電工電子技術(shù) 課件 第7章 交流放大電路

-電工電子技術(shù)-第7章

交流放大電路7.27.37.47.5

基本交流電壓放大電路分析

分壓式偏置放大電路

多級放大電路目錄Contents7.1

基本交流電壓放大電路7.67.1基本交流電壓放大電路PART07

1．放大的概念所謂放大,從表面上看是將信號由小變大,實質(zhì)上,放大的過程是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程。由于在電子線路中輸入信號往往很小,它所提供的能量不能直接推動負(fù)載工作,因此需要另外提供一個能源,由能量較小的輸入信號控制這個能源,經(jīng)三極管使之放大去推動負(fù)載工作。7.1基本交流電壓放大電路我們把這種小能量對大能量的控制作用稱為放大作用。三極管只是一種能量控制元件,而不是能源。三極管有三個電極,三極管對小信號實現(xiàn)放大作用時在電路中可有三種不同的連接方式（或稱三種組態(tài)）,即共(發(fā))射極接法、共集電極接法和共基極接法。這三種接法分別以發(fā)射極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的公共端,而構(gòu)成不同的放大電路,如圖7.1(以NPN管為例)所示。

7.1基本交流電壓放大電路圖7.1放大電路中三極管的三種連接方法(a)共(發(fā))射極電路;(b)共集電極電路;(c)共基極電路

7.1基本交流電壓放大電路

2．放大電路的組成及各元件的作用

電路的組成如圖7.2所示。

其中，

符號“⊥”為接地符號,是電路中的零參考電位。

圖7.2基本共(發(fā))射(極)放大電路

7.1基本交流電壓放大電路

3．放大電路中電壓、電流的方向及符號規(guī)定

1）電壓、電流正方向的規(guī)定為了便于分析,我們規(guī)定:電壓的正方向都以輸入、輸出回路的公共端為負(fù),其他各點均為正；電流方向以三極管各電極電流的實際方向為正方向（如圖7.2標(biāo)注）。

7.1基本交流電壓放大電路

2）電壓、電流符號的規(guī)定為了便于對概念及公式的討論,對于圖7.2的放大電路,在交流信號ui的作用下,可以得到圖7.3所示的三極管基極電流波形,其表示的符號做如下規(guī)定:

(1)直流分量。如圖7.3(a)所示波形,用大寫字母和大寫下標(biāo)表示。如IB表示基極的直流電流。

(2)交流分量。如圖7.3(b)所示波形,用小寫字母和小寫下標(biāo)表示。如ib表示基極的交流電流。

7.1基本交流電壓放大電路

(3)總變化量。如圖7.3(c)所示波形,是直流分量和交流分量之和,即交流疊加在直流上，用小寫字母和大寫下標(biāo)表示。如iB表示基極電流總的瞬時值，其數(shù)值為iB=IB+ib。

(4)交流有效值。用大寫字母和小寫下標(biāo)表示。如Ib表示基極的正弦交流電流的有效值。7.1基本交流電壓放大電路圖7.3三極管基極的電流波形(a)直流分量；(b)交流分量；(c)總變化量

7.1基本交流電壓放大電路表7.1電壓、電流符號的規(guī)定

7.1基本交流電壓放大電路由圖7.2可清楚地看到,在放大電路中,既有直流電源,又有交流信號源,因此電路中交、直流并存。具體對一個放大電路進(jìn)行定性、定量分析時,首先要求出電路各處的直流電壓和電流的數(shù)值,以便判斷放大電路是否工作于放大區(qū),這也是放大電路放大交流信號的前提和基礎(chǔ)。其次分析放大電路對交流信號的放大性能,如放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及電路的失真問題。前者討論的對象是直流成分,而后者討論的對象則是交流成分。因此，在對放大電路進(jìn)行具體分析時，必須正確地分清直流通路和交流通路。

7.1基本交流電壓放大電路

4．直流通路和交流通路

1）直流通路所謂直流通路,是指當(dāng)輸入信號ui=0時,在直流電源UCC的作用下,直流電流所流過的路徑。在畫直流通路時,電路中的電容開路,電感短路。圖7.2所對應(yīng)的直流通路如圖7.4（a）所示。

7.1基本交流電壓放大電路

2）交流通路所謂交流通路，是指在信號源ui的作用下，只有交流電流所流過的路徑。畫交流通路時，放大電路中的耦合電容短路；由于直流電源UCC的內(nèi)阻很小，對交流變化量幾乎不起作用，故可看作短路。圖7.2所對應(yīng)的交流通路如圖7.4(b)所示。7.1基本交流電壓放大電路圖7.4基本共射放大電路的交、直流通路(a)直流通路(b)交流通路

7.1基本交流電壓放大電路通過上述分析，可以歸納出組成基本放大電路時必須遵循以下三條原則：（1）必須保證電路具有合適的直流工作狀態(tài)；（2）必須保證輸入交流信號能順利加在發(fā)射結(jié)上；（3）

必須保證交流信號經(jīng)放大后能順利傳輸給負(fù)載。

7.1基本交流電壓放大電路7.2

基本交流電壓放大電路分析PART07一、靜態(tài)分析

1．靜態(tài)（ui=0）工作情況

所謂靜態(tài),是指輸入信號為零時放大電路中只有直流電量的工作狀態(tài)。靜態(tài)分析的目的是通過直流通路分析放大電路中三極管的工作狀態(tài)。為了使放大電路能夠正常工作,三極管必須處于放大狀態(tài)。因此,要求三極管各極的直流電壓、直流電流必須具有合適的靜態(tài)工作參數(shù)IB、IC、UBE、UCE。電路如圖7.5（a）所示,當(dāng)電路中的UCC、Rc、Rb確定以后,UBE、IB

、UCE、IC

也就隨之確定了。

7.2

基本交流電壓放大電路分析

一、靜態(tài)分析

對應(yīng)于這四個數(shù)值,可在三極管的輸入特性曲線和輸出特性曲線上各確定一個固定不動的點“Q”,如圖7.5(b)所示,我們把這個“Q”點就稱為放大電路的靜態(tài)工作點,簡稱工作點。為了便于說明此時的電壓、電流值是對應(yīng)于工作點“Q”的靜態(tài)參數(shù),以后把它們分別記作UBEQ、IBQ、UCEQ和ICQ。

7.2

基本交流電壓放大電路分析圖7.5基本放大電路的靜態(tài)情況(a)電路

(b)靜態(tài)工作點Q7.2

基本交流電壓放大電路分析

一、靜態(tài)分析2．靜態(tài)工作點的估算

1)電路組成如圖7.5（a）所示,+UCC經(jīng)電阻Rb為發(fā)射結(jié)提供正偏電壓,經(jīng)電阻Rc為集電結(jié)提供反偏電壓。

7.2

基本交流電壓放大電路分析2靜態(tài)工作點的估算由電路得基極靜態(tài)電流:（7.1）

其中UBEQ為發(fā)射結(jié)正向電壓,一般硅管取值為0.7V，鍺管取值為0.3V,當(dāng)UCC>>UBEQ時,IBQ≈UCC/Rb。

根據(jù)三極管電流放大特性有

（7.2）

7.2

基本交流電壓放大電路分析集(電極)-(發(fā))射(極)之間的電壓為

（7.3）

注意:式（7.2）成立的條件是三極管必須工作于放大區(qū)。實際中,如果UCEQ值小于1V,則認(rèn)為三極管已處于飽和狀態(tài),此時,電流ICQ不再受IBQ的控制,稱這時的ICQ為飽和電流,用ICS表示。此時的集-射電壓為飽和壓降UCES，則

（7.4）

7.2

基本交流電壓放大電路分析

此式說明ICS基本上只與UCC及Rc有關(guān),與β及IBQ無關(guān)。三極管在臨界飽和狀態(tài)時,其電流受控關(guān)系仍然成立,此時的基極電流稱為基極臨界飽和電流，

用IBS表示。即

如果IBQ＜IBS,則表明三極管工作于放大狀態(tài),否則為飽和狀態(tài)。

7.2

基本交流電壓放大電路分析二

動態(tài)分析

7.2

基本交流電壓放大電路分析

2．動態(tài)分析

所謂動態(tài),是指放大電路輸入信號不為零時的工作狀態(tài)。當(dāng)放大電路加入交流信號ui時,電路中各電極的電壓、電流都是由直流量和交流量疊加而成的。

其波形如圖2.20所示。

7.2

基本交流電壓放大電路分析圖7.6放大電路的動態(tài)工作情況

7.2

基本交流電壓放大電路分析在圖7.6中,輸入信號ui通過耦合電容傳送到三極管的基極與發(fā)射極之間,使得發(fā)射結(jié)的電壓為

當(dāng)ui變化時，便引起uBE隨之變化，相應(yīng)的基極電流也在原來IBQ的基礎(chǔ)上疊加了因ui變化產(chǎn)生的變化量ib，這時，基極的總電流則為直流和交流的疊加，

即經(jīng)三極管放大后，可得

由上式可以看出，電壓uCE由兩部分組成，

一部分為靜態(tài)電壓UCEQ，另一部分為交流動態(tài)電壓uce=-icRc，經(jīng)耦合電容C2輸出，得-”表示uo與ui反相,即共射放大電路的uo與ui的相位相反,如圖7.6所示。

7.2

基本交流電壓放大電路分析通過上述放大過程的分析和波形的觀察，

可以得到如下幾個重要結(jié)論:

(1)在沒有信號輸入時，放大電路工作于靜態(tài)情況，

三極管各電極有著恒定的靜態(tài)電流值IBQ、ICQ和靜態(tài)電壓值UBEQ、UCEQ（如圖2.20中的虛線所示）。

(2)當(dāng)加入變化的輸入信號后，放大電路工作于動態(tài)情況，

三極管各電極的電流、電壓瞬時值是在靜態(tài)電流、電壓的基礎(chǔ)上，

疊加了隨輸入信號ui變化的交流分量ib、ic、ie。其值的方向（或極性）在小信號情況下是不變的（即保持原來直流量的方向），大小隨著ui的變化而變化。7.2

基本交流電壓放大電路分析

(3)輸出電壓uo和輸出電流ic(io)的變化規(guī)律與輸入電壓ui和輸入電流ib一致，且uo比ui幅度大得多，這就完成了對交流信號的不失真放大。

(4)從圖2.20中的信號波形可以看到:uo和ui是同頻率的正弦量,且相位差180°，

即共射極放大電路對于輸入信號具有“反相”作用。7.2

基本交流電壓放大電路分析三、

放大電路的波形失真現(xiàn)象分析

1．演示電路

演示電路如圖7.7所示。

圖7.7演示電路

7.2

基本交流電壓放大電路分析

2．演示過程

(1）通過信號發(fā)生器產(chǎn)生一頻率為1000Hz的正弦波信號ui,輸入放大電路,調(diào)整ui的幅值和電位器RP,通過示波器在輸出端可觀察到最大不失真輸出信號的波形,如圖7.8（a）所示。

(2）調(diào)節(jié)RP,使Rb減小,通過示波器在輸出端可觀察到圖7.8（b）所示的底部失真信號。

(3）調(diào)節(jié)RP,使Rb增大,通過示波器在輸出端可觀察到圖7.8（c）所示的頂部失真信號。

7.2

基本交流電壓放大電路分析圖7.8通過示波器所觀察到的輸出波形(a)正常波形(b)飽和失真(c)截止失真(d)限幅失真7.2

基本交流電壓放大電路分析3．現(xiàn)象分析1）底部失真產(chǎn)生底部失真的原因是:當(dāng)電路輸入交流信號時,很容易使UCE＜0.4V而進(jìn)入飽和區(qū),使輸出不能如實地反映輸入信號的形狀,則出現(xiàn)了圖7.8（b）所示的底部失真現(xiàn)象。該現(xiàn)象是因為三極管進(jìn)入飽和區(qū)所引起的,故稱為飽和失真。

7.2

基本交流電壓放大電路分析由上述分析可知,出現(xiàn)飽和失真的原因是:因為靜態(tài)工作點偏高,即IBQ太大,引起ICQ太大造成的。只要將輸入回路中的基極偏置電阻Rb增大,以降低IBQ、ICQ,從而使靜態(tài)工作點Q下降,進(jìn)入三極管放大區(qū)的中間位置,便可解決飽和失真的問題。此過程也可通過演示電路驗證。另外,還可以通過調(diào)節(jié)Rc的大小來改善飽和失真,讀者可自行分析。

7.2

基本交流電壓放大電路分析2）頂部失真

產(chǎn)生頂部失真的原因是:當(dāng)電路輸入的交流信號變化到負(fù)半周時,uBEQ+ui隨著|ui|增大而減小,很容易使三極管進(jìn)入截止區(qū),而導(dǎo)致輸入回路中的iB不能隨著ui作線性變化,則出現(xiàn)了圖2.22(c)所示的頂部失真現(xiàn)象。該現(xiàn)象是因為三極管進(jìn)入截止區(qū)所引起的,故稱為截止失真。7.2

基本交流電壓放大電路分析由上述分析可知，

出現(xiàn)截止失真的原因是:因靜態(tài)工作點太低,即IBQ太小造成的。因而防止截止失真的辦法是將輸入回路中的基極偏置電阻Rb減小，即增大IBQ，使靜態(tài)工作點Q上移，以保證在輸入信號的整個周期內(nèi)，三極管工作在輸入特性的線性部分。放大電路正常工作時,要求盡可能有最大的不失真信號輸出,如圖2.22(a)所示。電路只有設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點,才可實現(xiàn)此要求。通過上述分析知，可以通過調(diào)整電路中的Rb使Q點設(shè)置在合適的位置。但要注意,有了合適的靜態(tài)工作點，當(dāng)ui的幅值太大時，也容易出現(xiàn)如圖2.22(d)所示的雙向失真。7.2

基本交流電壓放大電路分析例7.1在圖7.5（a）中已知UCC=20V,Rc=6.8kΩ,Rb=510kΩ,三極管為3DG100,β=45,

(1)試求放大電路的靜態(tài)工作點;

(2)如果偏置電阻Rb由510kΩ減至240kΩ,三極管的工作狀態(tài)有何變化？

解

(1)7.2

基本交流電壓放大電路分析因為IBQ<IBS,所以,電路中的三極管處于放大區(qū)。

7.2

基本交流電壓放大電路分析(2)當(dāng)Rb由510kΩ減至240kΩ時,因為IBQ＞

IBS,表明三極管已進(jìn)入飽和狀態(tài),此時，

7.2

基本交流電壓放大電路分析

3)電路的特點固定偏置式電路結(jié)構(gòu)簡單,但靜態(tài)工作點不穩(wěn)定。例如當(dāng)IBQ固定時,溫度升高，β值增大，ICQ增大，

UCEQ減小，

使Q點變化。

7.2

基本交流電壓放大電路分析

二．動態(tài)工作情況

所謂動態(tài),是指放大電路輸入信號不為零時的工作狀態(tài)。當(dāng)放大電路加入交流信號ui時,電路中各電極的電壓、電流都是由直流量和交流量疊加而成的。其波形如圖7.6所示。

7.2

基本交流電壓放大電路分析圖7.6放大電路的動態(tài)工作情況

7.2

基本交流電壓放大電路分析二．動態(tài)工作情況在圖7.6中,輸入信號ui通過耦合電容傳送到三極管的基極與發(fā)射極之間,使得發(fā)射結(jié)的電壓為

當(dāng)ui變化時，便引起uBE隨之變化,相應(yīng)的基極電流也在原來IBQ的基礎(chǔ)上疊加了因ui變化產(chǎn)生的變化量ib，這時，基極的總電流則為直流和交流的疊加,即經(jīng)三極管放大后，

可得

7.2

基本交流電壓放大電路分析由上式可以看出，電壓uCE由兩部分組成，

一部分為靜態(tài)電壓UCEQ，另一部分為交流動態(tài)電壓uce=-icRc，經(jīng)耦合電容C2輸出，得“-”表示uo與ui反相,即共射放大電路的uo與ui的相位相反，如圖7.6所示。

7.2

基本交流電壓放大電路分析二．動態(tài)工作情況通過上述放大過程的分析和波形的觀察,可以得到如下幾個重要結(jié)論:

(1)在沒有信號輸入時,放大電路工作于靜態(tài)情況,三極管各電極有著恒定的靜態(tài)電流值IBQ、ICQ和靜態(tài)電壓值UBEQ、UCEQ（如圖7.6中的虛線所示）。

(2)當(dāng)加入變化的輸入信號后,放大電路工作于動態(tài)情況，

三極管各電極的電流、電壓瞬時值是在靜態(tài)電流、電壓的基礎(chǔ)上，疊加了隨輸入信號ui變化的交流分量ib、ic、ie。其值的方向（或極性）在小信號情況下是不變的（即保持原來直流量的方向），大小隨著ui的變化而變化。二．動態(tài)工作情況

(3)輸出電壓uo和輸出電流ic(io)的變化規(guī)律與輸入電壓ui和輸入電流ib一致,且uo比ui幅度大得多,這就完成了對交流信號的不失真放大。

(4)從圖7.6中的信號波形可以看到：uo和ui是同頻率的正弦量,且相位差180°，即共射極放大電路對于輸入信號具有“反相”作用。7.2

基本交流電壓放大電路分析二．動態(tài)工作情況三.放大電路的波形失真現(xiàn)象1．演示電路

7.2

基本交流電壓放大電路分析圖7.7演示電路三.放大電路的波形失真現(xiàn)象2．演示過程

通過信號發(fā)生器產(chǎn)生一頻率為1000Hz的正弦波信號，輸入放大電路，調(diào)整的幅值和電位器RP,通過示波器在輸出端可觀察到最大不失真輸出信號的波形,如圖7.8（a）所示。

調(diào)節(jié)RP,使Rb減小,通過示波器在輸出端可觀察到圖7.8（b）所示的底部失真信號。調(diào)節(jié)RP,使Rb增大,通過示波器在輸出端可觀察到圖7.8（c）所示的頂部失真信號。7.2

基本交流電壓放大電路分析三.放大電路的波形失真現(xiàn)象2．演示過程

7.2

基本交流電壓放大電路分析

(a)正常波形(b)飽和失真

(c)截止失真

(d)限幅失真

圖7.8放大電路的輸出波形

3．現(xiàn)象分析1）底部失真產(chǎn)生底部失真的原因是:當(dāng)電路輸入交流信號時,很容易使UCE＜0.4V而進(jìn)入飽和區(qū),使輸出不能如實地反映輸入信號的形狀,則出現(xiàn)了圖7.8（b）所示的底部失真現(xiàn)象。該現(xiàn)象是因為三極管進(jìn)入飽和區(qū)所引起的,故稱為飽和失真。

7.2

基本交流電壓放大電路分析由上述分析可知，出現(xiàn)飽和失真的原因是:因為靜態(tài)工作點偏高,即IBQ太大,引起ICQ太大造成的。只要將輸入回路中的基極偏置電阻Rb增大,以降低IBQ、ICQ，從而使靜態(tài)工作點Q下降,進(jìn)入三極管放大區(qū)的中間位置,便可解決飽和失真的問題。此過程也可通過演示電路驗證。另外，還可以通過調(diào)節(jié)Rc的大小來改善飽和失真，讀者可自行分析。

7.2

基本交流電壓放大電路分析2）頂部失真

產(chǎn)生頂部失真的原因是:當(dāng)電路輸入的交流信號變化到負(fù)半周時，uBEQ+ui隨著|ui|增大而減小,很容易使三極管進(jìn)入截止區(qū)，而導(dǎo)致輸入回路中的iB不能隨著ui作線性變化，則出現(xiàn)了圖7.8(c)所示的頂部失真現(xiàn)象。該現(xiàn)象是因為三極管進(jìn)入截止區(qū)所引起的，故稱為截止失真。7.2

基本交流電壓放大電路分析由上述分析可知，出現(xiàn)截止失真的原因是:因靜態(tài)工作點太低，即IBQ太小造成的。因而防止截止失真的辦法是將輸入回路中的基極偏置電阻Rb減小，即增大IBQ，使靜態(tài)工作點Q上移，以保證在輸入信號的整個周期內(nèi)，三極管工作在輸入特性的線性部分。放大電路正常工作時,要求盡可能有最大的不失真信號輸出，如圖7.8(a)所示。電路只有設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，才可實現(xiàn)此要求。通過上述分析知，可以通過調(diào)整電路中的Rb使Q點設(shè)置在合適的位置。但要注意，有了合適的靜態(tài)工作點，當(dāng)ui的幅值太大時，也容易出現(xiàn)如圖7.8(d)所示的雙向失真。7.2

基本交流電壓放大電路分析7.3分壓式偏置放大電路PART07例7.1在圖7.2（a）中已知UCC=20V,Rc=6.8kΩ,Rb=510kΩ,三極管為3DG100,β=45,

(1)試求放大電路的靜態(tài)工作點;

(2)如果偏置電阻Rb由510kΩ減至240kΩ，三極管的工作狀態(tài)有何變化？

解

(1)7.3分壓式偏置放大電路一、固定偏置式電路因為IBQ<IBS,所以,電路中的三極管處于放大區(qū)。

7.3分壓式偏置放大電路(2)當(dāng)Rb由510kΩ減至240kΩ時,因為IBQ＞

IBS,表明三極管已進(jìn)入飽和狀態(tài),此時，

7.3分壓式偏置放大電路

3)電路的特點固定偏置式電路結(jié)構(gòu)簡單,但靜態(tài)工作點不穩(wěn)定。例如當(dāng)IBQ固定時,溫度升高，β值增大，ICQ增大，

UCEQ減小，

使Q點變化。

7.3分壓式偏置放大電路二.分壓式偏置電路

1電路組成如圖7.9所示,與固定偏置式電路不同的是,基極直流偏置電位UB是由Rb1和Rb2對UCC分壓來取得的,故稱這種電路為分壓式偏置電路；同時,電路中又增加了發(fā)射極電阻Re，用來穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。

7.3分壓式偏置放大電路圖7.9分壓偏置式直流電路

7.3分壓式偏置放大電路

2靜態(tài)工作點的估算當(dāng)三極管工作在放大區(qū)時,IB很小,當(dāng)滿足I1>>IB時,UBQ基本固定不變,則有:7.3分壓式偏置放大電路7.3分壓式偏置放大電路3、Q點的穩(wěn)定過程例如，當(dāng)UBQ固定時，

由此可見,這種電路是在固定基極電壓的條件下,利用發(fā)射極電流IEQ隨溫度T（或β）的變化所引起的UEQ變化,進(jìn)而影響UBE和IB的變化，使

ICQ趨于穩(wěn)定的。

7.3分壓式偏置放大電路

例7.2

圖7.9的放大電路中,已知三極管的參數(shù)為β=50,UBEQ=0.7V,Rb1=50kΩ,Rb2=20kΩ,Rc=5kΩ,Re=2.7kΩ,UCC=+12V。

(1)試求放大電路的靜態(tài)工作點;

(2)如果三極管的β增大1倍,那么放大電路的Q點將發(fā)生什么變化？

解

(1)估算靜態(tài)工作點的基本思路是:先算ICQ，再算IBQ，

即

7.3分壓式偏置放大電路由于UCEQ＞1V，

故三極管工作在放大狀態(tài)。

(2)在這種電路中,β值增大1倍,UBQ、UEQ、ICQ、IEQ和UCEQ

均可認(rèn)為基本不變,電路仍然可以正常工作,這正是分壓式工作點穩(wěn)定電路的優(yōu)點。

但此時IBQ將減小,

比較以上兩種偏置電路的靜態(tài)工作點計算步驟:固定偏置電路:7.3分壓式偏置放大電路分壓式偏置電路:7.3分壓式偏置放大電路4.分壓式偏置電路的特點:7.3分壓式偏置放大電路三、

放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)估算放大電路放大的對象是變化量,研究放大電路時除了要保證放大電路具有合適的靜態(tài)工作點外,更重要的是還要研究其放大性能。對于放大電路的放大性能有兩個方面的要求:一是放大倍數(shù)要盡可能大；

二是輸出信號要盡可能不失真。衡量放大電路性能的重要指標(biāo)有放大倍數(shù)、輸入電阻ri和輸出電阻ro。

7.3分壓式偏置放大電路

1.放大倍數(shù)放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。它是指輸出信號與輸入信號之比。常用的有電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)。電壓放大倍數(shù)的定義為

電流放大倍數(shù)的定義為

式中,uo、ui、io、ii是輸入、輸出信號的交流量。7.3分壓式偏置放大電路

2.輸入電阻ri

如圖7.9（附加）所示，放大電路的輸入端可以用一個等效交流電阻ri來表示，它定義為

ri是衡量放大電路對信號源影響程度的重要參數(shù)。其值越大,放大電路從信號源索取的電流越少，

信號源對放大電路的影響越小。

7.3分壓式偏置放大電路圖7.9（附加）

放大電路的方框圖

7.3分壓式偏置放大電路

3.輸出電阻ro

從放大電路輸出端看入的等效電阻，稱為輸出電阻ro

，如上圖所示。圖中的uo′為輸出端的開路電壓，等效電阻用戴維南定理分析，其計算方法有以下三種：（1）將輸入信號源us短路（電流源開路），但要保留其信號源內(nèi)阻rs，用電阻串并聯(lián)方法加以化簡，計算輸出端的等效電阻。（2）

將輸入信號源us短路（電流源開路），但要保留其信號源內(nèi)阻rs，然后在其輸出端外加一電壓源up，并計算出該電壓源給出的電流ip，則輸出電阻由下式計算：

(3)用實驗方法測量。第一步，令RL開路，測出放大器輸出端的開路電壓的有效值Uo′。第二步，接入RL，測出有載輸出電壓的有效值Uo。則輸出電阻可由下式計算：

可以看出,輸出電阻ro越小,接入負(fù)載RL后,輸出電壓uo變化越小,電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。因此,ro的大小反映了放大電路帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱。一、

共發(fā)射極放大電路性能指標(biāo)的估算

共發(fā)射極放大電路(簡稱共射放大電路)如圖7.10所示。

圖7.10實用的共射放大電路（a）

電路；

（b）交流通路

7.3分壓式偏置放大電路1．三極管的微變等效電路

1)三極管基-(發(fā))射極間的等效在圖7.5中，根據(jù)三極管的輸入特性，當(dāng)輸入信號ui在很小范圍內(nèi)變化時，輸入回路的電壓uBE、電流iB在uCE為常數(shù)時,可認(rèn)為其隨ui的變化作線性變化，即三極管輸入回路基極與發(fā)射極之間可用等效電阻rbe代替。其等效電路如圖7.10（附加）（b）所示。7.3分壓式偏置放大電路根據(jù)三極管輸入回路結(jié)構(gòu)分析,rbe的數(shù)值可以用下列公式計算:式中,rbb′是基區(qū)體電阻,對于低頻小功率管,rbb′約為100

～500Ω,一般無特別說明時,可取rbb′=300Ω;IEQ為靜態(tài)(發(fā))射極電流;rbe單位取Ω。

7.3分壓式偏置放大電路圖7.10（附加）

三極管的微變等效電路

7.3分壓式偏置放大電路

2)三極管集(電)-(發(fā))射極間的等效當(dāng)三極管工作于放大區(qū)時，ic的大小只受ib控制，而與uCE無關(guān),即實現(xiàn)了三極管的受控恒流特性,ic=βib。所以，當(dāng)輸入回路的ib給定時，

三極管輸出回路的集電極與發(fā)射極之間，

可用一個大小為βib的理想受控電流源來等效，如圖7.10（附加）(c)所示。將上面所得如圖7.10（附加）(b)與(c)合并，便可得到三極管的微變等效電路，如圖7.10（附加）(d)所示。7.3分壓式偏置放大電路

2.放大電路的微變等效電路

把圖7.10(b)所示交流通路中的三極管用微變等效電路代換,則可得到放大電路的微變等效電路,如圖7.12所示。下面我們以圖7.10（a）所示電路為例,總結(jié)畫放大電路微變等效電路的方法和步驟。

(1）畫出放大電路的交流通路如圖7.10（b）所示。

(2）用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三極管,畫出放大電路的微變等效電路,如圖7.12(a)所示。

7.3分壓式偏置放大電路圖7.12共射放大電路的微變等效電路(a)不考慮信號源內(nèi)阻的等效電路；

(b)考慮信號源內(nèi)阻時的等效電路

7.3分壓式偏置放大電路3．共射放大電路基本動態(tài)參數(shù)的估算1）電壓放大倍數(shù)（1）

求有載電壓放大倍數(shù)Au。

(1)(2)將式（1）和式（2）代入定義式

，

可得

(3)（2）

求空載電壓放大倍數(shù)。

即不接負(fù)載RL,RL→∞,則

因為

所以空載電壓放大倍數(shù)大于有載電壓放大倍數(shù)。

2）

輸入電阻ri當(dāng)Rb>>rbe時,7.3分壓式偏置放大電路

3）輸出電阻ro

在圖7.12中,根據(jù)戴維南定理等效電阻的計算方法，將us=0，

則ib=0，

從而受控源βib=0，

因此可直接得出

7.3分壓式偏置放大電路4）源電壓放大倍數(shù)圖7.12(b)為考慮信號源內(nèi)阻時所畫出的微變等效電路，可以得出

將式（4）代入式

，

可求得考慮信號源內(nèi)阻時的源電壓放大倍數(shù)Aus

（4）（5）將式（3）代入式（5）得

（6）

稱Aus為源電壓放大倍數(shù)。

例2.3

放大電路如圖7.10（a）所示,其中硅三極管的β=50,電阻Rb1=50kΩ,Rb2=10kΩ,Rc=6kΩ,Re=1.3kΩ,RL=6kΩ,電源UCC=12V。試求該電路的:（1）靜態(tài)工作點;（2）Au、ri和ro值;（3）

不接電容Ce時的Au、ri和ro值，并與接Ce時的Au、ri、

ro進(jìn)行比較。

7.3分壓式偏置放大電路解(1)7.3分壓式偏置放大電路（2）

7.3分壓式偏置放大電路（3）不接電容Ce時,電路圖7.10（a）所對應(yīng)的微變等效電路如圖2.30所示。根據(jù)電路圖可得

7.3分壓式偏置放大電路圖7.13不接Ce

的微變等效電路

7.3分壓式偏置放大電路四、

共集電極放大電路的性能指標(biāo)

1．共集電極放大電路靜態(tài)分析

共集電極放大電路如圖7.14（a）所示。由圖7.14（a）可知，輸入電壓加在基極與集電極之間，而輸出信號電壓從發(fā)射極與集電極之間取出，集電極成為輸入、輸出信號的公共端，所以稱為共集電極放大電路。又由于它們的負(fù)載位于發(fā)射極上，被放大的信號從發(fā)射極輸出，所以又叫做射極輸出器。7.3分壓式偏置放大電路四、

共集電極放大電路的性能指標(biāo)

1．共集電極放大電路靜態(tài)分析

圖7.14(c)是圖7.14（a）的直流通路。下面我們將對共集電極電路進(jìn)行靜態(tài)分析。7.3分壓式偏置放大電路四、

共集電極放大電路的性能指標(biāo)

1．共集電極放大電路靜態(tài)分析

圖7.14共集電極放大電路

（c）直流通路7.3分壓式偏置放大電路四、

共集電極放大電路的性能指標(biāo)

1．共集電極放大電路靜態(tài)分析

直流電源UCC經(jīng)偏置電阻Rb為三極管發(fā)射結(jié)提供正偏，由圖7.15(c)可列出輸入回路的直流方程為7.3分壓式偏置放大電路四、

共集電極放大電路的性能指標(biāo)

1．共集電極放大電路靜態(tài)分析

由此可求得共集電極放大電路的靜態(tài)工作點電流為由圖7.15(c)所示集電極回路可得7.3分壓式偏置放大電路四、

共集電極放大電路的性能指標(biāo)

2．共集電極放大電路動態(tài)參數(shù)的估算

電路如圖7.14（a）所示,交流信號從基極輸入,從發(fā)射極輸出,故該電路又稱射極輸出器。圖7.14（b）為該電路對應(yīng)的交流通路。由交流通路可看出,集電極為輸入、輸出的公共端，

故稱為共集電極放大電路(簡稱共集放大電路)。

7.3分壓式偏置放大電路圖7.14共集電極放大電路（a）

電路；

（b）

交流通路

7.3分壓式偏置放大電路1）等效電路畫出電路的微變等效電路，

如圖7.15（a）所示。

圖

7.15（a）

共集電極放大電路的微變等效電路

7.3分壓式偏置放大電路

2）參數(shù)估算（1）

Au的估算。由圖7.15（a）可得

將式（7.7）、（7.8）代入電壓放大倍數(shù)的定義式

可得

分析式（7.9）可知，從大小上看Au＜1,但由于（1+β）RL′>>rbe,所以Au≈1,從相位上看，由于Au為正值，所以，uo與ui同相，由此說明uo≈ui,uo具有跟隨ui的作用,故該電路又稱為射極跟隨器。(7.7)(7.8)(7.9)（2）

ri的估算。

由圖7.15（a）可得

則

（7.11）

（7.10）

上流過的電流是ib的（1+β）倍,為了保證等效前后的電壓不變,故把 折算到基極回路時應(yīng)把 擴(kuò)大到（1+β）倍,可見,共集電極電路的輸入電阻比共射極電路大得多。對電壓信號源來說,該電路的輸入端能較準(zhǔn)確地反映信號源電壓us。

（3）ro的估算。在圖7.15（a）中，令us=0，

并去掉負(fù)載RL，在輸出端加一探察電壓up，則可畫成如圖7.15（b）所示的形式。圖

7.15（b）

求ro的微變等效電路

由圖可得

（7.12）

（7.13）

（7.14）

將式（7.14）代入式（7.13），得

（7.15）

將式（7.15）代入式（7.12)，

得

一般情況下，由于rs很小，即rs<<Rb、rs<<Rbe,所以（7.16）

7.3分壓式偏置放大電路

例2.4

放大電路如圖7.14所示,其中硅三極管的β=100,電阻Rb=200kΩ,Re=2kΩ,RL=2kΩ,rs=1kΩ,電源UCC=12V。試求:（1）靜態(tài)工作點;（2）Au、ri和ro值。

解

(1）

（2）

7.3分壓式偏置放大電路通過上述計算結(jié)果,可得共集電極放大電路的特點是:(1)Au＜1,而又近似等于1。(2)ri很大。(3)ro

很小。

7.3分壓式偏置放大電路7.4多級放大電路PART077.4多級放大電路

一、

多級放大電路的組成

1．多級放大電路的組成多級放大電路的組成可用圖7.17所示的框圖來表示。其中,輸入級與中間級的主要作用是實現(xiàn)電壓放大，

輸出級的主要作用是功率放大,以推動負(fù)載工作。

圖7.17多級放大電路的結(jié)構(gòu)框圖7.4多級放大電路

2．多級放大電路的耦合方式

多級放大電路是由兩級或兩級以上的單級放大電路連接而成的。在多級放大電路中,我們把級與級之間的連接方式稱為耦合方式。而級與級之間耦合時,必須滿足:

(1)耦合后,各級電路仍具有合適的靜態(tài)工作點;

(2)保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸過去;

(3)耦合后,多級放大電路的性能指標(biāo)必須滿足實際的要求。為了滿足上述要求，

一般常用的耦合方式有:阻容耦合、

直接耦合、

變壓器耦合。

1）阻容耦合我們把級與級之間通過電容連接的方式稱為阻容耦合方式。電路如圖7.18所示。

圖

7.18兩級阻容耦合放大電路

由圖可得阻容耦合放大電路的特點:

(1)優(yōu)點:因電容具有“隔直”作用,所以各級電路的靜態(tài)工作點相互獨(dú)立,互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來了很大的方便。此外,還具有體積小、重量輕等優(yōu)點。

(2)缺點:因電容對交流信號具有一定的容抗,在信號傳輸過程中,會受到一定的衰減。尤其對于變化緩慢的信號容抗很大,不便于傳輸。此外,在集成電路中,制造大容量的電容很困難,所以這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成。

7.4多級放大電路

2）直接耦合為了避免電容對緩慢變化的信號在傳輸過程中帶來的不良影響,也可以把級與級之間直接用導(dǎo)線連接起來，

這種連接方式稱為直接耦合。其電路如圖7.19所示。

7.4多級放大電路

圖

7.19直接耦合放大電路

7.4多級放大電路

直接耦合的特點:

(1)優(yōu)點:既可以放大交流信號,也可以放大直流和變化非常緩慢的信號;電路簡單,便于集成,所以集成電路中多采用這種耦合方式。

(2)缺點:存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題。7.4多級放大電路

3）變壓器耦合我們把級與級之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合。

其電路如圖7.20所示。

圖

7.20變壓器耦合放大電路

7.4多級放大電路

變壓器耦合的特點:

(1)優(yōu)點:因變壓器不能傳輸直流信號,只能傳輸交流信號和進(jìn)行阻抗變換,所以，各級電路的靜態(tài)工作點相互獨(dú)立,互不影響。改變變壓器的匝數(shù)比,容易實現(xiàn)阻抗變換,因而容易獲得較大的輸出功率。

(2)缺點:變壓器體積大而重,不便于集成。同時頻率特性差,也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號。

7.4多級放大電路

二、多級放大電路的性能指標(biāo)估算

1．電壓放大倍數(shù)根據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義式

在圖7.18中,由于

uo=Au2ui2,

ui2=uo1,

uo1=Au1ui故

因此可推廣到n級放大電路的電壓放大倍數(shù)為

Au=Au1Au2…Aun

2．輸入電阻多級放大電路的輸入電阻,就是輸入級的輸入電阻。計算時要注意:當(dāng)輸入級為共集電極放大電路時，要考慮第二級的輸入電阻作為前級負(fù)載時對輸入電阻的影響。

7.4多級放大電路

3．輸出電阻多級放大電路的輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。計算時要注意:當(dāng)輸出級為共集電極放大電路時，要考慮其前級對輸出電阻的影響。

7.4多級放大電路

7.5

放大電路中的負(fù)反饋PART07一、反饋的基本概念

1.什么是反饋將放大電路輸出量（電壓或電流）的一部分或全部,通過某些元件或網(wǎng)絡(luò)（稱為反饋網(wǎng)絡(luò)）,反向送回到輸入端,來影響原輸入量（電壓或電流）的過程稱為反饋。有反饋的放大電路稱為反饋放大電路,其組成框圖如圖7.21（a）所示。圖中A代表沒有反饋的放大電路,F代表反饋網(wǎng)絡(luò),符號代表信號的比較環(huán)節(jié)。xi、xf、xid和xo分別表示電路的輸入量、反饋量、凈輸入量和輸出量,它們可以是電壓,也可以是電流。7.5

放大電路中的負(fù)反饋圖7.21反饋放大電路組成（a）

反饋放大電路組成框圖;（b）反饋放大電路

7.5

放大電路中的負(fù)反饋圖7.21(b)是一個具體的反饋放大電路。圖中除了基本放大電路外,還有一條由Rf和R1組成的電路接在輸入端和輸出端之間,由于它將輸出量反送到放大器輸入端,因此稱為反饋元件,或稱反饋網(wǎng)絡(luò)。ui、uf、uid和uo分別表示電路的輸入電壓、反饋電壓、凈輸入電壓和輸出電壓。7.5

放大電路中的負(fù)反饋

2．反饋極性（正、負(fù)反饋）在反饋放大電路中,反饋量使放大器凈輸入量得到增強(qiáng)的反饋稱為正反饋,使凈輸入量減弱的反饋稱為負(fù)反饋。通常采用“瞬時極性法”來區(qū)別是正反饋還是負(fù)反饋,具體方法如下:

(1）假設(shè)輸入信號某一瞬時的極性。

(2）根據(jù)輸入與輸出信號的相位關(guān)系,確定輸出信號和反饋信號的瞬時極性。

(3）再根據(jù)反饋信號與輸入信號的連接情況,分析凈輸入量的變化,如果反饋信號使凈輸入量增強(qiáng),即為正反饋,反之為負(fù)反饋。

現(xiàn)以圖7.22（a）所示電路為例。首先假定輸入信號電壓對地瞬時極性為正,在圖中用“⊕”表示,這個電壓使同相輸入端的電壓瞬時極性為正。由于輸出端與同相輸入端的極性是相同的,因而此時輸出電壓的瞬時極性為正,故標(biāo)“⊕”。通過反饋支路將輸出電壓反送到反相輸入端,用uf表示,且瞬時極性為正。由于uid=ui-uf,uf的正極性會使凈輸入量uid減小,因此這個電路的反饋是負(fù)反饋。7.5

放大電路中的負(fù)反饋圖

7.22用瞬時極性法判斷反饋極性的幾個例子

7.5

放大電路中的負(fù)反饋通過以上的分析可以總結(jié)出如下的結(jié)論:對于由運(yùn)算放大器組成的反饋電路,對于本級反饋,若反饋支路接在反相輸入端,則為負(fù)反饋;若接在同相輸入端,則為正反饋。但對于級間反饋則不能這樣判斷。7.5

放大電路中的負(fù)反饋

3．交流反饋與直流反饋

這是按照反饋信號的成分來劃分的。放大電路中存在著直流分量和交流分量，反饋信號也是如此。若反饋的信號僅有交流成分，則稱為交流反饋，僅對輸入回路中的交流成分有影響；若反饋的信號僅有直流成分，則稱為直流反饋，僅對輸入回路中的直流成分有影響，例如，靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路就是直流反饋。若反饋信號中，既有交流量，又有直流量，則反饋對電路的交流性能和直流性能都有影響。7.5

放大電路中的負(fù)反饋

圖7.23中，圖(a)中反饋信號的交流成分被旁路掉，在上產(chǎn)生的反饋信號只有直流成分，因此是直流反饋；圖(b)中直流反饋信號被C隔離，僅通交流，不通直流，因而為交流反饋。若將圖(a)中電容去掉，即不再并聯(lián)旁路電容，則兩端的壓降既有直流成分，又有交流成分，因而是交直流反饋。

7.5

放大電路中的負(fù)反饋(a)直流反饋(b)交流反圖7.23直流反饋和交流反饋7.5

放大電路中的負(fù)反饋

4．負(fù)反饋放大器的基本關(guān)系式由圖7.21（a）所示負(fù)反饋放大器的方框圖可得各信號量之間的基本關(guān)系式:（7.12）（7.13）

（7.14）（7.16）式（7.16）表明閉環(huán)增益Af是開環(huán)增益A的 ,小于A。其中,（1+AF）稱為反饋深度,它的大小反映了反饋的強(qiáng)弱;乘積AF常稱為環(huán)路增益。

7.5

放大電路中的負(fù)反饋圖

7.21（a）

負(fù)反饋放大器的方框圖

7.5

放大電路中的負(fù)反饋7.6互補(bǔ)對稱功率放大電路PART07一、

功率放大器的特點和分類

1．電路特點功率放大器作為放大電路的輸出級,具有以下幾個特點:

(1)由于功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率,因而輸出電壓和電流的幅度足夠大;

(2)由于輸出信號幅度較大,使三極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿,因此輸出信號存在一定程度的失真;

(3)功率放大器在輸出功率的同時,三極管消耗的能量亦較大，

因此，

不可忽視管耗問題。

7.6互補(bǔ)對稱功率放大電路

2.電路要求根據(jù)功率放大器在電路中的作用及特點,首先要求它輸出功率大、非線性失真小、效率高。其次,由于三極管工作在大信號狀態(tài),要求它的極限參數(shù)ICM、PCM、U（BR）CEO等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定余量,同時還要考慮三極管有良好的散熱功能,以降低結(jié)溫,確保三極管安全工作。

7.6互補(bǔ)對稱功率放大電路

二、功率放大器的分類

根據(jù)放大器中三極管靜態(tài)工作點設(shè)置的不同,可分成甲類、乙類和甲乙類三種。（1）甲類放大器的工作點設(shè)置在放大區(qū)的中間,這種電路的優(yōu)點是在輸入信號的整個周期內(nèi)三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài),輸出信號失真較?。ㄇ懊嬗懻摰碾妷悍糯笃鞫脊ぷ髟谶@種狀態(tài)）,缺點是三極管有較大的靜態(tài)電流ICQ,這時管耗PC大,電路能量轉(zhuǎn)換效率低。

7.6互補(bǔ)對稱功率放大電路（2）乙類放大器的工作點設(shè)置在截止區(qū),這時,由于三極管的靜態(tài)電流ICQ=0,所以能量轉(zhuǎn)換效率高,它的缺點是只能對半個周期的輸入信號進(jìn)行放大,非線性失真大。（3）甲乙類放大電路的工作點設(shè)在放大區(qū)但接近截止區(qū),即三極管處于微導(dǎo)通狀態(tài),這樣可以有效克服乙類放大電路的失真問題,且能量轉(zhuǎn)換效率也較高,目前使用較廣泛。

7.6互補(bǔ)對稱功率放大電路思

考

題

1．什么叫三極管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？

2．

對功率放大器和電壓放大器的要求