放大器的基本原理

U CE
晶体三极管 ic + ib + ube -
微变等效电路
B ib
+
ic
C +
uce
-
ube
-
rbe
ib
uce -
晶体管的B、E之间 可用rbe等效代替。
E 晶体管的C、E之间可用一 受控电流源ic=ib等效代替。
将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路代替即可得放 大电路的微变等效电 路。
(2)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。
RS
+ E S
信号源 定义：
I i
+U i
Au 放大电路
输入电阻是对交流信 号而言的，是动态电阻。
RS
I i
+U i
RS
E S_
+
Au 放大 电路
+
RL
U _ o
输出电阻是动态 电阻，与负载无关。
ro
定义：
U 输出电阻：ro o Io
+
E o_
+
RL
U _ o
输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小， 负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出 电阻。
ro
RC
Io
合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的 先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条 件的变化而发生变动。
四、静态工作点的稳定
前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但
在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因 素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将 使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度 的变化。
分压式偏置电路具有温度稳定性的两个条件 若满足：I 2 I B
RB1 I1 RC
IC C2 +
+UCC
C1 IB V + B + I2 RS ui RB2 RE + eS – –
U CC I1 I 2 RB1 RB 2
+ RL uo + CE –
VB I 2 RB 2 RB 2 VB U CC RB 1 RB 2
动态的计算
Ic
4mA 40uA
3mA 30 uA
2mA
20 uA
1mA 10 uA
0 0
U
3 4.2
6
7.8
9
12 Uce
图C输入电流
图B 三极管T的伏安特性
动态的计算
Vcc Ic Rc Rb2
3mA 30 uA 4mA 40uA
T RL Rs Rb1
1mA 2mA 20 uA
Re
Us
10 uA
1. 晶体管的微变等效电路
晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。 (1) 输入回路 当信号很小时，在静态工作点 附近的输入特性在小范围内可近 IB 似线性化。 ube U BE 晶体管的 IB rbe U U CE CE 输入电阻 I i
B
O
输入特性
UBE
对于小功率三极管：
晶体管的输入回路(B、E之间) 可用rbe等效代替，即由rbe来确 定ube和 ib之间的关系。
基极电位基本恒定， 不随温度变化。
RB1
I1 RC
IC C2 + RL + CE
+UCC
VB U BE IC IE RE
C1 IB V + B + I2 RS ui RB2 RE + eS – –
若满足：VB U BE VB U BE IC IE + RE uo VB – RE
O O
uCE/V uCE/V UCE uo
O
t
ui t UBE
uBE/V uBE/V
t
如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真， 减小信号幅值可消除失真。
三、放大电路性能指标的计算
微变等效电路： 把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。即把非线性的晶体管线性化，等效为 一个线性元件。 线性化的条件： 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此， 在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近 似代替。 微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路 电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。
2. 由输出特性确定IC 和UCC UCE =UCC–ICRC
直流负载线方程
I C f (U CE ) I 常数 B
IC/mA
U CC RC
直流负载线 Q
由IB确定的那 条输出特性与 直流负载线的 交点就是Q点
ICQ
U CC U BE IB RB
UCC
UCEQ
UCE /V
直流负载线斜率
Ii
+
I B b
U i
RB
I c C
rbe
βI b
E
+
RC
RL U o
I R U o c L
E S
-
-
RL Au rbe
R I b L
RC // RL RL
式中的负号表示输出电压的相位 与输入相反。
当放大电路输出端开路(未接RL)时， RC 负载电阻愈小，放大倍数愈小。 Au β rbe 因rbe与IE有关，故放大倍数与静 态 IE有关。
3、放大电路的动态分析
iC/mA iC/mA Q1 Q IC
O
动态分析图解法
iB/A
iB/A
Q2
ic
t O O UCE t
ib
IB
O
Q
RL=
uCE/V uCE/V uo
t
O O
UBE t
ui
uBE/V uBE/V
由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的 电压放大倍数。
4、放大电路的非线性失真
UBE
静态工作点的计算
I1 RC
估算法: +UCC V B
RB1
IC C2 +
RB 2 U CC RB 1 RB 2
C1 IB V + B + I2 RS ui RB2 RE + eS – –
+ RL uo + CE –
VB U BE IC IE RE
IC IB β
U CE U CC I C RC I E RE
例3：
Ii
+
I B b
U i
RB rbe
Ic C
I o
+
RL U o
外加
RS
βI b
E
+ ES
-
RC
-
求ro的步骤： I I I 1) 断开负载RL o c RC 0或 E 0 I βI 2) 令 U 0 所以 I 0 I i S c b b c 3) 外加电压 U o U Uo o r R I 4) 求 I o C RC o
E
+ RC
RL U o
+ ES
-
-
ri
U U i i ri I I I RB b i RB // rbe 当RB rbe时，
ri rbe
(3)放大电路输出电阻的计算 放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它 进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。
•
若Q设置过高，
如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将 iC/mA 造成非线性失真。 iC/mA
Q1
晶体管进入 饱和区工作， 造成饱和失真。
适当减小基 极电流可消除 失真。
O
Q Q2 IC
t O
O
uCE/V uCE/V
uo
UCE
t
iC/mA
若Q设置过低，
iB/A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Q
O O
晶体管进入 iB/A 截止区工作， 造成截止失真。 适当增加基 极电流可消除 失真。 Q
温度变化对静态工作点的影响 在固定偏置放大电路中，当温度升高时， UBE、 、 ICBO 。
I C β I B I CEO U CC U BE β (1 β ) I CBO RB
上式表明，当UCC和 RB一定时， IC与 UBE、 以及 ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。
0 0
图A 电路原理图
U
3 4.2
6
7.8
9
12 Uce
图C输入电流
图B 三极管T的伏安特性
动态的计算
Rc Rb2
Vcc
Ic
4mA 40uA
3mA
30 uA
T RL Rs Rb1 Re
Us 1mA 10 uA 2mA 20 uA
0 0
图A 电路原理图 U
3 4.2
6
7.8
9
12 Uce
图C输入电流
iC Q´ Q
温度升高时，输 出特性曲线上移 结论： 当温度升高时， IC将增 加，使Q点沿负载线上移， 容易使晶体管 T进入饱和 区造成饱和失真，甚至引 起过热烧坏三极管。
O
uCE
固定偏置电路的工作点 Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升 高使 IC 增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变 化，保持Q点基本稳定。
ii B + ib
ic 2、用微变等效电路计算性能指标 C
ii
B
ib RC RB E
+
RL uO
+ eS ic C
RS
+ ui +
-
RS
+ eS -
ui
-
ib
RB rbe E 微变等效电路
RC
RL
uo -
U o 例 1： 定义 : A (1)电压放大倍数 u RS U i I r U i b be +
1 tan RC
放大器静态工作点动画演示
• 动态： • 放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。 动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。 分析对象： 各极电压和电流的交流分量。 分析方法： 微变等效电路法，图解法。 所用电路： 放大电路的交流通路。 目的： 找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设计 打基础。
静态工作点的计算
Ic
4mA 40uA
估算法:
RB 2 VB U CC RB 1 RB 2
3mA 30 uA
2mA
20 uA
VB U BE IC IE RE
0 12
1mA
10 uA
0
U
3
4.2
6
7.8
9
图B 三极管T的伏安特性
IC IB β
U CE U CC I C RC I E RE
第二章 放大器的基本原理
二、基本放大电路及其工作状态分析 基本放大电路的组成形式 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）用图解法确定静态值
• 优点： • 能直观地分析和了 解静 • 态值的变化对放大 步骤： 电路 1. 用估算法确定 I • 的影响。 B
参数的选择
Q点稳定的过程 RB1
I1 RC
IC C2 +
+UCC
C1 IB V + B + V + E I 2 RS RL uo R u B2 + RE + i CE – eS – –
T IC IC VE IB
RE：温度补偿电阻 对直流：RE越大,稳 定Q点效果越好； 对交流：RE越大,交 流损失越大,为避免交 流损失加旁路电容CE。 VB 固定
集电极电流基本恒定， 不随温度变化。
从Q点稳定的角度来 +UCC 看似乎I2、VB越大越好。 IC I1 RB1 RC 但 I2 越大，RB1、RB2 C2 + C1 必须取得较小，将增加 I B + VB 损耗，降低输入电阻。 + VE + I 而VB过高必使VE也增 2 RS R u L o R ui B2 + 高，在UCC一定时，势 RE + CE – 必使UCE减小，从而减 eS – – 小放大电路输出电压的 动态范围。 在估算时一般选取： I2= (5 ~10) IB，VB= (5 ~10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。
b
26(mV ) r 一般为几百欧到几千欧。 rbe 200( ) (1 β ) be I E (mA )
IC (2) 输出回路
输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。
Q
I C 晶体管的电 β 流放大系数 I B
ic ib U
CE
晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib UCE 等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。 一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。 U CE uce rce愈大，恒流特性愈好 晶体管的 rce 因rce阻值很高，一般忽 输出电阻 I C I i c I B 略不计。 B
图B 三极管T的伏安特性
单级放大电路图如图A，已知电阻Re=1kΩ,Rb1=27kΩ。三极管的伏安 特性如图B所示，三极管的基极输入电流如图C所示
(1)求静态工
作点(2)求Rb2(3)求信号的放大倍数(4) RL
动态分析
RB1 C1 + + ui RB2 RC C2 +
U 输入电阻 ri i I i
+E S
信号源
ri 放大电 路
输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路 的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到 较大的输入电阻。
例 1：
Ii
RS
I B b + I RB
U i
RB rbe
I c C
βI b