理学第2章基本放大电路

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1、 第第2 2章章基本放大电路基本放大电路放大的概念放大的概念电子学中放大的电子学中放大的目的目的目的目的是将微弱的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大信号。这里所讲的主要是成较大信号。这里所讲的主要是电压放大电路电压放大电路。放大的实质放大的实质放大的实质放大的实质:用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。大电路中直流电源的能量转化

2、成交流能量输出。对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求 ：1.1.要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数(电压、电流、功率电压、电流、功率电压、电流、功率电压、电流、功率)。2.2.尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻等其它技术指标。另外还有输入电阻、输出电阻等其它技术指标。另外还有输入电阻、输出电阻等其它技术指标。另外还有输入电阻、输出电阻等其它技术指标。电压放大电路电压放大电路可以用有输入口和输出口的四可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：

3、端网络表示，如图：uiuoAu放大电路的性能指标放大电路的性能指标一、电压放大倍数一、电压放大倍数AuUi 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值。的有效值。uiuoAuAu是复数，反映了输出和输入的是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。幅值比与相位差。二、输入电阻二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影

4、响越小。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuUS定义：定义：即：即：ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，ui就越接近就越接近uS三、输出电阻三、输出电阻roAuUS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。roUS如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro？步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。加压求流法。方法一：加压求流法方法一

5、：加压求流法计算。计算。方法二：方法二：测量法。测量法。Uo1.测量开路电压。测量开路电压。roUs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。roUsRLUo步骤：步骤：3.计算。计算。符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射极共射极共基极共

6、基极共集电极共集电极以共射放以共射放大器为例大器为例讲解放大讲解放大电路电路共发射极放大电路组成共发射极放大电路组成 共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE信信信信号号号号源源源源负载负载负载负载共发射极放大电路各元件作用共发射极放大电路各元件作用 晶体管晶体管T T-放大电路中放大电路中的放大元件。利用其电的放大元件。利用其电流放大作用，在集电极流放大作用，在集电极电路获得放大的电流，电路获得放大的电流，该电流受输入信号的控该电流受输入信号的控制。制。基极电源基极电源E EB B与基极电

7、与基极电阻阻R RB B-使发射结处于使发射结处于正偏，并提供合适正偏，并提供合适的基极电流的基极电流I IB B，使放，使放大电路获得合适的静态大电路获得合适的静态工作点。工作点。共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE集电极电源集电极电源E EC C -为为输出信号提供能量，输出信号提供能量，保证集电结反向偏保证集电结反向偏置，使晶体管起到置，使晶体管起到放大作用放大作用。集电极电阻集电极电阻R RC C-将将集电极变化的集电极变化的电流电流转换成变换的转换成变换的电压电压，以实现电压放大。以实现电压放大。共发射极基本

8、电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE共发射极放大电路各元件作用共发射极放大电路各元件作用 耦合电容耦合电容C1C1和和C2C2 -起隔断直起隔断直流，耦合交流流，耦合交流的作用。不使的作用。不使输入端的信号输入端的信号源以及输出负源以及输出负载电阻的加入载电阻的加入而影响晶体管而影响晶体管处于放大状态处于放大状态的静态工作点。的静态工作点。共发射极基本放大共发射极基本放大共发射极基本放大共发射极基本放大电路电路电路电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE放

9、大电路各元件作用放大电路各元件作用 单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE放大电路的简化放大电路的简化单电源供电电路单电源供电电路+UCCRCC1C2TRB共射极放大电路的电压放大作用共射极放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui=0)时时:ui=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C

10、2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论：结论：(1)(1)(1)(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流:I IB B、U UBEBE和和和和 I IC C、U UCECE 。(I IB B、U UBEBE)和和和和(I IC C、U UCECE)分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为放大

11、电路的性曲线上的一个点，称为放大电路的性曲线上的一个点，称为放大电路的性曲线上的一个点，称为放大电路的静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点。QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时时时 uCE=UCC iC RC uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO结论：结论：(2

12、)(2)(2)(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的加上输入信号电压后，各电极电流和电压的加上输入信号电压后，各电极电流和电压的加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析结论：结论：(3)(3)(3)

13、(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。(4)(4)(4)(4)输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180180180，即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用。反相器反相器反相器反相器uitOuotO实现放大的条件实现放大

14、的条件实现放大的条件实现放大的条件 (1)(1)(1)(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。电结反偏。电结反偏。电结反偏。(2)(2)(2)(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。区。区。区。(3)(3)(3)(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化

15、的电压转化成变化的基极电 流。流。流。流。(4)(4)(4)(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。如何判断一个电路是否能实现放大？如何判断一个电路是否能实现放大？3.3.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。4.4.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静

16、态工作点，使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设置正确置正确。1.1.信号能否输入到放大电路中。信号能否输入到放大电路中。2.2.信号能否输出。信号能否输出。与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：5.1.3 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如

17、果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。样，交直流所走的通路是不同的。样，交直流所走的通路是不同的。样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：直流通路：直流通路：直流通路：只考虑直流信号时的通路，只考虑直流信号时的通路，只考虑直流信号时的通路，只考虑直流信号时

18、的通路，用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。交流通路：交流通路：交流通路：交流通路：只考虑交流信号时的通路，只考虑交流信号时的通路，只考虑交流信号时的通路，只考虑交流信号时的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。信号的不同分量可以在不同的通路中分别分析！信号的不同分量可以在不同的通路中分别分析！例：例：例：例：画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路

19、的直流通路画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiERBRCuiuORLRSes+对交流信号对交流信号对交流信号对交流信号(有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号u ui i时的交流分量时的交流分量时的交流分量时的交流分量)短路短路短路短路对

20、地短路对地短路交流通路交流通路交流通路交流通路 用来计算电压用来计算电压用来计算电压用来计算电压放大倍数、输入放大倍数、输入放大倍数、输入放大倍数、输入电阻、输出电阻电阻、输出电阻电阻、输出电阻电阻、输出电阻等动态参数。等动态参数。等动态参数。等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE一、直流负载线一、直流负载线ICUCEUCEIC满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的三极管的输出特性。输出特性。2.UCE=UCCICRC 。ICUCEUCCQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通道直流通道RB+UCCRC

21、直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线直流负载线直流负载线直流负载线直流负载线斜率斜率斜率斜率二、交流负载线二、交流负载线ic其中：其中：uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路iC 和和 uCE是全量，与交流量是全量，与交流量ic和和uce有如下关系有如下关系所以：所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEUCCQIB过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为：交流负载线交流负载线放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分

22、析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法放大电路的静态分析放大电路的静态分析静态：静态：静态：静态：放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（u ui i =0 0）时的工作状态。）时的工作状态。分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：估算法、图解法。估算法、图解法。所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。设置设置设置设置Q Q Q Q点的目的：点的目的：点的目的：点的目的：(1)(1)使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真

23、；(2)(2)(2)(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。动态的基础。动态的基础。动态的基础。静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE 。静态分析内容：静态分析内容：确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+UCC直流通道直流通道RBRC用估算法确定静态值用估算法确定静态值（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道直流

24、通道RBRC例例例例1 1：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：注意：注意：注意：注意：电路中电路中电路中电路中I IB B 和和和和 I IC C 的数量级不同的数量级不同的数量级不同的数量级不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB例例例例2 2：用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。由例由例由例由例1 1 1 1、例、例、例、例2 2 2 2可知，当电路不

25、同时，计算可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算静态静态静态静态值的公式也不同。值的公式也不同。值的公式也不同。值的公式也不同。由由KVL可得：可得：由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB用图解法确定静态值用图解法确定静态值 直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率ICQUCEQUCCU UCECE =U=UCCCCIIC CR RC CUCE/VIC/mA直流负载线直流负载线Q由由IB确定的那确定的那条输出特性与条输出特性与直流负载线的直流负载线的交点就是交点就是Q点点OICUCEQUCC步骤：步骤：步骤：步骤：1

26、.1.1.1.用估算法确定用估算法确定用估算法确定用估算法确定I I I IB B B B 优点：优点：优点：优点：能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路 的影响。的影响。的影响。的影响。2.2.2.2.在输出特性曲线上做出直流负载线在输出特性曲线上做出直流负载线在输出特性曲线上做出直流负载线在输出特性曲线上做出直流负载线3.3.3.3.I IB B对应的输出特性曲线与直流负载对应的输出特性曲线与直流负载对应的输出特性曲线与直流负载对应的输出特性曲线与直流负载线的交点，即

27、为线的交点，即为线的交点，即为线的交点，即为Q Q Q Q点。点。点。点。UCE=UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIB输出回路直流负载输出回路直流负载输出回路直流负载输出回路直流负载线方程线方程线方程线方程QUCC（1）作直流负载线）作直流负载线解解IC=0 时时 UCE=UCC可在图上作直流负载线。可在图上作直流负载线。ICUCEQ1Q2IB=20AIB=0IB=40AIB=60AIB=80AIB=100A1.531206(V)(mA)UCE=0 时时根据根据 UCE=UCC-RCIC 已知已知UCC=12V,RC=4k,RB=300k。晶体管的输出特性曲线。晶体管的输出特性曲线组已给出。组已给出。（1）作直流负载线；（）作直流负载线；（2）求静态值。）求静态值。例例由图中由图中Q点得点得:IB =40A IC=1.5mA UCE=6V