jí)放大器難以實(shí)現(xiàn)的。單級(jí)放大器的放大倍數(shù)過高，電路不穩(wěn)定，圖13.21多級(jí)放大器組成框圖實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能指標(biāo)，必須采用多級(jí)放大電路。多級(jí)放大器的組成框圖如圖13.21所示。輸入級(jí)的作用主要是完成與信號(hào)源的有效連接并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，要求其輸入電阻高，一般采用共集電極放大器；中間級(jí)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)電壓的放大，一般可采用幾級(jí)共發(fā)射極放大器來實(shí)現(xiàn)；輸出級(jí)主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，輸出負(fù)載所需要的功率，并和負(fù)載實(shí)現(xiàn)最佳匹配。在多級(jí)放大電路中，前極相當(dāng)于是后一級(jí)的信號(hào)源；后級(jí)相當(dāng)于是前一級(jí)的負(fù)載。在分析電路時(shí)要考慮前后級(jí)間的相互影2.多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式耦合就是指多級(jí)放大器各級(jí)之間的連接方式。一個(gè)單級(jí)放大器與另一個(gè)單級(jí)放大器之間的耦合稱為級(jí)間耦合。對(duì)于多級(jí)放大器的級(jí)間耦合有下列要求：減小信號(hào)在耦合電路上的損失，保證有用信號(hào)的順利傳輸；盡量不影響前后級(jí)原有的工作狀態(tài)；信號(hào)失真要小。多級(jí)放大器常用的級(jí)間耦合耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合三種方式。（1）阻容耦合兩級(jí)阻容耦合的放大器電路如圖13.22所示。單級(jí)放大器是固定偏置的共發(fā)射極放大電路，兩級(jí)間通過電容C2和第二級(jí)的等效輸入電阻

實(shí)現(xiàn)耦合。由于電容具有“隔直通交”的作用，能使有用的交流信號(hào)順利從前傳遞到后級(jí)，前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)又互相不影響，便于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。該電路體積小，重量輕，應(yīng)用廣泛。但阻容耦合方式不適合放大變化緩慢的信號(hào)。當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，耦合電容的阻抗變大，信號(hào)的傳輸效率將降低。一般信號(hào)的最大容抗是下一級(jí)輸入電阻的1/10即可。若放大的是音頻信號(hào)，耦合電容常用電解電容；若放大的是視頻信號(hào)，常用陶瓷電容圖13.22兩級(jí)阻容耦合的放大器電路（高頻損耗?。?。在選擇耦合電容的容量時(shí)，要考慮電容的移相問題。圖13.24阻容耦合方式的兩級(jí)放大器（2）變壓器耦合兩級(jí)變壓器耦合的放大器電路如圖13.23所示。變壓器T1實(shí)現(xiàn)第一級(jí)和第二級(jí)間的耦合，變壓器T2實(shí)現(xiàn)第二級(jí)和負(fù)載間的耦合。由于變壓器傳遞信號(hào)是通過電磁感應(yīng)，能順利傳遞交流信號(hào)，又能隔斷直流，從而使前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響。便于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。變壓器還具有變換電壓、電流、阻抗的作用，容易實(shí)現(xiàn)前后級(jí)間的最佳匹配。變壓器耦合方式的缺點(diǎn)是體積和重量大，價(jià)格貴，頻率特性不好，在傳遞高頻信號(hào)時(shí)可采用磁芯。圖13.23變壓器耦合方式的兩級(jí)放大器圖13.24直接耦合方式的兩級(jí)放大器3）直接耦合阻容耦合、變壓器耦合的多級(jí)放大器共同優(yōu)點(diǎn)是前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響小，便于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。缺點(diǎn)是頻率特性不好，造成這種現(xiàn)象的原因是耦合元件電容、變壓器元件本身的特性決定的。把耦合元件去掉，將前后級(jí)直接連接，其頻率特性應(yīng)是最好的，這種耦合方式稱為直接耦合。直接耦合兩級(jí)放大器的電路如圖13.24所示。直接耦合多級(jí)放大器不僅能放大交流信號(hào)，還能放大變化緩慢的信號(hào)（直流信號(hào)），因此直接耦合放大器又被稱為直流放大器。直接耦合放大器的缺點(diǎn)是前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，不便于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修。尤其是該電路受溫漂影響很大，溫漂信號(hào)被倍逐級(jí)放大，將嚴(yán)重干擾壓制有用信號(hào)，甚至組成直接耦合放大器無法使用。解決溫漂現(xiàn)象最好的方法是采用差放放大器。直接耦合放大器去掉了在集成電路中無法制作的變壓器、大電容，因此在集成電路中普遍采用的是直接耦合方式。圖13.25單級(jí)放大器的頻率特性3.放大器的頻率特性理想放大器應(yīng)對(duì)所有頻率的信號(hào)實(shí)現(xiàn)等比例大，但實(shí)際上放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)是不同的。這是因?yàn)殡娐分写嬖谥阅苁茴l率影響的元件，如電容、電感、變壓器、三極管PN結(jié)的寄生電容等。放大器的頻率特性是指放大器的放大倍數(shù)向量與信號(hào)頻率的關(guān)系。它包括幅頻特性和相頻特性兩部分。其中幅頻特性是指放大器的放大倍數(shù)的大小（模）與信號(hào)頻率的關(guān)系。相頻特性是指放大器的輸出電壓與輸入電壓的相位差和信號(hào)頻率的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得單級(jí)共射放大器幅頻、相頻特性曲線如圖13.25所示。單級(jí)共射放大器頻率特性表明，在中間一段頻率范