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Rc的取值一般是几千欧至几十千欧之间

C1、C2

耦合电容

一是隔直流，使三极管中的直流电流不影响输入端之前的信号源，也不影响输出端之后的负载；

二是通交流，当C1、C2的电容量足够大时，它们对交流信号呈现的容抗很小，可近似看作短路，这样可使交流信号顺利地通过。

C1、C2选用容量一般为几微法至几十微法的电解电容

2.放大器中电压、电流符号及正方向的规定

在没有信号输入时，放大器中三极管各电极电压、电流均为直流。

当有信号输入时，电路中两个电源（直流电源和信号源）共同作用，电路中的电压和电流是两个电源单独作用时产生的电压、电流的叠加量（即直流分量与交流分量的叠加）。

为了清楚地表示不同的物理量，现将电路中出现的有关电量的符号列举出来，如表2-2所示。

表2-2电压、电流符号的规定

物理量

表示符号

直流量

用大写字母带大写下标，如：

IB、IC、IE、UBE、UCE

交流量

用小写字母带小写下标，如：

ib、ic、ie、ube、uce、ui、uo

交直流叠加量

用小写字母带大写下标，如：

iB、iC、iE、uBE、uCE

交流分量的有效值

用大写字母带小写下标，如：

Ib、Ic、Ie、Ube、Uce

电压的正方向用“＋”、“－”表示，电流的正方向用箭头表示。

3.静态工作点的设置

（1）静态工作点

所谓静态是指放大器在没有交流信号输入（即ui=0）时的工作状态。

这时放大器的基极电流IB、集电极电流IC和集电极与发射极间的电压UCE的值称静态值。

静态值分别在输入、输出特性曲线上对应着一点，记作Q，如图2-2所示为在输出特性曲线上对应的Q点。

通常把Q点称为静态工作点，Q点对应的三个量分别用IBQ、ICQ和UCEQ表示。

图2-2静态工作点

（2）静态工作点的作用

为使放大器能正常工作，放大器必须有一个合适的静态工作点，首先必须有一个合适的偏置电流（简称”偏流”）IBQ。

若不接基极电阻RB，即三极管发射结无偏置电压，如图2-3a所示。

这时，偏置电流IBQ=0，ICQ=0，静态工作点在坐标原点。

当输入电压ui时，三极管的发射结等效为一个二极管，如图2-3b所示。

当ui为正半周时，三极管发射结正向偏置。

由于三极管的输入特性曲线同二极管一样存在死区,所以只有当输入信号电压超过死区电压时,三极管才能导通,产生基极电流iB；

当输入信号电压ui为负半周时，发射结反向偏置，三极管截止，iB=0。

基极电流随输入信号电压变化的波形如图2-3c所示。

显然，基极电流iB产生了失真。

a）电路　b）基极回路的等效电路　c）ui和iB波形　a）基本电路b）动态时的基本放大器c）ui和iB波形

图2-3未设静态工作点的放大器图2-4具有合适静态工作点的放大器

若接上基极电阻RB，电源VCC通过RB在三极管基极与发射极间加上偏置电压UBEQ，产生一定的基极电流IBQ，如图2-4a所示。

UBEQ和IBQ在输入特性曲线上确定一点Q，该点即为放大器的静态工作点，如图2-4c所示。

若设置了合适的静态工作点，当输入信号电压ui时，则ui与静态时三极管基极与发射极间的电压UBEQ叠加为三极管的发射结两端电压,若发射结两端电压始终大于三极管的死区电压，那么在输入电压的整个周期内三极管始终处于导通状态，即随输入电压ui的变化均有基极电流，这样，放大器就能不失真地把输入信号放大。

由此可见，一个放大器必须设置静态工作点，这是放大器能不失真放大交流信号的条件。

2.1.2工作原理

上面讨论了共发射极基本放大器的组成及元器件的作用，明确了设置静态工作点的意义。

下面讨论共发射极基本放大器的放大原理，即给放大器输入一个交流信号电压，经放大器放大输出信号的情况。

（1）输入信号ui＝0时，输出信号uo＝0，这时在直流电源电压VCC作用下通过RB产生了IBQ，经三极管得到ICQ，ICQ通过RC在三极管的C－E极间产生了UCEQ。

IBQ、ICQ、UCEQ均为直流量。

（2）若输入信号电压ui，通过电容C1送到三极管的基极和发射极之间，与直流电压UBEQ叠加，这时基极总电压为

uBE＝UBEQ＋ui

在ui的作用下产生基极电流ib，这时基极总电流为

iB=IBQ＋ib

iB经三极管的电流放大，这时集电极总电流为

iC=ICQ+ic

iC在集电极电阻RC上产生电压降iCRC，使集电极电压uCE＝VCC－iCRC

经变换：

uCE＝VCC－（ICQ+ic）RC

＝UCEQ＋（－icRC）

即uCE＝UCEQ＋uce

由于电容C2的隔直作用，在放大器的输出端只有交流分量uce输出，输出的交流电压为

uo＝uce=－icRC

式中负号表示输出的交流电压uo与ic相位相反。

只要电路参数能使三极管工作在放大区，则uo的变化幅度将比ui变化幅度大很多倍,由此说明该放大器对ui进行了放大。

电路中，uBE、iC和uCE都是随ui的变化而变化，它的变化作用顺序如下：

ui→uBE→iB→iC→uCE→uo

放大器动态工作时，各电极电压和电流的工作波形，如图2-5所示。

图2-5共发射极基本放大器各极电压、电流工作波形

从工作波形可以看出：

（1）输出电压uo的幅度比输入电压ui的幅度大，说明放大器实现了电压放大。

ui、ib、ic三者频率相同，相位相同，而uo与ui相位相反,这说明共发射极放大器具有“反相”放大作用。

（2）动态时，uBE、iB、iC、uCE都是直流分量和交流分量的叠加，波形也是两种分量的合成。

（3）虽然动态时各部分电压和电流大小随时间变化，但方向却始终保持和静态时一致。

所以静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ是交流放大的基础。

必须注意：

不能简单的认为，只要对输入电压进行了放大就是放大器。

从本质上说，上述电压放大作用是一种能量转换作用，即在很小的输入信号能量控制下，将电源的直流能量转变成了较大的输出信号能量。

放大器的输出功率必须比输入功率要大，否则不能算是放大器。

例如升压变压器可以增大电压幅度，但由于它的输出功率总比输入功率小，因此就不能称它为放大器。

2.2放大器的分析方法

对放大器进行定量分析，常用的分析方法是估算法和图解法。

现以共发射极放大器为例加以说明，其它接法的放大器或更为复杂的放大器也同样适用。

2.2.1估算法

已知电路各元器件的参数，利用公式通过近似计算来分析放大器性能的方法称为估算法。

在分析低频小信号放大器时，一般采用估算法较为简便。

RL＇

当放大器输入交流信号后，放大器中总是同时存在着直流分量和交流分量两种成分。

由于放大器中通常都存在电抗性元件，所以直流分量和交流分量的通路是不一样的。

在进行电路分析和计算时注意把两种不同分量作用下的通路区别开来，这样将使电路的分析更方便。

1.估算静态工作点

由于静态只研究直流，为分析方便起见，可根据直流通路进行分析。

所谓直流通路是指直流信号流通的路径。

因电容具有隔直作用，所以在画直流通路时，把电容看作断路。

例如图2-6b为图2-6a基本放大器的直流通路。

由直流通路可推导出有关估算静态工作点的公式。

如表2-3所示。

表2-3估算静态工作点

静态工作点

说明

基极偏置电流

三极管UBEQ很小（硅管为0.7V，锗管为0.3V），与VCC相比可忽略不计

静态集电极电流

根据三极管的电流放大原理

静态集电极电压

根据回路电压定律

2.估算放大器的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数

由于输入、输出电阻及电压放大倍数均只与放大器的交流量有关，为了方便计算，只需画交流通路来进行分析。

所谓交流通路是指交流信号流通的路径。

在画交流通路时，因电容通交流，而直流电源的内阻又很小，所以把电容和直流电源都视为交流短路。

图2-7中图b为图a的交流通路。

为了研究问题简便起见，三极管在低频小信号时，基极和发射极间用线性电阻rbe来等效，集电极和发射极间可等效为一恒流源，恒流源的电流大小为βib，方向与集电极电流ic的方向相同。

等效后的电路如图2-7c所示。

a）电路图b）交流通路c）等效电路

图2-7放大器的等效电路

该等效电路中

式中，IEQ为静态时发射极电流，单位为mA。

一般情况下，rbe为1kΩ左右。

（1）输入电阻

放大器的输入电阻是指从放大器的输入端看进去的交流等效电阻。

由等效电路图2-7c可得

Ri=RB∥rbe

式中“//”表示RB与rbe是并联关系。

因为RB>

>

rbe，

所以Ri≈rbe

对信号源来说，放大器是其负载，输入电阻Ri表示信号源的负载电阻，如图2-8所示。

一般情况下，希望放大器的输入电阻尽可能大些，这样，向信号源（或前一级电路）吸取的电流小，取得的信号电压ui就越大，有利于减轻信号源的负担。

但从上式可以看出，共发射极放大器的输入电阻是比较小的。

图2-8放大器的输入电阻和输出电阻

（2）输出电阻

对负载来说，放大器又相当于一个具有内阻的信号源，这个内阻就是放大器的输出电阻。

从放大器等效电路图2-7c可看出

Ro≈RC

对负载来说，放大器相当于信号源，放大器的输出电阻Ro是信号源的内阻，如图2-8所示。

当负载发生变化时，输出电压发生相应的变化，放大器的带负载能力差。

因此，为了提高放大器的带载能力，应设法降低放大器的输出电阻。

但是，从公式可看出，共发射极放大器的输出电阻是比较大的。

（3）电压放大倍数

放大器的电压放大倍数是指输出电压uo与输入电压ui的比值。

即Au=uo/ui

由等效电路图2-7（c）可看出

输入信号电压：

ui=ibrbe

输出信号电压：

uo=-icRL＇=-βibRL＇

式中RL＇=RC//RL为放大器的等效负载电阻

则

当放大器不带负载（即空载）时，上式中RL＇=RC,即放大器空载时的电压放大倍数为

例2-5在共发射极基本放大器中，设VCC＝12V，RB＝300kΩ，RC＝2kΩ，β＝50，RL=2kΩ。

试求静态工作点、输入电阻Ri、输出电阻Ro和电压放大倍数。

解：

静态偏置电流

静态集电极电流

静态集电极电压

三极管的交流输入电阻

放大器的输入电阻Ri≈rbe=0.95kΩ

放大器的输出电阻Ro≈RC=2kΩ

等效负载电阻　　　　　　

放大器的电压放大倍数

2.2.2图解法

图解法是指利用三极管的输入输出特性曲线，通过作图来分析放大器性能的方法。

1.图解分析放大器的静态工作点

（1）输入回路的图解法

在图2-9a所示电路中，由VCC→RB→三极管B极→三极管E极→地构成的回路为直流输入回路。

由直流输入回路，利用近似估算法可求

。

也可根据在输入特性曲线上过UBEQ作垂直于横轴的直线，该直线与输入特性曲线的交点即为静态工作点Q，该点的纵轴坐标即为IBQ。

（2）输出回路的图解法

图2-6a所示电路中，由VCC→RC→三极管C极→三极管E极→地构成的回路为直流输出回路。

图2-6b所示的直流通路可画成如图2-9a所示的电路形式。

假设它由虚线A、B暂时隔成两部分，虚线左边是三极管，C和E极间电压UCE和集电极电流IC的关系，按三极管输出特性曲线所描述的规律变化。

虚线右边是集电极电阻RC和电源VCC组成的串联电路，由回路电压定律可知：

UCE＝VCC－ICRC

对于一个给定的放大器来说，该方程为一直线方程式，可以在UCE-IC坐标系中画出这条直线，这条直线称为直流负载线，斜率为-1/RC。

画直流负载线的方法与数学上画直线的方法相同。

如图2-9b所示。

a）直流等效电路b）直流负载线c）图解静态工作点

图2-9　作直流负载线确定静态工作点

直流负载线与特性曲线将有许多交点，这些交点既反映了三极管IC和UCE的关系，又反映了由RC和VCC组成的输出电路中IC与UCE之间的关系，所以把这些交点称为放大器的工作点。

直流负载线与IBQ所在的输出特性曲线的交点即为静态工作点Q，如图2-9c所示。

图解分析放大器的静态工作点的步骤为：

（1）求IBQ

（2）列直流输出回路中关于IC与UCE的线性方程式

（3）作直流负载线

（4）直流负载线与IBQ所在特性曲线的交点即为静态工作点Q

例2-6电路如图2-9a所示电路中，已知VCC=15V，RB=500KΩ，RC=4KΩ三极管的特性曲线如图2-9c所示。

试利用图解法求电路的静态工作点。

静态基极电流

列出输出回路中关于IC与UCE的线性方程式UCE=VCC-ICRC=15-4IC

作直流负载线，如图2-10a所示。

直流负载线与IBQ所在的输出特性曲线的交点Q即为静态工作点，如图2-10b所示。

IBQ=30uA，ICQ≈2mA，UCEQ≈7V。

a）直流负载线b）静态工作点

图2-10放大器的直流负载线

2.静态工作点的调整

由以上分析可知，静态工作点的位置与VCC、RB、RC大小有关。

VCC、RB、RC三个参数中任一个改变，静态工作点将会发生相应的变化，如表2-4所示。

表2-4静态工作点与电路参数的关系

电路参数变化情况

静态工作点的变化情况

RC、VCC不变，改变RB

RB、VCC不变，改变RC

RB、RC不变，改变VCC

在实际应用中，调整静态工作点的位置，一般不采用改变RC和VCC来实现，而是通过改变RB的阻值来实现。

如图2-11所示电路为实际的基本放大器。

图2-11实际的基本放大器

3.图解分析放大器的动态工作情况

由交流通路可知uce=-icRL＇,这是一直线方程，直线的斜率为-1/RL＇，这时的直线称为交流负载线。

静态工作点Q是指无信号输入时的工作点，也可以理解为输入信号为零时的动态工作点，所以放大器的交流负载线经过静态工作点。

交流负载线的作法：

先作交流负载线的辅助线。

辅助线与横轴的交点坐标为N（VCC，0），与纵轴的交点坐标为L（0，VCC/RL＇），如图2-12所示。

然后过Q点作辅助线的平行线，即为交流负载线。

图2-12图解分析放大器的交流负载线

利用图解法进行动态分析的具体作法为：

（1）作直流负载线确定静态工作点

（2）过静态工作点作交流负载线

（3）已知输入电压ui=Uimsinωt,在输入特性曲线上，uBE将以UBEQ为基础，随ui的变化而变化，如图2-13所示。

可见，对应的基极电流iB也将以IBQ为基础而变化，在最大基极电流Ibmax和最小基极电流Ibmin之间变化。

图2-13　放大器输入图解分析

图2-14　放大器输出图解分析

（4）在输出特性曲线上找出IBQ及Ibmin和Ibmax对应的特性曲线和交流负载线的交点，可得到相对应的集电极电流的变化范围及集电极与发射极间电压的变化范围。

如图2-14所示。

（5）求电压放大倍数

根据输入交流电压Uim，再由图2.24求出输出电压Uom。

则根据电压放大倍数的定义可求出AU=Uom/Uim

由图解分析可知：

uo与ui相位相反。

4.波形失真与静态工作点的关系

按图2-15a所示作实验。

由信号发生器输入适当的正弦波信号，调整静态工作点，观察示波器上输出信号的变化情况。

（1）工作点偏高易引起饱和失真

输出信号波形负半周被部分削平，这种现象称为“饱和失真”。

产生饱和失真的原因是，由于Q点偏高。

如图2.25（b）所示中的Q＇点，输入信号的正半周的一部分进入饱和区，使输出信号的负半周被部分削平。

消除失真的方法是增大RB，减小IBQ，使Q点适当下移。

a）实验线路b）失真波形图

图2-15波形失真与静态工作点的关系

（2）工作点偏低易引起截止失真

输出信号的正半周被部分削平，这种现象称为“截止失真”。

产生截止失真的原因是由于Q点偏低。

如图2-15b所示中的Q＇＇点，输入信号电压负半周有一部分进入截止区，使输出信号电压正半周被部分削平。

消除截止失真的方法是，减小RB，增大IBQ，使Q点适当上移。

饱和失真和截止失真分别是因为工作点进入饱和区和截止区（非线性区）而发生的失真。

所以饱和失真和截止失真统称为非线性失真。

为使输出信号电压最大且不失真，必须使工作点有较大的动态范围，通常将静态工作点设置在交流负载线的中点附近。

2.3静态工作点的稳定

前面介绍的共发射极基本放大器是通过调节偏置电阻RB来设置静态工作点的。

当偏置电阻RB的阻值确定之后，IBQ就被确定了，所以，这种电路又称固定偏置电路。

这种电路虽然结构简单，但它最大的缺点是静态工作点不稳定，当环境温度变化、电源电压波动，或更换晶体管时都会使原来的静态工作点改变，严重时会使放大器不能正常工作。

1.影响静态工作点稳定的主要因素

工作点不稳定的各种因素中，温度是主要因素。

因为当环境温度改变时，三极管的参数会发生变化，特性曲线也会发生相应的变化。

图2-16所示为3AX31三极管在250C和450C两种情况下的输出特性曲线。

由图可见，当温度升高时，IB的曲线升高，表示穿透电流随温度升高而增大，同时各条曲线之间间隔增大，整个曲线簇上移。

如果在250C时静态工作点比较合适的话，则在450C时由于曲线上移的结果，必然使静态工作点由正常的Q点移到接近饱和区的Q1点，使放大器不能正常工作。

怎样减小温度对静态工作点的影响呢？

要使在温度变化时，保持静态工作点稳定不变，可采用分压式射极偏置电路，如图2-17所示。

下面讨论这个电路的结构特点和工作原理。

a）分压式偏置电路b）直流通路c）交流通路

图2-17分压式偏置电路

2.电路结构特点

和前面介绍的共发射极基本放大器的区别在于：

三极管基极接了两个分压电阻RB1和RB2，发射极串联了电阻RE和电容器CE。

（1）利用上偏置电阻RB1和下偏置电阻RB2组成串联分压器，为基极提供稳定的静态工作电压UB。

设流过RB1的电流为I1，流过RB2的电流为I2，则I1=I2+IBQ

如果电路满足条件

I2>

IBQ

即可认为I2≈I1，那么当IBQ发生变化时，I1几乎不变。

故基极电压

由此可见，UB只取决于VCC、RB1和RB2，它们都不随温度的变化而变化，所以UB将稳定不变。

（2）利用发射极电阻RE，自动使静态电流IEQ稳定不变。

UB=UBEQ+UE

式中UE为发射极电阻RE上的电压。

若满足UB>

UBEQ

可见静态电流IEQ也是稳定的。

综上所述，如果电路能满足I2>

IBQ和UB>

UBEQ两个条件，静态工作电压UB、静态工作电流IEQ（或ICQ）将主要由外电路参数VCC、RB1和RB2和RE决定，与环境温度、三极管的参数几乎无关。

3.工作点稳定原理

这种分压式偏置电路，为什么能使静态工作点基本上维持恒定呢？

从物理过程来看，如温度升高，Q点上移，ICQ（或IEQ）将增加，而UB是由电阻RB1、RB2分压固定的，IEQ的增加将使外加于三极管的UBE=UB-IEQRE减小，从而使IBQ自动减小，结果限制了ICQ的增加，使ICQ基本恒定。

以上变化过程可表示为

温度升高（t↑）→ICQ↑→IEQ↑→UBE=（UB-IEQRE）↓→IBQ↓

ICQ↓

可见这种分压式偏置电路能稳定工作点的实质是利用发射极电阻RE，将电流IEQ的变化转换为电压的变化，加到输入回路，通过三极管基极电流的控制作用，使静态电流ICQ稳定不变。

4.估算静态工作点

图2-17b为分压式偏置电路的直流通路，通过直流通路可求出电路的静态工作点如表2-5。

表2-5估算电路的静态工作点

说　　明

静态基极电位

因为I2>

静态发射极电流

因为UB>

ICQ≈IEQ

集电极电流ICQ和发射极电流IEQ相差不大

静态偏置电流

根据三极管电流放大原理ICQ=βIBQ

UCEQ=VCC-ICQ（RC+RE）

5.估算输入电阻、输出电阻和电压放大倍数

由图2-17c所示为分压式偏置电路的交流通路，交流通路与共发射极基本放大器的交流通路相似，等效电路也相似，其中RB=RB1//RB2。

所以，输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的估算公式完全相同。

例2-7在图2-17a中，若RB2=2.4kΩ，RB1=7.6kΩ，RC=2kΩ，RL=4kΩ，RE=1kΩ，VCC=12V，三极管的β=60。

试求：

（1）放大器的静态工作点；

（2）放大器的输入电阻Ri、输出电阻Ro及电压放大倍数Au。

（1）估算静态工作点

基极电压：

静态集电极电流：

静态偏置电流：

静态集电极电压：

（2）估算输入电阻Ri、输出电阻Ro及电压放大倍数Au

放大器的输入电阻：

Ri≈rbe=1kΩ

放大器的输出电阻：

Ro≈RC=2kΩ

放大器的电压放大倍数：

其中

分压式偏置电路的静态工作点稳定性好，对交流信号基本无削弱作用。

如果放大器满足I2>

IBQ和UB>

UBEQ两个条件，那么静态工作点将主要由电源和电路参数决定，与三极管的参数几乎无关。

在更换三极管时，不必重新调整静态工作点，这给维修工作带来了很大方便，所以分压式偏置电路在电气设备中得到非常广泛的应用。

2.4放大器的三种基本接法

放大器有共射、共集、共基三种基本接法（又称组态）。

前面已经讨论过共射放大器，本节将主要讨论共集、共基放大器，并对三种接法放大器的性能进行分析比较。

2.4.1共集放大器

电路如图2-18a所示。

图2-18b、c分别为其直流通路和交流通路。

a）原理电路b）直流通路c）交流通路

图2-18