1,第3章 放大电路基础,本章提要,在电子仪器、仪表及设备中，经常要把微弱的电信号放大后去推动执行元件。而晶体管的主要用途之一是利用其电流放大作用组成各种放大电路。由于放大电路是电子设备中最普遍的一种基本单元电路，其应用十分广泛，对其研究是分析其它复杂电子电路的基础。本章主要讨论以下几个问题：,1共射极放大电路的组成、各元件的作用；电路的静态工作点及其物理意义；晶体管的小信号模型及放大电路的微变等效电路分析法；放大电路的动态参数及其对电路工作性能的影响。,2共集电极放大电路的组成、静态分析、动态分析；共集电极放大电路的特点及应用领域。,3多级放大电路的级间耦合方式；直接耦合方式存在的问题及解决的办法；阻容耦合多级放大电路的静态、动态分析。,2,第3章 放大电路基础,重点掌握放大电路静态工作点的意义及计算方法；晶体管的小信号模型及放大电路的微变等效电路分析法；掌握电路的动态参数计算方法及其意义。,4功率放大电路的组成特点，与电压放大电路的区别；乙类和甲乙类功率放大电路的分析、参数计算及参数的意义。,5差分放大电路的组成特点，为什么可以抑制零点漂移；电路的静态、动态分析；差分放大电路的输入输出方式。,作为了解的内容，介绍放大电路的频率特性及其意义。,3,第3章 放大电路基础,晶体管放大电路应要达到的要求,（1）把微弱的信号放大，包括电压、电流、功率等。,（2）输出信号的波形要和输入信号的波形相同，即不失真。,4,共射极放大电路是以晶体管的发射极作为输入回路和输出回路的公共端构成的单级放大电路。,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,5,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,6,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,信号源,输入电压,负载电阻,输出电压,集电极电源,集电极电阻,基极电阻,基极电阻,发射极电阻,射极旁路电阻,耦合电容,耦合电容,I2,UB=RB2/(RB1+RB2)UCC,7,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,一、电路的组成,上图是共发射极接法的交流放大电路。输入端接交流信号源(通常可用一个恒压源 与电阻 串联的电压源等效表示)，输入电压为 ；输出端接负载电阻 ，输出电压为 。电路中各个元件分别起如下作用：,8,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,晶体管V：晶体管是放大电路中的电流放大元件，利用它的基极电流对集电极电流的控制作用，在集电极获得受输入信号控制、被放大了的电流。 集电极电源Vcc :电源除为输出信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置、发射结处于正向偏置，以使晶体管起到电流放大作用。一般为几伏到几十伏 集电极直流负载电阻Rc：集电极直流负载电阻简称集电极电阻，它主要是将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。的阻值一般为几千欧到几十千欧。,9,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,基极电阻RB1和RB2：它们的作用是为基极提供合适的静态基极电流，以使放大电路获得合适的静态工作点。另一方面，通过和的分压，使晶体管基极电位固定不变，达到稳定静态工作点的目的。、的阻值一般为几十千欧到几百千欧。 发射极偏置电阻RE：又称为电流负反馈电阻。它主要起稳定静态工作点的作用。,10,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,耦合电容C1和C2：它们起到隔直流的作用，用来隔断放大电路与信号源之间（C1）、放大电路与负载之间（C2）的直流通路，使三者之间无直流联系，互不影响。另一方面又起到交流耦合作用，保证交流信号顺利通过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。通常要求耦合电容的容抗很小，在动态分析中可以忽略不计，即对交流信号可视为短路；因此电容值一般取得较大，为几微法到几十微法，常采用的是有极性电容器，连接时要注意其极性。 射极旁路电容CE：为消除对交流信号的影响，通常加旁路电容。要求它的容抗很小，对交流信号相当于短路。 图3-1所示电路叫做分压式射极偏置电路或稳定静态工作点的共射极典型放大电路。,11,二、电路的静态与动态 当放大电路输入端没有输入电压信号，即ui=0时，电路中电压、电流都是不变的直流量，称放大电路为“静态”。此时的电压、电流值称为静态工作点（IBQ，ICQ，IEQ，UBEQ，UCEQ）。 直流通路：直流电源单独作用时的电路。 当放大电路输入端加输入电压信号，即ui0时，电路中电压、电流随之变化，称放大电路为“动态”。 交流通路：输入交流电压、电流单独作用时的电路。 放大电路中的电压、电流是其静态直流量与动态交流量叠加的结果。,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,12,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,表2-1列出了放大电路中常用的各种符号及其意义,13,14,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,当放大电路没有输入电压，即时，电路中的电压、电流都是不变的直流量，称电路为静止状态，简称“静态”。用晶体管的IBQ、ICQ、UCEQ、UBEQ表示，叫做放大电路的“静态工作点”。在近似估算中，常认为UBEQ为已知量，对于硅管，取 ，锗管取为 。,15,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,当放大电路输入端加输入电压 时，电路中的电压、电流随之变动的状态，简称“动态”。由于耦合电容、旁路电容 、 、 取值较大，其容抗很小，可视为短路。输入信号 没有衰减地加到晶体管的发射结上，因此发射结实际电压为静态值 叠加上交流电压 （ ）引起基极电流相应变化， ，又使集电极电流随之变化， 。,16,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,17,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,三、放大电路的静态分析,1静态工作点的确定及其重要作用,实际上，静态分析的目的就是要求出晶体管的静态工作点( )值，从而判断晶体管是否工作在放大区。,常用的方法是直流通路法和图解法,（1）直流通路法,对直流量来说，耦合电容 、 相当于开路，且令 ，则对应图2-1的直流通路如图2-2所示。,18,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,19,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,20,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,21,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,22,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,如果改为200，由上述分析可见，只有IBQ减小，管子的静态工作点基本不变。,静态工作点设置得是否合适，直接关系到放大电路的工作状态。,23,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,（2）图解法,静态工作点,24,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,如果静态工作点设置得过低，则叠加在其上的交流波形就要进入到截止区，使输出波形与输入波形不相似，发生了失真。这种由于静态工作点选得过低使交流波形进入到截止区而发生的失真，称为截止失真。对于NPN型晶体管的单级放大电路，截止失真的波形如图2-3所示。,25,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,如果静态工作点选得过高，同样会发生失真。这时的失真波形如图2-4所示。这是由于交流波形进入到饱和区而发生的失真，称为饱和失真。,截止失真和饱和失真都是由于晶体管的非线性特性引起的，故都属于非线性失真。,26,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,由上述分析可知，静态工作点的设置，直接关系到放大电路能否正常工作（放大信号），因此静态工作点的稳定就显得十分重要。 由晶体管的工作原理知，当环境温度发生变化( )时，晶体管的参数（ ）要发生变化，或者更换参数不同的管子时，都会使放大电路的静态工作点发生变化，使晶体管偏离放大区而产生非线性失真。在图3-1所示的分压式射极偏置电路中，由于在选择电路参数时，使 （ 、 分别为 、 中的电流），且 （发射极电位）正比于 ，则可有如下的静态工作点的稳定过程：,2静态工作点的稳定,27,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,28,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,29,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,四、放大电路的动态分析,当放大电路有输入信号时，晶体管的各个电流和电压都含有直流分量和交流分量。直流分量一般即为静态值，由上面所述的静态分析来确定。动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况，考虑的只是电流和电压的交流分量(信号分量)。微变等效电路法和图解法是动态分析的两种基本方法，这里只介绍微变等效电路法。,30,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管线性化，使放大电路等效为一个线性电路。这样，就可像处理线性电路那样来处理晶体管放大电路。线性化的条件，就是晶体管在小信号(微变量)情况下工作。由晶体管的特性曲线可见，在静态工作点附近的小范围内，曲线近似为直线段，如果晶体管工作在小信号情况下，则可用直线段近似地代替晶体管的特性曲线，这样，可将晶体管看成线性元件。,31,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,1晶体管的微变等效电路,当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可以认为是直线，当 为常数时， 与 之比,32,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,33,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,称为晶体管的动态输入电阻，它表示晶体管的输入特性。在小信号的情况下， 是一常数，由它确定 和 之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用 等效代替图2-6a。,低频小功率晶体管的输入电阻常用下式估算：,式中， 是发射极电流的静态值； 为基区体电阻，常取 ； 一般为几百欧到几千欧。它是对交流而言的一个动态电阻，在手册中常用 表示。,34,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,对于晶体管的输出特性曲线，在线性工作区内ic近似为一恒定值，曲线近似等距离的平行线，几乎与uce无关。IC和IB之比,35,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,即晶体管的电流放大系数。在小信号条件下为常数。确定ic受ib控制的关系。因此晶体管的电流控制作用可以用一个等效的恒流源ic=ib代替，以表示晶体管的电流控制作用。当ib =0时， ic =ib也为0，所以它不是一个独立电源，而是受输入电流控制的受控电源。 值一般在20200之间。,36,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,晶体管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,37,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,rce称为晶体管的输出电阻。在小信号的条件下， rce也是一个常数。如果把晶体管的输出电路看作电流源， rce就是电流源的内阻，故在等效电路中与恒流源ib并联。由于rce的阻值很高（曲线越平坦， rce越大），约为几十千欧到几百千欧，所以在以后的微变等效电路中都把它忽略不计，用简化的晶体管线性化模型表示。,38,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,39,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,2放大电路的微变等效电路分析法,微变等效电路是用来分析放大电路的动态工作情况，即电路的电压放大倍数，输入、输出电阻等。因此可通过放大电路的交流通路得到放大电路的微变等效电路。,由前面分析可知，耦合电容对于交流量的容抗很小，在中频段（见第五节）可忽略不计，即电容对于交流量相当于短路。另外一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，所以对交流量来说，直流电源也可视为短路。这样可得对应图2-1共射放大电路的交流通路如图2-7a所示。用晶体管的微变等效电路代替晶体管，就得到放大电路的微变等效电路，如图2-7b所示。,40,第三章 放大电路基础 第一节 共射极放大电路,41,第三章 放大电路基础