第10章《电工电子技术》课件

如下图所示为三极管的微变等效电路。
（2）放大电路的微变等效电路
在分析电路时，一般用交流通路来研究放大电路的动态 性能。交流通路是指交流电流流经的通路。画交流通路时， 耦合电容视为短路，直流电源忽略其内阻也可视为短路。如 左图所示为图10-1所示电路的交流通路。 由三极管的微变等效电路和放大电路的交流通路即可得 出放大电路的微变等效电路，如右图所示。
2．微变等效电路分析法
放大电路的微变等效电路是把非线性元件三极管线性 化，等效为一个线性元件，从而把以三极管为核心组成的 放大电路等效为线性电路，这样，可用求解线性电路的方 法来分析计算三极管放大电路。线性化的条件是三极管必 须工作在小信号微变量情况下，即三极管必须工作在特性 曲线上一个较小的范围内，才能把静态工作点附近小范围 内的曲线看成直线。因此，微变等效电路法仅适用于输入 信号是低频小信号的情况。
ICQ I BQ
UCEQ UCC ICQ RC
【例10-1】在下图所示电路中，已知UCC＝12V，RC＝ 4kΩ，RB＝300kΩ，β＝37.5，试求放大电路的静态值。 【解】根据直流通路可得
I BQ U CC 12 0.04(mA) 3 RB 300 10
ICQ I BQ 37.5 0.04 1.5(mA)
（3）微变等效电路分析
① 电压放大倍数Au 放大电路的电压放大倍数是指输出电压与输入电压的 比值，即
Au = Uo Ui


由上图所示可知
U i I b rbe

U o I c ( RC //RL ) I b RL
故
RL Au = rbe Ui Uo
1．电压放大倍数
由上图电路可得
I e (1 ) RL Ib U o RL
I e rbe I b (1 ) RL Ib Ui rbe I b RL




Au
Uo Ui



Ib (1 ) RL


Ib rbe I b (1 ) RL
U CEQ U CC I CQ RC 12 1.5 103 4 103 6(V)
2．静态工作点的图解分析法
利用三极管的输入、输出特性曲线，通过作图的方法对 放大电路的性能指标进行分析的方法称为图解法。在静态分 析中，图解分析法主要用来确定静态工作点Q。 在输入特性曲线上确定Q点。由直流通路求出静态电流 IBQ，在输入特性曲线上找到与IBQ对应的点即为输入回路中 的Q点，如下图所示。
3．静态工作点的稳定
前面所讲的放大电路中，RB一经选定后，IB也就固定不 变。这种电路称为固定偏置放大电路，它不能稳定静态工作 点。为克服此缺点，常采用分压式偏置放大电路来稳定静态 工作点，如下图所示。
由直流通路可得
I1 I 2 I BQ
一般IBQ很小，若使I2＞＞IBQ，则
U CC I1 I 2 RB1 RB2
10.2.2 动态分析
1．动态过程的图解分析法
如下图所示为交流放大电路有信号输入时的图解分析。
由上图所示可以得出以下几点。 ① 交流信号的传输情况： ui（即ube）→ib→ic→uo（即uce） ② 电压和电流都含有直流分量和交流分量，即 uBE＝UBE＋ube，iB＝IB＋ib iC＝IC＋ic，uCE＝UCE＋uce 由于电容C2的隔直作用，uCE的直流分量UCE不能到达输 出端，因此，只有交流分量uce能通过C2构成输出电压uo。 ③ 输入电压ui和输出电压uo相位相反，即电路具有倒相 作用；同时，输出电压uo比输入电压ui大得多，表明电路具 有电压放大能力。
在输出特性曲线上确定Q点。在输出特性曲线上画出由 方程UCEQ＝UCC－ICQRC所决定的直线，该直线由直流通路 得出，且与集电极负载电阻有关，所以称为直流负载线。直 流负载线与三极管输出特性曲线（IB＝IBQ）的交点即为输出 回路中的Q点，如下图所示。 由右图可知，IBQ的值不同，静态 工作点在负载线上的位置也就不同。三 极管的工作状态要求不同，需要的静态 工作点也不同，可通过改变IBQ的大小 来实现。因此，IBQ通常称为偏置电流。 产生偏流的电路称为偏置电路。其路径 为UCC→RB→发射结→地。通常可通过 改变RB的阻值来调整IBQ的大小。
非线性失真一般包括截止失真和饱和失真。
（1）截止失真
如右图所示，若静态工作点 设置过低，则集电极电流ICQ太小， 接近截止区。此时，在输入电压ui 的负半周，三极管进入截止区工 作，不能正常放大，表现为iC的负 半周和输出电压uo的正半周顶部被 削平，产生失真。这种由于三极 管进入截止区工作而引起的失真 称为截止失真。通过减小RB，增 大IBQ，可将静态工作点适当上移， 以消除截止失真。
10.3.1 静态分析
如右图所示为射极输出器的直流通 路，由此电路可得到
IE IB IC IB IB (1 )IB
IB U CC U BE RB (1 ) RE
UCE UCC RE I E
10.3.2 动态分析
射极输出器的交流微变等效电路如下图所示，据此可 分析其动态性能指标。
基极的电位为：
RB2 VB RB2 I 2 U CC RB1 RB2
由上式可知，VB与三极管的参数无关，不受温度影响。
此外
UBE VB VE VB RE I E
若使VB＞＞UBE，则
VB U BE VB IC IE RE RE
由上式可知，IC也与三极管的参数无关，不受温度影响。 因此，只要满足I2＞＞IBQ和VB＞＞UBE两个条件，VB和 IC就与三极管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，静态 工作点就能基本稳定。对硅管而言，估算时，一般可选取I2 ＝（5～10）IBQ和VB＝（5～10）UBE。
基极偏置电阻RB：它和电源UCC一起给基极提供一个合 适的基极电流IB，并保证发射结处于正向偏置，使三极管工 作在放大区。 集电极负载电阻RC：它一方面提供直流通路，使UCC对 三极管的集电极反向偏置；另一方面将集电极电流的变化变 换为电压的变化，以实现电压放大。 耦合电容C1和C2：它们的作用是“隔直流、通交流”， 即把信号源与放大电路之间、放大电路与负载之间的直流隔 开，而保证交流信号畅通无阻。耦合电容一般采用电解电容。 使用时，应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一 致。 负载电阻RL：是放大电路的负载。


(1 ) RL rbe (1 ) RL
U o ，两者幅度相近，相位 Ui

因rbe＜＜（1＋β）RL′，故 相同，|Au|小于1且接近于1。
2．输入电阻
] 射极输出器的输入电阻为： ri RB //[rbe (1 ) RL
放大电路的分析要从静态和动态两个方面来进行。 静态是指放大电路没有交流输入信号（ui＝0）时的直流 工作状态。此时，放大电路中的电流和电压称为静态值。静 态分析的目的是要确定放大电路的静态工作点值：IB、IC、 UCE，看三极管是否处在其伏安特性曲线的合适位置。 动态是指放大电路在有输入信号（ui≠0）时的工作状态。 此时，放大电路中的电流和电压都含有直流分量和交流分量。 动态分析的目的是要确定放大器对信号的电压放大倍数Au， 并分析放大器的输入电阻ri和输出电阻ro等。
第10章 基本放大电路
本章学习要点



放大电路基础知识 放大电路的分析 射极输出器 场效应管放大电路 多级放大电路 差动放大电路 功率放大电路 本章小结
10.1 放大电路基础知识
10.1.1 共射极基本放大电路的组成
如右图所示为典型的共 射极放大电路。电路中各元 件的作用如下。 三极管VT：它是放大电 路的核心，是能量转换控制 器件，起电流放大作用，即 ΔiC＝βΔiB。 集电极电源电压UCC：除为输出信号提供能量外，它还 保证集电结处于反向偏置，以使三极管起到放大作用。UCC 一般为几伏到几十伏。
10.2.1 静态分析
直流通路是指静态电流流经的通路。 画直流通路时，电容视为开路；电感视为 短路；信号源视为短路，但保留其内阻。 如右图所示为电路的直流通路。静态分析 可用直流通路进行分析。 静态时，三极管基极电流IB、集电极电流IC和集—射间 电压UCE等直流成分可用IBQ、ICQ和UCEQ表示，它们在三极管 特性曲线上可确定一个点，称为静态工作点，用Q表示。显 然，静态工作点是由直流通路决定的。
低频小功率三极管的输入电阻常用下式估算：
rbe 300 (1 ) 26mV I EQ mA
如下图所示为三极管的输出特性曲线。在放大区，其特 性曲线为一组近似与横轴平行的直线。当UCE为常数时，ΔIC 和ΔIB的比值为电流放大系数β，即
I C ic I B ib
在小信号下，β为一常 数。因此，三极管的输出端 可用一等效电流源代替，因 其电流ic受电流ib控制，故 此电流源为受控源，用菱形 符号表示。


RB //rbe rbe
③ 放大电路的输出电阻ro 放大电路的输出电阻ro是从放大电路的输出端看进去的等 效电阻。实际求取时，将微变等效电路中的输入信号源短路 （ui＝0），输出端负载开路，此时，ib＝0，ic＝βib＝0，电流 源相当于开路，故 r R
o C
10.3 射极输出器
共集电极放大电路的原理图如下图所示。在此电路中， 交流信号从基极输入，从发射极输出，故又称为射极输出器。

当放大电路开路（未接RL）时，有
RC Au = rbe
【例10-2】在图10-1所示电路中，已知UCC＝12V，RC＝ 4kΩ，RB＝300kΩ，β＝37.5，RL＝4kΩ，试求电压放大倍数 Au。
【解】在例10-1中已求出 IC＝1.5mA≈IE 于是
26 rbe 300 (1 37.5) 0.967(k) 1.5
（1）三极管的微变等效电路
如下图所示三极管的输入特性曲线是非线性的。当输入 信号很小时，在静态工作点Q附近的曲线可视为直线。当UCE 为常数时，ΔUBE和ΔIB的比值用rbe表示，即
U BE ube rbe I B ib
rbe称为三极管的输入电阻，它表明了三极管的交流输入 特性。在小信号情况下，它是常数，一般为几百欧到几千欧， 是对交流而言的一个动态等效电阻。因此，三极管的基极和 发射极之间可用rbe等效代替。
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10.1.2 放大电路中电压、电流 符号的规定
（1）直流分量用IB、IC、UBE、UCE等表示； （2）交流分量的瞬时值用ib、ic、ube、uce等表示； （3）交流分量的有效值用Ib、Ic、Ube、Uce等表示； （4）总量（即直流分量和交流分量的叠加）用iB、iC、 uBE、uCE等表示。
10.2 放大电路的分析
（2）饱和失真
如下图所示，若静态工作点设置过高，则集电极电流ICQ 太大，接近饱和区。此时，在输入电压ui的正半周，三极管 进入饱和区工作，不能正常放大，表现为iC的正半周和输出 电压uo的负半周顶部被削平，产生失真。这种由于三极管进 入饱和区工作而引起的失真称为饱和失真。通过增大RB，减 小IBQ，可将静态工作点适当下移，以消除饱和失真。
RL 2 Au 37.5 77.6 rbe 0.967
RC //RL 2(k) RL
② 放大电路的输入电阻ri
放大电路的输入电阻ri是从放大电路的输入端看进去的等 效电阻，其为输入电压与输入电流的比值，即
ri = Ui Ii

于是
ri =
Ui Ii
1．静态工作点的近似估算
由直流通路可求得静态值IBQ为：
I BQ U CC U BE RB
三极管工作于放大状态时，发射结正偏，此时UBE基本 不变，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V，所以，UBE一般比UCC 小得多，上式可写为： U CC I BQ RB 根据三极管的电流放大能力可得