第二章放大电路分析基础

第二章放大电路分析基础
本章介绍三极管的三种基本组态放大电路的分析方法，为分析其他复杂电路打下基础。

本章内容：
2.1、放大电路工作原理
2.2、放大电路的直流工作状态
2.3、放大电路的动态分析
2.4、静态工作点的稳定及其偏置电路
2.5、多级放大电路
本章要点：
1、放大电路直流状态的解析法和图解法
2、放大电路交流状态的图解法和微变等效电路法
3、三种基本组态放大电路的分析方法
4、多级放大电路的耦合方式及其分析方法
电子课件二：放大电路分析基础
课时授课教案
一授课计划
批准人：批准日期：课序：4授课日期：授课班次：课题：第二章第2.1节：放大电路工作原理
目的要求：
1、掌握基本放大电路的组成原则
2、掌握放大电路的直流通路和交流通路
3、理解放大电路的工作原理
重点：放大电路的工作原理
难点：放大电路的交流通路
教学方法
手段：结合电子课件讲解
教具：电子课件、计算机、投影屏幕
复习提问：
1、三极管的类型及外部工作条件？
2、三级管的特性曲线有何规律？
课堂讨论：
1、如何画放大电路的直流通路和交流通路？
2、放大电路中三极管各极电流和极间电压如何变化？布置作业：
课时分配：
二、授课内容
引言
放大电路的任务是不失真地把微小信号放大到所需要的程度。

本节首先分析放大电路的组成原则及工作原理。

2.1、放大电路工作原理
2.2.1、放大电路的组成
一、电路组成
基本共发射极放大电路如图2一1所示。

V──放大三级管
V CC──主电源、能源
V
BB
──发射结偏置电源
R
C
──直流负载电阻，用来确定直流工作点
R
B
──发射结偏置电阻
R
L
──负载电阻
R S 、u
s
──信号源的电压和内阻
C 1、C
2
──耦合电容
二、工作条件
1、三极管应处于放大状态。

即发射结正偏，集电结反偏。

2、能够输入和输出信号。

3、不失真地放大信号。

为了方便起见通常把V CC及V BB合并为一个直流电源，如图2一2所示。

2.1.2 直流通路和交流通路
一、直流通路
当交流输入信号为零时，电路中只有直流电流和电压，叫直流通路，又叫直流状态。

此时，可把耦合电容视为开路。

如图2一3（a）所示直流状态又叫静态。

分析直流电路，叫直流分析，也叫静态分析。

目的在
于分析直流工作点，即求解：I
BQ 、U
BEQ
、I
CQ
、U
CEQ。

二、交流通路
当只考虑交流输入信号时的通路，叫交流通路，又叫交流状态。

此时，耦合电容及直流电源V CC 均视为短路。

如图2一3（b ）所示。

交流状态，又叫动态。

分析交流电路，又叫动态分析。

目的在于分析交流放大陪数，输入电阻和和输出电阻。

2.1.3 放大原理 一、静态分析
当交流输入信号为零时，只有直流电源V CC 产生固定的直流电流I BQ 、I CQ 、I EQ
和直流电压U BEQ 、U CEQ 。

二、动态分析
当交流信号输入时，在三极管各极电流和极间电压中产生交流分量i b 、i c 、u be 、u ce 。

由直流电源V CC 和交流输入信号u i 共同作用的结果，产生如下电流和电压：
t U U u U u bem BEQ be BEQ BE ωsin +=+= t I I i I i bm BQ b BQ B ωsin +=+= t I I i I i cm CQ c CQ C ωsin +=+= ce CEQ CE u U u +=
c c ce i R u -= (R L 开路时)
经耦合电容滤去直流分量后，只输出交流分量u o ，电流及电压波形如图2一9所示。

小 结
1、三极管基本放大电路由三极管、耦合电容、电阻、直流电源、信号源及负载组成。

2、放大电路正常工作的条件是：三极管处于放大状态，能够输入和输出信号，且不失真地放大信号。

3、放大电路有静态和动态两种工作状态。

进行静态分析时，耦合电容应开
路；进行动态分析时，耦合电容和直流电源应短路。

4、在放大电路中三极管的各极电流和极间电压既含有直流分量，又含有交流分量，经电容隔去直流后，只输出交流信号。

课时授课教案
一授课计划
批准人：批准日期：
课序：4授课日期：授课班次：
课题：第二章第2.2节：放大电路的直流工作状态目的要求：
1、掌握放大电路直流工作点的解析法及图解法
2、掌握电路参数对直流工作点的影响规律
重点：直流工作点的解析法
难点：电路参数对直流工作点的影响
教学方法
手段：结合电子课件讲解
教具：电子课件、计算机、投影屏幕
复习提问：
1、如何画放大电路的直流通路和交流通路？
2、三极管放大电路的工作原理？
课堂讨论：
1、如何用图解法确定直流工作点？
2、电路参数如何影响直流工作点？
布置作业：
课时分配：
二、授课内容
2.2 放大电路的直流工作状态
引 言
分析放大电路的直流状态，其目的不仅在于使三极管处于放大状态，而且应把直流工作点确定在最佳状态，以保证最大限度且不失真地放大信号。

2.2.1 解析法确定静态工作点 放大电路如图2－2（b ）所示。

根据如图2－3（a ）所示的放大电路的直流通路，首先取：
U BEQ ＝0.7V （硅三极管） U BEQ ＝0.3V （锗三极管）
b
BEQ
CC BQ R U V I -=
BQ CQ I I β= ()BQ EQ I I β+=1 C CQ CC CEQ R I V U -=
2.2.2 图解法确定静态工作点
1、用输入特性曲线确定直流工作点
()常数==CE BE B U u f i ①
B B R i -=C
C BE V u ②
方程①的图象如图中曲线所示，方程②为直线方程，其图象如AB 直线所示。

二图象的交点Q 即为直流工作点，其对应坐标分别为U BEQ 、I BQ 。

如图2－4（
d ）所示。

2、用输出特性曲线确定直流工作点
()常数==BQ CE c I u f i ①
C c CC CE R i V u -= ②
方程①和②的图象的交点Q 即为直流工作点，其对应坐标分别为U CEQ 、I CQ 、I BQ 。

直流工作点应确定在直流负载线的中点附近，或者说确定在放大区的中央。

如图2一5所示。

这样可最大限度且不失真地放大信号。

2.2.3 电路参数对直流工作点的影响 一、R b 对Q 的影响
因 R C 、V CC 不变，直流负载线不变。

故 当R b 增大时，则Q 点沿直流负载线向下移动，输入信号幅度逐渐增大时，首先产生载止失真。

反之，当R b 减小时，Q 点向上移动。

如图2一6（a ）所示。

二、R C 对Q 的影响
因 V CC 、R b 不变，I BQ 不变。

故当R C 增大时，c
CC
c R V i 减小，Q 点向左移动；反之，Q 点向右移动，如图2一6（b ）所示。

三、V CC 对Q 的影响
因 R b 、R C 不变。

故 当V CC 减小时，I BQ 减小，同时直流负载线向左平移，Q 点向左下方向移动；反之，Q 向右上方移动。

如图2一6（c ）所示。

为了克服电路参数对直流工作点的影响，直流电源V CC 应当采用稳压电源。

R C 及R b 应采用十分稳定的电阻。

小 结
1、可用解析法和图解法确定放大电路的直流工作点，前者简便，较精确；后者麻烦，不很精确，但直观。

2、用解析法确定直流工作点时，首先依三极管的材料选取U BEQ 的值。

再依具体直流电路计算出I BQ 、I CQ 、I EQ 、U CEQ 。

3、用图解法确定直流工作点时，步骤如下： （1）首先用图解法或计算法确定U BEQ 、I BQ 。

（2）在输出特性曲线中画出直流负载线。

（3）直流负载线与I BQ 对应的那条输出特性曲线的交点Q 即为直流工作点。

（4）最后确定Q 点所对应的坐标U CEQ 、I CQ 。

作业
教材P56习题二：1、2、3、4、5、6、
课时授课教案
一授课计划
批准人：批准日期：
课序： 5 授课日期：授课班次：
课题：第二章第2.3节放大电路的动态分析
目的要求：1. 熟练掌握放大电路的微变等效电路法。

2. 牢固掌握三种基本组态放大电路的分析方法。

3. 了解三极管放大电路产生非线性失真的原因及克服方法。

重点：放大电路的的微变等效电路法。

难点：共集电极放大电路的动态分析
教学方法
手段：结合电子课件讲解
教具：电子课件、计算机、投影屏幕
复习提问：1. 如何确定放大电路的直流工作点？
2. 电路参数如何影响直流工作点？
课堂讨论：1. 在什么条件下才能应用微变等效电路法？
2. 三极管三种基本组态放大电路的特点？
布置作业：
课时分配：
二 授课内容
2.3 放大电路的动态分析
引言
当交流信号输入放大电路时，三极管各极电流和极间电压均发生变化，不仅有直流电源产生的直流分量，还有交流输入信号产生的交流分量。

2.3.1 图解分析动态电路
一、 交流负载线
对交流信号而言，在通带内，耦合电容Ｃ1和C 2可视为短路，电源V CC 也视为短路。

交流负载电阻为：
L c L R R R //'= c L R R <'
交流负载线的斜率为： '1L
R tg -
=α
交流负载线必定要经过直流工作点Ｑ。

首先任意作一条斜率为'1
L
R -
的辅助线，如图２－７中的虚线所示。

然后过Ｑ点作一条平行于辅助线的直线，该直线即为交流负载线。

或者取'
'
L CQ CEQ cc R I U V +=，过'
CC V 点和Ｑ点作一条直线即为交流负载线。

二、
电流和电压波形
be BEQ BE u U u +=
b BQ B i I i += C CQ
c i I i +=
ce CEQ CE u U u +=
c c ce i R u -= ce o u u =
波形如图２－９所示。

2.3.2 放大电路的非线性失真
一、 产生非线性失真的原因
１．三极管特性曲线的非线性引起的失真，如图2-10所示。

２．直流工作点不适当引起的失真，如图２-11所示。

３．交流输入信号的幅值过大会引起双向失真。

最大不失真输出电压的振幅为：'
L CQ cem R I U =
二、 克服非线性失真的措施 １． 从三极管输入特性曲线看，工作点Ｑ应避开其弯曲部分，而确定在特性曲线线性度
较好的地方。

２． 从输出特性曲线看，直流工作点Ｑ应确定在直流负载线或交流负载线的中点，不可
偏高和偏低。

３． 输入信号的幅值必须适当。

2.3.3 微变等效电路法
一、
条件
当放大电路输入微变信号时，三极管各极电流和极间电压只在直流工作点附近很小的范围内变化。

只要直流工作点Ｑ选得适当，在微小信号作用下，三极管的输入特性曲线和输出特性曲线可视为一小段直线，这样就可以把非线性的三极管用一个线性电流控制电流源的模型来代替。

进而建立整个放大电路的微变等效电路，然后按线性电路进行分析。

二、 三极管的微变等效电路
三极管的微变等效电路如图2- 15所示。

从基极和发射极看，可视为一个电阻be r ;从集电极和发射极看，可视为一个电流控制电流源b i β。

)
()
(26)
1('mA I mV r r EQ bb be β++=
Ω=300'bb r （低频小功率管） Ω=100'bb r 左右（高频小功率管）
2.3.4三种基本组态放大电路的分析
一、共发射极放大电路
电路如图2-18(a)所示。

１． 静态分析
b
BEQ
CC BQ R U V I -=
BQ CQ I I β= BQ EQ I I )1(β+=
c CQ CC CEQ R I V U -=
)
()
(26)
1('mA I mV r r EQ bb be β++=
２． 动态分析
微变等效电路如图2-18(b)所示。

（１） 电压放大倍数∙
∙
=
i
o u U U A
L c L R R R //'
=
be
L
b be b L u r R i r i R A '
'ββ-=
-= （２） 输入电阻i
i i I U r ∙
∙
=
i b i r R r //= （３） 输出电阻o
o o I U r ∙
∙
=
利用外加电源法求解o r 使0,0,0===b b i i i u β则
c o R r =
（４） 源电压放大倍数s
o us U U A ∙
∙
=
u i
s i
i
o s
i s
o us A r R r U U U U U U A ∙+=
∙
=
=
∙
∙∙
∙
∙
∙
结论：
（１） 输入电压与输出电压反相位/ （２） 电压放大倍数大。

（３） 输入电阻较小。

（４） 输出电阻较大
二、共集电极放大电路
电路如图2-19(a)所示。

1. 静态分析 Re
)1(β++-=
b BEQ c
c BQ R U V I
BQ CQ I I β=
BQ EQ I I )1(β+= c CQ CC CEQ R I V U -=
)
()
(26)
1('mA I mV r r EQ bb be β++=
2. 动态分析
微变等效电路如图2-19(b)所示。

（1）电压放大倍数u A
L e L R R R //'
=
'
'
'')1()1()1()1(L be L
b L b be b L u R r R i R i r i R A ββββ+++=+++= 当时，be L r R >>+'
)1(β
1A u ≤ （2）输入电阻i r
'')1(L be i R r r β++= ])1(//['
L be B i R r R r β++=
（3）输出电阻o r
利用外加电源法求解o r ，如图2-20所示。

b s s R R R //'
= '
's be be R r r +=
e
R U I 2
'
=
b be
I r U I -==
'2
"
2''2'22"
'
2)1Re 1(U r r U r U R U I I I I be
be be e b βββ++=++=
-+= β
+==1R e //
'22
be o r I U r 结论：
（１） 输出电压与输入电压同相位。

（２） 电压放大倍数小于一而近似等于一。

（３） 输入电阻很大。

（４） 输出电阻很小。

三、 共基极放大电路
电路如图2-21(a)所示 1. 静态分析
cc b b b BQ V R R R U ∙+=
2
12
e
B E Q
BQ EQ R U U I -=
e EQ c CQ CC CEQ R I R I V U --=
)
()
(26)
1('mA I mV r r EQ bb be β++=
2. 动态分析
微变等效电路如图2-21(b)所示。

（1）电压放大倍数u A
L c L R R R //'
=
be
L
b be b L u r R i r i R A '
'ββ=
--= （2）输出电阻 c o R r = （3）输入电阻 β
β+=+--=
1)1('
be b b be i r
i i r r
β
β+≈+==11//
//'
be be e i e i r
r R r R r 结论：
（１） 输出电压与输入电压同相位。

（２） 电压放大倍数大。

（３） 输入电阻很小 （４） 输出电阻大
小结
1. 在小信号作用下，可用微变等效电路法分析放大电路，其中三极管用线性电流控制电流
源代替。

2. 三极管特性曲线的非线性、直流工作点不适当、输入信号的幅值过大，都可能引起非线
性失真。

3. 三种基本组态放大电路各有各的特点，各有各的用途。

4. 放大电路的动态性能指标有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、输出功率、转
换效率等。

作业
教材P 58 习题二：6 7 8 9 10 11
课时授课教案
一授课计划
批准人：批准日期：
课序： 6 授课日期：授课班次：
课题：第二章第2.4节静态工作点的稳定及其偏置电路
目的要求：1. 掌握放大电路的基本偏置方式及其特点。

2. 掌握稳定放大电路直流工作点的方法。

重点：分压式偏置电路的特点
难点：稳定直流工作点的原理
教学方法
手段：结合电子课件讲解
教具：电子课件、计算机、投影屏幕
复习提问： 1. 微变等效电路法的要领和条件？
2. 三种基本组态放大电路的特点？
课堂讨论： 1.影响放大电路直流工作点的因素？
2. 如何稳定放大电路的直流工作点？
布置作业：
课时分配：
二 授课内容
2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路
引言
本节介绍三极管放大电路的偏置电路及稳定直流工作点的方法。

2.4.1 偏置电路形式
一、固定偏置式
如图2-18(a)所示 ，b R 为偏置电阻。

b
BEQ
cc BQ R V V I -=
BQ CQ I I β=
结论：
优点：元件少、电路简单。

缺点：三极管参数β的变化将影响直流工作点；直流工作点不能稳定。

二、分压偏置式
如图2-23所示，21b b R R 及为偏置电阻。

条件：若BEQ BQ U U )105(-= BQ I I )105(1-=
则 21I I ≈ 21b b R R 与近似串联 cc b b b BQ V R R R U ∙+=
2
12
e
BEQ
BQ EQ R U U I -=
结论：
优点：BQ U 与三极管的参数β无关，与温度无关，其值恒定；同时e R 起直流电流串联负反馈的作用，故直流工作点比较稳定。

缺点：使用元件较多，且必须满足一定条件。

3.4.2 稳定直流工作点的方法
一、影响直流工作点的因素
1. 电路参数的影响
电路参数b R 、Rc 、Vcc 影响直流工作点的规律前节已经分析过，只要采用稳定的b R 、
Rc 、Vcc ，即可克服这些参数对直流工点的影响。

2. 温度的影响
第一章已讲过，温度升高时，β增大，BEQ U 降低，CQ I 增大，直流工作点升高；温度降低时，直流工作点降低，影响放大电路的正常工作。

二、 稳定直流工作点的方法
1、保持工作环境温度稳定。

2、在放大电路的发射极（或源极）中串联电阻),(s e R R 形成直流电流串联负反馈，可稳定直流工作点。

如图2-23中的e R 所示。

为了不降低交流电压放大倍数，在e R 两端并联大容量的旁路电容e C 。

在通带内，对交流信号来说，e C 短路，e R 被e C 旁路，不影响交流电压放大倍数。

e R 稳定直流工作点的过程如下：
↓↑→↑→↑→↑→BEQ R EQ CQ U U I I T e
↓CQ I ← ↓BQ I
↵
小结
1. 放大电路有固定偏置式和分压偏置式两种偏置电路，各有优点和缺点，但后者优于前者，
故后者用得比较普遍。

2. 温度是影响放大电路直流工作点的重要因素，通常采用直流负反馈的方法来稳定直流工
作点。

课时授课教案
一授课计划
批准人：批准日期：课序： 6 授课日期：授课班次：课题：第二章第2.5节多级放大电路
目的要求：1. 掌握多级放大电路的耦合方式及其特点。

2. 掌握多级放大电路的分析方法。

重点：多级放大电路的分析方法
难点：后级对前级的影响
教学方法
手段：结合电子课件讲解
教具：电子课件、计算机、投影屏幕
复习提问： 1. 三种基本组态放大电路的特点？
2.何种放大电路带负载的能力强？
课堂讨论： 1.多级放大电路的级数对放大倍数和通频带有何影响？
2. 直接耦合式多级放大电路存在那两个主要问题？
布置作业：
课时分配：
二 授课内容
2.5 多级放大电路
引言
当单级放大电路的放大倍数达不到实际要求时，常把若干个基本放大电路连接起来组成多级放大电路。

2.5.1 多级放大电路的耦合方式
一、 阻容耦合式
阻容耦合式多级放大电路如图2-30所示。

C 1----把信号源与放大电路耦合起来。

C 2----把两级放大电路耦合起来。

C 3----把负载与放大电路耦合起来。

优点：1. 各级放大电路的直流工作点彼此独立，互不影响，便于计算和调试。

2. 电路比较简单，体积较小。

缺点：1. 只能放大交流信号，不能放大直流及缓变信号。

2. 因为耦合电容的容量较大，故不易集成化。

二、直接耦合式
直接耦合式多级放大电路如图2-32所示。

优点：1. 元件少，体积小，易集成化。

2. 既可放大交流信号，也可放大直流和缓变信号。

缺点：1. 各级的直流工作点互不独立，彼此影响，计算和调试麻烦。

2. 零点漂移严重。

尤其当第一级产生一定零点漂移时，经后面各级逐渐放大，最
终会产生严重的零点漂移。

3. 前后级放大电路需要互相配合，并采取适当措施，才能保证各级的正常工作，
如图2-32所示。

三、变压器耦合式
变压器耦合式多级放大电路如图2-33所示。

优点：1. 各级放大电路的直流工作点彼此独立，互不影响，便于计算和调试。

2. 可以进行阻抗匹配，以满足最大功率传输的要求。

缺点：1. 只能放大交流信号，不能放大直流及缓变信号。

2. 体积大，笨重，不能集成化，也不便于小型化。

3. 频率特性较差。

2.5.2多级放大电路的计算方法
1. 首先计算出各级放大电路的直流工作电流：1EQ I 、2EQ I 、3EQ I ……EQn I 。

2. 计算出各级放大电路的1be r 、2be r 、3be r ……ben r 。

3. 画出微变等效电路。

4. 从末级开始逐级向前推进，计算出各级的电压放大倍数1u A 、2u A 、3u A ……un A 。

应当注意，后级放大电路是前级的负载。

5. 计算总电压放大倍数u A
un u u u u A A A A A ......321∙∙=
6. 计算输入电阻i r 和输出电阻o r
一般情况下，多级放大电路的输入电阻等于第一级的输入电阻，输出电阻等于末级的输出电阻。

小结
3. 多级放大电路的级间耦合方式有变压器耦合式、直接耦合式和阻容耦合式。

各有优缺点，
应依据具体条件和要求选择之。

4. 多级放大电路的级数越多，其总的放大倍数越大，而总的通频带越窄。

5. 在一般情况下，多级放大电路的输入电阻等于其第一级的输入电阻，输出电阻等于末级
的输出电阻。

6. 在计算多级放大电路中各级的电压放大倍数时，应特别注意后级是前级的负载。

作业
教材P 69 习题二：12 13 14 15 16 17 20。