第2章 放大电路基础

2、截止失真（顶部失真）
当基极偏置电阻过大（静态工作点过低）时，在输入信号 的负半周，晶体管则因发射结反偏而进入截止状态，使基极 电流、集电极电流负半周的底部被削去，导致输出信号正半 周的顶部失真，如图2-5c）所示。这种现象是由于晶体管进入 截止状态所引起，称之为截止失真。 适当减小Rb，以增大静态基极电流，可消除截止失真。 饱和失真和截止失真都是由于晶体管进入非线性状态所引 起 的，故统称为非线性失真 放大电路不失真的最大输出电压受到放大电路动态范围的 限制。即使在静态工作点比较合适时，如果输入信号幅度过 大，输出信号也会产生双向限幅失真，如图2-5d所示。 适当减小输入信号的幅度，可以消除限幅失真。
+ U cc
R b1 C1
+ +
Rc
C2
+ +
ic ib ie R b1 R b2 Rc uo RL
+
ui
R b2
UB
Ce Re
2.1.5 共发射极放大电路性能指标的估算
一个实用的共发射极放大电路（简称共射电路）如图2-7a所示。在Re两端 并联发射极电容Ce ，使得发射极交流接地，避免了交流信号在Re 上的损耗 （衰减）。
为了分析放大电路的动态工作情况，估算放大电路的性能指 标，首先要按交流信号在电路中流通的路径画出交流通路，如图 2-7b所示。其中，放大电路中的耦合电容、旁路电容对交流信号 都视为短路；直流电源内阻很小（相当于一个极大的电容），对 交流信号也视为短路。
2.1.1 电路结构
基本共射放大电路（以NPN型硅管为例）的组成如图2-2所示。 图中的接地符号“－”（直流电源的负极）是电路中的0电位。 输入信号ui 、基极、发射极形成输入回路；负载RL （输出信号 uo）、集电极、发射极形成输出回路。发射极是输入、输出回路 的公共端，即共射极放大电路。
+ U CC
+ U CC
Rb 1
I1 I BQ
Rc
I CQ + U CEQ
U BQ
+ I2
U BEQ
－
IEQ
Rb 2
－
Re
图2-6 分压式偏置电路
（2）静态工作点的估算
晶体管工作在放大区时，IBQ很小，当满足I1 >> IBQ 时，UBQ基本稳定，且有：
UBQ ≈ UCCRb2/(Rb1+Rb2) ICQ≈IEQ = (UBQ-UBEQ)/Re IBQ = ICQ /β UCEQ = UCC－ICQ（Rc＋Re） (2-4) (2-5) （2-6） （2-7）
2.1.4 静态工作点的稳定与电路的偏置
静态工作点的稳定性主要由电路的结构，即直流 偏置方式决定。
1、固定偏置式电路
图2-2所示的基本共射放大电路称为固定偏置式共 射电路。其直流通路如图2-3a所示，静态工作点的估 算方法参见式（2-1）、（2-2）、（2-3）。下面以实 例对其进行分析。 例 2.1 在 图 2-2 中 ， 已 知 UCC=12V ， Rc=3kΩ ， Rb=270kΩ，晶体管β=50，UBEQ=0.7V。 1）试估算放大电路的静态工作点； 2）若更换另一个晶体管，β=100，电路的工作状 态有何变化？
可见，由于基极电位UBQ 仅由分压电阻决定，不随温度变化， 与晶体管参数无关，在电路的工作过程中保持基本不变，所以 ICQ也不受温度、晶体管参数（如β值）变化的影响，能够保持稳 定。
（3）Q点的稳定
当温度T上升（或β值增大）使ICQ（IEQ）增大时，发射极 电阻Re上的压降UEQ（UEQ=IEQRe）也将增大，因基极电位UBQ 保持恒定，故UEQ的增大使UBEQ（UBEQ=UBQ－UEQ）减小，引 起IBQ减小，使ICQ相应减小，稳定了ICQ，从而稳定了静态工作 点。 故分压式偏置电路通常又称为静态工作点稳定电路。
（4）分压式偏置电路的特点：
1）估算静态工作点的顺序：UBQ→ ICQ→ UCEQ（IBQ）。 2）集电极电流仅由偏置电阻决定，与晶体管参数无关，因 而静态工作点稳定。 3）基极电流随β值而变，对静态工作点无影响。 以上分析表明，分压式偏置电路具有稳定的静态工作点， 即使在温度变化、更换晶体管等原因引起β值发生变化时，电 路的工作状态仍然保持基本稳定。这一特性为电路设计、调 试提供了极大的方便，有效地降低了应用电路制作和维护的 成本。分压式偏置电路在实际中得到了广泛的应用。
图2-4 放大电路动态时的各点波形
显然，此时电路中各电量的瞬时值由交、直流叠加而成。
图2-4所示各信号波形中的虚线表示静态的直流分量，阴影区 域的包络线（实线）则描述了电量的瞬时值。 可见，管压降uCE中的交流分量uce通过输出耦合电容C2成为 放大电路的输出信号uo，即有 uo = uce =－icRc。 上式表明，只要选取适当的Rc，就可使uo的幅度远大于ui，从 而实现电压放大。
Rb C1
+
Rc iB iC
VT
C2
+
ui
iE
uo
RL
－
－
图2-2 基本共射放大电路
其中：晶体管VT是放大电路的核心，起电流放大作用；Rb 是基极偏置电阻，为晶体管提供适当的静态基极电流；Rc是集 电极负载电阻，将集电极的电流变化转换为集电极的电压变化； C1和C2是耦合电容，起“隔直通交”作用，即为交流信号提供 通路，同时隔离放大电路与信号源和负载之间的直流通路，使 电路的工作状态稳定；RL为外接负载，是放大电路的驱动对象， 其可以是各种直接实现能量转换的部件（如扬声器等），也可 以是后级放大电路的输入电阻。 显然，只要设置合适的电路参数，使直流电源UCC通过Rb、 Rc为晶体管VT提供“发射结正偏、集电结反偏”的偏置电压， 就能保证晶体管工作在放大状态。
2.1 共射放大电路
知识点 （1）共射电路的结构特点及工作状态的分析。 （2）两种偏置电路的静态工作点估算。 （3）共射电路的性能特点及其参数的估算。 技能点 （1）掌握放大电路静态工作点的测试、调试方法。 （2）掌握估算放大电路性能参数的实验方法。
晶体管有三个电极，在电路的应用中可以有三种不同的连 接方式（或称三种组态），即分别以发射极、集电极、基极作为 输入回路和输出回路的公共端，从而构成共发射极、共集电极和 共基极三种接法的放大电路，如图2-1所示（以NPN管为例）。
+ b + e + + e c + b
c b +
uo
e －
uo
c －
ui
－
ui
－
ui
－
uo
－
a) 共发射极电路 b) 共集电极电路 c) 共基极电路 图2-1 放大电路中晶体管的三种连接方法
三种接法的共同点：
输入信号都能改变发射结压降，从而以基极电流的变化控 制集电极电流，实现晶体管的电流放大（控制）作用。因此， 在构成放大电路时，集电极不能作为输入端，基极不能作为 输出端。
2.1.2 放大电路工作状态的分析
1、静态分析 （1）静态工作点 输入信号为0（即ui=0）时的工作状态称为静 态。静态时，电路中的各个电压、电流均为稳定值。根据直流 信号在电路中流通的路径可画出放大电路的直流通路，如图23a所示。此时晶体管的静态参数IBQ、UBEQ以及ICQ、UCEQ称为 该放大电路的静态工作点，简称Q点（这两对数值分别确定了 晶体管输入、输出特性曲线上的一点Q），如图2-3b所示。
2、动态分析
电路输入交流信号（即ui≠0）时的工作状态称为动态。放 大电路的动态如图2-4所示。 ui通过输入耦合电容C1叠加在静态的UBEQ上，使发射结正 向压降随输入信号而变， 其瞬时值为 uBE =UBEQ ＋ui； uBE的变化引起基极电流的变化，基极电流的瞬时值为 iB = IBQ ＋ib ； 由于晶体管处于放大状态，则集电极电流的瞬时值为 iC = βiB = ICQ＋ic ； 管压降（c、e极之间的电压）uCE的瞬时值为 uCE =UCC －iCRc =UCC －Rc（ICQ＋ic）=UCC－ICQRC－iCRC =UCEQ－icRc =UCEQ ＋uce。
例2.2 图2-6中，已知Ucc=12V，Rc=2kΩ，Re=1.3kΩ， Rb1=50kΩ，Rb2=20kΩ，晶体管β=50，UBEQ=0.7V。 1）试估算放大电路的静态工作点； 2）若更换晶体管，β=100，电路的工作状态有何变 化？ 解：1）根据式（2-4）～（2-7），得
显然，两种情况下电路都工作在放大状态，且工作点保持稳定。
综上所述，可以得出共射放大电路动态时的几个重要结 论： 1）放大电路中交、直流分量并存，直流分量保持不 变，电路放大的是交流分量。 2）基极电流的小变化控制了集电极电流的大变化（β 倍），并通过集电极电阻Rc 将其转换为管压降的变化， 从而得到放大的输出信号，实现电压放大的功能。 3）输出电压信号与输入信号频率相同，相位相反 （相位差为180°），即共射放大电路对输入信号具有 “反相”作用，故共射放大电路又称为反相器。
+Uc c
Rc Rb I BQ
+
ICQ
+
U CEQ
－ －
U BEQ
a) 直流通路
b) 静态工作点Q
图2-3 基本放大电路的静态
（2）静态工作点的估算
根据直流通路(图2-3a)，则有 IBQ=(UCC-UBEQ)/Rb （2-1） 其中UBEQ为发射结正向压降，一般硅管取值为0.7V，锗管 取值为0.3V。 若UCC >> UBEQ时，则有 IBQ ≈ UCC / Rb 。 ICQ = βIBQ （2-2） UCEQ = UCC－ICQRC （2-3）
第2章 放大电路基础
从图1-11的放大电路实验演示及分析中可知，放大电路实 质上就是利用晶体管的电流放大（控制）作用，把微弱的输 入信号放大，使直流电源的能量转化为随输入信号变化、具 有较大能量的输出信号。放大是一种能量控制作用，是用输 入信号的小能量控制输出信号的大能量。因此，放大电路实 质上是一种能量控制装置。 放大电路是电子设备的核心电路。放大电路如何实现输入 信号的不失真放大？电路的结构、参数的设置对放大电路的 性能有何影响？如何估算一个放大电路的性能指标？这些都 是本章所要探讨的主要问题。