第2章 基本放大電路

仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院本章要點第2章基本放大電路

本章介紹了放大電路的基本概念、基本原理和基本分析方法。討論了晶體三極管放大電路的共射、共集、共基三種基本接法的性能特點。仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院2.1三極管在電路中的作用2.2基本共射放大電路的工作原理2.3放大電路的分析方法2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定2.5放大電路的三種接法第2章基本放大電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院e(Emitter)：發(fā)射極b(Base）：基極c(Collector)：集電極發(fā)射結(Je)集電結(Jc)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)三極:

三區(qū):兩結:特點:b區(qū)薄

e區(qū)攙雜多

c區(qū)面積大e,b,cJe,Jc兩種類型:NPN和PNP三極管的結構回顧2.1三極管在電路中的作用仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院NPNebcebc集電區(qū)N發(fā)射區(qū)N基區(qū)Pebc集電結發(fā)射結集電極發(fā)射極基極PebNPcPNP電路符號NebPNcNPN電路符號雙結型三極管結構仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院電位關系：內部條件？三區(qū)摻雜不同！發(fā)射結加正向電壓（Je正偏），集電結加反向電壓（Jc反偏）。對NPN型：VC

＞VB

＞VE對PNP型：VC

＜

VB

＜VE

外部條件２．１．１三極管的電流放大作用

一、外部條件仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)JeJcIB(1)(2)(3)IEIC擴散漂移正偏反偏復合忽略支流：IE=IC+IB二、內部載流子的傳輸過程仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院支流：ICN、IBN、ICBO仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院在三極管中發(fā)射極電流等于集電流和基極電流之和仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院電流放大(控制）作用

通過控制基極回路很小的電流，便可以實現對集電極較大電流的控制，這就是半導體三極管的電流放大作用。三、放大作用仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院四、三種組態(tài)仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院RBVBB輸入輸出RCVCCcbe實際電路圖輸入端be;輸出端ce輸入輸出ceb原理圖+-+-IbIeIcIc=βIbIe=(1+β)Ib1)、共發(fā)射極連接仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院2)、共集電極連接RBVBB輸入輸出VCCcbeRe直流電壓源對信號短路輸入輸出ecb原理圖+-+-IbIcIe實際電路圖Ie=(1+β)Ib輸入端bc;輸出端ce仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院3)、共基極連接輸入輸出+-輸入輸出+-RCVCCRbVbe實際電路圖原理圖cebIbIeIc

共基極電流放大倍與共射極電流放大倍的關系

α=;α==IcIeβ(1+β)(1+β)IbβIb輸入端e

b;輸出端cb仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

輸入特性曲線——iB=f(uBE)

uCE=常數輸出特性曲線——iC=f(uCE)

iB=常數

共射接法的電壓-電流關系２.１.２特性曲線仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院輸入電流和電壓的關系曲線UCE=0V為PN結曲線0.40.7uBE(v)iB(mA)100806040200UCE=10V集電極吸收電子多使基極電流減少UCE=1V常溫下的輸入特性曲線一、共發(fā)射極輸入特性：ib=f(uBE)|UCE=常數仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院不同的IB有不同的IC；UCE飽和區(qū)截止區(qū)IB≤0UCE=0.7V開始進入放大區(qū)常溫下的輸出特性曲線IB=0μAIB=20μAIB=40μAIB=80μAmA（V）

IC放大區(qū)0

放大區(qū):發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置

截止區(qū):發(fā)射結反偏，集電結反偏

飽和區(qū):發(fā)射結正偏，集電結正偏

二、共發(fā)射極輸出特性曲線：ic=f(uCE)|iB=常數仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

測量三極管三個電極對地電位如圖試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和例1仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

靜態(tài)(直流)電流放大系數≈IC/IB交流電流放大系數

2.1.3主要參數

1.放大倍數仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院2.極間反向飽和電流關系：ICEO=（1+）ICBO

(2).ICEO（穿透電流）發(fā)射極開路時，集電結的反向飽和電流

(1).集電極-基極飽和電流ICBO仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院3．極限參數

①集電極最大允許電流ICM

②集電極最大允許功率損耗PCM

超過此值會使管子性能變壞或燒毀。

PCM=ICVCB≈ICVCEIC上升時

會下降,

下降到線性放大區(qū)

值的70％時所允許的電流。仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院2.V(BR)EBO——3.V(BR)CEO——

關系：

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO③反向擊穿電壓（V(BR)）1.V(BR)CBO——

發(fā)射極開路時的集電結擊穿電壓。

BR（Breakdown）仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

由PCM、ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定三區(qū)：

仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

放大是最基本的模擬信號處理功能，它是通過放大電路實現的，大多數模擬電子系統(tǒng)中都應用了不同類型的放大電路。放大電路也是構成其他模擬電路，如濾波、振蕩、穩(wěn)壓等功能電路的基本單元電路。“放大”的含義一是能將微弱的電信號增強到人們所需要的數值（即放大電信號），以便于人們測量和使用；二是要求放大后的信號波形與放大前的波形的形狀相同或基本相同，即信號不能失真。2.1.4放大電路的基礎知識仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院一.放大的概念

1.放大對象：主要放大微弱、變化的信號（交流小信號），使VO或IO、PO得到放大！2.放大實質：能量的控制和轉換3.放大的特性:功率放大4.放大的控制:有源元件5.放大的前提:不失真仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院二、放大電路的組成仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

放大電路的一般符號如圖所示，Vs為信號源電壓，Rs為信號源內阻，Vi和Ii分別為輸入電壓和輸入電流，RL為負載電阻，Vo和Io分別為輸出電壓和輸出電流。在實際應用中，根據放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大電路可分為四種類型。三、放大電路的主要性能指標仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

用分貝表示的電壓增益和電流增益分別如下式所示：電壓增益=20lg|Av|dB

電流增益=20lg|Ai|dB

由于功率與電壓（或電流）的平方成比例，因而功率增益表示為:功率增益=10lgApdB

電壓放大倍數：源電壓放大倍數：電流放大倍數：功率放大倍數：1、放大倍數及增益仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

輸入電阻Ri和輸出電阻Ro可用圖來表示。如圖所示，輸入電阻等于輸入電壓Vi與輸入電流Ii的比值，即Ri=Vi/Ii

。輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號吸取信號幅值的大小。2、輸入電阻Ri仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

當定量分析放大電路的輸入電阻Ri時，一般可假定在輸入端外加一測試電壓，如圖所示，根據放大電路內的各元件參數計算出相應在的測試電流，則Ri=VT/IT

輸入電阻Ri仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

當定量分析放大電路的輸出電阻Ro時，可采用圖示的方法。在信號源短路（Vs=0，但保留Rs）和負載開路（RL=∞）的條件下，在放大電路的輸出端加一測試電壓，相應地產生一測試電流，于是可得輸出電阻為Ro=VT/IT

根據這個關系，即可算出各種放大電路的輸出電阻.3、輸出電阻Ri仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

通常將放大倍數在高頻和低頻段分別下降至中頻段放大倍數的0.707時所包括的頻率范圍，定義為放大電路的通頻帶，用符號BW表示

對應的低端頻率和高端頻率，稱為放大電路的下限頻率和上限。

顯然，通頻帶愈寬，表明放大電路對信號頻率的變化具有更強的適應能力。4、通頻帶仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院6、非線性失真系數7、最大輸出功率與效率5、最大輸出幅度仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院２．２基本放大電路的工作原理２．２．１放大電路組成原則仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院三極管T負載電阻Rc、RL偏置電路VCC

、Rb耦合電容C1、C2基本組成：元件的作用２．２．２放大電路的組成及元件的作用仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院動態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！

交流通路直流通路

交流信號、直流信號并存！

動態(tài)靜態(tài)2．3放大電路的分析方法仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院電容視為開路；電感線圈視為短路；信號源視為短路；但保留其內阻。

當沒加輸入信號時，電路在直流電源作用下，直流電流流經的通路。直流通路用于確定靜態(tài)工作點。直流通路的畫法２．３．１直流通路和交流通路

一．直流通路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/

C0

將直流電壓源短路，將電容短路。交流通路——分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法：二.交流通路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院RbRCRLuiuo交流通路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院２．３．２圖解法

一、靜態(tài)工作情況分析

１、公式法仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負載線由估算法求出IB，IB對應的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC２、用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院改變Rb改變Rc改變UccRb變化，只對IB有影響。

Rb增大，IB減小，工作點沿直流負載線下移。Rc變化，只改變負載線的縱坐標

Rc增大，負載線的縱坐標上移,工作點沿iB=IB這條特性曲線右移Ucc變化,IB和直流負載線同時變化

Ucc增大,IB增大,直流負載線水平向右移動,工作點向右上方移動Rb減小，IB增大，工作點沿直流負載線上移Rc減小,負載線的縱坐標下移,工作點沿iB=IB這條特性曲線左移Ucc減小,IB減小,直流負載線水平向左移動,工作點向左下方移動３．電路參數對靜態(tài)工作點的影響仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么變化？假設在靜態(tài)工作點的基礎上，輸入一微小的正弦信號ui靜態(tài)工作點

二．用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況

1.交流放大原理（設輸出空載）仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院ICUCEicuCE也沿著負載線變化uCEUCE與Ui反相！交流放大原理仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuouo比ui幅度放大且相位相反各點波形仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負變化，但瞬時量方向始終不變（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。結論仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院Rb+VCCRCC1C2RL輸出端接入負載RL：不影響Q

影響動態(tài)?。?交流負載線仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC//RL）

=-icRL交流負載線仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院這就是說，交流負載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流量ic和uce有如下關系：仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院ICUCEVCCQIB交流負載線直流負載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經過Q點。

注意：（1）交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。

（2）空載時，交流負載線與直流負載線重合。交流負載線的作法仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院通過作圖的方法求AU、AI及放大電路的最大不失真電壓

交流負載線

交流負載線確定方法：

1.通過輸出特性曲線上過Q點做一條斜率為1/RL'直線。2.交流負載電阻RL′=RL∥Rc

3.交流負載線是有交流輸入信號時，工作點Q的運動軌跡。

uouiiiicib比直流負載線要陡３．圖解分析法仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院1.求出靜態(tài)工作點Q2.畫出交流通路，求出交流負載電阻RL'=Rc//RL3.以Q為基準，在輸入特性曲線上，根據ui的變化波形求出ib的波形及幅值Ibm作出交流負載線UoUiECUoUiIiIcIb仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院UoUiEC仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院UoUiECUoUiIiIcIb仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院IbmIcmUom不截止Ucm1不飽和Ucm2仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院6.求增益AU=Ucm/UimAI=Icm/Iim7.確定放大器的最大工作范圍-最大不失真電壓Ucm=min(Ucm1,Ucm2)通過圖解分析，可得如下結論：

1.ui

uBE

iB

iC

uCE

uo

2.uO與ui相位相反；

3.可以量出放大電路的電壓放大倍數；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：1.工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；2.要有合適的交流負載線。3.輸入信號的幅度不能太大仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iCuCEuo可輸出的最大不失真信號ib4．非線性失真與Q的關系

（1）合適的靜態(tài)工作點仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iCuCEuo稱為截止失真信號波形（2）Q點過低→信號進入截止區(qū)仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iCuCEuo稱為飽和失真信號波形截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”（3）Q點過高→信號進入飽和區(qū)仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院飽和失真截止失真由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。雙向失真工作點位置合適信號過大而引起的非線性失真。波形的失真仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路條件：交流小信號2.3.3等效電路法仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iBuBE當信號很小時，將輸入特性在小范圍內近似線性。

uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。一．晶體管的微變等效

１．輸入回路的等效電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。becrbeibbeubeubeibrbe=ube/ib電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院rbe的計算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iCuCE輸出端相當于一個受ib控制的電流源。近似平行且電流源兩端還要并聯(lián)一個大電阻rce。２．輸出回路的等效電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iCuCEiCuCErce的含義仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院ubeibuceicuberbeibibrceuceic三極管的h參數等效電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院等效ebcebcrbeic=ib請注意如下問題：⑴電流源為一受控源，而不是獨立的電源。⑵電流源的流向不能隨意假定，而是由ib決定。⑶該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。３.三極管的微變等效電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院1.畫出放大器的微變等效電路（1）畫出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用等效電路代替二．微變等效電路分析法仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院負載電阻越小，放大倍數越小。rbeRbRCRL2、電壓放大倍數的計算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRbRCRL根據輸入電阻的定義：3、輸入電阻的計算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院當信號源有內阻時：輸入電阻的計算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院rbeRbRC所以：用加壓求流法求輸出電阻：00根據定義4、輸出電阻的計算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院求：1.靜態(tài)工作點。

2.電壓增益AU、輸入電阻Ri、輸出電阻R0

。

3.若輸出電壓的波形出現如下失真，是截止還是飽和失真？應調節(jié)哪個元件？如何調節(jié)？例２仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院1.IcVCE2.思路：微變等效電路AU、Ri

、R0解仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數隨溫度而變化。Q變UBE

ICEO變T變IC變２.４放大電路的工作點穩(wěn)定問題

２.４.1.溫度對靜態(tài)工作點的影響仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院iBuBE25oC50oCTUBEIBIC溫度對UBE的影響仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院T

、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。溫度對值及ICEO的影響仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院I1I2IBI2=（5~10）IB∴I1

I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分壓式偏置電路Re射極直流負反饋電阻Ce

交流旁路電容ICIE２.４.2.典型靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IBTUBEICICIEUEUBE=UB-UE=UB-IEREUB被認為較穩(wěn)定ICIEIB由輸入特性曲線本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程ECB靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院IB=IC/

UCE=VCC-ICRC-IEReIC

IE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

UBE0.7V

+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE電容開路,畫出直流通道直流通路及靜態(tài)工作點估算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuo電容短路,直流電源短路，畫出交流通道BEC交流通路及微變等效電路仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院

Ri=

Rb1//Rb2//rbeRo=

RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL=RC//RL微變等效電路及電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的計算仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院電容CE的作用仙桃職業(yè)學院機械電子工程學院仙桃職業(yè)