电工学题解：第八章 交流放大电路

《电工学题解：第八章 交流放大电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工学题解：第八章 交流放大电路（31页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第八章 交流放大电路8.1基本要求（1）看懂基本交流放大电路（包括偏置形式，耦合形式，负反馈类型，是共射极还是共集电极），知道各元件的作用。（2）掌握交流放大电路两个通路、两个分量的基本分析法，建立交直共存，各行其道的概念。（3）了解静态工作点与失真的关系，正确设置静态工作点并使之稳定。（4）能运用放大电路的微变等效分析法，求解放大电路的输入电阻，输出电阻，及电压放大倍数（含多级放大电路）。（6）了解负反馈对放大电路的影响，判别负反馈的类别。8.2基本内容8.2.1放大电路的基本概念1两个分量 放大电路工作时必须施加直流电压，以保证相关元件上有一定的电压电流。这些电压电流称直流分量。当输入端加

2、上交流信号，这些电压电流在原来的基础上随之变化，其瞬时值包含着直流分量和交流分量，这表明放大电路工作时是交直共存的状态。2两种状态 放大电路输入端不加交流信号（ui=0），只有直流量存在的状态简称静态。加入交流信号（ui0），电路处交直共存的状态，简称动态。静态和动态之间既有区别又有联系。 静态和动态主要区别在于：静态时三极管各极的电流和电压都是直流量；而在动态时，由于输入端加上了正弦交流信号，使各极的电流和电压在原来的基础上再叠加一个交流信号，形成交直共存的状态。但是要说明一点，放大电路的各项动态性能指标所讨论的对象都是变化量，例如电压放大倍数是输出电压与输入电压的变化量之比，而绝不是瞬时值

3、之比，更不是直流量之比。 静态与动态之间的联系在于：由于三极管是非线性元件，各项动态参数（如rbe等）都将随着静态工作点的不同而有所变化，因此，放大电路的各项动态性能指标，如电压放大倍数，输入电阻等都与静态工作点有关。为了计算，等，首先要计算放大电路的静态工作点。也正因为如此，分析放大电路时，通常总是先静态后动态。3.两个通路直流信号经过的路径叫直流通路，放大电路中的电容C全部开路时的电路就是直流通路，借助直流通路可以求静态工作点（静态值）。交流信号经过的路径叫交流通路，放大电路的电容C全部短接、直流电源也短接时的电路为交流通路；借助交流通路（实际上是微变等效电路）可以计算放大电路的电压放大倍

4、数及输入电阻输出电阻。4.两种失真 静态工作点Q与失真密切相关，工作点Q设置偏高，信号运行进入饱和区，将引起饱和失真；工作点Q设置偏低，信号运行进入截止区，将产生截止失真。Q点一般设置在负载线的中央位置。通过改变偏置电阻，可以改变IB，从而改变IC及UCE，即所谓Q点调整。设置恰当的Q点，也会随环境温度而变化，稳定Q点非常重要，一般多采用直流负反馈来抑制IC的变化，从而稳定工作点Q。8.2.2放大电路的分析 放大电路的特点是交直共存，各有其路，“直”为基础，“交”为重点，放大电路的分析方法有两种，其一是计算法，用于定量分析放大电路，含由直流通路计算静态值（IB、IC、UCE）与由交流通路计算动

5、态指标（，）。其二是图解法，用于定性分析放大电路，含直流分量的图解与交流分量的图解，图解是在三极管输入特性曲线和输出特性曲线上进行的。8.2.2.1计算法分析 为了计算放大电路，首先要弄明白关于直流通路、交流通路的若干问题。（1）关于直流通路 由已知放大电路画出直流通路（全部c开路）。 在直流通路上标注UBE，IB，IC及UCE四个量。 根据不同的电路结构，选用不同的求解路径，借助KCL，KVL及欧姆定律，列写方程，求出各量。 借助直流通路讨论问题（如工作点稳定，失真判别等）。（2）关于交流通路 由已知放大电路画出交流通路（全部C短接，UCC也短接）。然后加以整理，变成标准形式。 把交流通路中

6、的三极管用微变等效模型代替，就是微变等效电路。 借助微变等效电路，求动态指标，及 借助微变等效电路，讨论问题（如参数改变对动态指标的影响）（一）单级放大电路的分析1固定偏置电路（共发射极放大电路）如图8-1-1(a)所示： 图8-1-1（a） 图8-1-1（b） （1）直流通路 画出直流通路（C1，C2开路），如图8-1-1(b)所示： 在图8-1-1（b）上标出，。 借助直流通路，求IB、IC、UCE。(2)交流通路 画出交流通路，如图8-1-1(c)所示： 图8-1-1（c） 图8-1-1（d） 三极管用模型代之，即微变等效电路，如图8-1-1（d）所示。 注：由三极管输入特性曲线和输出特

7、性曲线可以看出，三极管是非线性元件。当信号变化范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系基本上是线性的。输入端用电阻 rbe等效；输出端用恒流源（线性受控源）与rce并联等效，如图8-1-1（e）所示。图8-1-1（e）rbe：三极管动态输入电阻，一般在1K左右，估算公式为：rce：三极管动态输出电阻，一般在几百K以上，计算时通常可以忽略。借助微变等效电路，求，及* 放大电路的输入电阻： RBrbe=3000.860.86K* 放大电路的输出电阻（RL开路，从输出端看进去）：ro=RcrceRC=3K* 放大电路的电压放大倍数： 注：上式中的符号“-”说明与相位相反。加在基极

8、与发射极之间，出于集电极与发射极之间，发射极是公共的，称共发射极电路。2分压偏置电路（静态工作点稳定的电路）图8-1-2（a） 图8-1-2（b）（1）直流通路（UBE=0.7V） 画出直流通路（C1，C2，CE开路），如图8-1-2(b)所示。 在图8-1-2（b）上标注UBE，IB，IC，UCE。 采用估算法（设）求解如下：。注：分压式偏置电路求解路径是：借助直流通路分析工作点为什么稳定当T（环境温度） 全自动，电子速度 （2）交流通路 注：画交流通路（全部C都短接，UCC也短接）与代入三极管模型可以同时进行，直接画出微变等效电路，如图8-1-2（C）所示。 图8-1-2（c） 图8-1-

9、2（d） 图8-1-2（e） 借助微变等效电路，求，： 放大电路的输入电阻：注：A： 求不考虑信号源内阻。B： 真正送到放大器去的信号大。见图8-1-2（d）。 放大电路的输出电阻：。注：A： 求，不应考虑。B： 上消耗愈少输出就高，见图8-1-2(e)。 放大电路的电压放大倍数： 。注：若求，首先要知道： ，由上式可知： ，则：。 对频率较高的交流而言，CE可认为是短接的，故称CE为旁路电容，显然该电路依然是共发射极电路。3. 射极输出器（射极跟随器）如图8-1-3（a）所示。图8-1-3（a） 图8-1-3（b）（1）直流通路（） 画出直流通路（，开路），如图8-31-(b)所示。 在图8

10、-1-3（b）上标注，。借助直流通路求IB、IC、UCE 。因：，（2）交流通路 直接画出微变等效电路，如图8-1-3(c)所示：图8-1-3（c） 借助微变等效电路，求，： （高） （小） （近似为1）注：因为，故又叫射极跟随器，从图8-1-3(c)可见，输入加在三极管B极C极之间，输出引自三极管E极C极之间，C极是公共的，故又称共集电极电路。（二）多级放大电路的分析 多级放大电路之间的耦合方式常见三种，即阻容耦合、变压器耦合、直接耦合。分析放大电路时必须注意以下几点：（以两级为例）（1）阻容耦合，静态值各自独立，互不影响；直接耦合，静态值彼此牵连。（2）第一级的交流输出就是第二级的交流输入

11、，故。 第一级的负载电阻就是第二级的输入电阻，故。（3）第一级的输入电阻就是多级放大电路的输入电阻，故。第二级的输出电阻就是多级放大电路的输出电阻，故。（4）两级的总放大倍数。注：变压器耦合的多级放大电路静态值也是各自独立。 电路的具体计算见习题8-14的详细解答。8.2.2.2 图解法分析 电路及参数如图8-1-1（a）1. 在三极管输入曲线上作图，详见教科书有关图示。（1） 与输入曲线交点Q是静态工作点，Q点的纵坐标值是静态IB 静态图解。（2） 以Q为中心，定出ui作用下的基极电流变量ib 动态图解。2. 在三极管输出曲线上作图，如图8-1-4所示，详见教科书有关图示。图8-1-4（1）

12、定直流负载线MN 在方程中，若MN的斜率 MN与的交点Q是静态工作点，Q点的纵坐标IC，横坐标UCE对应之值是静态值，静态图解。（2）定交流负载线HL 过Q作直线HL，使其斜率信号以Q为中心，沿HL运动，由ib定出变量ic与uce（uo）动态图解注：图解法的优点是：定性分析静态及动态时，形象直观。在图上容易分析工作点偏高或偏低引起的饱和失真或截至失真。在图上明显可见，同相变化，与反相变化。定性表达放大电路的交流电压放大倍数：8.2.3 放大电路中的负反馈1放大电路中引入直流负反馈，如图8-1-2(a)中的RE，主要起稳定静态工作点的作用。 放大电路引入交流负反馈，可以使放大电路很多性能得到改善

13、（如放大倍数稳定、减少非线性失真、输入电阻和输出电阻的改变等），负反馈越深，放大器性能改善的程度越大，但放大倍数下降也越大，因此负反馈在电子电路中广泛被应用。表中所示是四种负反馈对共射极放大电路性能改善的比较：负反馈电路类型稳定输出量输入电阻输出电阻波形失真电压并联减少减少改善电压串联增大减少改善电流并联减少增大改善电流串联增大增大改善2反馈类型的判别第一步：判断电路是否存在反馈。首先看电路中是否存在既与输入回路有关联，又与输出回路有关联的元件或网络，若有关联，则表明有反馈，否则无反馈。第二步：判断是正反馈还是负反馈。应用瞬时极性法判断正负反馈。即在输入端假设一个瞬时极性，如正极性，记为，然后

14、从输入输出反馈元件输入，逐一推出各级的瞬时极性，若反馈到输入端的极性与假设的瞬时极性相同，则表明是正反馈；若反馈到输入端的极性与假设的瞬时极性相反，则表明是负反馈。关键要看ube，使ube加强为正反馈，使ube减弱为负反馈。若反馈到发射极，使ue升高，将使ube减弱，则为负反馈。第三步：判断反馈的类型。短路法是判断反馈类型的一种方法。从输入端看，将反馈结点（反馈元件与输入的交点）对地短路，若输入信号被短路，则为并联反馈；反之，输入信号仍能送入放大，则为串联反馈。 从输出端看，将输出端对地短路，若反馈信号不存在，则为电压反馈，若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。8.2.4功率放大电路功率放大电路与

15、电压放大电路各有不同特点：电压放大器要求有大的电压放大倍数，其主要指标是电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及频率响应；而功率放大器则是要求有较大的输出功率，其主要指标是输出功率、效率及非线性失真等。分析两种放大器的方法也不相同，电压放大器是小信号工作，可以用微变等效电路法进行分析；而功率放大器是大信号工作，不能用微变等效电路法进行分析，而常用图解法进行分析。常用的两种互补对称功率放大器有OTL（单电源）与OCL（双电源），它们均具有较高的输出功率、效率，非线性失真小的优点，故被广泛应用。8.3 重点与难点8.3.1 重点1. 元件（1）三个电流的关系 （KCL） （2）三个区的划分：只有放大区里

16、存在的关系。截至区，饱和区无这个关系。（3）三种状态的判别：根据计算的值判别三极管的状态0.3 UCE UCC （以Si管为例）饱和 放大 截止 2.电路计算法是放大电路的重点（单极与多极）。（1）由直流通路求静态值，。（2）由微变等效电路求动态指标，。注：电流串联负反馈放大电路，电压串联负反馈放大电路的分析与计算极为重要。8.3.2 难点1. 三极管各极的电压电流波形关系是难点之一。除输入交流信号与输出交流信号外，基极发射极之间的电压变化，基极电流的变化，集电极电流的变化，集电极发射极之间的电压变化都是直流分量与交流分量的叠加，符号繁多，不能混淆。图8-5是共射极放大电路上述各分量的比较与表

17、达式的比较，分别给出了各直流分量与各交流分量之间的因果关系。图8-1-5tt(mV)t(mV)(uA)t(mA)t(V)t(V)瞬时值 = 直流量 + 交流量与同相变化与反相变化注：反相变化的原因： （，是定值）2. 共集电极电路与共发射极电路组合的多极放大电路的动态指标计算是难点之二(见题解)。8.4 例题与习题解答8.4.1 例题例8-1：已知电路及参数如图8-1-6（a），（1）画出直流通路，求IB、IC、UCE（UBE=0.7V）；（2）画出微变等效电路，求；（3）画出RC2上电压的波形（两个分量）；（4）画出的波形；（5）若，求（6）开路产生何种失真。图8-1-6（a） 图8-1-6

18、（b）解 电路是分压式偏置，求解路径是：（1）：图8-1-6(b)是图8-1-6(a)的直流通路（全部C都开路）：（2）：图8-1-6(c)是图8-1-6(a)的微变等效电路（全部C都短接，UCC也短接）。图8-1-6（c） CX的短接，使RB1被短接 CY的短接，使RC1被短接注 CB的短接，使RB4被短接CE的短接，使RE2被短接（3）：的电压波形取决于流过的电流，有直流电流，也有交流流过，如图8-1-6（d）所示。图8-1-6（d）（4）的波形有直流分量，也有交流分量，如图8-1-6（e）所示图8-1-6（e）（5）当时，故（6）开路，通过求解，方可判断何种失真。代入数据，显然三极管已进

19、入饱和状态而产生饱和失真。 例8-2 已知电路如图8-1-7（a）所示，求图8-1-7（a）解：是射极输出，是集电极输出，若求（、），必求（、）；若求，必求；若求，必求静态电流。图8-1-7（b）的直流通路显然是分压偏置，求解路径是。图8-1-7（b）画出交流通路及微变等效电路，如图8-1-7（c）所示：图8-1-7（c）故注：这个电路的特点，把一个信号分成两个大小几乎相等，极性相反的信号。8.4.2 习题解答8-1. 三极管放大电路如图8-49所示，已知，。（1）计算静态值，；（2）如果要求，应多大？（3）如果要求，又应多大？此时三极管处于什么状态？（4）如果，多大时，三极管处于饱和状态。（

20、） 图8-49题8-1 图8-49-1解：此题目是借助直流通路研究两个问题，其一是静态值与元件参数的关系，其二是三极管工作状态与元件参数的关系。画出直流通路，如图8-49-1所示。（1）求解静态值的路径是：IBICUCE。（2）由求之。，（3）由UCE（UCES=0.3）IC IB RB 求之。，UCE=0.3V，三极管处饱和状态。（4）由UCE（UCES）IC IB RB 求之。8-2：在图5-20所示电路中，已知。求、的值。（）解：画出直流通路，如图8-50-1所示，可见流过RC的电流为：I=IC+ IB8-3：在图8-51所示电路中，已知，求。（）解：估算法求解静态值是常用的方法，为了精

21、确求解，本题选用等效电源法。第一步：除待求支路（断开三极管基极与发射极），产生a 、o两点。第二步：求Uao（US）；Rao（RO）在有源二端网络（图8-51-1）中：根据叠加原理：除源求电阻： 根据Uao= US，Rao= RO，画出电压源模型，如图8-51-2所示。第三步：接进待求支路（接进三极管基极与发射极），计算电流。显然，三极管已处饱和状态， 故8-4：参阅前述“简单偏置电路”的分析求解。8-5：在图8-53所示放大电路中，已知，(1) 画出直流通路；(2) 画出微变等效电路；(3) 计算。 解：(1)都开路，画出直流通路，如图8-53-1所示。因为已知，故静态值无须求解。(2) 都

22、短路，也短接，画出微变等效电路，如图8-53-2所示。8-6：参阅前述“分压偏置电路”的分析计算。8-7：参阅前述“射极输出器”的分析计算。8-8：参阅教课书有关例题的分析计算。8-9：在图8-57所示直接耦合放大电路中，已知。(1) 画出直流通路；(2) 设，估算第一级和第二级的静态值；(3) 画出微变等效电路；(4) 计算和。 解：本题是两级直接耦合的放大电路，两级之间无电容耦合，两级的静态值并非各自独立，而是相互牵连。当时，计算第一级静态值时不考虑的影响。计算第二级静态值时，电压看作第二级的偏置电压UB2O。(1) 画出直流通路，如图8-57-1所示，在图上标注相关电流电压的方向。因为是

23、分压偏置电路，求解路径是：(2) , (3) 画出微变等效电路，如图8-57-2所示。第一级的输出就是第二级的输入：第一级的负载电阻就是第二级的输入电阻。8-10 图8-58所示场效应管放大电路，已知(1)画出微变等效电路；(2)计算。解： 短接， 也短接，画出微变等效电路图8-58-1所示： 8-11 图8-59所示为电流串联负反馈放大电路。(1) 计算静态值(2) 画出微变等效电路(3) 计算（）解：开路，画出直流通路，如图8-59-1所示。在图上标注相关电流、电压。(1) 因为是分压偏置电路，求解路径是：注：与之和，共同完成直流负载反馈稳定静态工作点的作用，理由见前述“分压偏置电路”。(

24、2) 短接，也短接，画出微变等效电路，如图8-59-2所示。(3) 求注：若无电流负反馈： 显然，,说明负反馈降低了电压放大倍数。，说明串联负反馈提高了输入电阻。8-12 在图8-60所示放大电路中，所用晶体管为锗管。（）已知：求(1) 时，(2) 当，时，(3) 画出基极改由电源供电（不用）时的电路，若仍为-2mA，则？ 解：这是本书唯一的PNP管试题，通过求解；比较锗管工作条件与硅管工作条件的不同，同时练习两个电源简化为一个电源的方法。(1) 画出直流通路，如图8-60-1所示，标注相关电流电压实际方向。 （2）注：UEC= -UCE=5（V） 故：9=5+ RC2 ， RC=2（KW）(

25、3) 基极改用UCC供电的电路如图8-60-2所示： 注： 故：UCC= UEB + RBIB=0.3+RB0.02 ， 8-13 本题求解思路与本章例8-1很相似。画直流通路计算静态值时：。画交流通路求动态指标时：被短接。、是正弦交流波形，的波形只有直流。8-14 在图8-62所示电路中，已知（取0.7V）：(1) 画出微变等效电路；(2) 求放大电路的和；(3) 当时，求输出电压（）；(4) 当时再求输出电压，并说明前级采用射极输出各有什么好处？解：本题是电容耦合的两级放大电路，求解思路与题8-9很相似，所不同的是：静态工作点各级独立，共集电极在前，共发射极在后。因为求及，需求，就要借肋直

26、流通路求各级的。全部C都开路就是直流通路（略画）。12=（IB1300）+UBE1+IE14， IE1=（1+1）IB1 全部电容C都短接，UCC也短接，画出微变等效电路，如图8-62-1所示，图中 RL1=ri2 。 多级放大电路中前级采用的射极输出器，引进的是电压串联负反馈，提高了输入电阻，降低了回路电流，如图8-62-2 所示，信号源内阻上压降变小，上得到的电压变大（是真正要放大的有用信号电压）。在图8-63所示电路中，已知（）(1) 画出微变等效电路(2) 求断开时总电压放大倍数(3) 求接通总电压放大倍数,并说明后极采用射极输出器的好处解: 本题也是电容耦合的两极放大电路, 求解思路

27、基本同8-44题。所不同的是，共射极在前，共集电极在后。要求及，需求及，为此要借助直流通路求及。(1) 故 又：微变等效电路图8-63-1所示：（断开）（接通）(2) 断开时的(3) 注：对负载而言，无论是共发射极电路还是共集电极电路，都是一个电流源（只不过是受控制的电流源），其电流，其电流源内阻就是放大电路的输出电阻，如图8-63-2所示。 利用电源互换，把电流源转换为电压源，如图8-63-3所示，然后接上负载，如图8-63-4所示。因为射极输出器的输出电阻很小，上压降很小，输出就大，这就是通常所说的带动负载能力强，也正是多级放大电路未级采用射极输出器的理由。8-16 在图8-64所示电路中

28、，判别由电阻引入的为何种反馈？判别之前，说明两点：其一，判别的顺序一般按照先直流后交流，先全局后局部的原则。其二，三极管三个极的瞬时极性借助图8-64（a-1）说明如下：解：在图8-64(a)中，Rf跨接在三极管T1、T2之间，Rf是反馈元件，是全局性的反馈，反馈信号取自T2发射极电阻RE2，比较于T1的基极。(1) 由瞬时极性可见，反馈取出的(+)信号，引到T1的发射极上，使发射极的正电位得以加强，从而使ube1减少，故是负反馈，见图8-64（a）标注。(2) 输入端（C1的右侧，T1的基极）对地短接，反馈信号也被短接，故是并联反馈（注：引到基极的反馈是并联反馈）。(3) 输出端（）对地短接

29、，的依然存在，上的信号电压依然存在，反馈取出端信号依然存在，故是电流反馈。总之：Rf上是电流并联负反馈。解：Rf跨接T1、T2的输出之间，Rf是反馈元件，是全局性的反馈，反馈信号取自T2的输出，比较于T1的发射极。(1) 由瞬时极性可见，反馈取出的(+)信号，引到T1的发射极，使发射极的正电位得以加强，从而使ube1减少，故是负反馈，见图8-64（b）标注。(2) 输入端（C1的右侧，T1的基极）对地短接，T1的ie1依然存在，RE1的信号电压依然存在，故是串联反馈（注：引到发射极的反馈是串联反馈）。(3) 输出端对地短接，反馈信号取出端的电压被短接，反馈信号不存在，故是电压反馈。总之，Rf上是电压串联负反馈。8-17 根据正反馈的相位条件，判别图8-65中的电路能否振荡？判别之前，首先说明两点：其一，电路能否振荡，关键是否存在正反馈。其二，电感线圈或变压器绕组头尾之间反相位。线圈与线圈之间，同名端同相位，异名端反相位。经瞬时极性法判别，不能形成正反馈，故不能振荡，见图8-65（a）所示。经瞬时极性法判别，不能形成正反馈，故不能振荡，见图8-65（b）所示。若要产生振荡必须产生正反馈，只要按图8-65(c)改动即可。