基本放大电路

第二章基本放大电路［教学目的］1、了解放大电路的性能指标，掌握单管共射放大电路的工作原理，掌握放大电路的静态、动态分析与计算方法（图解法、等效电路法）2、掌握放大电路的三种基本接法及其特点3、掌握场效应管的等效模型及共源放大电路的原理及特点［教学重点和难点］1、基本共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的分析及计算2、BJT放大电路的三种组态特点、FET放大电路的三种组态特点［教学时数］8学时［教学内容］第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标一、放大的概念二、放大电路的性能指标第二节基本共射放大电路的工作原理一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点必要性三、基本共射放大电路的工作原理四、放大电路的组成原理第三节放大电路的分析方法一、直流通路与交流通路二、图解法三、等效电路法第四节放大电路静态工作点的稳定一、静态工作点稳定的必要性二、典型的静态工作点稳定电路三、稳定静态工作点的措施第五节晶体管单管放大电路的三种基本接法第六节晶体管放大电路的派生电路第七节场效应管放大电路一、场效应管放大电路的三种接法二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法及分析估算三、场效应管放大电路的动态分析四、场效应管放大电路的特点［电子教案］本章讨论的问题：1.什么是放大？放大电路放大信号与放大镜放大物体意义相同吗？放大的特征是什么？2.为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的原则是什么？有几种接法？3.如何评价放大电路的性能？有哪些主要指标？4.晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们的特点组成派生电路？5.如何根据放大电路的组成原则利用场效应管构成放大电路？它有三种接法吗？6.场效应管放大电路与晶体管放大电路有哪些不同处？在不同的场合下，应如何选用放大电路？2.1 放大电路的基本概念和放大电路的主要性能指标2.1.1 放大的概念基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。

1. 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。

2. 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。

放大电路的结构示意图见图。

放大概念示意图2.1.2 放大电路的性能指标(1) 放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。

对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。

放大倍数定义式中各有关量如图所示。

放大倍数的定义电压放大倍数定义为)01.03(/=.i.o .V V A v电流放大倍数定义为)02.03(/=.i.o .I I A i功率放大倍数定义为)03.03(//=i..i .o .o i o I V I V P P A p =(2) 输入电阻R i输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，R i 大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。

R i 的定义见图和式(03.04))04.03(/=.i.i i I V R输入电阻的定义(3) 输出电阻R o输出电阻是表明放大电路带负载的能力，R o 大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。

R o 的定义见图和式(03.05)。

)05.03(/=.o.o o I V R ∆∆图(a)是从输出端加假想电源求R o ，图(b)是通过放大电路负载特性曲线求R o 。

(a) 从输出端求V o ' (b) 从负载特性曲线求输出电阻的定义根据图03.04(b)，在带R L 时，测得o o , I V ，开路时输出为oV ' 。

根据式（03.05）有)06.03(]1)/[( /)(/)(/LoooL o o o o o o o o R V VV R V V I V V I V R -=-'=-'=∆∆=注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

(4) 通频带放大电路的增益A (f) 是频率的函数。

在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。

当A (f)下降到中频电压放大倍数A 0的21时，即 A (f L )=A (f H )=O 07.02A A ≈ (03.07) 相应的频率f L 称为下限频率，f H 称为上限频率，如图03.05所示。

图03.05 通频带的定义2.2 基本共射放大电路的工作原理2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用（1）共射组态基本放大电路图 共射组态交流基本放大电路基本组成如下：三 极 管T ——起放大作用。

负载电阻R C ，R L ——将变化的集电极电流转换为电压输出。

偏置电路V CC ，R b ——使三极管工作在线性区。

耦合电容C 1，C 2——输入电容C 1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。

输出电容C 2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。

(2) 静态和动态静态—0i =v 时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

动态—0i ≠v 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。

分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。

2.2.2 设置表态工作点的必要性2.2.3 基本放大电路的工作原理及波形分析 放大原理输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结，于是有下列过程：o 2C c c )b (c b be 1i v c v R i i i i v c v β−−→−→→→→−−→−2.2.4放大电路的组成原则2.3放大电路的分析方法2.3.1直流通路和交流通路放大电路的直流通路和交流通路如图中（a ），（b ）所示。

直流通路，即能通过直流的通路。

从C 、B 、E 向外看，有直流负载电阻、 R c 、R b 。

交流通路，即能通过交流的电路通路。

如从C 、B 、E 向外看，有等效的交流负载电阻、 R c //R L 、 R b 。

直流电源和耦合电容对交流相当于短路。

因为按迭加原理，交流电流流过直流电源时，没有压降。

设C 1、 C 2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零，在交流通路中，可将耦合电容短路。

(a)直流通路 (b)交流通路基本放大电路的直流通路和交流通路2.3.2 图解法放大电路的静态分析有计算法和图解分析法两种。

（1）静态工作状态的计算分析法根据直流通路可对放大电路的静态进行计算bBECC B =R V V I - (03.08)I C =β I B (03.09)V CE =V CC －I C R c (03.10)I B 、I C 和V CE 这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q 表示。

在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位V B 、V E 和V C 即可确定三极管的工作状态。

（2）静态工作状态的图解分析法放大电路静态工作状态的图解分析如图所示。

图 放大电路静态工作状态的图解分析直流负载线的确定方法：1. 由直流负载列出方程式V CE =V CC －I C R c2. 在输出特性曲线X 轴及Y 轴上确定两个特殊点−−V CC 和V CC /R c ,即可画出直流负载线。

3. 在输入回路列方程式V BE =V CC －I B R b4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q 。

5. 得到Q 点的参数I BQ 、I CQ 和V CEQ 。

例：测量三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。

三极管工作状态判断例3.2：用数字电压表测得V B =4.5V 、V E =3.8V 、V C =8V，试判断三极管的工作状态。

电路如图所示电路图（3）放大电路的动态图解分析交流负载线交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/R L’。

2.R L’= R L∥R c，是交流负载电阻。

3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。

4.交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。

放大电路的动态工作状态的图解分析(4) 交流工作状态的图解分析通过图所示动态图解分析，可得出如下结论：1. v i↑→ v BE↑→ i B↑→ i C↑→ v CE↓→ |-v o|↑；2. v o与v i相位相反；3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；4. 可以确定最大不失真输出幅度。

(5) 最大不失真输出幅度① 波形的失真饱和失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。

截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。

（动画3-2）示波器图形(a) 截止失真 (b) 饱和失真放大器的截止失真和饱和失真（动画3-3）② 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1. 工作点Q 要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2. 要有合适的交流负载线。

动画放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）(6) 非线性失真放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。

由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真。

非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用THD 表示，即%10012322⨯++=V V V THD(7) 输出功率和功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率:om om omom o 2122I V I V P =⨯=在输出特性曲线上，正好是三角形∆ABQ 的面积，这一三角形称为功率三角形。

要想P o 大，就要使功率三角形的面积大，即必须使 V om 和I om 都要大。

功率三角形2.3.3 等效电路法(1) 模型的建立1. 三极管可以用一个模型来代替。

2. 对于低频模型可以不考虑结电容的影响。

3. 小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。

三极管的低频小信号模型如图所示。

图双极型三极管h 参数模型（2) 模型中的主要参数① r be ——三极管的交流输入电阻 根据二极管的方程式 1)e(T/S -=V v I i对于三极管的发射结 TEB TE B /ES /ES E e 1)e(V vV v I I i ≈-=b'相当基区内的一个点，b 才是基极。

所以其动态电导为TE /ES T E B E b e T E B e 1d d 1V i v I V v i r V≈=='' r eb'≈V T / i Er e =r eb'|Q ≈V T /I EQ =26 mV/ I EQr be |Q = r bb' +(1+β) V T / i E ≈300 Ω+(1+β)26 mV/ I EQ 对于小功率三极管r bb’ ≈300 Ω，相当于基区的体电阻。