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第二章放大电路基础

第一节放大电路的组成及工作理

一．组成

三种电路:

共基,共发,共集

以典型的共发射极为例:

利用基极电流对集电极电流的控制作用可以实现放大作用

（一）共发射极电路:

T：

NPN型晶体管,放大的核心部件

EC：

集电极回路直流电源提供C结反偏

RC：

集电极负载电阻,作用:

将iC转换成U0反应在输出端

EB,Rb:

提供E---正偏听偏信Rb决定IB

C1,C2：

隔直流通交流,为避免衰减过大-----C1C2容量大

（二）组成原则:

1.e——正偏C——反偏使T管处于放大状态

2．输入回路：

Ui——产生ib控制ic

3．输出回路：

使iC尽可能多流到RL上（减少其他支路的分流）

4．保证放大电路工作正常，T处于放大状态，合理设置静态工作点Q

二．静态工作点的设置：

合理设置Q点使iB——UBE：

线性变化

工作点选在UBE=0

三．放大电路的性能指标

（一）放大倍数：

输入信号若为正弦波

1．电压放大倍数：

电压增益：

20LGAV分贝DB

AV=U0/UI

UO——输出电压（有效值）

UI——输入电压（有效值）

2．电流放大倍数电流增益：

20lgAv分贝

AI=IO/II

3．功率放大倍数：

功率增益20lgAp分贝

（二）最大输出幅度：

U0MAX,U0,U0PP（以正弦为例子）

（三）输入电阻：

（交流电路中求）

（四）输出电阻：

（五）通频带BW（Bf）

第一节放大电路的基本分析方法

三种基本电路：

共基电路，共集电路，共发电路

分析方法：

1）图解法：

在特性曲线上用作图来进行分析

2）微变等效电路法：

在一定条件下等效为线性电路进行分析

一、直流通路，交流通路

电路分析的两种基本电路：

1）直流通路：

静态工作点分析（UBEQ,UCEQ,IBQ,ICQ）2）交流电路：

动态分析（AV，ri，r0）

1．

直流通路：

直流信号通过的电路

原则：

遇C——视为开路

遇L——视为短路

2．

交流通路：

交流信号通过的电路

原则：

遇C——（充分大）——近似视为短路

遇L——（充分大）——近似视为开路

直流电源（内阻小）：

近似为短路。

二、静态工作点估算：

从输入特性中知：

晶体管导通时UBE变化很小（硅管：

0。

6-0。

8V；锗管：

0。

1-0。

3V）

一般情况UBEQ：

（硅管：

0.7V，锗管0.2V）

1从直流通路中：

列KVL方程

IBQ*RB+UBEQ-EC=0

IBQ=（EC-UBEQ）/RB

2从晶体管电流分配关系

ICQ=βIBQ

3从直流通路中：

列负载回路的KVL方程

ICQ*RC+UCEQ-EC=0

UCEQ=EC-ICQ*RC

三、放大电路的工作原理

（一）Ui=O时，静态工作

（二）Ui=0时，动态工作Ui=UmSINwt

Ube=UBEQ+UmSINwt

iB，iC，uBE，uCE随UI的变化而变化

第二节图解分析法

一、静态分析

（一）、给出输入特性，输出特性曲线

1画出直流通路：

标出IBQ，ICQ，UBEQ，UCEQ

2利用输入特性曲线来确定IBEQ和UBEQ

基极偏置线：

UBE=EC-IB*RB与输入特性曲线的交点对应的IBQ，UBEQ

3利用输出特性曲线来确定ICQ和UCEQ

直流负载线：

UCE=EC-IC*RC

（二）、只给出输出特性曲线来确定UCEQ和ICQ

1估算IBQ及UBEQ

2利用输出特性曲线来确定ICQ，UCEQ

由估算的IBQ所对应的输出特性曲线与直流负载线的交点Q对应ICQ，UCEQ

二、动态分析

（一）、利用输入特性画出iB，uBE波形

设输入为Ui=UmSINwt（mv）

uBE=UBEQ+ui

iB=IBQ+IBMSINwt

（二）、利用输出特性画iC和uCE波形

交流负载线

1、空载时RL=∞

交流负载线与直流负载线重合，动态工作点在交流负线上移动，斜率——1/RC

uCE=EC-IC*RC

2、RL不等于∞

交流负载线作法：

（1）负载线斜率为

，作一直线斜率为

，其中

（2）交流负载线

过Q点作平行于AB的直线——交流负载线各点波形情况

（三）、计算AV利用作图法

在输入特性上从△IB找出对应△UBC，从输出特性△IC找对应△Uce

则AV=△Uce/△Ube，作图法误差较大

（四）、归纳分析

1、U0与Ui相位相反（相差180度）

2、Ube，iB，iC，Uce含有直流分量和交流分量

3、放大作用指：

输出交流（U0）分量与Ui的关系

4、电路参数：

RB，EC，RC,

，对静态工作点的影响

（1）RB：

RB增大IBQ＝（EC-ＵBEQ）/RB减小，Q下移到

接近截止区

RB减小IBQ增大Q点上移到

接近饱和区

（2）EC：

EC增大直流负载平行右移

Q偏右上方

放大区扩大，T管功耗增大

（3）RC：

RC增大，Q点上升近饱和区，RC减小，Q点下降近截止区　

（4）β

β增大，特性曲线上移IBQ不变

Q点上移

ICQ增大，Q点近饱和区

5、非线性失真

Q点过低——近截止区——截止失真（顶部失真）

Q点过高——近饱和区——饱和失真（底部失真）

Q点合适，Ui幅度过大——双向失真（截止，饱和失真）

6最大输出电压幅度：

U0MAX=MIN（UR，UF）

第三节微变等效电路法

条件：

指输入信号UI变化量小（即小信号）

输入信号频率在低中频范围

原因：

根据输入，输出特性曲线

在如上条件下：

小信号：

——特性曲线近似直线性——可用等效的线性电路代替T管

低中频：

晶体管中结电容的影响极小

一．静态分析：

用估算法进行分析

二．动态分析：

微变等效电路法：

微变等效电路有多种形式

（一）H参数微变等效电路：

低频时混合参数微变等效电路

晶体管极间电压电流关系在输入，输出特性中体现

uBE=f1（iB,uCE）

iC=f2（iB,uCE）

交流信号输入，各极间电压，电流将有增量，基增量关系应由全微分求出

若交流信号为小信号，d可改为△，

则△uBE=hie△IB+HRE△UCE

△IC=hfe△IB+HOE△UCE

hie=△UBE/△IB/UCE=常数hre=△uBE/△uCE/iB=常数

hfe=△iC/△iB/UCE=常数hoe=△IC/△UCE/IB=常数

输入若为正弦信号，增量又可用正弦交流复数代换

UBE=hieIB+hreUCE

IC=hfeIB+hoeUCE

故微变等效电路为：

-------------------------------------

（二）H参数的计算

（三）简化H参数的等效参数

hre=UBE/UCE/IB=常数

一般在10-3-10-4数量级：

与HIRIB相比小得多

故：

UBE=hieIB即UBE=RBEIB

一般情况下：

hoe<=10-4S,即RCE>=10K

而放大器中RL=RE//RL

（1）若RCE》=10RL可用两参数简化等效

即hoe,UCE,hfe,IB求得多

IC=hfeIBIC=βIB

（2）若RCE与RL可比拟：

用三个参数的简化等效

常用两个H参数等效电路

（四）RBE估算：

可从输入特性曲线上Q点附近求出（但误差较大）：

且一般手册中只给出输出特性

近似计算公式：

RBE=△UBE/△IB=RBE+（1+β）RE

RBE=——基区半导体体电阻

RE——发射击区体电阻；一般由UT/IEQ得到

RBE=300+（1+B）26MV/IEQ=300+26MV/IBQ

（五）基本放大电路性能指标分析

1AV：

AV=UO/UI

UI=IBRBE

（1）空载时：

RL=∞

U0=I′ORC=-ICRC

U0=-βIBRC

所以AV=UO/UI=-βIBRC/（IBRBE）=-βRC/RBE

（2）RL≠∞

UO=Io′RL′=-ICRL′=-βIBRL′

AV=UO/UI=-βIBRL/（IBRBE）=-βRL/RBE=-βRC//RL/RBE

（3）考虑信号源电阻碍RS时的电压的大倍数：

SRS=UO/VS

IB=RB/（RB+RBE）.IS,IS=（RB+RBE）/RB.RB

一般地RB》RBE，则IS=IB

UI=IB（RS+RBE）

US=IB（RS+RBE）

AVS=-βIBRL/（IB（RS+RBE））=-βRL/（RS+RBE）

2AI

AI=IO/II

IO=-RL/（RC+RL）IC

II=IB

AI=-RC/（RC+RL）（IC/IB）=-βRL/（RC+RL）

3RI

RI=UI/IB=RB//RBE=RBE

4RO：

当RL=∞时，向左看进去

所以UI=0IB=0则βIB=0

RO=RC

例：

共发射极放大电路如图示

已知：

晶体管为3DG16放大系数β=100，EC=15V

RB=285，RC=2RL=2

（1）求静态工作点

（2）画出中频等效电路

（3）求电压的大信号AV

（4）求RI，RO

解：

1画出直流通路

知T管的UBEQ=0。

7V

则IBQ=（EC-UBEQ）/RB=（15-0。

7）/285≈50UA

ICQ=βIBQ=100*50UA=5MA

UCEQ=EC-ICQRC=15-5*2=5V

2中频等效电路

3rbe=300+26mv/50uA=300+520=820

Av=-βR′l/rbe=-122

4ri=rb//rbe≈rbe=820

ro=rc=2

第四节放大电路的三种接法

共基放大，共集放大，共射放大

一、共集电极放大电路

1静态工作点计算：

直流通路

EC=RbIBQ+IEQRe+UBEQ

EC=UCEQ+ReIEQ

又IEQ=（1+β）IBQ

IBQ=（EC-UBEQ）/（Rb+（1+β）Re）

ICQ=βIBQ

UCEQ=EC-（1+β）IBQRe

2动态分析

交流通路：

交流等效电路

（1）AV：

UI=IBRBE+IERL′

=IBRBE+IB（1+β）RL′

UO=IERL′=（1+β）RL′

AV=UO/UI=（1+β）RL′/（RBE+（1+β）RL′）

当（1+β）RL′》RBE时，AV≈1

说明共级电路，UO与UI同相，电压无放大作用

（2）RI，RO

RI′=UI/IB=（IBRBE+（1+β）IBRL′）/IB=RBE+（1+β）RL′

RI′=RB//RI′=RB//（RBE+（1+β）RL′

RO′=UO/IO′=-IBRBE/IO′

IB+βIB+IO′=0

IB=-IO′/（1+β）

RO′=I0′RBE/（1+β）IO′=RBE/（1+β）

RO′=RE//RO′=RE//RBE/（1+β）

（3）AI=I0/II≈（RE/（RE+RL）I）/IB=（1+β）RE/（RE+RL）

II≈IB

结论：

（1）U0与UI同相

（3）V=1，电压无放大作用，电流有放大（就电压信号讲又称为射极跟随器）

（4）RI大——对前级影响小（对信号源孛取电流小）

（5）

RO小——带负载能力强

二共基极放大电路

1．静态工作点

直流通路

双电源：

IEQ=（EE-VBEQ）/RE

IBQ=IEQ/（1+β）

UCEQ=EE-ICQRC-EE

实际电路单电源供电：

当IB很小则：

VB=RB1/（RB1+RB2）EC

VB=RBEQ+IEQRE

IEQ=（UB-UBEQ）/RE

IBQ=IEQ/（1+β）

UCEQ=EC-ICQRC-IEQRE

≈EC-IEQ（RC+RE）

2．

动态分析：

交流通路（交流等效电路）（双电压供电）

（2）电压放大倍数AV：

UO=I0RL=-RL′IC

UI=-IBRBE

AV=UO/UI=（RL′/RBE）（IC/IB）=RL′/RBE

（3）

RI，RO

RI′：

V=-IBRBE=RBE/（1+β）I

RI′=V/I=RBE/（1+β）

RI=RE//RI=RE//RBE/（1+β）=RBE/（1+β）输入电阻小

RO≈RC

（4）电流放大倍数AI：

RE》RBE/（1+β）

II=-IE=-（1+β）IB

AI=IO/II=-RC/（RC+RL）IC/（-（1+β）IB）≈RC/（RC+RL）

故AI<1

结论：

A.共基电路是同相放大器VO、VI同相

B．电压其有放大，电流不具有放大作用

C输入电阻小可作为宽频带放大器，频率响应带（工作频率范围宽）

三种电路比较

AVAIRIROUO与VI应用

共基放大<1小大同相频率特性好应用于宽带放大

共集<1放大大小同相多级放大的输入级，带负载能力

的输出级

共射放大放大中中反相实现阻抗变换的缓冲级，多级放大

输入级，中间级

第五节稳定工作点放大电路

一、温度对静态工作点的影响

1、影响：

T升，B升，输出特性曲线间隔宽，Q点上移，饱和区，入大能力减弱。

2、Icbq影响：

T升，Icbq升，Iceq升，输出特性曲线向上平移，Q点向饱和区移动，放大能力减弱。

硅管Icbq很少，影响可忽略。

锗管Icbq很大，造成工作点不稳的主要因素。

高温下应选硅管。

3、VBE影响

T升，VBE降（导通电压），输入特性曲线向左移动，Ibq升，工作点上移，Icq不稳

归上述：

T升，Q点，饱和区移动

T降，Q点，截止区移动。

稳定温度影响的措施

（1）放大器置恒温

（2）直流偏置引入负反馈（3）采用温度补偿

二、分压式电流负反馈偏置电路：

1、工作原理：

注意：

Rb1、Rb2选择合适使得满足：

IRb>>IBq\Ubq>>UBEq,首先，Rb2<<（1+

）Re，即（1+

）Re≥10Rb2

则VBQ=

≥UBEQ

稳定工作点原理：

T升，B升，UBE降，ICQ升（IEQ）升，Vre=IEQ*Re升，

同理T降，ICQ降，Re使ICQ升，说明Re具有直注负反馈作用。

这就说明满足IRb>>IBQ、UBQ>>UBEQ则ICQ、IEQ只由外电路Ec、Rb1、Rb2、Re确定，理论上为稳定Q点：

IRb、UBQ越大越好，但将影响放大器性能。

通常经验数据来选参数

一般：

IRb≥（5-10）IBQ\（10-20）IBQ

VBQ=3-5V1-3V

2、静态分析：

满足稳态条件时：

VBQ≈

IEQ=

≈

IBQ=

ICQ=βIBQ

VCEQ=EC-ICQRC-IEQRE≈C-ICQ（Re+Rc）

不满足条件时可用戴维南定理化简

VB=

Rb=Rb1∥b2

3、动态分析：

交流电路——交流等效电路

<1>Av：

Vi=Ibrbe+IERe=Ibrbe+（1+β）IbRe

V0=-IC*RL′=-βIbRL′

Av=

故Re↑→Av↓矛盾

采用改进电路在Re上并联一大电容（交流旁路）

Av≈

（基本无下降）

此电路广泛采用

<2>ri,ro

ri=Rb1∥Rb2∥[rbe+（1+β）Re]

ro＝Rc

有旁路电容Ce:

ri＝Rb1∥Rb2∥rbe

ro＝RC

三、用补偿法稳定静态工作点：

利用二极管和热敏电阻等温度敏感元件的温度特性来补偿晶体管参数随温度变化而影响工作点

二极管正向电压VD随温度变化，抵消T管VB的变化

原理：

I>>IBQ

I=

VBQ=VD+I*Rb2=VBEQ+IEQ*Re

在不同温度下保持VD=VBEQ（集成工艺中较高实现）

I*Rb2=IEQ*Re

IEQ=

通常：

Vcc>>VD——→此条件易满足（与光二极管,条件VBQ>>VBQ更容易）

第六节多级放大电路

一、多级放大电路的组成：

#

对微弱#输入级：

多级放大电路的第一级，带要求输入电阻高小信号

信号放大中间级：

信号放大，提供足够大的放大倍数（由共射电路）放大

输出级：

功放，要示有很强带负载能力（带由共集电极）

推动极：

小信号→大信号的缓冲及转换

讨论多级小信号放大

二、多级放大的耦合方式：

阻容耦合、变压器耦合、直接耦合

（一）阻容耦合：

级一级之间用电容C耦合*

阻容耦合：

到下一级输入电阻上

特点：

1静态工作点相互独立、不影响

2设计方便

3无直流放大（C隔直流）及对（频率较低）缓慢变化

的信号放作用不明显

4难于制成集成电路

（二）变压器耦合：

特：

（1）静态工作点独立*

（2）可实现阻抗变换

（3）体积大、笨重由于此缺点

（4）直流低频信号难于放大目前低频放大中很小使用

（5）集成困难

（三）直接耦合

级—级之间直接连接

1各级静态工作点相互影响

（无电抗无元件）

调整RB1、RB2、RC1、RC2可T1、T2管正常工作

但是UCE1≈UBE2→UBE2=0.7V→T1管处于临界饱和状态

其最大电压输出幅值很小

为克服此缺点,可利用提高UC1的方法:

改进电路:

（1）在T2管e极中接电阻Re2

此时:

VCE1=VBE2+IE2*Re2

VCE1增大,但UC2更高,UC3再高级数多,后级电位更高

但VCC是有限的→故级数受工区

但Re2的引入也将影响Ar

优点:

Re2引入→T管可工作在放大区

缺点:

但T2级的AV↓

级数多→逐级B、C静态电压VB、VC逐渐增加EC受限而无法实现

（2）用稳压管D2来代替Re2，或用二极管代替Re2

UCE1=UBE2+VZ

或UCE1=UBE2+UD

提高UCE1

优点：

DZ管动态电阻小

不致使AV2下降太大

缺点：

T2级的VO变化范围小存在VB、VC电压逐级增加的问题

（3）引入NPN—PNP复合管电路

UC1>UB1——NPN管

UC1=UB2>UC2——PNP管

UC2=UB3

2零点漂移问题

在直接耦合电路中：

输出端VO包含交流及直流UO两部分

当输入Ui=0时→输出端VO随时间有输出电压出现且忽大忽小

称为零点漂移现象不规由变化

零漂现：

折合到输入端计算

零漂原因：

温度影响T管参数→影响静态工作点

三多级放大电路的性能分析：

AV=AV1*AV2*AV3*……*AVn

ri=ri1——第一级输入电阻

ro=ron——最后一级输出电阻