电工与电子技术基础-第5章 基本放大电路

1. 微变等效电路法
晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以 在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替 三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性 元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放 大电路等效为一个线性电路。
(1) 晶体管的微变等效电路
IB
UCE Q
IB
IB
在晶体管的输入特性曲线上， 将工作点 Q 附近的工作段近似地 看 成 直 线 ， 当 UCE 为 常 数 时 ， UBE 与 IB 之比 ube U BE rbe I B U ib U
Q
IB
UCE
UCE
晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当 IB 为 常数时，UCE 与 IC 之比 U CE uce rce I C I ic I IC
B B
IC
Q
IB
UCE
IC
UCE
UCE
称为晶体管的输出 电阻，在小信号的条件下， rce 也是一常数，在等效 电路中与 ib 并联，由于 rce 的阻值很高，可以将 其看成开路。
2. 用图解法确定静态值 根据
UCE UCC RC IC
可得出：
IC 0 时
UCE 0 时
在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直 流负载线，与晶体管的某条(由 IB 确定)输出特性曲线的交 点 Q 称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电 压和电流的静态值。 基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位 置也就不同，改变 IB 的大小，可以得到合适的静态工作点， IB 称为偏置电流，简称偏流。通常是改变 RB 的阻值来调整 IB 的大小。
U i rbe I b
Uo RC Auo Ui rbe
RL 越小，电压放 大倍数越低。
(4) 放大电路输入电阻的计算 放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个 负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负 载电阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即 Ui
由以上分析可得出晶体管的微变等效电路
由以上分析可得出晶体管的微变等效电路 ic B C + ib + ib B rbe ib T ube + uce ube E E
(2) 放大电路的微变等效电路
ic
C
+
rce uce

先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而 言，电容可视作短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略 不计，对交流讲直流电源也可以认为是短路的。将交流通 路中的三极管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路 的微变等效电路。
5.1.1 共射放大电路的组成
1.电路中各元件的作用：
晶体管 T
RB +UCC RC C2 + + TuCE i 晶体管是放大元 C1 iB C + + 件，利用它的电流放 + + uBE R uo 大作用，在集电极电 RS L + ui 路获得放大了的电流 es iC ，该电流受输入信 号的控制。 即 共射极放大电路 iC = iB
基本放大电路的静态分析
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。 电路中电容对交、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。 交流通路---只考虑交流信号的分电路。 直流通路 ---只考虑直流信号的分电路。 不同的信号可以在不同的通道进行分析。
供大小适当的基极
+
电流，以使放大电
RS + es

ui

RL uo

路获得合适的工作
点，并使发射结处 于正向偏置。
共射极放大电路
耦合电容 C1 和 C2 它们一方面起到隔 直作用，C1 用来隔断放 C1 + + ui

+UCC
RB RC iC uBE

iB
+
大电路与信号源之间的直
C2 + + TuCE
U CC 12 IC A 4 mA 3 RC 3 10
可作出直流负载线
(2) 由
U CC 12 IB A 40 A 3 RB 300 10
I C 2 mA
得出静态工作点 Q，静态值为
I B 40 A
U CE 6 V
IC / mA
4
80 µ A 60 µ A
第 5 章 基本放大电路
§5.1 共发射极放大电路
放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为 较强的电信号。 放大器实现放大的条件： 1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏， 集电结反偏。 2. 正确设置静态工 作点，使整个波形处于 放大区。
3. 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。
UCE UCC U CC IC RC
U CC 1 IC U CE RC RC
第 2 章 2.2
图解过程:
IC / mA UCC N RC 3
2
直流负载线
U CC 1 IC U CE RC RC
80 µ A
Q1
Q
1
60 µ A
40 µ A
Q2 20 µ A M IB = 0 µ A

ri Au s Au E S U i E S rs ri Uo Uo Ui
以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为
Ii


eS
+
Ui
ri
如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用 较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻 Rs 和 ri 的分压，使实际加到放大电路的输入电压 Ui 减小，从 而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前 级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放 大倍数。因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些。 对信号源的放大倍数
O
2
4
6
8
10
12UCC
UCE /V
输入输出特性曲线
IB
ICQ IC Q IBQ Q
UBE UBEQ UCEQ
UCE
输入输出特性曲线
【例5.2】在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 3 k， RB = 300 k，晶体管的输出特性曲线如 上图。(1)作出直流负载线，(2)求静态值。 [解] (1) 由 IC = 0 时， UCE = UCC = 12 V，和 UCE = 0 时，
电工电子教研室2009.8
第 5 章 基本放大电路
5.1 共发射极放大电路 5.2 共静态工作点的稳定－分压式偏置电路
5.3 共集电极放大电路极 5.4 阻容耦合多级放大电路
5.5 互补对称功率放大电路
基本要求：
1.正确理解共发射极放大电路的组成、工作原理，理 解静态工作点的作用； 2.正确理解放大电路中的交流参数：输入电阻、输出 电阻和放大倍数，掌握放大电路静态工作点的估算 法和小信号微变等效电路法计算交流参数； 3.理解静态工作点的稳定过程，理解射极输出器的基 本特点和熟悉其用途。 重点：静态工作点的估算，交流参数的计算。 难点：静态工作点的稳定过程和射极输出器输出电阻 的计算。
3 2 1
静态工作点 40 µ A
Q
A 20 µ IB = 0 µ A
M
UCE /V 求得静态值为 : IB = 40 A ，IC = 2 mA , UCE = 6V
O 2 4 6 8 10 12
5.1.3 基本放大电路的动态分析
放大电路有输入信号时的工作状态称为动态， 动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况， 确定放大电路的电压放大倍数 Au ，输入电阻 ri 和 输入电阻ro 。
CE CE
UBE O UBE
称为晶体管的输入电阻，在小 信号的条件下，rbe 是一常数， 由它确定 ube和 ib 之间的关系。 因此，晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。
低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算
rbe 是对交流而言的一个动态电阻。
26 (mV ) rbe 200 ( ) ( 1) I E (mA )
它是对交流信号而言的一个动态电阻。 +UCC
ri
Ii

Ii
等效 R S +

放R C
1
RC
B
+
+ RS + es

大 +
iB
iC
C2 +
+
TuCE
+ RL uo
ui

uBE
电


eS
+
Ui
ri
路

输入电阻的影响

Ii
+ RS

Es Ui R s ri ri Ui Es Rs ri
放大电 路放大作用
放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析 是要确定放大电路的静态值(直流值) IB ， IC ， UBE 和 UCE。
1. 用放大电路的直流通路确定静态值(估算法) 将电路中的隔直电容C1、C2开路，直流通道的简化电路 如图所示。 +UCC +UCC RC C2 RC + RB IC RB iC + C1 iB + + + IB TuCE + + T UC + RS uo uBE RL ui + E UBE es
晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离 的平行直线，当 UCE 为常数时，IC 与 IB 之比 I C ic IC I B U ib U
CE CE
即为晶体管的电流放大 系数，在小信号的条件 下， 是一常数，由它 IC IC 确定 ic受 ib 的控制关系。 因此，晶体管的输出电 路可用一受控电流源 ic = ib 等效代替。

+
RS 流通路，而 C2 用来隔断 + e 放大电路与负载之间的直 s
流通路，使三者之间无直 流联系互不影响。另一方

RL uo

共射极放大电路
面又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一定 的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，即
对交流信号可视为短路。
放大电 路的组成
5.1.2
简称集电极电阻，它
RB
+UCC
RC
iB + uBE iC
主要是将电流的变化
变换为电压的变化， 以实现电压放大。
+ RS + es

C1 + ui

C2 + + TuCE

+

RL uo

共射极放大电路
偏置电阻 RB
+UCC RB C1 + + RC iC uBE

iB
+
C2 + + TuCE

它的作用是提
集电极电源电压 UCC
+UCC
RB
C1 + + RS + es

RC iB iC uBE
+
C2 + + TuCE

ui


RL
电源电压 UCC 除 为输出信号提供能量 + 外，它还保证集电结 uo 处 于 反 向 偏 置 ， 以 使 晶体管具有放大作用。
共射极放大电路
集电极负载电阻 RC
集电极负载电阻
+
ui RB

Uce
ii +
e
b
ib
ic
基本放大电路的 微变等效电路
c +
RS + es

ui RB

rbe
ib
e
RC u RL o

微变等效 电路的画法
ui = ube
uo = uce
Ii
当输入的是 正 弦 信 号 时 ，RS 各电压和电 流都可用相 + ES 量表示。 +
Ib b
+UCC
RB
C1 + RS + es

RC iB iC
C2 +
基本放大电路 + RL uo

+
T
ui

交流通路 c
ii RS + es

b ib
T + ube

+ ic
Uce RC
+ RL uo

+ ui RB

e
c ii RS + es

b ib
T +
ube
wenku.baidu.com
+ ic
+ RC RL uo

交流通路

共射极放大电路
直流通路
静态值 ①基极电流 UCC - UBE IB = RB
RC RB IC + T UBE

+UCC
当UBE << UCC时 ②集电极电流 ③集-射极电压
U CC IB RB
IC = IB
IB +
UCE

UCE= UCC - RCIC
直流通路
【例5.1】已知UCC=12V, RC=3kΩ, RB=300kΩ,
β=50 , 试求放大电路的静态值。
【解】 根据直流通道可得出 +UCC
UCC
IB = RB 12 = 40 µ A = 300×103
RC
RB IB + UBE

IC
IC = IB =50 ×0.04
+
T UCE

= 2 mA
UCE = UCC – ICRC =12 - 2×10-3 ×3×103 =6V
Ic c
RL
+
U i RB
ui = ube
rbe
β Ib
e
RC
RL
Uo

uo = uce
当负载开路RL＝∞时
(3) 电压放大倍数的计算 由上图可列出
U o RL I c RL I b Uo RL RL RC // RL Au Ui rbe