放大电路的基本原理

2. 当 值一定时，IEQ 愈大则 rbe 愈小，可以得到较
大的 Au ，这种方法比较有效。
(三) 等效电路法的步骤(归纳)
1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路 的静态工作点 Q 。
2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数 和
rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三
极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交 流通路。
误差很小。
4. 电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO
Rb C1+ + Ui
Rc +C2
VT RL
+VCC
+
UO
b Ib
+
Ic c
+
Ui Rb
rbe Ib
Rc RLUo
e
图 2.4.12 单管共射放大电路的等效电路
Au 所以
Uo Ui
Au
而
Uo Ui
Ui Ibrbe
RL
rbe
该恒流源为受控源；
Q
iB
iB
为 iB 对 iC 的控制。
O
uCE
图 2.4.10(b)
3. 三极管的简化参数等效电路
iB b
+
uBE
iC c
+
iB b
+
iC c
+
uCE
uBE rbe
iB uCE
rce
e
e
图 2.4.11 三极管的简化 h 参数等效电路
注意：这里忽略了 uCE 对 iC与输出特性的影响，在 大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说
1. 静态工作点
过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真
iB / µA
—— 截止失真
ib
IBQ
O
结论：iB 波形失真
iB / µA
Q tO
O
t
ui
uBE/V uBE/V
iC 、 uCE (uo )波形失真
iC / mA iC
ICQ
O
tO
O
t
NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形。
uo顶部失真
2. 方便估算最大输出幅值的数值； 3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响； 4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。
2.4.4 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。
26 I EQ
UT ：温度电压当量。
rbe
duB E diB
rbb
(1
)
26 IEQ
低频、小功率管 rbb 约为 300 。
讨论
电流放大倍数与电压放大倍数之间关系
因：
Au
RL
rbe
r 300 (1 ) 26
be
IEQ
1. 当 IEQ 一定时， 愈大则 rbe 也愈大，选用 值
较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；
输出电阻愈小，带载能力愈强。
六、通频带
Aum 1 2 Aum
BW
fL：下限频率 fH：上限频率
图 2.3.2
fL
fH
七、最大输出功率与效率
输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom
表示。
Pom
PV
：效率
PV：直流电源消耗的功率
2.4 放大电路的基本分析方法
基本分析方法两种 图解法 微变等效电路法
电压放大倍数 ( Ai )
Ai
Io Ii
图 2.3.1 放大电路技术指标测试示意图
二、最大输出幅度
在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供 给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值表 示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
三、非线性失真系数 D
所有谐波总量与基波成分之比，即
D
U
2 2
三、原理电路的缺点：
1. 双电源供电； 2. uI、uO 不共地。
四、单管共射放大电路
图 2.2.2 单管共射放大电路
C1 、C2 ：为隔直电容或耦合电容； RL：为负载电阻。 该电路也称阻容耦合单管共射放大电路。
2.3 放大电路的主要技术指标
一、放大倍数
电压放大倍数 ( Au )
Au
Uo Ui
2. 交流负载线
iC / mA
交流负载线斜率为：
1 ，其中 RL
RL
RC
//
RL
O
图 2.4.4
交流负载线
静态工作点
IB
Q
图 2.4.5(b) uCE /V
3. 动态工作情况图解分析
iB
iB / µA
60
40
Q
iB
20
0
t0
0
图 2.4.5(a)输入回路工作情况
t
0.68 0.7 0.72 uBE
图 2.4.1(a)
【例】图示单管共射放大电路中，VCC = 12 V，
Rc = 3 k，Rb = 280 k，NPN 硅管的 = 50，试估算静
态工作点。
解：设 UBEQ = 0.7 V
IBQ
VCC
U BEQ Rb
12 0.7
(
) mA
280
40 A
ICQ IBQ
= (50 0.04) mA = 2 mA
图 2.4.3(a)
UCEQ = VCC – ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V
2.4.3 图解法
在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方
法求解放大电路的工作情况。
一、图解法的过程
(一)图解分析静态
1. 先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。 2. 用图解法确定输出回路静态值
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输
出特性曲线如右图，RL = 3 k 。
解： 求 RL 确定交流负载线
R L
RC
//
RL
1.5 k
取 iB = (60 – 20) A = 40A
则输入、输出特性曲线上有
uBE = (0.72 – 0.68) V = 0.04 V uCE = (4.5 – 7.5) V = 3 V
微变等效条件
研究的对象仅仅是变化量 信号的变化范围很小
一、简化的 h 参数微变等效电路
(一) 三极管的微变等效电路 1. 输入电路 晶体管的输入特性曲线 Q 点附近的工作段 近似地看成直线 可认为 uBE 与 iB 成正比
iB Q
iB
uBE
O
uBE
图 2.4.10(a)
rbe
uB E iB
U CE 常 数
Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V， 试用图解法确定静态工作点。
解：首先估算 IBQ
IBQ
VCC
UBEQ Rb
(12 0.7 )mA 40 μA 280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc
iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
2.4.1 直流通路与交流通路
图 2.2.2(b)
图 2.4.1(a)
图 2.4.1(b)
2.4.2 静态工作点的近似计算
IB
Q
VCC
UBEQ Rb
硅管 UBEQ = (0.6 ~ 0.8) V 锗管 UBEQ = (0.1 ~ 0.2) V
c b
IBQ e
ICQ UCEQ
ICQ IBQ
UCEQ = VCC – ICQ RC
方法：根据 uCE = VCC iCRc 式确定两个特殊点
当 iC 0 时，uCE VCC
当
uCE
0
时，iC
VCC Rc
输出回路 输出特性
iC 0，uCE VCC
uCE
0，iC
VCC RC
图 2.4.2
Q 直流负载线
由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ 、 UCEQ 为静态值。
【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知
图 2.4.3(a)
Au
Δ uCE Δ uBE
3 0.04
75
单管共射放大电路 当输入正弦波 uI 时， 放大电路中相应的 uBE、 iB、iC、uCE、uO 波形。
单管共射放大电路输出 信号与输入信号反相。
图 2.4.6 单管共射放大电路的 电压电流波形
二、图解法的应用
(一)用图解法分析非线性失真
Q3 Q1
IB
Q2
O
uCE
图 2.4.9(a)
Rb 增大， Q 点下移； Rb 减小， Q 点上移；
Q2 IB
Q1
O
图 2.4.9(b)
uCE
升高 VCC，直流负载线平 行右移，动态工作范围增大，
但管子的动态功耗也增大。
3. 改变 Rc，保持 Rb，
4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，
VCC ， 不变；
U
2 3
U1
四、输入电阻 Ri
从放大电路输入端看进去的等
效电阻。
Ri
Ui Ii
五、输出电阻 Ro
从放大电路输出端看进去的等效电阻。Ro
Uo Io
US 0 RL
输入端正弦电压 Ui ，分别测量空载和输出端接负载
RL 的输出电压 Uo 、Uo。
Uo
Uo RL Ro RL
Ro (UUoo 1)RL
iC / mA
交流负载线
A
Q
U om
CD 2
DE 2
O
C
D
B
iB = 0
E uCE/V
Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE
(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响
1. 改变 Rb，保持
VCC ，Rc ， 不变；
iC
2. 改变 VCC，保持 Rb，
Rc ， 不变；
iC
图 2.2.1 单管共射放大电路 的原理电路
二、组成放大电路的原则：
1. 外加直流电源的极性 必须使发射结正偏，集 电结反偏。则有：
Δ iC Δ iB
2. 输入回路的接法应使输入电压 u 能够传送到三 极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。
3. 输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化 量 uCE，并传送到放大电路的输出端。
第二章 放大电路的基本原理
2.1 放大的概念 2.2 单管共发射极放大电路 2.3 放大电路的主要技术指标 2.4 放大电路的基本分析方法 2.5 工作点的稳定问题 2.6 放大电路的三种基本组态 2.7 场效应管放大电路 2.8 多级放大电路
2.1 放大的概念
本质：实现能量的控制。 在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入 信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动 负载。
Uo IcRL Ib
(RL Rc // RL ) Ri = rbe // Rb ，
Ro = Rc
(二) rbe 的近似估算公式
rbb ：基区体电阻。
iC c
reb ：基射之间结电阻。
re：发射区体电阻，一般只有几
iB
欧姆，可忽略。
b
b
rbb re e
reb
iE e
图 2.4.13
reb
UT I EQ
Q
UCEQ
uCE/V uCE/V
uo = uce
2.
iC
Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真—饱和失真
iC / mA
ib(不失真)
ICQቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Q
NPN 管 uo波形
O
tO
UCEQ
O
uo波形底部失真
IB = 0
uCE/V
uCE/V
t
uo = uce
(二)用图解法估算最大输出幅度
输出波形没有 明显失真时能够输 出最大电压。即输 出特性的 A、B 所 限定的范围。
rbe ：晶体管的输入电阻。
在 小 信 号 的 条 件 下 ， rbe 是 一 常 数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效 代替。
2. 输出电路
假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与 uCE
无关)，数量关系上， iC 是 iB 的 倍；
从三极管输出端看，
可以用 iB 恒流源代
iC
替三极管；
的输出端；
VBB 、Rb：为发射结提 供正向偏置电压，提供静
态基极电流(静态基流)。
图 2.2.1 单管共射放大电路 的原理电路
2.2.2 单管共发射极放大电路的 工作原理
一、放大作用： Δ uΙ Δ uBE Δ iB Δ iC( Δ iB )
Δ uO Δ uCE( Δ iCRC )
ΔuO ΔuΙ 实现了放大作用。
小能量对大能量的控制作用称为放大作用。
放大的对象是变化量。
核心元件：双极型三极管和场效应管。
2.2 单管共发射极放大电路
2.2.1 单管共发射极放大电路的组成
VT：NPN 型三极管，为放大元件；
VCC：为输出信号提供能量； RC：当 iC 通过 Rc，将 电流的变化转化为集电极
电压的变化，传送到电路
uBE/V
uBE/V
UBE
iC / mA
iC / mA
4
交流负载线 80
60
IC
Q
iC 2
0
t0
图 2.4.5(b) 0
输出回路工作 情况分析
t
Q
IB = 4 0 µA
4.5 6 7.5 9
uCE
20 直流负载线 0
12 uCE/V
uCE/V
UCEQ
4. 电压放大倍数
Au
ΔuO ΔuI
ΔuCE ΔuBE
图 2.4.3(a)
iC /mA
4
80 µA
3
60 µA
静态工作点
40 µA
2
Q
20 µA
1
M iB = 0 µA
0
2
4
6
8
10 12
uCE /V
图 2.4.3(b)
由 Q 点确定静态值为：
IBQ = 40 µA ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.
(二) 图解分析动态
1. 交流通路的输出回路 输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。
VCC 不变；
iC
iC
Q1
IB
Q2
O
图 2.4.9 (c)
uCE
增大 Rc ，直流负载 线斜率改变，则 Q 点向
饱和区移近。
Q2
IB
Q1
O
图 2.4.9 (d)
uCE
增 大 ， ICQ 增 大 ，
UCEQ 减小，则 Q 点移近饱 和区。
图解法小结
1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性 失真的关系；