電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）課件 第2章 單管放大電路

課題二單管放大電路2.1基本放大電路的組成及工作原理2.2微變等效電路2.3放大器的偏置電路與靜態(tài)工作點穩(wěn)定2.4共集電極和共基極電路2.5場效應管放大電路簡介課題小結(jié)

三極管的一個基本應用就是構(gòu)成放大電路。所謂放大，就是在保持信號不失真的前提下，使其由小變大，由弱變強。放大電路的功能就是在輸入端加入一個微弱的電信號，在輸出端得到一個被放大了的電信號。利用三極管的電流放大作用或場效應管的壓控電流作用，就可以組成放大電路。放大電路在音像設備、電子儀器、計算機、圖像處理、自動控制

系統(tǒng)等方面有著廣泛的應用。

2.1基本放大電路的組成及工作原理

2.1.1放大電路的組成及習慣畫法1.放大電路的組成一個放大電路可由輸入信號源US，三極管V，輸出負載RL及電源偏置電路(UBB、圖2.1基本放大電路Rb、UCC、Rc)組成。如圖2.1所示，由于電路的輸入端口和輸出端口共有四個端點，而三極管只有三個電極，必然有一個電極共用，因而就有共發(fā)射極(簡稱共射極)、共基極、共集電極三種組態(tài)的放大電路。圖2.1基本放大電路

如圖2.1所示為最基本的共射極放大電路，其各組成元件的作用如下：

(1)三極管(NPN型硅管)V：起電流放大作用，用IB控制IC，使IC=βIB。

(2)電源UBB和UCC：使三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管處在放大狀態(tài)，同時也是放大電路的能量來源，提供IB和IC。

(3)基極電阻Rb：又稱偏流電阻，用來調(diào)節(jié)基極直流電流IB，使三極管能工作在特性曲線的線性部分。

(4)集電極負載電阻Rc：將受基極電流IB控制而發(fā)生變化的集電極電流IC轉(zhuǎn)換成變化的電壓UCE(ICRc)，這個變化的電壓UCE就是輸出電壓Uo，假設Rc=0，則UCE=UCC，當IC變化時UCE無法變化，因而就沒有交流電壓傳送給負載RL。

(5)耦合電容C1、C2：起“隔直通交”的作用，它把信號源與放大電路之間、放大電路與負載之間的直流隔開，在圖2.1所示電路中，使C1左邊和C2右邊只有交流而無直流，圖2.2放大電路的習慣畫法中間部分為交直流共存。耦合電容一般多采用電解電容器。在使用時，注意它的極性與加在它兩端的工作電壓極性應一致，正極接高電位，負極接低電位。

2.放大電路的習慣畫法

在實用電路中，用電源UCC代替UBB，基極直流電流IB由UCC經(jīng)Rb提供，這就是單電源供電的基本放大電路。在實際畫法中，往往省略電源符號，只標出電壓的端點，這樣就得到如圖2.2所示放大電路的習慣畫法。圖2.2放大電路的習慣畫法

2.1.2放大電路的工作狀態(tài)分析

1.靜態(tài)分析

在如圖2.2所示電路中，當輸入信號Ui=0時，放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。這時電路中的電壓、電流都是直流，沒有交流成分。耦合電容C1、C2視為開路，直流通路如圖2.3(a)所示。其中基極電流IB、集電極電流IC及集電極與發(fā)射極間電壓UCE只有直流成分，而無交流輸出，此時的對應值用IBQ、ICQ、UCEQ表示，它們在三極管特性曲線上所確定的點稱為靜態(tài)工作點，用Q表示，如圖2.3(b)所示。圖2.3靜態(tài)分析

靜態(tài)分析就是確定電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ，常采用下列兩種方法進行分析：

1)估算法

估算法是用放大電路的直流通路計算靜態(tài)值，在圖2.3(a)中

式中UBE=0.7V(硅管)，可忽略不計，有

2)圖解法

根據(jù)三極管的輸出特性曲線，用作圖的方法求靜態(tài)值稱為圖解法，如圖2.3(b)所示。其圖解步驟如下：

例2.1求如圖2.4(a)所示電路的靜態(tài)工作點，并求靜態(tài)值。電路中各參數(shù)如圖所示，三極管為硅管，β=50。圖2.4放大電路圖解法

2.動態(tài)分析

動態(tài)分析就是計算放大電路在有信號輸入時的放大倍數(shù)、輸入阻抗、輸出阻抗等。常用的分析方法有兩種：圖解法和微變等效電路法。圖解法適用于分析大信號輸入情況，而微變等效電路法只適合于分析微小信號的輸入情況。

當輸入端加上正弦交流信號電壓Ui時，放大電路的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。這時電路中既有直流成分，亦有交流成分，各極的電流和電壓都包含兩個分量。即

其中，IBQ、ICQ和UCEQ是在電源UCC單獨作用下產(chǎn)生的，稱為直流分量。

而ib、ic和uce是在輸入信號電壓Ui作用下產(chǎn)生的，稱為交流分量。在分析電路時，一般用交流通路來研究交流量及放大電路的動態(tài)性能。所謂交流通路，就是交流電流流通的途徑，在畫法上遵循以下兩條原則：

(1)將原理圖中的耦合電容C1、C2視為短路；

(2)電源UCC的內(nèi)阻很小，對交流信號視為短路。

圖2.2中放大電路的交流通路如圖2.5所示。圖2.5放大電路的交流通路

從圖2.6中可以看出，輸出電壓與輸入電壓反相圖2.6空載圖解分析法

例2.2在如圖2.8(a)所示電路中，已知Rb=300kΩ，Rc

=4kΩ，RL

=4kΩ，UCC=12V，輸入電壓ui=0.02sinωtV，三極管特性曲線如圖2.8(b)所示。試畫出電路直流負載線，求靜態(tài)工作點；畫出交流負載線，求空載和帶負載時的電壓放大倍數(shù)。圖2.8帶負載動態(tài)圖解分析法

3.靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響對一個放大電路而言，要求輸出波形的失真盡可能地小。但是，如果靜態(tài)值設置不當，即靜態(tài)工作點位置不合適，將出現(xiàn)嚴重的非線性失真。在圖2.9中，設正常情況下靜態(tài)工作點位于Q

點，可以得到失真很小的iC和uCE波形。當調(diào)節(jié)Rb，使靜態(tài)工作點設置在Q1點或Q2點時，輸出波形將產(chǎn)生嚴重失真。圖2.9靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響

1)飽和失真

靜態(tài)工作點設置在Q1

點，這時雖然iB正常，但iC的正半周和uCE的負半周出現(xiàn)失真。這種失真是由于Q點過高，使其動態(tài)工作進入飽和區(qū)而引起的失真，因而稱作“飽和失真”。

2)截止失真

當靜態(tài)工作點設置在Q2點時，iB

嚴重失真，使iC的負半周和uCE的正半周進入截止區(qū)而造成失真，因此稱作“截止失真”。

飽和失真和截止失真都是由于晶體管工作在特性曲線的非線性區(qū)所引起的，因而叫作非線性失真。適當調(diào)整電路參數(shù)使Q點合適，可降低非線性失真程度。

2.2微變等效電路

三極管各極電壓和電流的變化關(guān)系，在較大范圍內(nèi)是非線性的。如果三極管工作在小信號情況下，信號只是在靜態(tài)工作點附近小范圍變化，三極管特性可看成是近似線性的，可用一個線性電路來代替，這個線性電路就稱為三極管的微變等效電路。

2.2.1三極管微變等效

1.輸入端等效

圖2.10(a)是三極管的輸入特性曲線，是非線性的。如果輸入信號很小，在靜態(tài)工作點Q附近的工作段可近似地認為是直線。在圖2.11中，當u為常數(shù)時，從b、e看進去三極

管就是一個線性電阻，即

低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式計算：

式中，IE

為射極靜態(tài)電流。圖2.10三極管特性曲線

2.輸出端等效

圖2.10(b)是三極管的輸出特性曲線簇，若動態(tài)是在小范圍內(nèi)，特性曲線不但互相平行、間隔均勻，且與uCE軸線平行。當uCE為常數(shù)時，從輸出端c、e極看，三極管就成了一個受控電流源，如圖2.11所示，則

由上述方法得到的晶體管微變等效電路如圖2.11所示。圖2.11晶體三極管及微變等效

2.2.2放大電路的微變等效電路

通過放大電路的交流通路和三極管的微變等效，可得出放大電路的微變等效電路，如圖2.12所示。

2.2.3用微變等效電路求動態(tài)指標

靜態(tài)值仍由直流通路確定，而動態(tài)指標可用微變等效電路求得。圖2.12基本放大電路的交流通路及微變等效電路

解(1)求靜態(tài)工作點參數(shù)：

2.3放大器的偏置電路與靜態(tài)工作點穩(wěn)定

在放大器中偏置電路是必不可少的組成部分，在設置偏置電路時應考慮以下兩個方面：(1)偏置電路能給放大器提供合適的靜態(tài)工作點。(2)溫度及其他因素改變時，能使靜態(tài)工作點穩(wěn)定。

2.3.1固定偏置電路

圖2.14所示電路為固定偏置電路，設置的靜態(tài)工作點參數(shù)為

當UCC和Rb一定時，UB

基本固定不變，故稱為固定偏置電路。但是在這種電路中，由于晶體管參數(shù)β、ICBO等隨溫度而變，而ICQ又與這些參數(shù)有關(guān)，因此當溫度發(fā)生變化時，將導致ICQ的變化，使靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，如圖2.15所示。圖2.14固定偏置電路圖2.15溫度對靜態(tài)工作點的影響

2.3.2分壓式偏置電路

前面分析的固定偏置電路在溫度升高時，三極管特性曲線膨脹上移，Q點升高，使靜態(tài)工作點不穩(wěn)定。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，可采用分壓偏置電路，如圖2.16所示。圖2.16分壓偏置電路

為了使靜態(tài)工作點穩(wěn)定，必須使UB基本不變，溫度T↑→ICQ↑(IEQ↑)→UE↑→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓。反之亦然。由上述分析可知，分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的實質(zhì)是固定UB不變，通過ICQ(IEQ)變化，引起UE的改變，使UBE改變，從而抑制ICQ(IEQ)改變。所以在實現(xiàn)上述穩(wěn)定過程時必須滿足以下兩個條件：

1.靜態(tài)分析

靜態(tài)分析時，先畫出直流通路如圖2.17(a)所示。

根據(jù)

2.動態(tài)分析

當發(fā)射極電阻Re有直流IEQ通過時，產(chǎn)生的壓降UEQ會自動穩(wěn)定靜態(tài)工作點，但交流分量?Ie通過時，也會產(chǎn)生交流壓降，使ube減小，這樣會降低電壓放大倍數(shù)，為此在Re兩端可并聯(lián)一個電容Ce。圖2.17分壓式偏置電路的分析電路

2.4共集電極和共基極電路

2.4.1共集電極電路組成及分析共集電極放大電路如圖2.18(a)所示，它是從基極輸入信號，從發(fā)射極輸出信號。從它的交流通路圖2.18(b)可看出，輸入、輸出共用集電極，所以稱為共集電極電路。圖2.18共集電極放大電路

1.靜態(tài)分析

由圖2.18(b)的直流通路可得出：

即得

共集電極放大電路中的電阻Re具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。例如

2.動態(tài)分析

(1)電壓放大倍數(shù)可由圖2.18(d)所示的微變等效電路得出。圖2.19計算ro等效電路

3.射極輸出器的特點及應用

雖然射極輸出器的電壓放大倍數(shù)略小于1，但輸出電流?Ie是基極電流的(1+β)倍。它不但具有電流放大和功率放大的作用，而且具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點。

2.4.2共基極電路組成及分析

1.靜態(tài)分析

在圖2.20所示的共基極放大電路中，如果忽略IBQ對Rb1、Rb2分壓電路中電流的分流作用，則

2.動態(tài)分析

(1)放大倍數(shù)。利用圖2.20(c)的微變等效電路，可得

式中圖2.20共基極放大電路

3.共基極放大電路的特點及應用

共基極放大電路的特點是輸入電阻很小，電壓放大倍數(shù)較高。這類電路主要用于高頻電壓放大電路。

2.4.3三種基本放大電路的比較

三種基本放大電路的特點見表2.1。

2.5場效應管放大電路簡介

2.5.1場效應管放大電路的靜態(tài)分析場效應管是電壓控制器件，它沒有偏流，關(guān)鍵是建立適當?shù)臇旁雌珘篣GS。分壓式偏置電路如圖2.21所示，其中RG1和RG2為分壓電阻，RG3為自舉電阻，柵源偏壓為圖2.21分壓式偏置電路

2.5.2場效應管放大電路的等效電路及動態(tài)分析

1.場效應管等效電路

場效應管與晶體三極管等效電路對照圖如圖2.22所示，由于場效應管輸入電阻rgs很大，故輸入端可看成開路。圖2.22場效應管與晶體三極管等效電路對照圖

2.動態(tài)分析

場效應管放大電路的動態(tài)分析可采用圖解法和微變等效電路分析法，其分析方法和步驟與三極管放大電路相同，下面以圖2.21所示的電路為例，用微變等效電路來進行分析。

1)接有電容CS的情況

圖2.21電路的微變等效電路如圖2.23(a)所示。圖2.23圖2.21的場效應管等效電路

例2.6在圖2.21所示電路中，已知UDD=20V，RD=10kΩ，

RS=10kΩ，RG1

=200kΩ，RG2=51kΩ，RG3=1MΩ，R