第3章放大器基礎(chǔ)(第1講)

放大電路的功能及性能指標(biāo)共發(fā)射極放大電路的組成放大電路的工作原理3.1

放大電路的基本知識

（1）放大電路功能簡介放大電路是放大信號的一種裝置。它的功能是將微弱的電信號（電壓、電流、功率）放大到所需要的數(shù)值，從而使電子設(shè)備的終端執(zhí)行元件（如繼電器、揚聲器、儀表等）有所動作或顯示。圖5-1是放大電路功能的方框圖。1.放大電路的功能及性能指標(biāo)

⑴放大電路功能簡介放大器Rsus＋－RLVK開關(guān)圖5-1放大電路的功能框圖信號源負(fù)載直流電源向放大器提供輸入的電信號提供放大所需能源提供足夠的放大能力并盡可能減小失真終端執(zhí)行元件

放大電路的主要性能指標(biāo)有：放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻最大不失真輸出電壓幅值非線性失真系數(shù)通頻帶最大輸出功率和效率等

⑵放大電路的性能指標(biāo)

3.2基本組態(tài)放大電路

——共發(fā)射極放大電路＋usuo共發(fā)射極基本放大電路RsRbVBBTRcVCCRLuiuBEiEiBiCbceuCE＋－－－－－＋＋＋輸入回路輸出回路放大電路組成的原則發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；保證T處于放大區(qū)。輸入信號得到足夠的放大和順利地傳送。三極管T：實現(xiàn)電流放大。VBB

、VCC:確保三極管工作在放大狀態(tài)Rb:為放大電路提供靜態(tài)工作點將T集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓詫崿F(xiàn)電壓放大3.2.1阻容耦合放大電路

直接耦合放大電路:直接耦合放大電路常見于集成放大器的內(nèi)部電路，以及放大緩慢變化信號的直流放大器。阻容耦合放大電路:阻容耦合放大電路常見于分立元件構(gòu)成的放大交流信號的交流放大器中。1.阻容耦合基本共射極放大電路

電容C1和C2把放大電路與信號源及負(fù)載連接起來。C1和C2叫做耦合電容，亦稱隔直電容。隔離直流傳送交流。Rb+_+VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUoUi_C1C2⑴靜態(tài)工作點的計算

直流通路如圖(b)所示。據(jù)直流通路可以寫出

RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路ICQ=βIBQ

UCEQ=VCC－ICQRc

⑵性能指標(biāo)的計算

由于電容C1和C2的容量大，在信號頻率足夠大的情況下，可以認(rèn)為對交流信號來說容抗非常小，同與之串聯(lián)的電阻（Ri、RL）相比可以忽略不計，近似看作短路。再令直流電源VCC短路，就能夠畫出交流通路。將晶體管用簡化h參數(shù)等效電路來代換，就得到如圖(c)所示的微變等效電路。根據(jù)該電路來計算放大電路的性能指標(biāo)。⑵性能指標(biāo)的計算

Rb+_+VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUoUi_C1C2微變等效電路rbeebcIcIbβIbRcRL+_Uo+_IiUi+_UsRb①電壓放大倍數(shù)據(jù)微變等效電路可得

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_式中的負(fù)號表示輸出信號電壓與輸入信號電壓反相。式中R’L=Rc//RL，。①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻和輸出電阻

輸入電阻Ri

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_Ri=Rb//rbe

一般情況下都能滿足Rb>>rbe，則Ri≈rbe

輸出電阻Ro令交流信號源，負(fù)載電阻開路(RL=∞)，則可以從微變等效電路的輸出回路直接觀察得到Ro=Rc

②輸入電阻和輸出電阻

③電流放大倍數(shù)

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_Ri=Rb//rbe

③電流放大倍數(shù)

④考慮信號源內(nèi)阻時的電壓放大倍數(shù)

在Rb>>rbe的條件下，有⑤最大輸出電壓幅值

應(yīng)用圖解法分析電路的最大輸出電壓幅值。由直流通路的輸出回路可以列出電壓方程：VCC=UCEQ+ICQRc由此方程在晶體管T的輸出特性曲線上畫出直流負(fù)載線，它的斜率是-1/Rc。RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_直流通路R’L=Rc//RL

由微變等效電路列出方程：

據(jù)此方程畫出交流負(fù)載線，其斜率-1/R’L。⑤最大輸出電壓幅值

RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiβIbIcIRbUo+_-1/R’L-1/RcuCEIBQiCUCEQURUFUCESQRFICQ0Ucemax=min{UR，UF}而輸出信號電壓。故Uomax=min{UCEQ－UCES，ICQR’L}⑤最大輸出電壓幅值

圖(a)是共射極放大電路。T為PNP鍺管，β=60，UBE=－0.2V，UCES=－0.5V。其他參數(shù)如圖示。求：，Ri，Ro及在不失真的情況下，信號源的最大幅值是多少？UoRb+_-VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUi_C1C21kΩ400kΩ3kΩ3kΩ30μF30μF(-12V)[例1][例1]圖(a)是共射極放大電路。T為PNP鍺管，β=60，UBE=－0.2V，UCES=－0.5V。其他參數(shù)如圖示。求：，Ri，Ro及在不失真的情況下，信號源的最大幅值是多少？UoRb+_-VCCTRc+_(a)放大電路+UsRsRLUi_C1C21kΩ400kΩ3kΩ3kΩ30μF30μF(-12V)[例1]畫出直流通路如圖(b)所示。由于是PNP管，所以電流方向設(shè)為與實際方向一致，而電壓參考方向與NPN管一樣。由直流通路可列出RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路

―VCC=―IBQRb+UBEQUBEQ=―0.2(V)ICQ=βIBQ=60×0.03=1.8(mA)UCEQ=―VCC―(―ICQRc)=―12+1.8×3=―6.6(V)IEQ=ICQ+IBQ=1.83(mA)畫出放大電路的微變等效電路，如圖(c)所示。RbRc-VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_(b)直流通路

Ri=Rb//rbe=400//1.17≈1.17(kΩ)

Ro=Rc=3(kΩ)RLRiRsRbrbeRcRo+_+_UiIbUsIoIiβIbIcUo+_對信號源電壓的放大倍數(shù)為所以Uomax=min{|UCEQ|－|UCES|，ICQR’L}=min{6.6－0.5，1.8×1.5}=2.7V

因為PNP型晶體管電路的電壓參考方向使得電壓值為負(fù)值，故公式中代入絕對值。則電路是固定偏流共射極放大電路，在不發(fā)生失真的條件下，信號源的幅值不應(yīng)超過65mV。

2.穩(wěn)定工作點的放大電路

⒈放大器要求Q點穩(wěn)定

放大器正常工作時，需要有一個合適的靜態(tài)工作點，如在運行時，工作點不穩(wěn)定，則放大器的性能就不會穩(wěn)定。

⒉放大器靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的原因①環(huán)境溫度的變化(主要原因)②晶體管的更換③電路元件的老化④電源的波動①β變化對Q點的影響當(dāng)溫度升高時β值增大，在輸出特性上表現(xiàn)為特性曲線的間隔增寬。(a)β變化對Q點的影響iC(mA)uCE(V)QICQ80604020iB=0μA0VCCRCVCC80ICQ1Q1在溫度升高后，ICQ增大，UCEQ減小。靜態(tài)工作點向飽和區(qū)移動。⑴

溫度對靜態(tài)工作點的影響804020iB=0μA60Q2Q0uCE(V)4020iB=0μA6080iCVCCRC(b)ICBO變化的影響溫度升高，ICQ增大，UCEQ減小，工作點向飽和區(qū)移動。②

ICBO的變化對Q點的影響Q3I’BQ0.675℃iBuBEIBQ0.7Q25℃(c)UBE變化的影響在外電路參數(shù)不變時，輸入回路所確定的直流負(fù)載線也不變。那么Q點移到Q3點，IBQ將增加到I’BQ的，顯然也要使ICQ增加。反之，溫度降低將使ICQ減小。③

UBE變化對Q點的影響結(jié)論：綜上所述，溫度升高之后晶體管參數(shù)β、ICBO、UBE的變化都使ICQ增大，靜態(tài)工作點向飽和區(qū)移動。如果溫度降低，則將使ICQ減小，靜態(tài)工作點向截止區(qū)移動。采取措施為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，通?？梢圆扇∫韵氯N措施。還有一種是在偏置電路中采取溫度補償措施。一種是將放大器置于恒溫裝置中但造價太高。另一種是在直流偏置電路中引入負(fù)反饋來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。⑵分壓式電流負(fù)反饋偏置電路Rb=Rb1//Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQecb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理分壓式電流負(fù)反饋偏置電路在設(shè)計時，適當(dāng)選擇電阻Rb1和Rb2的阻值，使之滿足下面兩個條件。(Rb1和Rb2近似串聯(lián))

UBQ>>UBEQ

式中為流過基極分壓電阻Rb1與Rb2的電流。UBQ不變T℃↑→ICQ↑(IEQ↑)→(IEQRe)↑——→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓UBEQ=UBQ-UEQ

+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理Re把與ICQ成正比的電壓IEQRe引回到輸入回路，來調(diào)節(jié)基-射極電壓UBEQ，從而穩(wěn)定ICQ。這種作用稱為電流負(fù)反饋。因此，這種偏置電路稱為分壓式電流負(fù)反饋偏置電路。①工作原理根據(jù)圖(a)的直流偏置電路可得：

在電路同時滿足式，UBQ>>UBEQ的條件下,那么UBQ近似恒定，那么晶體管的靜態(tài)工作電流IEQ近似恒定。

由式可知，+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ①工作原理當(dāng)電路參數(shù)滿足以上兩個條件時，靜態(tài)電流IEQ將主要由外電路的參數(shù)VCC、Rb1、Rb2、Re來確定，而與晶體管參數(shù)β、ICBO、UBE幾乎無關(guān)。因而大大提高了靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。習(xí)慣上把上面兩式叫做工作點穩(wěn)定條件。UBQ>>UBEQ①工作原理為了兼顧放大電路幾方面的性能，通常采用下列經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選擇電路參數(shù)。①工作原理②射極偏置電路的分析計算在圖(a)的射極偏置電路中，如果電路參數(shù)滿足穩(wěn)定條件時可以近似估算。因而可以列出UCEQ=VCC－ICQRc－IEQRe≈VCC－ICQ(Rc+Re)+VCCRcICQIEQUCEQ

Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ⑶穩(wěn)定工作點的共射極放大電路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射極偏置的共射極放大電路

UiUo①電壓放大倍數(shù)

從圖

(a)所示的微變等效電路可得R’L=Rc//RL

IiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoβIb(a)微變等效電路rbe+_+_電路的電壓放大倍數(shù)比固定偏流偏置電路接成的共射極放大電路的電壓放大倍數(shù)小得多。這是由于輸入信號中有相當(dāng)一部分降落到Re上。僅有一部分加在基-射極轉(zhuǎn)換成和輸出。射極電阻Re越大，穩(wěn)定工作點的作用就強，放大倍數(shù)的下降也就越多。為了解決放大倍數(shù)下降的問題，通常在Re的兩端并聯(lián)上一個大容量電容（約為幾十到幾百微法）。電容Ce對交流信號呈現(xiàn)很小的容抗，對交流電流近似起短路作用，所以電容Ce稱為射極旁路電容。①電壓放大倍數(shù)

+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射極偏置的共射極放大電路

UiUoCe①電壓放大倍數(shù)

①電壓放大倍數(shù)

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)有Ce時電路的微變等效電路+__+②輸入電阻和輸出電阻

對于有旁路電容Ce的情況，從微變等效電路可得

在Rb1//Rb2>>rbe時

Ri=Rb1//Rb2//rbe

Ri≈rbe

用直接觀察的方法可知輸出電阻

Ro=Rc

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)有Ce時電路的微變等效電路+__+③

最大輸出電壓幅值Uomax用圖解法來分析最大輸出電壓幅值。對于有旁路電容Ce的情況，在晶體管的輸出特性所在坐標(biāo)系中畫出直流負(fù)載線和交流負(fù)載線，如圖所示。直流負(fù)載線根據(jù)直流通路得出的方程

UCE=VCC－IC(Rc+Re)作出，其斜率為－1/(Rc+Re)。

交流負(fù)載線根據(jù)從微變等效電路得到的方程作出(R’L=Rc//RL)，其斜率為－1/R’L。

Ucemax=min{UCEQ－UCES，ICQR’L)

-1/R’L用圖解法求UomaxuCEURIBQQUFiCICQ0VCC－1/(Rc+Re)VCCRc+Re③

最大輸出電壓幅值Uomax[例2]電路如圖

(a)所示。晶體管T的UBE=0.7V，β=50。求：①靜態(tài)工作點；②電壓放大倍數(shù)；③最大輸出電壓幅值；④不接電容Ce時的。⑤若選用β=100的晶體管，重新估算①、②兩項。+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_ReUiUo20kΩ2kΩ4kΩ2kΩ10kΩ30μF30μF100μFC2(a)放大電路解：①

ICQ=βIBQ=50×0.0323=1.62(mA)UCEQ≈VCC－ICQ(Rc+Re)=12－1.62×4=5.5(V)

IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoβIb(b)微變等效電路+__+②

③

UR=UCEQ－UCES=5.5－1=4.5(V)UF=ICQR