第2章 放大电路的基本原理
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T ( ICQ,UCEQ ) UCEQ
(IBQ,UBEQ) UBEQ
IBQ
(2-23)
(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输 出特性曲线上的一个点称为静态工作点。 IB IBQ Q UBE UBEQ UCEQ
(2-24)
IC Q
ICQ
UCE
IB
ib t
IC
ic
ib t
Q
(2-4)
一、电压放大倍数A Xo Xi 和Xo 分别是输入量和输出量， | A | 可以表示电压或者电流。 Xi Uo 电压放大倍数，表示电路的电压 | Auu | Ui 放大能力。
Io | Aii | Ii Uo | Aui | Ii Io | Aiu | Ui
电流放大倍数，表示电路的电流 放大能力。 互阻放大倍数，表示电流源向电 压源转换的放大倍数。
利用图解法分析参数对静态工作点的影响：
（1）静态工 作点有如下 变化，判断 哪些参数发 生变化，且 如何变化？
Q1 Q2
Q2 Q3 Q3 Q4
（2）当静态工作点处于这四个中的一个，哪种情况下最 容易产生截止失真？哪种情况下最容易产生饱和失真？ 哪种情况下最大不失真输出电压最大？其值约为多少？
1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。
2. 加压求流法。
I U
U Ro I
(2-8)
方法二：测量。 步骤： 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。
Ro
Us' ~ Uo Us' ~
Ro
RL
Uo'
3. 计算。
Uo Ro ( 1) RL Uo
(2-9)
四、通频带
ib
交流通路
RL uo
ui Rb
rbe
Rc
(2-51)
三、电压放大倍数的计算
Ii
Ui
Rb
Ib
rbe
Ic
I b
2 U 2 U 32 D U12
(2-11)
六、最大不失真输出电压
最大不失真输出电压定义为当输入再增大 就会使输出波形产生非线性时的输出电压。 但不可能一点失真没有，所以一般会有个失 真所允许的范围，表现在失真系数上，一般 D<10％认为是基本不失真，而D>10％则认为 失真。最大不失真输出电压可以用有效值 U om 和峰－峰值 Uopp 表示，两者之间的关系是：
互导放大倍数，表示电压源向电 流源转换的放大倍数。
(2-5)
二、输入电阻Ri
放大电路一定要有前级（信号源）为其提供 信号，那么就要从信号源索取电流。输入电阻是 衡量放大电路从其前级索取电流大小的参数。输 入电阻越大，其从前级索取的电流越小，对前级 的影响越小。
Ii US ~ Ui
Au
Ui Ri Ii
(2-6)
三、输出电阻Ro
放大电路对其负载而言，相当于信号源， 我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴 维南等效电路的内阻就是输出电阻。 反映了电路 带负载的能力： Ro越大，带负载能 力越强； Ro
US ~
Au
US' ~
Ro越小，带负载能 力越弱。
(2-7)
如何确定电路的输出电阻Ro ？
方法一：计算。 步骤：
(2-2)
§2.1放大的概念和放大电路的性能指标
§2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大 成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端 网络表示，如图：
ui
Au
uo
本质：能量控制
概念：有源器件（能够实现能量控制的器件）
(2-3)
§2.1.2 放大电路的性能指标
(2-16)
集电极电阻，将变化 的电流转变为变化的 电压。
(2-17)
基极电源与 基极电阻
使发射结正偏， 并提供适当的静 态工作点。
(2-18)
§ 2.2.2 设置静态工作点的重要性
没有设置合适的静态工作点
(2-19)
§ 2.2.3 基本共射放大电路的工作原理
一、电路改进：采用单电源供电
直接耦合共射放大电路
(2-31)
例：对直流信号（只有+VCC）
+VCC Rb C1 T Rc C2 Rb 开路 直流通道 +VCC
Rc
开路
(2-32)
对交流信号(输入信号ui)
+VCC Rb Rc T
置零
C2
C1
交流通路
uo
短路
ui
短路
Rb
Rc RL
(2-33)
§ 2.3.2 图解法
一、静态工作点的分析 估算法
（1）根据直流通道估算IBQ +VCC Rb
(2-35)
【例2.1】用估算法计算静态工作点。
已知：VCC=12V，Rc=4k，Rb=300k， =37.5。 解：
I BQ
VCC 12 0.04 mA 40A Rb 300
ICQ I BQ I BQ 37.5 0.04 1.5 mA
UCEQ VCC ICQ RC 12 1.5 4Baidu Nhomakorabea 6 V
rbe rbb
UT 1 I EQ
(2-48)
2. 输出回路
iC I C ic ( I B ib ) I B ib
所以： c i
iC近似平行
ib
iC (1) 输出端相当于一个受ib 控制
的电流源。 uCE (2) 考虑 u 对 i 的影响，输出 CE C 端还要并联一个大电阻rce。 uCE rce的含义：
Au Aum 0.7Aum
放大倍数 随频率变 化曲线
fL 下限截 止频率 通频带： f BW f H f L
上限截 fH 止频率
f
(2-10)
五、非线性失真系数
由于放大器件均具有非线性特性，它们的线 性放大范围是有一定的限度，当输入信号幅度超 过一定的值后，输出电压将会产生非线性失真。 输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为 非线性失真系数D。设U1、U2、U3分别为基波、 二次谐波、三次谐波的幅值，则：
§ 2.3.1 直流通道和交流通道
放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。
但是，电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即 对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。 交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。
(2-20)
隔离输入输出与电路直流的 联系，同时能使信号顺利输 入输出。
耦合电容
阻容耦合共射放大电路
(2-21)
二、基本工作原理及波形分析
+VCC
由于电源的 存在IB0
Rb
Rc
IC0 ICQC2
C1 IBQ
ui=0时
T IEQ=IBQ+ICQ
(2-22)
+VCC Rb C1 Rc
ICQC2
uce rce ic
(2-49)
3. 三极管的微变等效电路
ib
ic
ib
c
ic ube rbe uce
ib
b
rce
uce
ube
e
ib
b
rbe
ib
c
rce很大， 一般忽略。
e
(2-50)
二、放大电路的微变等效电路
将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: uo ui Rb
Rc
RL ii ib ic
偏。
正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。
输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极 电压，经电容滤波只输出交流信号。
(2-29)
§2.3 放大电路的分析方法
估算法
静态分析
图解法 放大 电路 分析 微变等效电路法 动态分析
图解法 计算机仿真
(2-30)
(2-42)
1. Q点过低，信号进入截止区
iC 放大电路产生 截止失真 输入波形 uCE ib
uo 输出波形
(2-43)
2. Q点过高，信号进入饱和区 iC
ib
放大电路产生 饱和失真 输入波 形
uCE
输出波形
uo
(2-44)
选择静态工作点 iC ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
(2-45)
Rc
I BQ
VCC U BEQ Rb
IBQ
UBE
VCC 0.7 VCC Rb Rb
Rb称为偏置电阻，IBQ称为 偏置电流。
(2-34)
直流通道
（2）根据直流通道估算UCEQ、IBQ +VCC
Rb
Rc
ICQ
UCEQ
ICQ I BQ
UCEQ VCC I CQ RC
直流通道
共射放大器 三极管放 大电路有 三种形式 共基放大器 共集放大器
以共射放 大器为例 讲解工作 原理
(2-14)
§ 2.2.1 基本共射放大电路的组成
放大元件iC= iB， 工作在放大区， 要保证集电结反 偏，发射结正偏。
输入 输出
参考点
(2-15)
集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。
(2-41)
uce
三、利用图解法分析非线性失真
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输 入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输 出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非 线性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截 止区或饱和区，造成非线性失真。
请注意电路中IBQ 和ICQ 的数量级。
(2-36)
图解法
+VCC
1、直流负载线 UCEQ~ICQ满足什么关系？ 1. 三极管的输出特性。 2. UCEQ=VCC–ICQRc 。
Rb
Rc
ICQ UCEQ
iC
与输出 特性的 交点就 是Q点
Q
直流 负载线
IBQ uCE VCC
(2-37)
直流通道
2、交流负载线
t
uo
t
t
(2-27)
三、符号规定
UA uA ua Ua
全量（或 叫交直流 混合量）
大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、大写下标，表示全量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。
大写字母、小写下标，表示有效值。 uA ua 交流分量
UA直流分量
t
(2-28)
四、实现放大的条件
晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反
(2-46)
§ 2.3.3 等效电路法
一、三极管的h参数微变等效电路
1. 输入回路 iB iB 当信号很小时，将输入特性 在小范围内近似线性。
uBE ube rbe iB ib
对输入的小交流信号而言， 三极管相当于电阻rbe。
uBE uBE
rbe的量级从几百欧到几千欧。
(2-47)
这条直线通过Q点，称为交流负载线。
(2-39)
交流负载线的作法
VCC RC
IC
交流负载线
Q
IB
UCE VCC
1 过Q点作一条直线，斜率为： RL
(2-40)
二、电压放大倍数的分析 IB
ib t
ic
IC
t
Q UCE
ui
t
UBE
t
假设uBE有一微小的变化
U
ce
VCC I C RC
电子技术 模拟电路部分
第二章
基本放大电路
版权所有：冒晓莉 电子与信息工程学院 电子科学与技术系
参考书：童诗白《模拟电子技术基础》
(2-1)
第二章 基本放大电路
§2.1 放大的概念和放大电路的性能指标
§2.2 基本共射放大电路的工作原理
§2.3 放大电路的分析方法
§2.4 放大电路静态工作点的稳定
§2.5 晶体管单管放大电路的 三种基本接法 §2.6 晶体管基本放大电路的派生电路 §2.7 场效应管放大电路
U opp 2 2U om
(2-12)
七、最大输出功率与效率
最大输出功率 Pom定义为当在输出信号基本不 失真的情况下，负载上所能获得的最大功率。 输出信号的功率比输入信号的功率都大，这 来自于直流电源提供的能量。我们把直流电源的 利用率称为效率。
Pom P V
(2-13)
§ 2.2 基本共射放大电路的工作原理
rbe的求法：
结 电 阻 体 电 阻
ube ubb ube rbe ib ib ubb ube ib ie /(1 )
rbb 1 rbe
1 diE I S uBE / uT iE e rbe duBE UT UT
相当于PN结的结电阻
ic uce
uo
ui
Rb
Rc RL
交流通路
ic 1 uce RL
其中：
RL RL // RC
(2-38)
iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系
ic iC uce uCE
iC 1 所以： uCE RL
1 的直线。 即：交流信号的变化沿着斜率为： RL
t
ui
t
UBE
uCE怎么变化
UCE
假设uBE有一微小的变化
(2-25)
IC
ic t
uCE的变化沿一 条直线
UCE u 相位如何 ce
uce
VCC I C RC
uce与ui反相！
t
U ce
(2-26)
各点波形
iC
+VCC
Rc Rb C1 iB
ui iB
iC
t
C2
uCE u
uo
CE
ui t
(IBQ,UBEQ) UBEQ
IBQ
(2-23)
(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输 出特性曲线上的一个点称为静态工作点。 IB IBQ Q UBE UBEQ UCEQ
(2-24)
IC Q
ICQ
UCE
IB
ib t
IC
ic
ib t
Q
(2-4)
一、电压放大倍数A Xo Xi 和Xo 分别是输入量和输出量， | A | 可以表示电压或者电流。 Xi Uo 电压放大倍数，表示电路的电压 | Auu | Ui 放大能力。
Io | Aii | Ii Uo | Aui | Ii Io | Aiu | Ui
电流放大倍数，表示电路的电流 放大能力。 互阻放大倍数，表示电流源向电 压源转换的放大倍数。
利用图解法分析参数对静态工作点的影响：
（1）静态工 作点有如下 变化，判断 哪些参数发 生变化，且 如何变化？
Q1 Q2
Q2 Q3 Q3 Q4
（2）当静态工作点处于这四个中的一个，哪种情况下最 容易产生截止失真？哪种情况下最容易产生饱和失真？ 哪种情况下最大不失真输出电压最大？其值约为多少？
1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。
2. 加压求流法。
I U
U Ro I
(2-8)
方法二：测量。 步骤： 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。
Ro
Us' ~ Uo Us' ~
Ro
RL
Uo'
3. 计算。
Uo Ro ( 1) RL Uo
(2-9)
四、通频带
ib
交流通路
RL uo
ui Rb
rbe
Rc
(2-51)
三、电压放大倍数的计算
Ii
Ui
Rb
Ib
rbe
Ic
I b
2 U 2 U 32 D U12
(2-11)
六、最大不失真输出电压
最大不失真输出电压定义为当输入再增大 就会使输出波形产生非线性时的输出电压。 但不可能一点失真没有，所以一般会有个失 真所允许的范围，表现在失真系数上，一般 D<10％认为是基本不失真，而D>10％则认为 失真。最大不失真输出电压可以用有效值 U om 和峰－峰值 Uopp 表示，两者之间的关系是：
互导放大倍数，表示电压源向电 流源转换的放大倍数。
(2-5)
二、输入电阻Ri
放大电路一定要有前级（信号源）为其提供 信号，那么就要从信号源索取电流。输入电阻是 衡量放大电路从其前级索取电流大小的参数。输 入电阻越大，其从前级索取的电流越小，对前级 的影响越小。
Ii US ~ Ui
Au
Ui Ri Ii
(2-6)
三、输出电阻Ro
放大电路对其负载而言，相当于信号源， 我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴 维南等效电路的内阻就是输出电阻。 反映了电路 带负载的能力： Ro越大，带负载能 力越强； Ro
US ~
Au
US' ~
Ro越小，带负载能 力越弱。
(2-7)
如何确定电路的输出电阻Ro ？
方法一：计算。 步骤：
(2-2)
§2.1放大的概念和放大电路的性能指标
§2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大 成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端 网络表示，如图：
ui
Au
uo
本质：能量控制
概念：有源器件（能够实现能量控制的器件）
(2-3)
§2.1.2 放大电路的性能指标
(2-16)
集电极电阻，将变化 的电流转变为变化的 电压。
(2-17)
基极电源与 基极电阻
使发射结正偏， 并提供适当的静 态工作点。
(2-18)
§ 2.2.2 设置静态工作点的重要性
没有设置合适的静态工作点
(2-19)
§ 2.2.3 基本共射放大电路的工作原理
一、电路改进：采用单电源供电
直接耦合共射放大电路
(2-31)
例：对直流信号（只有+VCC）
+VCC Rb C1 T Rc C2 Rb 开路 直流通道 +VCC
Rc
开路
(2-32)
对交流信号(输入信号ui)
+VCC Rb Rc T
置零
C2
C1
交流通路
uo
短路
ui
短路
Rb
Rc RL
(2-33)
§ 2.3.2 图解法
一、静态工作点的分析 估算法
（1）根据直流通道估算IBQ +VCC Rb
(2-35)
【例2.1】用估算法计算静态工作点。
已知：VCC=12V，Rc=4k，Rb=300k， =37.5。 解：
I BQ
VCC 12 0.04 mA 40A Rb 300
ICQ I BQ I BQ 37.5 0.04 1.5 mA
UCEQ VCC ICQ RC 12 1.5 4Baidu Nhomakorabea 6 V
rbe rbb
UT 1 I EQ
(2-48)
2. 输出回路
iC I C ic ( I B ib ) I B ib
所以： c i
iC近似平行
ib
iC (1) 输出端相当于一个受ib 控制
的电流源。 uCE (2) 考虑 u 对 i 的影响，输出 CE C 端还要并联一个大电阻rce。 uCE rce的含义：
Au Aum 0.7Aum
放大倍数 随频率变 化曲线
fL 下限截 止频率 通频带： f BW f H f L
上限截 fH 止频率
f
(2-10)
五、非线性失真系数
由于放大器件均具有非线性特性，它们的线 性放大范围是有一定的限度，当输入信号幅度超 过一定的值后，输出电压将会产生非线性失真。 输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为 非线性失真系数D。设U1、U2、U3分别为基波、 二次谐波、三次谐波的幅值，则：
§ 2.3.1 直流通道和交流通道
放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。
但是，电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即 对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。 交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。
(2-20)
隔离输入输出与电路直流的 联系，同时能使信号顺利输 入输出。
耦合电容
阻容耦合共射放大电路
(2-21)
二、基本工作原理及波形分析
+VCC
由于电源的 存在IB0
Rb
Rc
IC0 ICQC2
C1 IBQ
ui=0时
T IEQ=IBQ+ICQ
(2-22)
+VCC Rb C1 Rc
ICQC2
uce rce ic
(2-49)
3. 三极管的微变等效电路
ib
ic
ib
c
ic ube rbe uce
ib
b
rce
uce
ube
e
ib
b
rbe
ib
c
rce很大， 一般忽略。
e
(2-50)
二、放大电路的微变等效电路
将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: uo ui Rb
Rc
RL ii ib ic
偏。
正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。
输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极 电压，经电容滤波只输出交流信号。
(2-29)
§2.3 放大电路的分析方法
估算法
静态分析
图解法 放大 电路 分析 微变等效电路法 动态分析
图解法 计算机仿真
(2-30)
(2-42)
1. Q点过低，信号进入截止区
iC 放大电路产生 截止失真 输入波形 uCE ib
uo 输出波形
(2-43)
2. Q点过高，信号进入饱和区 iC
ib
放大电路产生 饱和失真 输入波 形
uCE
输出波形
uo
(2-44)
选择静态工作点 iC ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
(2-45)
Rc
I BQ
VCC U BEQ Rb
IBQ
UBE
VCC 0.7 VCC Rb Rb
Rb称为偏置电阻，IBQ称为 偏置电流。
(2-34)
直流通道
（2）根据直流通道估算UCEQ、IBQ +VCC
Rb
Rc
ICQ
UCEQ
ICQ I BQ
UCEQ VCC I CQ RC
直流通道
共射放大器 三极管放 大电路有 三种形式 共基放大器 共集放大器
以共射放 大器为例 讲解工作 原理
(2-14)
§ 2.2.1 基本共射放大电路的组成
放大元件iC= iB， 工作在放大区， 要保证集电结反 偏，发射结正偏。
输入 输出
参考点
(2-15)
集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。
(2-41)
uce
三、利用图解法分析非线性失真
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输 入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输 出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非 线性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截 止区或饱和区，造成非线性失真。
请注意电路中IBQ 和ICQ 的数量级。
(2-36)
图解法
+VCC
1、直流负载线 UCEQ~ICQ满足什么关系？ 1. 三极管的输出特性。 2. UCEQ=VCC–ICQRc 。
Rb
Rc
ICQ UCEQ
iC
与输出 特性的 交点就 是Q点
Q
直流 负载线
IBQ uCE VCC
(2-37)
直流通道
2、交流负载线
t
uo
t
t
(2-27)
三、符号规定
UA uA ua Ua
全量（或 叫交直流 混合量）
大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、大写下标，表示全量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。
大写字母、小写下标，表示有效值。 uA ua 交流分量
UA直流分量
t
(2-28)
四、实现放大的条件
晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反
(2-46)
§ 2.3.3 等效电路法
一、三极管的h参数微变等效电路
1. 输入回路 iB iB 当信号很小时，将输入特性 在小范围内近似线性。
uBE ube rbe iB ib
对输入的小交流信号而言， 三极管相当于电阻rbe。
uBE uBE
rbe的量级从几百欧到几千欧。
(2-47)
这条直线通过Q点，称为交流负载线。
(2-39)
交流负载线的作法
VCC RC
IC
交流负载线
Q
IB
UCE VCC
1 过Q点作一条直线，斜率为： RL
(2-40)
二、电压放大倍数的分析 IB
ib t
ic
IC
t
Q UCE
ui
t
UBE
t
假设uBE有一微小的变化
U
ce
VCC I C RC
电子技术 模拟电路部分
第二章
基本放大电路
版权所有：冒晓莉 电子与信息工程学院 电子科学与技术系
参考书：童诗白《模拟电子技术基础》
(2-1)
第二章 基本放大电路
§2.1 放大的概念和放大电路的性能指标
§2.2 基本共射放大电路的工作原理
§2.3 放大电路的分析方法
§2.4 放大电路静态工作点的稳定
§2.5 晶体管单管放大电路的 三种基本接法 §2.6 晶体管基本放大电路的派生电路 §2.7 场效应管放大电路
U opp 2 2U om
(2-12)
七、最大输出功率与效率
最大输出功率 Pom定义为当在输出信号基本不 失真的情况下，负载上所能获得的最大功率。 输出信号的功率比输入信号的功率都大，这 来自于直流电源提供的能量。我们把直流电源的 利用率称为效率。
Pom P V
(2-13)
§ 2.2 基本共射放大电路的工作原理
rbe的求法：
结 电 阻 体 电 阻
ube ubb ube rbe ib ib ubb ube ib ie /(1 )
rbb 1 rbe
1 diE I S uBE / uT iE e rbe duBE UT UT
相当于PN结的结电阻
ic uce
uo
ui
Rb
Rc RL
交流通路
ic 1 uce RL
其中：
RL RL // RC
(2-38)
iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系
ic iC uce uCE
iC 1 所以： uCE RL
1 的直线。 即：交流信号的变化沿着斜率为： RL
t
ui
t
UBE
uCE怎么变化
UCE
假设uBE有一微小的变化
(2-25)
IC
ic t
uCE的变化沿一 条直线
UCE u 相位如何 ce
uce
VCC I C RC
uce与ui反相！
t
U ce
(2-26)
各点波形
iC
+VCC
Rc Rb C1 iB
ui iB
iC
t
C2
uCE u
uo
CE
ui t