第5章 雙極型晶體管及其放大電路

5.1放大器的組成原理及直流偏置電路5.2放大器圖解分析法5.3放大器的交流等效電路分析法5.4共集電極放大器和共基極放大器5.5場效應(yīng)管放大器5.6放大器的級(jí)聯(lián)

第5章基本放大電路5.1放大器的組成原理及直流偏置電路一.基本放大器的組成原則二.放大器的直流通路和交流通路三.放大器直流偏置電路晶體管的一個(gè)基本應(yīng)用就是構(gòu)成放大器。晶體管放大器涉及的問題很多，這些問題將在后續(xù)章節(jié)中逐一討論。本節(jié)主要討論：

5.1.1基本放大器的組成原則基本放大器通常是指由一個(gè)晶體管構(gòu)成的單級(jí)放大器。根據(jù)輸入、輸出回路公共端所接的電極不同，實(shí)際有共發(fā)射極、共集電極和共基極三種基本(組態(tài))放大器。下面以最常用的共發(fā)射極電路為例來說明放大器的一般組成原理。RB是基極偏置電阻；RC為集電極負(fù)載電阻；RL是外接負(fù)載電阻。

Us是內(nèi)阻為Rs的正弦電壓源，為放大器提供輸入信號(hào)Ui。

電容C1、C2稱為耦合電容，其作用是隔直流通交流。按這種方式連接的放大器，通常稱為阻容耦合放大器。電容C1、C2的取值通常為微法級(jí)的大電容。如C1=10μF，當(dāng)輸入頻率高于1000Hz時(shí)，其容抗

通過上述實(shí)例可以看出，用晶體管組成放大器時(shí)應(yīng)該遵循如下原則：圖2–16共射極放大電路

(2).輸入信號(hào)必須加在基極—發(fā)射極回路。由于正偏的發(fā)射結(jié)其iE(iＣ)與uBE的關(guān)系仍滿足

(1).必須將晶體管偏置在放大狀態(tài)，并且要設(shè)置合適的工作點(diǎn)。為減小直流功耗，在保證不截止的的條件下，工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在ICQ較小處。因此，只有將輸入信號(hào)加到基極—發(fā)射極回路，使其uBE=UBEQ+ui，才能對(duì)iＣ進(jìn)行有效地控制，實(shí)現(xiàn)放大。

具體連接時(shí)，若射極作為公共支路(端)，則信號(hào)加到基極；反之，信號(hào)則加到射極?？梢?，放大器是一種直流和交流混合的電路

(3).必須設(shè)置合理的信號(hào)通路。當(dāng)信號(hào)源及負(fù)載與放大器相接時(shí)，一方面不能破壞已設(shè)定好的直流工作點(diǎn)，另一方面應(yīng)盡可能減小信號(hào)通路中的損耗。

實(shí)際中，若輸入信號(hào)的頻率較高(幾百赫茲以上)，采用阻容耦合則是最佳的連接方式。

5.1.2直流通路和交流通路

一個(gè)放大器既有直流偏置，又有交流輸入信號(hào)。因此，其分析的內(nèi)容無外乎兩個(gè)方面：

一是直流(靜態(tài))工作點(diǎn)分析，即在沒有信號(hào)輸入時(shí)，估算晶體管的ICQ和UCEQ。二是交流(動(dòng)態(tài))性能分析，即在輸入信號(hào)作用下，確定晶體管在工作點(diǎn)處各極電流和極間電壓的變化量，進(jìn)而計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)。

對(duì)于阻容耦合放大器，由于電路中存在電抗元件，所以直流通路和交流通路是各不相同的。為了分別進(jìn)行分析，必須首先確定出直流和交流通路。

確定直流通路和交流通路的方法是：

直流通路：將原放大電路中的電容開路，電感短路，直流電源保留，得直流通路。

交流通路：將原放大電路中的耦合（旁路）大電容短路（相對(duì)輸入信號(hào)頻率的小電容保留）;直流電源對(duì)地短路，得交流通路。C1，C2開路直流通路交流通路C1，C2短路UCC對(duì)地短路旁路電容C1，C2，CE開路C1，C2，CE短路UCC對(duì)地短路直流通路交流通路

5.1.3放大狀態(tài)下的偏置電路

晶體管在放大應(yīng)用時(shí)，要求外電路將晶體管偏置在放大區(qū)，而且在輸入信號(hào)的變化范圍內(nèi)，管子始終工作在放大狀態(tài)。

對(duì)偏置電路的要求是：

①.偏置下的靜態(tài)工作點(diǎn)在環(huán)境溫度變化或更換管子時(shí)應(yīng)力求穩(wěn)定，即保持ICQ和UCEQ穩(wěn)定；

②.電路形式要簡單。例如采用一路電源，盡可能少用電阻等；③.對(duì)信號(hào)的傳輸損耗應(yīng)盡可能小。如信號(hào)通道中的分壓、分流損耗要小。此外，對(duì)直流能量的損耗也要小。下面將介紹幾種常用的偏置電路。

一、固定偏流電路

最簡單的偏置電路如圖所示。由圖可知，UCC通過RB使e結(jié)正偏，則基極偏流為只要合理選擇RC的阻值，晶體管將處于放大狀態(tài)。此時(shí)

這種偏置電路主要缺點(diǎn)是工作點(diǎn)的穩(wěn)定性差。由計(jì)算式可知，當(dāng)溫度變化或更換管子引起β，ICBO改變時(shí)，由于外電路將IBQ基本固定，所以管子參數(shù)的改變都將集中反映到ICQ，UCEQ的變化上。結(jié)果會(huì)造成工作點(diǎn)較大的漂移，甚至使管子進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)。+ICEO

↓

ICQ↓←

IBQ

↓←UBEQ(=UBQ-UEQ)↓

↑

↑

↑ICQ↑→IEQ↑→

UEQ(=IEQRE)↑

二、電流負(fù)反饋型偏置電路使工作點(diǎn)穩(wěn)定的基本原理，是在電路中引入自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，用IB的相反變化去自動(dòng)抑制IC的變化，從而使ICQ穩(wěn)定。這種機(jī)制通常稱為負(fù)反饋。實(shí)現(xiàn)方法是在管子的發(fā)射極串接電阻RE，如圖所示。其原理是：不管何種原因，如果使ICQ有增大趨向時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生如下自我調(diào)節(jié)過程：

↓↓

↓顯然，RE的阻值越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，則工作點(diǎn)越穩(wěn)定。但RE過大時(shí)，因UCEQ過小會(huì)使Q點(diǎn)靠向飽和區(qū)。因此，要二者兼顧，合理選擇RE的阻值。從而可得工作點(diǎn)的計(jì)算式：由電路知

三、分壓式偏置電路分壓式偏置電路如圖示，通過增加一個(gè)電阻RB2，可將基極電位UB固定。這樣由ICQ引起的UE變化就是UBE的變化，因而增強(qiáng)了UBE對(duì)ICQ的調(diào)節(jié)作用，有利于Q點(diǎn)的近一步穩(wěn)定。兼顧RE和UCEQ而取這是確定RB1、RB2和RE的基本依據(jù)通常選取從分析的角度看，在電路的基極端用戴維南定理等效：此時(shí)其中RB=RB1‖RB2，UBB=UCCRB2/(RB1+RB2)。如果RB1、RB2取值不大，滿足I1>>IBQ，則估算工作點(diǎn)時(shí)，可按下式近似求出：這是實(shí)際中估算該電路靜態(tài)工作點(diǎn)常用的公式。

【例】圖示電路中。已知β=100，

UCC=12V，RB1=39kΩ，RB2=25kΩ，RC=RE=2kΩ。試計(jì)算工作點(diǎn)ICQ和UCEQ。

解

若按估算法直接求ICQ，可得

顯然兩者誤差很小。因此，在今后分析中可按估算法來求工作點(diǎn)。39k25k2k2k12Vβ=100與上述穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理相類似，實(shí)際中還可采用電壓負(fù)反饋型偏置電路。除此之外，在集成電路中，還廣泛采用恒流源作偏置電路，即用恒流源直接設(shè)定ICQ。放大狀態(tài)下的直流偏置電路小結(jié)放大器的主要性能指標(biāo)電壓放大倍數(shù)

電流放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù)1.放大倍數(shù)A2.輸入電阻Ri3.輸出電阻Ro

4.非線性失真系數(shù)THD輸入、輸出動(dòng)態(tài)范圍5.頻率特性作業(yè)P189

5-2,5-3,5-4，

5-5,5-6.放大狀態(tài)下的直流偏置電路小結(jié)5.2放大器圖解分析法

對(duì)放大器進(jìn)行分析，通常有兩種方法:

等效電路法是一種利用器件模型進(jìn)行電路分析的方法，它具有運(yùn)算簡便、結(jié)果誤差小的優(yōu)點(diǎn)，所以是放大器分析的主要方法。本節(jié)以共射極放大器為例介紹圖解法。圖解法是在晶體管特性曲線上通過作圖確定工作點(diǎn)及其信號(hào)作用下的相對(duì)變化量。這種方法具有形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于小信號(hào)放大器，圖解法難以準(zhǔn)確地進(jìn)行定量分析。因此，該方法通常是作為放大器分析的輔助方法。

1.圖解法2.等效電路法。5.2.1直流圖解分析直流圖解分析是在晶體管輸出特性曲線上，用作圖的方法確定直流工作點(diǎn)，求出ICQ、UCEQ。由集電極回路可列出如下方程組：

特性曲線方程直流負(fù)載線方程由基極回路，可用計(jì)算法求出：直流通路直流負(fù)載線

k=－1/RC

圖解法步驟：iB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCRC●●UCC●③確定Q點(diǎn)的坐標(biāo)，即量得Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為ICQ，橫坐標(biāo)則為UCEQ

②作直流負(fù)載線；①在輸出特性上畫出

iB=IBQ的一條特性曲線；直流負(fù)載線MN與特性曲線iB=IBQ的交點(diǎn)Q，即為直流工作點(diǎn)；ICQ在輸出特性上找兩個(gè)特殊點(diǎn)：

M點(diǎn)：uCE=0，iC=12/3=4mA

N點(diǎn)：iC=0，uCE=UCC=12V連接M、N得到直流負(fù)載線。

舉例：RB=560kΩ，RC=3kΩUCC=12V試用圖解法確定直流工作點(diǎn)?！瘛瘛?2解由估算法可得由Q點(diǎn)的坐標(biāo)量得ICQ=2mA，UCEQ=6V。與IB=20μA的特性曲線的交點(diǎn)Q，即為直流工作點(diǎn)。電路參數(shù)改變對(duì)工作點(diǎn)的影響

改變RBuCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684MNQRBQ2RBQ1IB↓IB↑Q3IB=0改變RCuCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684MNQQ1Q3RCQ2uCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684QCE直流負(fù)載線

k=－1/RCiB

＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCRC●●UCC●ICQ

圖解法步驟：③確定Q點(diǎn)的坐標(biāo)，即量得Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為ICQ，橫坐標(biāo)則為UCEQ

②作直流負(fù)載線:①在輸出特性上畫出

iB=的一條特性曲線；直流負(fù)載線MN與特性曲線iB=IBQ的交點(diǎn)Q，即為直流工作點(diǎn)；直流圖解分析特性曲線方程直流負(fù)載線方程△uCE應(yīng)由RC和RL決定

5.2.2交流圖解分析

交流圖解分析是在輸入信號(hào)作用下，通過作圖來確定放大管各級(jí)電流和極間電壓的變化量。此時(shí)的交流通路：交流通路

交流圖解分析的步驟如下:iB變化的幅度IbmuBE=UBEQ+Uimsinωt

1.由放大器的輸入回路確定iB的變化：

在晶體管的發(fā)射結(jié)回路，由于輸入電壓連同UBEQ一起直接加在發(fā)射結(jié)上，因而產(chǎn)生iB的變化:IBQIBQuBEuBEiBmaxiBminiBtiBtQUBEQUim

iB圍繞IBQ變化時(shí)，引起iC和uCE如何改變？

2.畫交流負(fù)載線:瞬時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡iB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC●●●直流負(fù)載線

k=－1/RC

此時(shí)必須依據(jù)交流通路在輸出特性上畫出iB變化時(shí)瞬時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡，即交流負(fù)載線。交流負(fù)載線特點(diǎn)：

①.交流負(fù)載線必然過Q點(diǎn)；可見交流負(fù)載線是一條過Q點(diǎn)且斜率為－1/RL′的直線。②.交流負(fù)載線的斜率為

其中RL′=RC‖RL。這是因?yàn)椤鱱CE=－△iCRL′QiCuCEUCCUCEQICQUCCRCIBQA交流負(fù)載線k＝－RL1'ICQRL'畫一條過Q點(diǎn)且斜率為－1/RL′的直線，即為交流負(fù)載線。交流負(fù)載線的畫法在何種情況下交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合?uCE變化的幅度UcemiC變化的幅度IcmQiCiCCQIttuCEuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQA交流負(fù)載線k＝－RL1'交流負(fù)載線是輸入信號(hào)作用下瞬時(shí)Q點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。iBmaxiBmin如電壓放大倍數(shù)

3.由交流負(fù)載線確定iC和uCE的變化量tt000tiuuBEUBEQIBQiBut000tCEtiCICQUCEQuo根據(jù)交流圖解分析，放大管各極電流和極間電壓的波形，如圖所示。

(1).輸入交變電壓時(shí)，晶體管各極電流和極間電壓的方向始終不變。只是在直流量上疊加一交流量。(2).各極電流、電壓的瞬時(shí)波形中，需要放大的是交流量。但為了確保交流量不失真，直流量又是必不可少的。(3).輸出與輸入的波形相位相反。因此，共射放大器為反相放大器。輸出電壓的頂部因截止而限幅5.2.3直流工作點(diǎn)與放大器非線性失真的關(guān)系直流工作點(diǎn)的位置如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)使放大器輸出波形產(chǎn)生明顯的非線性失真。Q交流負(fù)載線iC0t0iC0tuCEuCEiBiBIBQuBEuBEtQUBEQ1.若Q點(diǎn)過低：UCEQICQiCuCE產(chǎn)生截止失真輸出電壓的低部因飽和而限幅2.若Q點(diǎn)過高：Q交流負(fù)載線iCiCiB0tuCEuCE0t0UCEQICQiCuCE可見，為了使放大器不產(chǎn)生截止和飽和失真，必須根據(jù)輸出電壓的大小設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。產(chǎn)生飽和失真●●

通過以上分析可知，由于受晶體管截止和飽和的限制，放大器的不失真輸出電壓有一個(gè)范圍，其最大值稱為放大器輸出動(dòng)態(tài)范圍，用峰--峰值Uopp表示。3.放大器的輸出動(dòng)態(tài)范圍UOPP由圖解可知：否則，產(chǎn)生截止失真。否則，將產(chǎn)生飽和失真。若若不截止范圍不飽和范圍UCES為臨界飽和壓降，約為0.7V39k2k12V2k●●42【例】

電路及晶體管的輸出特性如圖所示，試用圖解法確定直流工作點(diǎn)；畫出交流負(fù)載線；若輸入電壓使基極電流有10μA的正弦變化，試確定輸出電壓的變化量并求動(dòng)態(tài)范圍。●2V交流負(fù)載線k＝－RL1'iBmaxiBminUom

=1V25k2kRL′=RC||RL=2||2=1k作業(yè)P191

5-7,5-8,5-10，5-12，5-13.

一.填空題:

1.

載流子濃度差(梯度)

2.正向偏置

反向偏置

3.

PNP

硅

4.

1.4

-3

5.

50

NPN

6.

3.4

7.

N

結(jié)

8.

大

上移

拉大

9.

二階低通

10.

6

5

11.

2500

455(500)

期中試題答案二.(a).

晶體管截止.ICQ=0,UCQ=12V

(b).

設(shè)晶體管放大導(dǎo)通,則

故晶體管處于放大狀態(tài).ICQ=3mA,UCEQ=3V(c).

因UGS=2V<UGS(th)=3V,場效應(yīng)管截止.IDQ=0UDSQ=12V

三.(a).

反相過零比較器;(b).比例系數(shù)為2的同相比例器;

(c).反相半波精密整流電路:ui>0,V2導(dǎo)通,

V1

截止,uo=-ui

ui<0,V1導(dǎo)通,

V2

截止,uo=0;(d).穩(wěn)壓二極管雙向限幅電路.tui/V04-4tu02/V08-8tuo40-0.73V四.1.A1構(gòu)成方波振蕩器.2.五.1.2.3.六.1.2.

取:R2=20k,R3=80k,R1=20k,R4=30k.

取:R1=20k,R2=10k,R3=20k,Rf=20k.3.本節(jié)主要內(nèi)容：5.3放大器的交流等效電路分析法一.晶體管交流小信號(hào)等效電路模型二.共射極放大器的交流等效電路分析QiCuCEUCEQICQiBIBQuBEQUBEQ等效電路代替根據(jù)導(dǎo)出的方法不同，晶體管交流小信號(hào)等效電路模型可分為兩類：5.3.1晶體管交流小信號(hào)等效電路模型一類是物理型等效模型。它是模擬晶體管結(jié)構(gòu)及放大過程導(dǎo)出的電路模型，它有多種形式，其中較為通用的是混合π型電路模型；另一類是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型。它是將晶體管看成一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)端口的電壓、電流關(guān)系導(dǎo)出的電路模型。在低頻，應(yīng)用最廣的是H參數(shù)電路模型。不論按哪種方法導(dǎo)出的電路模型，它們都應(yīng)當(dāng)是等價(jià)的，因而相互間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

我們只討論混合π型電路模型。

混合π型電路模型工作在放大狀態(tài)下的共射極晶體管如圖所示。先忽略管內(nèi)寄生效應(yīng)的影響。

當(dāng)輸入交變電壓ube加于發(fā)射結(jié)時(shí)，晶體管各極電壓和電流的瞬時(shí)值為

對(duì)于晶體管的放大作用，我們關(guān)心的是微變量ube、ib、

ic和uce之間的相互關(guān)系。晶體管輸入端ube控制iB的作用，可以用b、e極間相應(yīng)的交流結(jié)電阻rbe來等效，如圖所示。rbe的大小為靜態(tài)工作點(diǎn)處uBE對(duì)iB的偏導(dǎo)值，即等效即e結(jié)交流電阻re折到b極支路的等效電阻，而折合系數(shù)為(1+β)。式中發(fā)射結(jié)交流電阻re?？梢愿鶕?jù)正向二極管電流方程求得，即可見，re與溫度有關(guān)，并與晶體管直流工作電流IEQ成反比。室溫下，UT=26mV，所以re=26mV/IEQ。因此，可得根據(jù)電流分配關(guān)系，ib對(duì)ic的控制作用，可以用接在c、e極間的一個(gè)受控電流源來等效，如圖所示。

參量gm稱為跨導(dǎo)，反映ube對(duì)ic的控制能力。等效

為了直接反映ube對(duì)ic的控制能力，即其中

uCE變化時(shí)，由于基區(qū)調(diào)寬效應(yīng)，iC和iB都將發(fā)生相應(yīng)變化，可以分別用集電極輸出電阻rce和反向傳輸電阻rbc等效，如圖所示。等效

rce和rbc分別為

rce反映在輸出特性上是曲線在Q點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)，其大小可根據(jù)厄爾利（Early）效應(yīng)估算?？珊雎?/p>

利用厄爾利效應(yīng)估算參數(shù)rce的方法：將每條共射極輸出特性曲線向左方延長，都會(huì)與uCE負(fù)軸相交于一點(diǎn)，其交點(diǎn)折合的電壓UA稱為厄爾利（Early）電壓，如圖所示。UA一般大于100V。iC0UCEQuCEICQ

uCEQiCIBQAUA如ICQ=2mA,UA取100V。以上分別模擬了放大管e結(jié)的正向控制特性、基區(qū)電流分配關(guān)系和基調(diào)效應(yīng)，得到圖示的交流等效電路。b′

基區(qū)體電阻rbb′的阻值較大，為幾十到幾百歐姆。這一影響可以用基極端b與內(nèi)基極b′之間的電阻rbb′等效。cebPN＋N+Nrbb′b′reb′rcb′注意，此時(shí)參數(shù)中的b應(yīng)改為b′。下面進(jìn)一步討論等效電路中如何反映晶體管固有的寄生效應(yīng)的影響。平面管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。cebPN＋N+NCb′cb′

晶體管的兩個(gè)PN結(jié)存在結(jié)電容Ceb′rbb′考慮了以上寄生參量，和

的影響后，便得到完整的晶體管混合π型電路模型，如圖示。因?yàn)閑結(jié)正偏，主要是擴(kuò)散電容，可用b′和e之間接一電容

等效。而c結(jié)反偏，主要是勢壘電容，用b′和c之間的電容等效。當(dāng)輸入為正弦量時(shí)，則微變量均為微變正弦量，并用有效值表示，此時(shí)模型中的電量應(yīng)改寫為正弦量有效值，則低頻工作時(shí)結(jié)電容可忽略，電路可簡化為如下的低頻模型：當(dāng)小電流工作時(shí)（ICQ<0.5mA），因?yàn)榭蛇M(jìn)一步忽略，則電路可簡化為如下的壓控型電路模型將和串聯(lián)合并，得流控型電路模型壓控型電路模型其中流控型電路模型實(shí)用的晶體管低頻交流模型為幾十~幾百kΩ，通?？梢院雎?。這是分立元件的放大器分析中廣泛采用的模型。取注意：對(duì)于PNP管,其交流模型與上述NPN管完全相同。晶體管交流小信號(hào)等效電路模型小結(jié)

混合π型電路模型低頻流控型電路模型

分析方法利用晶體管交流模型分析放大器，可按以下步驟進(jìn)行。第一步，根據(jù)直流通路估算直流工作點(diǎn)；第二步，確定放大器交流通路，用晶體管交流模型替換晶體管得出放大器的交流等效電路；第三步，根據(jù)交流等效電路計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)。其中，關(guān)于工作點(diǎn)分析已在前面作過詳細(xì)介紹，這里不再討論。下面以共射放大器為例，著重討論放大電路交流性能的分析方法。5.3.2共射極放大器的交流等效電路分析法旁通電容采用分壓式穩(wěn)定偏置電路，使晶體管有一合適穩(wěn)定的工作點(diǎn)(ICQ，UCEQ)。共射極放大器交流通路交流等效電路共射極放大器的交流等效電路根據(jù)等效電路，共射極放大器的交流指標(biāo)分析如下：

1.電壓放大倍數(shù)Au式中

討論：

(1).負(fù)號(hào)表明共射放大器輸出電壓與輸入電壓反相。

可見，Au幾乎與β無關(guān)，而與靜態(tài)電流ICQ近似成正比。(3).RL′(=RC‖RL)越大，Au越大。由于RC對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生分流損耗，因而要求盡可能大，但增大RC將受Q點(diǎn)的制約。所以應(yīng)合理選擇RC。(2).當(dāng)ICQ<0.5mA，可忽略rbb′的影響，Au可近似為式中RB=RB1‖RB2。由此可得若滿足RB>>rbe，RL<<RC，則

2.電流放大倍數(shù)Ai由圖可以看出，流過RL的電流Io為

3.輸入電阻通常滿足RB1‖RB2>>rbe，故由圖顯而易見

按照Ro的定義，在圖示電路的輸出端加一電壓Uo，并將Us短路，此時(shí)因Ib=0，所以受控源βIb=0。這時(shí)，從輸出端看進(jìn)去的電阻為：4.輸出電阻負(fù)載RL開路5.非線性失真飽和失真截止失真Aus定義為輸出電壓Uo與信號(hào)源電壓Us的比值，即可見，|Aus|<|Au|。若滿足Ri

>>Rs，則Aus≈Au。6.源電壓放大倍數(shù)Aus

7.發(fā)射極接有電阻RE時(shí)的情況若將共發(fā)射極放大器的旁通電容CE開路，此時(shí)對(duì)交流信號(hào)而言，發(fā)射極將通過電阻RE接地。其交流等效電路如所示。由圖可知而Uo仍為－βIbRL′，則電壓放大倍數(shù)變?yōu)?/p>

分母中增加一項(xiàng)(1+β)RE，即射極電阻RE折合到基極要增大(1+β)倍。顯然，射極接電阻后，放大倍數(shù)減小了。這是因?yàn)镽E的自動(dòng)調(diào)節(jié)(負(fù)反饋)作用，使得輸出隨輸入的變化受到抑制，從而導(dǎo)致Au減小。當(dāng)(1+β)RE>>rbe時(shí)，則有

顯然，輸入電阻明顯增大了。

即射極電阻RE折合到基極支路應(yīng)擴(kuò)大(1+β)倍。對(duì)于輸入電阻，由于從b極看進(jìn)去的輸入電阻Ri′變?yōu)橐虼?，放大器的輸入電阻為?duì)于輸出電阻，盡管Ic更加穩(wěn)定，但從輸出端看進(jìn)去的電阻仍為RC，即Ro=RC。共射極(共e)放大器性能小結(jié)Ro=RCRo=RC可簡化對(duì)于PNP管共射放大器

其交流等效電路及交流性能指標(biāo)與上述對(duì)應(yīng)的NPN管共射放大器完全相同！若采用正電源如何?++截止失真飽和失真作業(yè)P192

5-12，5-13，

5-14，5-15，5-16。

晶體管交流小信號(hào)等效電路模型小結(jié)

混合π型電路模型低頻流控型電路模型跨導(dǎo)為幾十~幾百kΩ，通?？梢院雎?。取共射極(共e)放大器性能小結(jié)Ro=RCRo=RCRE=0共集電極放大電路的組成：

5.4共集電極放大器和共基極放大器由于信號(hào)從射極輸出，所以該電路又稱為射極輸出器。5.4.1共集電極放大器

1.電壓放大倍數(shù)Au由圖可得如下關(guān)系式

①.

Au為正，表明輸出電壓與輸入電壓同相；因而可見：②.Au恒小于1。由于通常滿足(1+β)RL′>>rbe，因而Au又接近于1

。換句話說，輸出電壓幾乎跟隨輸入電壓變化。因此，共集電極放大器又稱為射極電壓跟隨器。

2.電流放大倍數(shù)Ai當(dāng)忽略RB1、RB2的分流作用時(shí)，Ib=Ii，則輸出電流Io為從基極看進(jìn)去的電阻Ri′為與共射電路相比，由于Ri′顯著增大，因而提高了共集電路的輸入電阻。

3.輸入電阻Ri

4.輸出電阻Ro當(dāng)輸出端外加電壓Uo，而將Us短路并保留內(nèi)阻Rs時(shí)，可得圖所示電路。由圖可得則由e極看進(jìn)去的電阻Ro′為所以，輸出電阻可見，共集電極放大器的輸出電阻非常小RS′=RS||RB1||RB2由于上述射極支路和基極支路之間的相互折合關(guān)系，共集電極放大器才具有輸入電阻大而輸出電阻小的特點(diǎn)。Ri′和Ro′表達(dá)式的電路意義RS′正是這一特點(diǎn)，該放大器常用作多級(jí)電路的輸入級(jí)、輸出級(jí)和中間隔離級(jí)。

5.4.2共基極放大器共基極放大電路的組成：1.電壓放大倍數(shù)Au由圖可知所以可見，共基放大器的電壓放大倍數(shù)與共射電路相同，但為正值，即輸出電壓與輸入電壓同相。

2.電流放大倍數(shù)Ai

在圖中，由于輸入電流Ii≈Ie=αIc，而輸出電流

3.輸入電阻Ri

顯然，共基放大器輸入電阻非常小。按上述基極支路和射極支路的折合關(guān)系，由射極看進(jìn)去的電阻Ri′為

4.輸出電阻Ro

由圖可知，加壓求流Ui=0時(shí)，因Ib=0，則βIb=0，因而有共集放大器共基放大器

共集、共基放大器（組態(tài)）電路小結(jié)三種基本放大器的性能比較共基放大器共射放大器共集放大器相位反相同相同相（最大）(最小)(最小)(最小)（最?。?較大)（較大）(較小)

【例題】

晶體管放大電路如圖所示。已知晶體管的β=100，rbb′=250Ω。為了分別滿足如下要求，電路應(yīng)接成什么組態(tài)？三個(gè)端點(diǎn)①、②、③分別該如何接(哪個(gè)接信號(hào)源，哪個(gè)接輸出，哪個(gè)接地或開路)？1.要求源電壓放大倍數(shù)最大。此時(shí)

2.要求輸出Uo≈－US;

3.要求輸出Uo≈US;

4.要求接上RL=1kΩ的負(fù)載時(shí)，Uo≈|US|，并求輸出電阻Ro=？5.要求同時(shí)獲得一對(duì)大小相同極性相反的輸出信號(hào)。1.要求源電壓放大倍數(shù)最大。此時(shí)解：應(yīng)接成射極接地的共發(fā)射極組態(tài)，即

①接信號(hào)源，②為輸出端，③端接地。2.要求輸出Uo≈－US;解：應(yīng)接成射極接電阻的共發(fā)射極組態(tài)，即

①接信號(hào)源，②為輸出端，③端開路。3.要求輸出Uo≈US;解：應(yīng)接成共集電極組態(tài)，即

①接信號(hào)源，②端接地或開路，③為輸出端。若接成共基極組態(tài)，即

①端接地，②為輸出端，③接信號(hào)源，將如何？4.要求接上RL=1kΩ的負(fù)載時(shí)，Uo≈|US|，并求Ro=？解：應(yīng)接成共集電極組態(tài)，即

①接信號(hào)源，②端接地或開路，③接負(fù)載RL為輸出端。5.要求同時(shí)獲得一對(duì)大小相同極性相反的輸出信號(hào)。解：應(yīng)分別接成共集和共射組態(tài)，并同時(shí)輸出，即

①接信號(hào)源，②為反相輸出端，③為同相輸出端。

當(dāng)兩個(gè)輸出端分別接上數(shù)值不大的相同負(fù)載時(shí)，將如何？

5.5場效應(yīng)管放大器

5.5.1場效應(yīng)管偏置電路IDQUGSQ耗盡型MOS

一.自偏壓電路

（只適用于結(jié)型和耗盡型管）

二.分壓式偏置(或混合偏置)電路

（適用于各種類型的場效管）EMOSDMOSJFET

5.5.2場效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型簡化恒流區(qū)該電路的性能指標(biāo)分析如下：

5.5.3場效應(yīng)管放大器分析

與晶體管放大器類似，場效應(yīng)管也有三種基本放大組態(tài)，即共源、共漏和共柵放大電路。

一、共源放大器當(dāng)源極接有電阻或源極電容開路時(shí)的情況

二、共漏放大器

共漏放大器電路及其等效電路分別如圖所示。輸出電阻RoUgs=Uo

三、共柵放大器

共柵放大器電路及其等效電路分別如圖所示。作業(yè)P192

5-18,5-19,5-21，5-22,5-23,5-24.

【例題】在圖示電路中，若UCC=12V，

RB1=75kΩ，RB2=25kΩ,RC=2kΩ,RE=1kΩ,晶體管β=80,r

bb′=100Ω。

1.試求該放大器的工作點(diǎn)ICQ、UCEQ

；2.試求Au、Ri和Ro；3.若將電阻RB1增大，則

Au、Ri和

Ro有何變化？4.若Rs=1kΩ，求Aus;5.若接RL=2kΩ的負(fù)載，則UO有何變化？6.若輸入信號(hào)增大，UO波形變?yōu)?，則產(chǎn)生何種失真？如何消除？7.若旁通電容CE開路，則Au、Ri和Ro有何變化？解：1.按估算法計(jì)算Q點(diǎn)：1k2k75k-12V25k2.試求Au、Ri和Ro；2k75k25k3.若將電阻RB1增大，則

Au、Ri和

Ro有何變化？

因此，RB1增大，引起Au減小，Ri增大，

而Ro不變。4.若Rs=1kΩ，求Aus;可見，輸入電阻相對(duì)源內(nèi)阻越大，則Aus越大。75k25k1k2k5.若接RL=2kΩ的負(fù)載，則UO有何變化？即輸出電壓減小一半75k25k1k2k由于在輸入的正半周產(chǎn)生失真，對(duì)于PNP管應(yīng)為截止失真。6.若輸入信號(hào)增大，UO波形變?yōu)?，則產(chǎn)生何種失真？如何消除？應(yīng)將Q點(diǎn)上移，可減小RB1或增大RB2或減小RE。輸出電阻不變Ro=RC＝2k7.若旁通電容CE開路，則Au、Ri和Ro何有變化？75k25k1k2k共射放大器共集放大器共射和共集（組態(tài)）放大器性能小結(jié)RE=05.6放大器的級(jí)聯(lián)在許多應(yīng)用場合，要求放大器有較高的放大倍數(shù)及合適的輸入、輸出電阻。而單級(jí)放大器通常不可能滿足這一實(shí)際要求。因此，需要將多個(gè)基本放大器級(jí)聯(lián)起來，構(gòu)成多級(jí)放大器。由于三種基本放大器的性能不同，所以在構(gòu)成多級(jí)放大電路時(shí)，應(yīng)充分利用它們的特點(diǎn)，合理組合，用盡可能少的級(jí)數(shù)，來滿足放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻的要求。本節(jié)主要內(nèi)容：1.簡要說明多級(jí)放大器中級(jí)間的耦合方式；2.多級(jí)放大器性能指標(biāo)的計(jì)算方法;3.實(shí)際中常用的幾種組合放大器及其特點(diǎn)。

多級(jí)放大器各級(jí)之間連接的方式稱為耦合方式。

級(jí)間耦合時(shí)，一方面要確保各級(jí)放大器有合適的直流工作點(diǎn)，另一方面應(yīng)使前級(jí)輸出信號(hào)盡可能不衰減地加到后級(jí)輸入。5.6.1級(jí)間耦合方式特點(diǎn)：各級(jí)直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立；不能放大緩變信號(hào)。

1.阻容耦合

通過電容器將后級(jí)電路與前級(jí)相連接，其方框圖如圖示:＋－UiRi2

A2＋－UoCA1Ri2CCRi1

常用的耦合方式有以下三種2.變壓器耦合變壓器耦合框圖如圖所示＋－UiRi2A1

A2＋－UoN2N1R′i2Ri2特點(diǎn)：各級(jí)直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立；原副邊交流可以不共地；且具有阻抗變換作用:若原邊與副邊的匝數(shù)比n=N1/N2，則原邊看進(jìn)去的等效負(fù)載為Ri2′=n2Ri2由于低頻時(shí)變壓器過于笨重，所以目前多用于高頻電路。＋－UiRi2

A2＋－UoA1Ri2Ri1

3.直接耦合

將前級(jí)輸出直接或通過恒壓器件接到下級(jí)輸入的耦合方式。特點(diǎn)：可以放大緩變信號(hào)；便于電路集成化。

直接耦合使各級(jí)直流工作點(diǎn)相互影響，互不獨(dú)立，給設(shè)計(jì)與分析帶來困難。UCC-UEE穩(wěn)壓管電平移位NPN、PNP管級(jí)聯(lián)墊高后級(jí)的發(fā)射極電位估算直接耦合放大器的工作點(diǎn)時(shí)：由于IBQ極小可近似為零。因此可忽略后級(jí)的IB（=0），只須考慮直流電平逐級(jí)傳遞的影響。這樣可大大簡化Q點(diǎn)的計(jì)算。直接耦合放大器直流電平配置的幾種方式：直接耦合放大器中另一個(gè)突出問題是所謂零點(diǎn)漂移。實(shí)際中，如何有效克服零點(diǎn)漂移，成為直接耦合電路中至關(guān)重要的問題。Ui=0前級(jí)工作點(diǎn)隨溫度的變化會(huì)被后級(jí)傳遞并逐級(jí)放大，使得輸出端產(chǎn)生很大的漂移電壓，甚至造成后級(jí)過載。為此零點(diǎn)漂移通常又稱為溫度漂移。零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：原因：分析級(jí)聯(lián)放大器性能指標(biāo)的方法：5.6.2級(jí)聯(lián)放大器的性能指標(biāo)計(jì)算

一.電壓放大倍數(shù)Au方法1.計(jì)算前級(jí)Au1時(shí)，將后級(jí)的輸入電阻作為其負(fù)載。通過每一單級(jí)指標(biāo)的計(jì)算來計(jì)算多級(jí)指標(biāo)因此在計(jì)算前級(jí)輸出時(shí)，只要將后級(jí)的輸入電阻作為其負(fù)載，則該級(jí)的輸出電壓就是后級(jí)的輸入電壓，即這樣，一個(gè)n級(jí)放大器的總電壓放大倍數(shù)Au可表示為可見，Au為各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。或增益的分貝數(shù)為

方法2.

將前級(jí)輸出電阻作源內(nèi)阻，計(jì)算后級(jí)開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。以兩級(jí)為例

二.輸入電阻級(jí)聯(lián)放大器的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻Ri1，如圖所示。只是在計(jì)算Ri1時(shí)應(yīng)將后級(jí)的輸入電阻Ri2作為其負(fù)載，即

三.輸出電阻級(jí)聯(lián)放大器的輸出電阻就是最末級(jí)的輸出電阻Ron，如圖所示。只是在計(jì)算Ron時(shí)應(yīng)將前級(jí)的輸出電阻Ro(n-1)作為其信號(hào)源內(nèi)阻，即

【例1】放大器如圖所示，試計(jì)算該電路的交流指標(biāo)。畫交流通路

解：實(shí)際應(yīng)用的放大器，除了要有較高的放大倍數(shù)之外，往往還對(duì)輸入、輸出電阻及其它性能提出要求。根據(jù)三種基本放大電路的特性，將它們適當(dāng)組合，取長補(bǔ)短，可以獲得各具特點(diǎn)的組合放大器。5.6.3組合放大器一、共集—共射(CC–CE)組合放大器

CC–CE組合放大器的交流通路如所示。特點(diǎn)：①輸入電阻大②源電壓放大倍數(shù)近似為恒壓激勵(lì)下的共射電壓放大倍數(shù)自舉電路如何進(jìn)一步提高共集放大器的輸入電阻?；鶚O偏置電阻使Ri減小。加自舉電容C后，N點(diǎn)電位跟隨輸入U(xiǎn)i變化，使RB上的電流IRB大大減小，提高了偏置電路的等效輸入電阻。自舉電路特點(diǎn)：輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)；二.共射—共集(CE–CC)組合放大器共集放大器的動(dòng)態(tài)范圍UOPP已知UCC、RE和

RL如何設(shè)置工作點(diǎn)ICQ，使共集放大器的動(dòng)態(tài)范圍UOPP最大？【例2】

放大電路如圖所示。已知晶體管β=100,rbe1=3kΩ,rbe2=2kΩ,rbe3=1.5kΩ，試求放大器的輸入電阻、輸出電阻及源電壓放大倍數(shù)。

解：電路為直接耦合的CC–CE–CC組合放大器。電路采用正、負(fù)電源使輸入和輸出端的直流電位為零。用VZ和VD1分別墊高V2，V3管的射極電位，而對(duì)交流可視為短路。(1).輸入電阻Ri

(2).輸出電阻Ro:(3).源電壓放大倍數(shù)Aus三.CE–CB組合放大器交流通路特點(diǎn)：輸入電阻極小的共b電路作為共e放大器負(fù)載載，大大減弱了共射放大管內(nèi)部的反向傳輸效應(yīng)。其結(jié)果，一方面提高了電路高頻工作時(shí)的穩(wěn)定性，另一方面明顯改善了放大器的頻率特性。正是這一特點(diǎn)，使得CE–CB組合放大器在高頻和寬帶電路中獲得廣泛應(yīng)用。

CE–CB組合放大器的增益，相當(dāng)共e電路的電壓增益和電流