(2-1)

第二章 基本放大电路

§1 概论§ 2 放大电路的组成和工作原理§ 3 放大电路的分析方法§ 4 晶体管放大电路§ 5 场效应管放大电路

(2-2)

§ 1 概论1.1 放大的概念

电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。

电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图。

ui uoAu

(2-3)

1.2 放大电路的主要技术指标

•(1) 放大倍数

•(2)输入电阻Ri

•(3)输出电阻Ro

•(4)通频带

(2-4)

(1) 放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率

也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数 , 通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图 02 所示。

图 02 放大倍数的定义

(2-5)

功率放大倍数定义为

(03)iiooio // IVIVPPAp

电压放大倍数定义为 (01)

io /VVAv

电流放大倍数定义为

(02)io / IIAi

(2-6)

(2) 输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数， Ri大放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。 Ri的定义见图 03 和式 (04)

(04)i

ii I

VR

图 03 输入电阻的定义

(2-7)

(3) 输出电阻 Ro

输出电阻是表明放大电路带负载的能

力， Ro 大表明放大电路带负载的能力差

，反之则强。 Ro 的定义见图 04 和式 (05)

。

(.05) 0,.

o

.

oo SL

= VR

I

VR

(2-8)

如何确定电路的输出电阻？在电路的计算中求 ro 有两个方法：1 、所有的电源置零。2 、加压求流法。

U

I

I

Uro

将独立源置零，保留受控源。

(2-9)

输出电阻的测量方法

~

ro

sUUo 测量开路电压

(2-10)

输出电阻的测量方法

~

ro

sURL oU 测量接入负载后

的输出电压

Lo

oo R)1

U

U(R

(2-11)

(4) 通频带

00

HL 7.02

)()( AA

fAfA (06)

相应的频率 fL 称为下限频率， fH 称为上限频率。图 05 通频带的定义

放大电路的增益 A(f) 是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当 A(f) 下降到中频

电压放大倍数 A0 的 1/ 时，即2

(2-12)

问题 3 ：有一个放大电路的输入信号的频 率成分为 100 Hz~10 kHz ，那么放 大电路的通频带应如何选择？

问题 2 ：放大电路的输出电阻小，对放大 电路输出电压的稳定性是否有利？

问题 1 ：有一块万用表，表盘上有 20 k/V 的标记，它的含义是什么？与输 入电阻的概念又有何联系？

问题 4 如果放大电路的通频带比输入信 号的频带窄，那么输出信号将发 生什么变化？

(2-13)

1.3 符号规定

UA大写字母、大写下标，表示直流量。

uA小写字母、大写下标，表示全量。

ua小写字母、小写下标，表示交流分量。

(2-14)

uAua

全量 交流分量

t

UA 直流分量

(2-15)

§ 2 基本放大电路的组成和工作原理

三极管放大电路有三种形式

共射放大器

共基放大器

共集放大器

以共射放大器为例讲解工作原理

(2-16)

基本放大电路的工作原理

(1) 共发射极组态交流基本放大电路的 组成(2) 静态和动态(3) 直流通道和交流通道(4) 放大原理

(2-17)

基本组成如下：– 三 极 管 T——

– 负载电阻 Rc 、 RL——

– 偏置电路 VCC 、 Rb——

– 耦合电容 C1 、 C2——

起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出。提供电源，并使三极管工作在线性区。

输入耦合电容 C1 保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容 C2 保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。

(1) 共发射极组态交流基本放大电路的组成

图 06 共发射极组态交流基本放大电路

(2-18)

(2) 静态和动态

静态—— 时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

0i v

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。

动态—— 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。

0i v

(2-19)

直流通道

交流通道

直流电源和耦合电容对交流相当于短路

即能通过直流的通道。从 C 、 B 、 E向外看，有直流负载电阻， Rc 、 Rb 。

能通过交流的电路通道。如从 C 、B 、 E 向外看，有等效的交流负载电阻， Rc//RL 和偏置电阻 Rb 。

若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设 C1 、 C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。

(3) 直流通道和交流通道

(a) 直流通道 (b) 交流通道 图 07 基本放大电路的直流通道和交流通道

(2-20)

(4) 放大原理

输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：

o2

ccc)b(cbbe1

i vCvRiiiivCv β

三极管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出

ci cR

(2-21)

RB

+EC

EB

RC

C1

C2

T

共射放大电路的

进一步强调 放大元件 iC=iB

，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。

uiuo输入 输出

参考点

(2-22)

共射放大电路的

进一步强调 集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。

RB

+EC

EB

RC

C1

C2

T

(2-23)

共射放大电路的

进一步强调 集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。

RB

+EC

EB

RC

C1

C2

T

(2-24)

使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。

基极电源与基极电阻

RB

+EC

EB

RC

C1

C2

T

共射放大电路组成

(2-25)

耦合电容

隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。

RB

+EC

EB

RC

C1

C2

T

(2-26)

单电源供电

可以省去 RB

+EC

EB

RC

C1

C2

T

(2-27)

RB

单电源供电

+EC

RC

C1

C2

T

(2-28)

基本放大电路的工作原理

RB

+EC

RC

C1

C2

T

ui=0 时

由于电源的存在 IB

0

IC0

IBQ

ICQ

IEQ=IBQ+ICQ

(2-29)

基本放大电路的工作原理

RB

+EC

RC

C1

C2

TIBQ

ICQ

UBEQUCEQ

( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)

(2-30)

(IBQ,UBEQ) 和 ( ICQ,UCEQ ) 分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。

IB

UBE

QIBQ

UBEQ

IC

UCE

Q

UCEQ

ICQ

(2-31)

IB

UBE

Q

IC

UCEui

ib ibic

uCE 怎么变化

交流放大原理

假设 uBE 有一微小的变化

(2-32)

IC

UCE

ic uCE 的变化沿一条直线

uc

uCE 相位如何

uCE 与 uBE 反相！

(2-33)

RB

+EC

RC

C1

C2

ui

iB

iC

uC

uo

各点波形

(2-34)

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 、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。

4 、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。

(2-35)

§3 放大电路的分析方法

放大电路分析

静态分析

动态分析

估算法

图解法

微变等效电路法

图解法计算机仿真

(2-36)

3.1 直流通道和交流通道 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。但是 , 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。

这样就有了交流通道（只考虑交流信号的分电路）和直流通道（只考虑直流信号的分电路）。不同的信号可以分别在不同的通道分析。

(2-37)

RB

+EC

RC

C1

C2

例： 对直流信号（只有 +EC ）

开路开路

(2-38)

RB

+EC

RC

直流通道

(2-39)

RB

+EC

RC

C1

C2

对交流信号 ( 输入信号 ui)

短路短路

置零

(2-40)

RBRC RLui

uo

交流通道

(2-41)

3.2 直流负载线

RB

+EC

RC IC

UCE

UCE~IC 满足什么关系？

1 、输出特性。

2 、 UCE=EC–ICRC 。

(2-42)

IC

UCE

UCE=EC–ICRC

EC

C

C

R

E

直流负载线

与输出特性的交点就是Q 点

Q IB

(2-43)

1. 由直流负载列出方程 VCE=VCC － ICRc

2. 在输出特性曲线上确定两个特殊点 , 即可 画出直流负载线。

直流负载线的确定方法：

VCC 、 VCC /Rc

3. 在输入回路列方程式 VBE =VCC － IBRb

4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是 Q 。5. 得到 Q 点的参数 IBQ 、 ICQ 和 VCEQ 。

(2-44)

3.3 直流静态分析1 、估算法：（ 1） 根据直流通道估算 IB

RB

+EC

RC

IB UBE

B

BECB

R

UEI

B

C

R

7.0E

B

C

R

E

RB 称为偏置电阻， IB 称为偏置电流。

(2-45)

（ 2） 根据直流通道估算 UCE 、 IB

RB

+EC

RC IC

UCE

CEOBC III

CCCCE RIEU

CI

(2-46)

2 、图解法：先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出

直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是 Q 点。

IC

UCE

B

BECB

R

UEI

Q

C

C

RE

EC

(2-47)

例 1 ：测量三极管三个电极对地电位如图

09 所示，试判断三极管的工作状态。

图 09 三极管工作状态判断

放大 截止 饱和

(2-48)

例 2 ：用估算法计算静态工作点。已知： EC=12V ， RC=4K ， RB=300K ， =

37.5 。解：

A40mA04.0300

12

R

EI

B

CB

mA5.104.05.37II BC

V645.112RIUU CCCCCE

请注意电路中 IB 和 IC 的数量级

(2-49)

3.4 放大电路的动态图解分析

• （1）交流负载线

• （2）交流工作状态的图解分析

• （3）最大不失真输出幅度

• （4）非线性失真

• （5）输出功率和功率三角形

(2-50)

（ 1 ）交流负载线 交流负载线确定方法： 1. 通过输出特性曲线上的 Q 点做一条直线，其斜 率为 -1/R'L 。

2.R'L= RL∥Rc ， 是交流负载电阻。

3. 交流负载线是有交流 输入信号时 Q 点的运 动轨迹。

4. 交流负载线与直流 负载线相交 Q 点。 图 11 放大电路的动态

工作状态的图解分析

(2-51)

(2) 交流工作状态的图解分析

图 12 放大电路的动态图解分析

(2-52)

通过图解分析，可得如下结论：

1. vi vBE iB iC vCE |-vo|

2. vo 与 vi 相位相反；

3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。

(2-53)

①波形的失真

饱和失真

截止失真

由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于 NPN 管，输出电压表现为底部失真。

由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于 NPN 管，输出电压表现为顶部失真。

(3) 最大不失真输出幅度

注意：对于 PNP 管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与 NPN 管正好相反。

(2-54)

②放大电路的最大不失真输出幅度

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，

需要： 1. 工作点 Q 要设置在输出特性曲线放 大区的中间部位； 2. 要有合适的交流负载线。

图 14 放大器的最大不失真输出幅度

(2-55)

（ 4 ）非线性失真

%1001

23

22

V

VVTHD

放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。 由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真。 非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用 THD 表示，即

(2-56)

(5) 输出功率和功率三角形

omomomom

o 2

1

22IV

IVP

要想 PO 大，就要使功率三角形的面积大，即必

须使 Vom 和 Iom 都要大。

图 15 功率三角形

放大电路向电阻性负载提供的输出功率

在输出特性曲线上，正好是三角形 ABQ 的面积，这一三角形称为功率三角形。