放大電路的工作原理和三種基本放大組態(tài)

1、放大電路的工作原理和三種基本放大組態(tài)放大電路里通常是晶體三極管、場效應(yīng)管、集成運算放大器等，這些器件也稱為有源器件共射放大電路如圖所示。Vcc是集電極回路的直流電源，也是給放大電路提供能量的，一般在幾 伏到幾十伏范圍，以保證晶體三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置，使晶體三極管工作在 放大區(qū)。Rc是集電極電阻，一般在幾K至幾十K范圍，它的作用是把集電極電流ic的變化變成 集電極電壓ucE的變化。VBB是基極回路的直流電源，使發(fā)射結(jié)處于正向偏置，同時通過基極電阻 Rb提供給基極一個合適的基極電流Ibq，使三極管工作在放大區(qū)中適當(dāng)?shù)膮^(qū)域，這個電流I覽常稱 為基極偏置電流，它決定著三極管的工作點，

2、基極偏置電流I覽是由VBB和基極電阻Rb共同作用決 定的，基極電阻Rb一般在幾十KQ至幾百KQ范圍。覽如在輸入端加上一個較小的正弦信號ui ,通過電容靈加到三極管的基極，從而引起基極電 流iB在原來直流Ibq的基礎(chǔ)上作相應(yīng)的變化，由于ui是正弦信號，使iB隨ui也相應(yīng)地按正弦規(guī)律 變化，這時的iB實際上是直流分流Ibq和交流分量ib迭加后的量。同時iB的變化使集電極電流 ic隨之變化，因此iC也是直流分量Ic和交流分量ic的迭加，但iC要比iB大得多（即6倍）。電 流iC在電阻RC上產(chǎn)生一個壓降，集電極電壓ucE=VCC-icRL，這個集電極電壓ucE也是由直流分量 I和交流分量 兩部分迭加的

3、。這里的u和1相位相反，即當(dāng)i增大時，:減少。由于ccccE cccE2的隔直作用，使只有ucE的交流分量通過電容c2作為放大電路的輸出電壓uo。如電路參數(shù)選擇適 當(dāng)，uo要比ui的幅值要大得多，同時u與uo的相位正好相反。電路中各點的電流、電壓波形如 圖所示。11 0放大電路的圖解法放大電路有三種主要分析方法：一是圖解法，二是微變等效電路法，三是計算機輔助分析 法。圖解法是根據(jù)晶體管的輸入和輸出特性曲線，以及電路參數(shù)，在特性曲線上確定靜態(tài)工作 點Q的位置，并根據(jù)輸入信號的波形，畫出晶體管各點的電流電壓波形，以及輸出信號的波形。 因此圖解法分析放大電路可以分為靜態(tài)分析和動態(tài)分析兩步來做。用圖解

4、法對放大電路的靜態(tài)分析可分為兩步，先根據(jù)輸入回路的ib與ube的關(guān)系式在輸入特 性曲線上確定輸入回路的靜態(tài)工作點Q，隨后根據(jù)輸出回路的Ic與UcE關(guān)系式式確定輸出回路的 靜態(tài)工作點，求出icQ和U頃。其中需要分別在輸入特性圖和輸出圖上作出直流負(fù)載線。(a)(b)圖解法求靜態(tài)工作點(a)輸入回路的圖解法(b)輸出回路的圖解法動態(tài)工作情況分析：首先根據(jù)u：在輸入特性上求iB的波形，然后根據(jù)iB在輸出特性上求iC 和uce的波形。要注意，放大電路中電壓電流包含兩個分量，一個是無輸入信號時由靜態(tài)工作情況決定的直 流分量I、I、U ；另一個是由輸入電壓引起的交流分量i、i和u。BQ CQ CEQb c

5、ce共射基本放大電路一個晶體三極管可以看作為一個雙口有源網(wǎng)絡(luò)，由于晶體三極管只有三個極端，因此其中必 須有一個極端作輸入和輸出的公共端。如果以其中發(fā)射極e作為輸入和輸出的公共端，基極b 作為輸入，集電極c作為輸出，則該放大電路稱為共射放大電路。相應(yīng)地以基極b作為輸入和 輸出公共端，發(fā)射極e作為輸入，集電極c作為輸出的稱為共基放大電路。以集電極c作為輸 入和輸出公共端，基極b作為輸入，發(fā)射極e作為輸出的稱為共集放大電路。這稱為晶體三極管 放大電路的三種基本放大組態(tài)。放大電路三種基本組態(tài)（a）共射放大電路（b）共基放大電路（c）共集放大電路微變等效電路分析法在放大電路輸入信號電壓很小時，就可以把晶

6、體管小范圍內(nèi)特性曲線近似用直線來代替，從而把 晶體管這個非線形元件用一個等效的線形電路來近似代替，然后利用分析線性電路的一些方法來 分析晶體管的放大電路，這就是微變等效電路法的指導(dǎo)思想。因此微變電路法只適用于小信號時電路分析，另外微變等效電路法只能用來求交流特性，即動態(tài) 分析，不能求靜態(tài)工作點，即微變的概念。（1）晶體管的h參數(shù)及等效電路晶體管h參數(shù)等效電路（2）用h參數(shù)等效電路分析共射放大電路對放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，主要是確定其靜態(tài)工作點Q,即求出Ibq, Icq, U頃。對放大電路進(jìn)行 動態(tài)分析，主要是計算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。雙用h參數(shù)微變等效電路分析共射放大電路（

7、a）共射放大電路（b） h參數(shù)微變等效電路靜態(tài)工作點的計算I =BICQ BQbe一c交流性能參數(shù)的計算電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻Ro=Rc其他基本放大電路的分析(1)射極偏置電路射極偏置電路能穩(wěn)定靜靜態(tài)工作點，當(dāng)溫度變化或其他原因使晶體管參數(shù)變化時，其工作點能穩(wěn) 定在合適的位置。這個電路是交流放大電路中最常用的一個基本電路。能穩(wěn)定工作點的射極偏置電路(a)射極偏置電路(b)微變等效電路靜態(tài)工作點計算焰f =冬擺絲交流性能計算 從上式可知，接Re以后，雖然工作點穩(wěn)定提高了，但放大倍數(shù)Au下降了，而且Re越大則Au越小， 如果在Re上并聯(lián)一個大電容七它對交流近似可看作短，使晶體管的發(fā)射極交流接

8、地，這時與 基本共射電路相同，使放大倍數(shù)不致下降，而工作仍能得到穩(wěn)定。Ri=、R其中M=K+(1 +仞乩Ro=Rc（2）共集電極電路共集放大電路信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極作為輸入輸出的公共端。該電路又稱為射 極輸出器，或稱射極跟隨器，也是最常用的一種基本電路。共集電極電路的特點是：輸入阻抗高， 輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)小于1接近于1，主要用作輸入極、輸出極和極間緩沖極。用微變等效電路分析共集放大電路（a）共集放大電路（b） h參數(shù)微變等效電路靜態(tài)工作點計算礦CC =+ “ESQ + 1 g =，是依,+ （1 + 月）乩=礦CC - Eg頊）乩再由】CQ邛、，UCEQ=VCC-：CQ

9、Re可求出靜態(tài)工作點。交流性能的計算H _（1+月）（7頃瓦E、號頃&=其/頃7/腥+ （1 +故乩/四）共集電路的輸入電阻很大而輸出電阻很??；另外它的電壓放大倍數(shù)雖然小于1，但它的電流放大 倍數(shù)仍較大，約為（1+6 ）倍。（3）共基極電路共基極電路的輸入信號加在晶體管的發(fā)射極，輸出是集電極，基極是輸入輸出的公共端。用微變等效電路分析共基極放大電路（a）共基極放大電路（b）微變等效電路靜態(tài)工作點分析交流性能分析& = =衣頊象幻=RJ!R0 =R其中與共射放大電路比較，共基放大電路的特點是：（1）電壓放大倍數(shù)數(shù)值上同相，而共基電路是正 值，表明輸入與輸出同相；電流放大倍數(shù)共基電路是略小于1。（

10、2）輸入電阻比共射電路小，輸 出電阻相同。（3）共基電路的頻率響應(yīng)好，在要求頻率特性高的場合多采用共基電路。場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管與雙極型晶體管一樣能實現(xiàn)信號的控制，所以也能組成放大電路。場效應(yīng)管的三個極G、 D、S分別與晶體管的三個極b、c、e相對應(yīng)，因此從放大電路的組成上看也可以有三種基本放 大組態(tài)，即共源放大電路、共漏放大電路、共柵放大電路，其中共柵放大電路因不常用。（1）共源放大電路 與晶體管的共射放大電路相對應(yīng)，由N溝道結(jié)型場效應(yīng)管和MOS場效應(yīng)管組成的共源放大電路分 別如圖（a）和（b）所示。共源放大電路(a) N溝道結(jié)型場效應(yīng)管共源放大電路(b) MOS場效應(yīng)管共源放大電路靜態(tài)

11、分析場效應(yīng)管組成放大電路和晶體管一樣，要建立合適的靜態(tài)工作點，所不同是，場效應(yīng)管是電壓控 制器件，因此它需要有合適的柵極電壓。通常場效應(yīng)管的偏置電路形式有兩種：自偏壓電路和分 壓式自偏壓電路，分別如圖(a)、(b)所示。自偏壓電路只適用于結(jié)型場效應(yīng)管或耗盡型MOS管：分壓式自偏壓電路既適用于增強型場效應(yīng)管，也能用于耗盡型場效應(yīng)管。柵極電壓:對場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點的確定，可以采用圖解法或公式計算，圖解法的原理和晶體管相 似。用公式進(jìn)行計算可通過特性方程：交流分析共源放大電路的微變等效電=告=-阮（知*電）Ri=（Rg1/Rg2）+Rg3Ro=Rd共源放大電路與共射電路形式相類似。只是共源放

12、大電路的輸入電阻要比共射電路的大得多（Rg通常很大），故需要高輸入電阻時多宜采用場效應(yīng)管放大電路。 s（2）共漏放大電路共漏放大電路是與共集放大電路類似的一種電路形式。電路如圖所示。共漏放大電路也常稱為源極跟隨器或源極輸出器。javascript:if(this.widthscreen.width-333)this.width=screen.width-333 onmousewheel=retu rn bbimg(this)共漏放大電路（a）共漏放大電路（b）微變等效電路確定靜態(tài)工作點時，可列出回路方程與特性方程聯(lián)立求解:交流性能分析共漏電路的特點與共集電極電路相似，電壓極放大倍數(shù)小于1,但場

13、效應(yīng)管的導(dǎo)跨比雙極型晶 體管的B低，所以共漏電路的電壓放大倍數(shù)一般比共射電路低,另外它的輸出電阻也較低。例題分析例2.1畫出圖P2.1 (a)所示放大電路交流通路和直流通路。圖 P2.1(a)共基放大電路(b)直流通路(c)交流通路解：對于直流通路，可以把電路中電容q、C2、Cb看作為開路，這時電路如圖P2.1 (b)所示， 即為它的直流通路。對于交流通路，把電路中的電容c1、c2、cb看作為短路，把直流電壓源vcc也看作為短路， 因這時VCC兩端的交流壓降(即變化量)為零。由于Cb和VCC看作為短路，電路中的電阻Rb1、 Rb2也被短路，得到如圖P2.1(c)的電路，這也就是它的交流通路。從

14、交流通路來看，該放大電路實際上是一個共基放大電路例2.2共射放大電路如圖P2.2 (a)所示，晶體管的輸出特性曲線如圖P2.2 (b)所示，設(shè)晶體的Ubeq=.6V。S斷開時，分別作出Rb為285KQ和570KQ時的靜態(tài)工作點Q及Q，并分別求出這兩種情 況下的最大木失真輸出幅值。當(dāng)S閉合，Rb=285KQ時，作出此時的靜態(tài)工作點Q及求最大不失真輸出幅值。圖 P2.2(a)共射放大電路(b)圖解法求最大不失真輸出幅值解：(1)因為, Vcc - Ubeq當(dāng) Rb=285KQ 時 Ibq=40M A Icq=1.5 IBQ mAUceq=6V U。產(chǎn) 5V當(dāng) Rb=570KQ 時 Ibq= 2 0

15、p A Icq= 0 . 8 mAUceq=8.8V Uom3.2V(2)經(jīng)Q點作斜率為一1/ Rl(Rl=2KQ )的交流負(fù)載線如圖P2.2 (b)所示，這時 UC，=【CQ Rl +UCEQ=9VUom3V例2.3放大電路如圖P2.3所示，設(shè)晶體管的6 =20, rbb,=300Q ,Ubeq=0.7V ,Dz為理想穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值Uz=6V,各電容對交流均可視為短路。眺求靜態(tài)工作點Q.求電壓放大倍數(shù)Au和輸入電阻R.若Dz極性接反，電路能否正常放大？試計算此時的靜態(tài)工作點，并定性分析Dz反接對Au，R .的影響。圖 P2.3解:(1)電阻R的作用是使Dz有一個合適的工作電流，Dz為理

16、想硅穩(wěn)壓管，Dz兩端的直流電壓 為6V，而交流壓降為0 ,(動態(tài)電阻為0 )。(3)Dz反接時，Uz為硅二極管的正向壓降，UzQ0.7V，此時Ubq=1.4V，IBQ0.715mA,IcQ=14-3mA，Uceq=5V.例2.4圖P2.4所示為放大電路的交流通路，試在下列三種情況下，寫出電壓放大倍數(shù)A、輸入 u電阻R.和輸出電阻Ro的表達(dá)式。(1)U2=0，信號U1從基極輸入，放大后從集電極輸出。U2=0,信號U1從基極輸入，放大后從發(fā)射極輸出。U1=0,信號U2從發(fā)射極輸入，放大后從集電極輸出。圖 P2.4解：(1)信號從晶體管的基極輸入，集電極輸出，發(fā)射極作為公共端，這時是共射放大電路，按共 射放大電路的Au、RRo公式可得：H =-性”&+%+(1 +月)母為=鞏+腥+(1+月淚(2)信號從