《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》課件第二章 基本放大電路

第二章

基本放大電路

基本放大電路是放大電路中最基本的結(jié)構(gòu)形式，是構(gòu)成復(fù)雜放大電路的基本單元，它利用三極管輸入電流控制輸出電流的特性實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。本章以共射極基本放大電路為基礎(chǔ)，分析放大電路的基本概念和主要性能指標(biāo)、放大電路的工作原理和實(shí)質(zhì)、放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，并對(duì)放大電路的三種組態(tài)進(jìn)行了比較。2.1放大電路的基本概念和主要性能指標(biāo)

放大電路（亦稱放大器）是一種應(yīng)用極為廣泛的電子電路，在電視、廣播、通信、測(cè)量?jī)x表以及其它各種電子設(shè)備中，是必不可少的重要組成部分。它的主要功能是將微弱的電信號(hào)（電壓、電流、功率）進(jìn)行放大，以滿足人們的實(shí)際需要。例如擴(kuò)音機(jī)就是應(yīng)用放大電路的一個(gè)典型例子。圖2.1擴(kuò)音機(jī)原理框圖

當(dāng)人們對(duì)著話筒講話時(shí)，聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)話筒（傳感器）被轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)，經(jīng)放大電路放大成足夠強(qiáng)的電信號(hào)后，才能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使其發(fā)出比原來(lái)大得多的聲音。放大電路放大的實(shí)質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換。在輸入信號(hào)作用下，放大電路將直流電源所提供的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載（例如：揚(yáng)聲器）所獲得的能量，這個(gè)能量大于信號(hào)源所提供的能量。因此放大電路的基本特征是功率放大，即負(fù)載上總是獲得比輸入信號(hào)大得多的電壓或電流信號(hào)，也可能兼而有之。那么，由誰(shuí)來(lái)控制能量轉(zhuǎn)換呢？答案是有源器件，即三極管和場(chǎng)效應(yīng)管等。2.1.1放大電路的基本概念

放大的作用：將微弱的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大成足夠強(qiáng)的電信號(hào)后驅(qū)動(dòng)負(fù)載。放大的本質(zhì)：能量的控制和轉(zhuǎn)換。

放大電路的基本特征：功率放大，即負(fù)載上總是獲得比輸入信號(hào)大得多的電壓或電流信號(hào)，也可能兼而有之。

有源元件：控制能量轉(zhuǎn)換的器件（如：三極管和場(chǎng)效應(yīng)管等）。

放大的前提：信號(hào)不失真。即三極管工作在放大區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，確保輸出量輸入量始終保持線性關(guān)系，電路不會(huì)產(chǎn)生失真。2.1.2放大電路的性能指標(biāo)

任何一個(gè)放大電路都可以看成一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)。下圖為放大電路示意圖，左邊為輸入端口，外接正弦信號(hào)源Us，信號(hào)源的內(nèi)阻為Rs，在外加信號(hào)的作用下，放大電路得到輸入電壓Ui，并產(chǎn)生輸入電流Ii；右邊為輸出端口，外接負(fù)載RL，在輸出端可得到輸出電壓Uo，輸出電流Io。圖2.2放大電路示意圖

1.放大倍數(shù)

放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的重要指標(biāo)。（1）電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)是輸出電壓的變化量和輸入電壓的變化量之比。當(dāng)放大電路的輸入為正弦信號(hào)時(shí)，變化量也可用電壓的正弦量來(lái)表示，即：（2）電流放大倍數(shù)

電流放大倍數(shù)是輸出電流的變化量和輸入電流的變化量之比，用正弦量表示為：（2.1）（2.2）（3）互阻放大倍數(shù)

互阻放大倍數(shù)是輸出電壓的變化量和輸入電流的變化量之比，用正弦量表示為：

其量綱為電阻。（4）互導(dǎo)放大倍數(shù)

互導(dǎo)放大倍數(shù)是輸出電流的變化量和輸入電壓的變化量之比，用正弦量表示為：（5）功率放大倍數(shù)

功率放大倍數(shù)是輸出功率的變化量和輸入功率的變化量之比，用正弦量表示為：（2.5）（2.4）（2.3）2.輸入電阻

放大電路的輸入端外接信號(hào)源，對(duì)于信號(hào)源而言，放大電路就是它的負(fù)載。這個(gè)負(fù)載的大小就是從放大電路輸入端看過(guò)去的等效電阻，即放大電路的輸入電阻Ri。通常定義輸入電阻Ri為輸入電壓與輸入電流的比值，即：Ri越大，則放大電路輸入端從信號(hào)源分得的電壓越大，輸入電壓Ui越接近于信號(hào)源電壓Us，信號(hào)源電壓損失??；Ri越小，則放大電路輸入端從信號(hào)源分得的電壓越小，信號(hào)源內(nèi)阻消耗的能量大，信號(hào)源電壓損失大，所以希望輸入電阻越大越好。（2.6）3.輸出電阻

放大電路的輸出端電壓在帶負(fù)載時(shí)和空載時(shí)是不同的，帶負(fù)載時(shí)的輸出電壓Uo比空載時(shí)的輸出電壓Uo’有所降低，這是因?yàn)閺妮敵龆藖?lái)看放大電路，放大電路可等效為一個(gè)帶有內(nèi)阻的電壓源，在輸出端接有負(fù)載時(shí)，內(nèi)阻上的分壓使輸出電壓降低，該內(nèi)阻稱輸出電阻Ro，它是從放大電路輸出端看過(guò)去的等效電阻。通常定義輸出電阻Ro是在信號(hào)源短路（即Us=0，Rs保留），負(fù)載開(kāi)路的條件下，放大電路的輸出端外加電壓U與相應(yīng)產(chǎn)生的電流I的比值，即：（2.7）

在實(shí)際工作中，也可根據(jù)放大電路空載時(shí)測(cè)得的輸出電壓Uo’和帶負(fù)載時(shí)測(cè)得的輸出電壓Uo來(lái)得到，即：

輸出電阻是衡量放大電路帶負(fù)載能力的一項(xiàng)指標(biāo)，輸出電阻越小，表明帶負(fù)載能力越強(qiáng)。

輸入電阻Ri與輸出電阻入Ro是描述子電路相互連接時(shí)所產(chǎn)生的影響而引入的參數(shù)。輸入、輸出電阻均會(huì)直接或間接的影響放大電路的放大能力。

注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號(hào)下的交流參數(shù)，并且只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。（2.8）4.通頻帶

用于衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。圖2.3放大電路的頻率指標(biāo)

當(dāng)放大倍數(shù)從Am下降到Am/（即0.707Am）時(shí)，在高頻段和低頻段所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為上限截止頻率fH和下限截止頻率fL。fH和fL之間形成的頻帶寬度稱為通頻帶，記為fBW。

通頻帶表明放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。通頻帶越寬，表明放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力越強(qiáng)。但是通頻帶寬度也不是越寬越好，超出信號(hào)所需要的寬度，一是增加成本，二是把信號(hào)以外的干擾和噪聲信號(hào)一起放大，顯然是無(wú)益的。所以應(yīng)根據(jù)信號(hào)的頻帶寬度來(lái)要求放大電路應(yīng)有的通頻帶。（2.9）5.非線性失真系數(shù)

由于放大器件具有非線性特性，因此它們的線性放大范圍有一定的限度，超過(guò)這個(gè)限度，將會(huì)產(chǎn)生非線性失真。當(dāng)輸入單一頻率的正弦信號(hào)時(shí)，輸出波形中除基波成分外，還含有一定數(shù)量的諧波，所有的諧波成分總量與基波成分之比，稱為非線性失真系數(shù)D。設(shè)基波幅值為A1、二次諧波幅值為A2、三次諧波幅值為A3、??????，則（2.10）6.最大不失真輸出電壓

最大不失真輸出電壓是指在輸出波形不失真的情況下，放大電路可提供給負(fù)載的最大輸出電壓，一般用有效值Uom表示。7.最大輸出功率和效率

最大輸出功率是指在輸出信號(hào)不失真的情況下，負(fù)載上能獲得的最大功率，記為Pom。在放大電路中，輸入信號(hào)的功率通常較小，經(jīng)放大電路放大器件的控制作用將直流電源的功率轉(zhuǎn)換為交流功率，使負(fù)載上得到較大的輸出功率。通常將最大輸出功率Pom與直流電源消耗的功率PV之比稱為效率η，即（2.11）

它反映了直流電源的利用率。8.信噪比與噪聲系數(shù)

放大器輸入端的信號(hào)功率與噪聲功率的比值簡(jiǎn)稱為輸入信噪比，記作(PS/PN)i。放大器中器件、元件產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲，使得輸出端的信噪比(PS/PN)o小于(PS/PN)i。在常溫下，放大器內(nèi)部噪聲決定于器件的噪聲，為此，通常定義晶體管噪聲系數(shù)為：

用分貝(dB)表示的噪聲系數(shù)為（2.12）（2.13）注：符號(hào)規(guī)定如下

小寫(xiě)符號(hào)、小寫(xiě)下標(biāo)vi：表示交流電壓（電流）瞬時(shí)值；

大寫(xiě)符號(hào)、大寫(xiě)下標(biāo)VI

：表示直流電壓（電流）；

小寫(xiě)符號(hào)、大寫(xiě)下標(biāo)vI

：表示包含有直流的電壓（電流）瞬時(shí)值；

大寫(xiě)符號(hào)、小寫(xiě)下標(biāo)Vi

：表示交流電壓（電流）有效值。2.2基本共發(fā)射極放大電路組成和工作原理

1.基本放大電路的組成

所謂的基本放大電路是指由一個(gè)放大器件（例如三極管）所構(gòu)成的簡(jiǎn)單放大電路。由前面的分析可知，三極管有三個(gè)電極，因此有三種不同的電路組態(tài)，分別是：共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路、共集電極放大電路。本節(jié)以共發(fā)射極放大電路為例講解工作原理。圖2.4基本共發(fā)射極放大電路（固定偏置放大電路）的組成

在放大電路中，常把輸入電壓、輸出電壓以及直流電壓的公共端稱為“地”，用符號(hào)“⊥”表示，實(shí)際上該端并不是真正接到地，而是在分析放大電路時(shí)，以“地”點(diǎn)作為零電位點(diǎn)（即參考電位點(diǎn)），這樣，電路中任一點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)與“地”之間的電壓，便于分析電路。2.電路中各元件的功能T：三極管，起放大作用，是電路的核心元器件。VCC：集電極直流電源，為輸出信號(hào)提供能量。RC：集電極負(fù)載電阻，將電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化，然后傳送到放大電路的輸出端。VBB：基極直流電源；RB：基極電阻。VBB和RB的作用：（1）為三極管的發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓；（2）共同決定了當(dāng)不加輸入電壓ui時(shí)三極管基極回路的電流，這個(gè)電流稱為靜態(tài)基流。圖2.5基本共發(fā)射極放大電路中各元件的功能3.放大電路組成的原則（1）三極管必須工作在放大區(qū)NPN管：UC＞UB＞UEPNP管：UC＜UB＜UE（2）動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管輸入回路，即ui→iB；（3）在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)，即iB→iC→uo；（4）輸出波形基本不失真。4.實(shí)現(xiàn)放大的條件（1）晶體管必須工作在放大區(qū)，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；（2）正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)；（3）輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流；（4）輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波后只輸出交流信號(hào)。5.共射極放大電路的工作原理

假設(shè)在放大電路的輸入加上一個(gè)微小的輸入電壓變化量Δui，則三極管基極與發(fā)射極之間的電壓也將隨之發(fā)生變化ΔuBE，因三極管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，故當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓發(fā)生變化時(shí)，將引起基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化ΔiB，由于三極管工作在放大區(qū)，具有電流放大作用，于是引起集電極電流發(fā)生的變化ΔiC。這個(gè)集電極電流的變化量流過(guò)集電極負(fù)載電阻RC，使集電極電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化ΔuCE。2.3放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)1.靜態(tài)工作點(diǎn)的定義

在放大電路中，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，交流量與直流量共存。當(dāng)外加輸入信號(hào)為0時(shí)，放大電路處于直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。此時(shí)，在直流電源VCC的作用下，三極管的各電極都存在直流電流和直流電壓，這些直流電流和直流電壓在三極管的輸入和輸出特性曲線上各自對(duì)應(yīng)一點(diǎn)Q，該點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)處的基極電流、基極與發(fā)射極之間的電壓分別用IBQ、UBEQ表示，集電極電流、集電極與發(fā)射極之間的電壓分別用ICQ、UCEQ表示。圖2.6靜態(tài)工作點(diǎn)在共射放大電路中的描述示意圖

（IBQ，UBEQ）和（ICQ，UCEQ）分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。圖2.7靜態(tài)工作點(diǎn)在輸入輸出特性曲線上的位置

靜態(tài)：ui=0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動(dòng)態(tài)：ui≠0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動(dòng)態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，正確地區(qū)分直流通路和交流通路。2.設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性

放大電路中設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使交流信號(hào)馱載在直流分量之上，保證晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會(huì)產(chǎn)生失真。靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置不僅會(huì)影響放大電路是否會(huì)產(chǎn)生失真，還會(huì)影響放大倍數(shù)、最大輸出電壓等動(dòng)態(tài)參數(shù)。圖2.8基本共射放大電路的波形分析

注：要想不失真，就要保證三極管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大區(qū)。圖2.9基本共射放大電路各點(diǎn)波形圖3.放大電路的失真分析

在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）。如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分，如圖2.10所示。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。

（a）輸入回路波形

（b）輸出回路波形圖2.10基本共射放大電路不失真波形示意圖（1）截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)過(guò)低）

（a）輸入回路波形

（b）輸出回路波形圖2.11基本共射放大電路截止失真波形示意圖

基本概念：因晶體管截止而產(chǎn)生的失真稱為截止失真。

當(dāng)放大電路Q點(diǎn)過(guò)低時(shí)，導(dǎo)致放大電路的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真，如圖2.11所示。對(duì)于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。

消除方法：適當(dāng)抬高Q點(diǎn)。如：減小Rb或增大VBB，可以增大IBQ。（2）飽和失真（靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)過(guò)高）

（a）輸入回路波形

（b）輸出回路波形圖2.12基本共射放大電路飽和失真波形示意圖

基本概念：因晶體管飽和而產(chǎn)生的失真稱為飽和失真。

當(dāng)放大電路Q點(diǎn)過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致放大電路的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真，如圖2.12所示。對(duì)于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。

消除方法：適當(dāng)降低Q點(diǎn)。如：增大Rb或減小VBB，可以減小IBQ。

上述兩種失真都是由于靜態(tài)工作點(diǎn)選擇不當(dāng)或輸入信號(hào)幅度過(guò)大，使三極管工作在特性曲線的非線性部分所引起的失真，因此統(tǒng)稱為非線性失真。一般來(lái)說(shuō)，如果希望輸出幅度大而失真小，工作點(diǎn)最好選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。

注意：對(duì)于PNP管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。2.4放大電路的分析方法

放大電路有兩種工作狀態(tài)，分別是沒(méi)有交流信號(hào)輸入時(shí)的靜態(tài)和有交流信號(hào)輸入時(shí)的動(dòng)態(tài)，下面分別對(duì)這兩種狀態(tài)進(jìn)行介紹和分析。（1）靜態(tài)ui=0（沒(méi)有輸入交流信號(hào)電壓）。在直流電源VCC作用下，有UBE、IB，UCE、IC均為直流，它們分別可以在輸入、輸出特性曲線上確定一個(gè)點(diǎn)Q，這個(gè)Q點(diǎn)就稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）動(dòng)態(tài)

輸入交流信號(hào)ui，放大器處于放大工作狀態(tài)，電路中的電壓、電流都將發(fā)生變化。顯然，放大電路中有兩個(gè)電源VCC和ui同時(shí)出現(xiàn)，即交、直流并存。

所以對(duì)放大器進(jìn)行分析時(shí)，要分以下兩種情況：

靜態(tài)：求Q點(diǎn)（直），用直流通路；

動(dòng)態(tài)：求Au、Ri、Ro（交），用交流通路。放大電路的分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析計(jì)算機(jī)仿真估算法圖解法微變等效電路法圖解法2.4.1放大電路的靜態(tài)分析

放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)（ui=0）時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)分析的任務(wù)是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜態(tài)值（直流值）IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ?？捎梅糯箅娐返闹绷魍穪?lái)分析。

放大電路建立合適的靜態(tài)值，是為了使三極管在加入交流信號(hào)后也始終工作在放大區(qū)，以保證信號(hào)不失真。1.估算法（1）基本共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析

（a）基本共發(fā)射極放大電路

（b）基本共發(fā)射極放大電路直流通路圖2.13基本共射放大電路及其直流通路根據(jù)直流通路可得其中：UBEQ=0.6～0.7V（或0.2～0.3V）（2.14）（2.15）（2.16）（2）阻容耦合共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析

（a）阻容耦合共射放大電路

（b）阻容耦合共射放大電路直流通路圖2.14阻容耦合共射放大電路及其直流通路①直流通路當(dāng)ui=0時(shí)，電容C1、C2的隔直作用，得相應(yīng)的直流通路。②靜態(tài)值估算根據(jù)直流通路可得其中：UBE=0.6～0.7V(或0.2～0.3V）（2.18）（2.19）（2.17）

估算法確定靜態(tài)工作點(diǎn)的要領(lǐng)是：先畫(huà)出放大器的直流通路，再根據(jù)直流通路估算三極管的IBQ、ICQ、UCEQ值。

例2.1：已知VCC=12V，RC=4k

，RB=300k

，

=37.5，用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。

請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)。2.圖解法

所謂圖解分析法就是利用三極管的輸入、輸出特性曲線，通過(guò)作圖的方法對(duì)放大電路的性能指標(biāo)進(jìn)行分析。通常先進(jìn)行靜態(tài)分析，即對(duì)放大電路未加輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，求解電路中各處的直流電壓和直流電流；然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，即對(duì)放大電路加上輸入信號(hào)后的工作狀態(tài)進(jìn)行分析。步驟如下：（1）首先用圖解法或計(jì)算法確定UBEQ、IBQ；（2）在輸出特性曲線中畫(huà)出直流負(fù)載線；（3）直流負(fù)載線與IBQ對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)Q即為直流工作點(diǎn)；（4）最后確定Q點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)UCEQ、ICQ。圖2.15基本共射放大電路（雙電源VBB，VCC）

當(dāng)ΔuI=0時(shí)，在晶體管輸入回路中，靜態(tài)工作點(diǎn)既在晶體管的輸入特性曲線上，又應(yīng)滿足電路的回路方程：

在晶體管的輸入特性曲線坐標(biāo)系中，畫(huà)出的直線，它與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為（VBB，0），與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為（0，VBB/RB），斜率為–1/RB。直線與曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q（IBQ，UBEQ）。直線

稱為輸入回路負(fù)載線。（2.20）圖2.16圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)（輸入回路）

在晶體管的輸出回路中，靜態(tài)工作點(diǎn)既應(yīng)在IB=IBQ的那條輸出特性曲線上，又應(yīng)滿足外電路的回路方程：（2.21）

在輸出特性坐標(biāo)系中，畫(huà)出上式確定的直線，它與橫軸的交點(diǎn)為(VCC，0)，與縱軸的交點(diǎn)為(0，VCC/RC)，斜率為–1/RC；并找到IB=IBQ的那條輸出特性曲線，該曲線與上述直線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q（ICQ，UCEQ）。直線

稱為輸出回路負(fù)載線。圖2.17圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)（輸出回路）

例2.2：用圖解法求阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解：步驟如下（1）畫(huà)出直流通路；（2）列輸入回路方程，有：UBE=VBB–IBRB（3）列輸出回路方程UCE=VCC–ICRC

上述是一直線方程，對(duì)應(yīng)曲線稱為輸出回路負(fù)載線。（4）在對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線上作直流負(fù)載線

由線性方程

得直流負(fù)載線的斜率為

。

令I(lǐng)C=0，則UCE=VCC；令UCE=0，則

，將直流負(fù)載線繪在對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線上。（5）確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q及靜態(tài)值

由UCE—IC特性曲線，得

作圖依據(jù)為：

，。

圖解法是根據(jù)直流通路估算出IBQ，利用三極管輸出特性曲線及輸出回路直流負(fù)載線確定ICQ、UCEQ的方法。

圖解法的特點(diǎn)：直觀形象地反映了晶體管的工作情況，但是必須知道所用管的特性曲線，且誤差較大。此外，三極管特性曲線只能反映信號(hào)頻率較低時(shí)的電壓、電流關(guān)系，而不反映信號(hào)頻率較高時(shí)，極間電容產(chǎn)生的影響。

圖解法的適用范圍：圖解法一般多用于分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高時(shí)的情況。在實(shí)際應(yīng)用眾多用于分析Q點(diǎn)位置、最大不失真輸出電壓和失真情況。2.4.2放大電路的動(dòng)態(tài)分析

放大電路的輸入回路加入交流信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。加入交流輸入信號(hào)后，三極管的各個(gè)電壓和電流都含有直流分量和交流分量。

動(dòng)態(tài)分析指的是交流分量的分析，可用放大電路的交流通路來(lái)進(jìn)行分析。1.建立小信號(hào)模型的意義

由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。2.建立小信號(hào)模型的思路

當(dāng)放大電路輸入信號(hào)的電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。3.三極管的微變等效電路（1）輸入回路當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。圖2.18三極管輸入特性近似線性示意圖（2.22）

對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。

對(duì)于小功率三極管：（2.23）（2）輸出回路圖2.19三極管輸出特性近似線性示意圖由于：因此：①輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源；②考慮uCE對(duì)iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce；③

，由于

很大，

非常小，因此rce很大，一般忽略不計(jì)。（3）三極管的微變等效電路圖2.20三極管微變等效電路示意圖4.基本共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)分析

畫(huà)出交流等效電路（用等效模型取代晶體管），利用三極管的微變等效模型可以求解放大電路的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。

基本共射放大電路的交流等效電路如下圖2.21所示。圖2.21基本共射放大電路的交流等效電路圖由圖可得（1）電壓放大倍數(shù)由電壓放大倍數(shù)的定義得：（2）輸入電阻由輸入電阻的定義得：（2.24）（2.25）（2.26）（3）輸出電阻

由諾頓定理將放大電路輸出回路進(jìn)行變換，變?yōu)橐粋€(gè)有內(nèi)阻的電壓源，如圖2.22所示。圖2.22輸出回路等效變換電路圖由上圖可得：（2.27）2.5放大電路的偏置電路2.5.1固定偏置放大電路圖2.23基本共發(fā)射極放大電路（固定偏置放大電路）的組成1.基本共發(fā)射極放大電路的改進(jìn)（1）基本共發(fā)射極放大電路的兩個(gè)缺點(diǎn)①有兩個(gè)直流電源，既不方便也不經(jīng)濟(jì)；②放大電路的輸入電壓與輸出電壓不共地。（2）針對(duì)兩個(gè)缺點(diǎn)加以改進(jìn)①直接耦合共射放大電路圖2.24基本共發(fā)射極放大電路改進(jìn)為直接耦合放大電路

將兩個(gè)電源合二為一，信號(hào)源與放大電路共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。靜態(tài)時(shí)，

；動(dòng)態(tài)時(shí)，b-e間電壓是uI與VCC的共同作用的結(jié)果。②阻容耦合共射放大電路圖2.25基本共發(fā)射極放大電路改進(jìn)為阻容耦合放大電路C1、C2為耦合電容，其作用為：Ⅰ.傳遞交流信號(hào)，對(duì)信號(hào)頻率而言，其容抗足夠小，可視作短路，從而保證信號(hào)可以順利地通過(guò)，即起到耦合信號(hào)的作用，所以常稱作耦合電容。Ⅱ.隔斷直流，電容器可以隔斷電路中不必要的直流成分以免互相影響，因此C1和C2也稱為隔直電容。

靜態(tài)時(shí)，

，；動(dòng)態(tài)時(shí)，uBE＝uI＋UBEQ，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上，負(fù)載上只有交流信號(hào)。2.靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析（1）直接耦合放大電路求Q點(diǎn)、Au、Ri和Ro圖2.26直接耦合共射放大電路、直流通路、交流通路、微變等效電路①由直流通路求Q點(diǎn)（2.28）（2.29）（2.30）②由微變等效電路求Au、Ri和RoⅠ.電壓放大倍數(shù)（2.31）Ⅱ.輸入電阻Ⅲ.輸出電阻（2.32）（2.33）（2）阻容耦合放大電路求Q點(diǎn)、Au、Ri和Ro圖2.27阻容耦合共射放大電路、直流通路、交流通路、微變等效電路①由直流通路求Q點(diǎn)（2.34）（2.35）（2.36）②由微變等效電路求Au、Ri和RoⅠ.電壓放大倍數(shù)（2.37）Ⅱ.輸入電阻Ⅲ.輸出電阻（2.38）（2.39）3.靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

放大電路為了能夠穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、

和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化，溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面。（1）溫度對(duì)UBE的影響圖2.28溫度上升對(duì)UBE的影響（2.40）由式（2.40）可得出溫度對(duì)電壓、電流的影響如下：（2）溫度對(duì)

值及ICEO的影響圖2.29溫度上升對(duì)UCE的影響（2.41）由式（2.41）可得出溫度對(duì)

值及ICEO的影響如下：

綜上所述，當(dāng)溫度T上升時(shí)，集電極電流IC增大，固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少I(mǎi)B，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定，常采用分壓偏置電路（引入負(fù)反饋電路）來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。2.5.2分壓偏置放大電路圖2.30分壓偏置放大電路示意圖1.電路中各元件的功能VCC：直流電源；使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，向負(fù)載和各元件提供功率。C1、C2：耦合電容；隔直流、通交流。RB1、RB2：基極偏置電阻；提供合適的基極電流。RC：集電極負(fù)載電阻；將變化的

IC轉(zhuǎn)變成變化的

UC，使電流放大轉(zhuǎn)換為電壓放大。RE：發(fā)射極電阻；穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)“Q”。CE：發(fā)射極旁路電容；交流時(shí)短路，消除RE對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響。2.靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析（1）靜態(tài)分析，求“Q”點(diǎn)圖2.31分壓偏置放大電路的直流通路要求

，若滿足

，則基極電壓UB與晶體管參數(shù)無(wú)關(guān)發(fā)射極對(duì)地電壓：發(fā)射極電流：（2.42）（2.43）（2.44）

可以認(rèn)為集電極電流與溫度無(wú)關(guān)。

本電路穩(wěn)壓的過(guò)程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過(guò)程，其穩(wěn)定“Q”的原理為：（2.45）（2.46）（2）動(dòng)態(tài)分析，求Au、Ri和Ro（a）交流通路

（b）微變等效電路圖2.32分壓偏置放大電路的交流通路和微變等效電路①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻（2.47）（2.48）（2.49）（3）如果去掉CE，“Q”，Au，Ri，Ro變化如下：圖2.33分壓偏置放大電路的直流通路（去掉CE）

去掉CE后，直流電路未變化，因此與未去掉CE前的“Q”一致。（2.50）（2.51）（2.52）

（a）交流通路（去掉CE）

（b）微變等效電路（去掉CE）圖2.34分壓偏置放大電路的交流通路和微變等效電路（去掉CE）①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻（2.53）（2.54）（2.55）RE使放大器輸入電阻增大，但放大倍數(shù)降低。3.信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響圖2.35信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)電壓放大倍數(shù)影響示意圖定義源電壓放大倍數(shù)為由

，可得出Au和Aus的關(guān)系如下：（2.56）例2.3：

=100，RS=1k

，RB1=62k

，RB2=20k

，RC=3k

，RE=1.5k

，RL=5.6k

，VCC=15V，UBEQ=0.7V。求：“Q”，Au，Ri，Ro，Aus。圖2.36例2.3電路圖及其直流通路、交流通路、微變等效電路解：（1）由直流通路求“Q”（2）由微變等效電路求Au，Ri，Ro，Aus電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：輸出電阻：源電壓放大倍數(shù)：2.6共基極和共集電極放大電路2.6.1共基極放大電路1.電路組成

共基極放大電路的結(jié)構(gòu)如圖2.37所示。輸入電壓加在基極和發(fā)射極之間，輸出電壓從集電極和基極兩端取出，基極是輸入、輸出電路的共同端點(diǎn)。圖2.37共基極放大電路示意圖2.靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析（1）靜態(tài)分析，求“Q”點(diǎn)圖2.38共基極放大電路的直流通路（2.57）（2.58）（2.59）（2.60）（2）動(dòng)態(tài)分析，求Au、Ri和Ro（a）交流通路

（b）微變等效電路圖2.39共基極放大電路的交流通路和微變等效電路①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻（2.61）（2.62）（2.63）3.共基極放大電路的特點(diǎn)（1）電壓放大倍數(shù)與共射極放大電路相同；（2）uo與ui同相；（3）沒(méi)有電流放大能力；（4）輸入電阻小，輸出電阻大；（5）在低頻放大電路很少應(yīng)用；（6）共基電路高頻特性好，適合用于高頻或?qū)掝l帶場(chǎng)合。2.6.2共集電極放大電路1.電路組成

共集電極放大電路的結(jié)構(gòu)如圖2.40所示。輸入電壓加在基極和地（集電極）之間，輸出電壓從發(fā)射極和集電極兩端取出，所以集電極是輸入、輸出電路的共同端點(diǎn)。因?yàn)殡娐窂陌l(fā)射極與“地”之間輸出信號(hào)，所以又稱之為射極輸出器。圖2.40共集電極放大電路組成示意圖2.靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析（1）靜態(tài)分析，求“Q”點(diǎn)圖2.41共集電極放大電路的直流通路由

可得：（2.64）（2.65）（2.66）（2）動(dòng)態(tài)分析，求Au、Ri和Ro

（a）交流通路

（b）微變等效電路圖2.42共集電極放大電路的交流通路和微變等效電路①電壓放大倍數(shù)（2.67）

一般

，則電壓增益接近于1，即

。uo與ui同相，輸出電壓與輸入電壓幅度相近，