第三章 晶体管放大器基础要点

·29·第三章 晶体管放大器基础§3.1 知识点归纳一、基本概念·向放大器输入信号的电路模型一般可以用由源电压S v 串联源内阻S R 来表示，接受被放大的信号的电路模型一般可以用负载电阻C R 来表示（图3-1）。

·未输入信号（静态）时，放大管的直流电流电压称为放大器的工作点。

工作点由直流通路求解。

·放大器工作时，信号（电流、电压）均迭加在静态工作点上，只反映信号电流、电压间关系的电路称为交流通路。

·放大器中的电压参考点称为“地”，放大器工作时，某点对“地”的电压不变（无交流电压），该点为“交流地”。

·交流放大器中的耦合电容可以隔断电容两端的直流电压，并无衰减地将电容一端的交流电压传送到另一端，耦合电容上应基本上无交流电压，或即是交流短路的。

傍路电容也是对交流电流短路的电容。

·画交流通路时应将恒压源短路（ 无交流电压），恒流源开路（ 无交流电流）；耦合、傍路电容短路（ 无交流电压）。

·画直流通路时应将电容开路（电容不通直流），电感短路（电感上直流电压为零）。

二、BJT 偏置电路1．固定基流电流（图3-7a ）·特点：简单，B I 随温度变化小；但输出特性曲线上的工作点（CE V 、C I ）随温度变化大。

·Q 点估计BBECC B R V V I -=，B C I I β≈，C C CC CE R I V V -= ·直流负载线C CEC CC C R v R V i -=2．基极分压射极偏置电路（图3-14）·特点：元件稍多。

但在满足条件10>E R β（21//R R ）时，工作点Q （CE V ，C I ）随温度变化很小，稳定工作点的原理是电流取样电压求和直流负反馈（§7.4.4）。

·Q 点估算：EBE CC E C R V R R R V I I /)(212-+≈≈，()CE CC C E C V V R R I ≈-+直流负载线E C CEE C CC C R R v R R V i +-+≈以上近似计算在满足)//(1021R R R E >β时有足够的准确性。

三、基本CE 放大器的大信号分析·交流负载线是放大器（图3-6b ）工作时，动点（CE v ，C i ）的运动轨迹。

交流负载线经过静态工作点，且斜率为L C R R //1-。

·因放大器中晶体管的伏安特性的非线性使输出波形出现失真，这是非线性失真。

非线性失真使输出信号含有输入信号所没有的新的频率分量。

·大信号时，使BJT 进入饱和区产生饱和失真；使BJT 进入截止区，产生截止失真。

NPN 管CE 放大器的削顶失真是截止失真；削底失真是饱和失真。

对于PNP 管CE 放大器则相反。

·将工作点安排在交流负载线的中点，可以获得最大的无削波失真的输出。

四、BJT 基本组态小信号放大器指标1．基本概念：输入电阻i R 是从放大器输入口视入的等效交流电阻。

i R 是信号源的负载，i R 表明放大器向信号源吸收信号功率。

放大器在输出口对负载L R 而言，等效为一个新的信号源（这说明放大器向负载L R 输出功率0P ），该信号源的内阻即输出电阻0R 。

·任何单向化放大器都可以一个通用模型来等效（图3-36）。

由此模型，放大器各种增益定义如下：端电压增益：0V i v A v =源电压增益：0VS s v A v =，iVS Vs iR A A R R =+电流增益：i i i i A 0=负载开路电压增益（内电压增益）：00L V iR v A v →∞=，0LV V LR A A R R =+功率增益：||||P V I iP A A A P ==·v A 、vs A 、i A 、0v A 的分贝数为||lg 20A ；pA 的分贝数为P A lg 10。

·不同组态放大器增益不同，但任何正常工作的放大器，必须1>P A 。

2．CE 、CB 、CC 放大器基本指标v A ，管端输入电阻i R '，管端输出电阻0R '。

用电流控制电流源（c b i i β=）BJT 低频简化模型（图2-24）导出的三个组态的上述基本指标由表3-1归纳。

表3-1 BJT 三种基本放大器小信号指标1．基本概念·多级放大器的级间耦合方式主要有电容耦合（阻容耦合）（图3-39）、变压器耦合（图3-41）和直接耦合（图3-42、3-43）三种方式。

·对于直接耦合放大器，其工作频率的下限可以为零（称为直流放大器），但输出易发生所谓“零点漂移”（输出端静态电压缓慢变化），形成假信号。

零点漂移的主要原因是前级工作点随温度变化，这种变化因级间直接耦合被逐级放大。

在输出端出现可观的漂移电压。

·直流放大器由于输入输出不能使用隔直耦合电容，希望在无输入信号时，输入端口和输出端口的静态直流电压为零。

满足这种条件的直流放大器称为满足零输入、零输出条件。

只有用正负双电源供电的直流放大器才能实现零输入和零输出。

·由于供电电压源存在内阻，使各级放大器发生“共电耦合”，这种共电耦合可能导致放大器指标变坏甚至自激。

放大器中的电源去耦电路就是为了减小和消除共电耦合（图3-39、3-40）。

2．多级放大器指标计算·后级放大器的输入电阻是前级放大器的负载，在计算前级放大器的增益时，一定要把这个输入电阻计为负载来计算增益。

·第一级放大器的输入电阻即多级放大器的输入电阻；末级放大器的输出电阻即多级放大器的输出电阻。

·计算多级放大器电压增益的一般方法是求出各级增益，再将其相乘。

对BJT 多级基本放大器的一种有效的计算增益的方法是“观察法”，应该掌握。

BJT 两种重要的组合放大电路是共射—共基和共集—共基组态，其实用电路之一分别是图3-45（CE-CB ）和图3-47（CC-CB ），应能画出并计算这两个电路的指标。

§3.2 习题解答3-1 下面各电路都不能作为放大器正常工作，试说明理由。

[解]错误：基级无直流通路，0B I =。

错误：BE B V V ==常数，使发射结被交流短路。

改正：1C 处应短路，再将1C 移至 不能加入信号电压。

B R 左侧。

改正：可在B V 支路串一个电阻或去掉B V ，用B R 提供B E 结正偏。

错误：CC V 将输入与输出端错误：发射结零偏， 交流短路，使o i v v =使BJT 不能偏置于放大区。

改正：CC V 正端串C R ，CC V 负端接地改正：B R 应从B 极接到CC V理由同（d ）错误：电源极性反。

改正：应为CC V +。

题3-2 在图示基极分压射极偏置电路中，将基极的下偏置电阻改为具有负温度系数的热敏电阻R T ，即dR T /dT <0，则稳定工作点的性能会提高，试解释为什么？[解] 该电路既有基极分压，射极偏置电路稳Q 的功能，又有温度补偿稳Q 功能。

后者的原理如下：↑T 0TdRdT<−−−−→↓T R −−−−−→−+≈CCTTB V R R R V 1 ↓B V ↓−→−BE V↑C I ↓C I 图P3-23-3 只采用基极上偏置电阻的射极偏置电路如图所示。

在R E和工作点相同的条件下，该电路的工作点稳定性不如基极分压射极偏置电路。

试解释为什么？[解] 此时B R 等效为基极分压电路中的12//R R ，由于建立相同的工作点时，该电路的B R 往往较大，故不能满足稳定条件10E B R R β>的条件，使得稳Q 性能不够好。

3-4在图示CE 放大器中，晶体管的静态V BE≈0.7V ，β=100，200bb r '=Ω，r ce =50k Ω，b c r '不计。

图P3-3（1）估算静态工作点I C 和V CE 。

（2）求放大器在中频段的R i ，R o ，A V 和A VS 。

[解] （1）159 3.652215B V =⨯=+V 1.47B BEC E EV V I I R -==mA9(22) 1.47 3.1CE V =-+⨯=V 图P3-4（2）38.556.6m C g I ==ms*/ 1.77b e m r g β'==（k Ω） 1.97be bb b e r r r ''=+=（k Ω）////100150.81.97C L ceV beR R r A r β⋅⨯=-=-=-12////22/15//19.7 1.61i be R R R r k ===Ω 0// 1.92C ce R R r k ==Ω1.61(49.8)30.21 1.61i VS V i s R A A R R ==⨯-=-++*说明：该式/b e m r g β'=与使用(1)Tb e E Vr I β'=+的计算结果相同。

若产生误差是用了CE I I 近似所致。

3-5 在图P3-5（a ）所示CE 放大器中，晶体管输出特性曲线已知（图P3-5b ），且该管静态V BE ≈0.72V 。

（1）在图3-5（b ）上作直流负载线，确定工作点的坐标I C 和V CE 的值。

（2）在图3-5（b ）上作交流负载线，确定无削波失真的最大输出电压的振幅。

（3）如果增大源电压v s ，直到输出v o 出现削波失真。

试画出这时v o 的波形。

这是饱和失真还是截止失真？为什么？(a) (b)BJT共射输出特性曲线图P3-5[解]直流负载线为：7CE CV i=-6.3840158CC BEBBV VIR kμ-===A工作点如图所示，即(3,4mA)Q V。

（2）//2C C LI R R⋅=V，交流负载线如图（b）所示。

由图知2omV=V。

图P3-5-1（3）由交流负载线位置可知，S v振幅增大时，应先出现截止失真，波形如图P3-5-1所示。

3-6 将上题NPN管改为PNP管（电源应改为负电源）。

若输出电压v o出现同一削波失真的波形，这是什么失真？为什么？[解]应为饱和失真。

o v和i v反相，o v的正半波被削波，对应i v的负半周。

对PNP 管而言，i v的负半周使发射结正偏电压大于静态值，故只可能出现饱和失真。

3-7小信号放大器如图所示。

这是什么组态的放大器？若BJT的β=100，r be=1.5kΩ，忽略基区宽调效应，求中频段R i，R o，A V和A VS 。

[解]这是共基放大器（见交流通路图P3-7-1）//0.6//0.0148514.51bei ErR Rβ===Ω+3c R R k =Ω100 1.51001.5L v beR A r β'⨯===14.510012.7114.5i vs v i s R A A R R ==⨯=+图P3-7图P3-7-13-8 图示射极输出器中，BJT 的β=50，r be =1k Ω，不计基区宽调效应。