注冊電氣工程師考試學習資料基本放大電路

基本放大電路考試大綱要求：

2放大電路基礎(chǔ)

2.1掌握基本放大電路、靜態(tài)工作點、直流負載和交流負載線

2.2掌握放大電路的基本的分析方法

2.3了解放大電路的頻率特性和主要性能指標

2.4了解反饋的概念、類型及極性；電壓串聯(lián)型負反饋的分析計算

2.5了解正負反饋的特點；其它反饋類型的電路分析；不同反饋類型對性能的影響；自激的原因及條件

2.6了解消除自激的方法，去耦電路

重點知識點：1.共射極基本放大電路基本結(jié)構(gòu)2.靜態(tài)分析：直流通路、工作點估算、圖解法3.動態(tài)分析：交流通路、微變等效電路、動態(tài)參數(shù)計算4.放大電路的反饋類型及判斷方法1.放大的概念和放大電路的主要性能指標放大的對象是變化量放大的實質(zhì)是能量控制和轉(zhuǎn)換電子電路放大的基本特征是功率放大放大的基本要求(前提)：不失真◆放大電路的性能指標輸入電阻Ri輸出電阻Ro●放大倍數(shù)定義：電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)衡量放大電路的放大能力

●輸入電阻Ri定義：有效值衡量放大電路獲取信號的能力●輸出電阻Ro定義：衡量放大電路帶負載的能力●輸入電阻和輸出電阻對放大能力的影響●通頻帶fbwffH

上限截止頻率fL

下限截止頻率fbw=fH-fLA↓=0.7Am衡量放大電路對信號頻率的適應能力●非線性失真系數(shù)D定義：A1——基波幅值A(chǔ)2，A3

，…——諧波幅值●最大不失真輸出電壓Uom●最大輸出功率Pom與效率負載獲得的最大功率電源消耗的功率2.基本共射放大電路的工作原理一.基本放大電路的組成放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出RB+ECEBRCC1C2T耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2TRC的值一般為幾千歐到幾十千歐。使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2TRB的值一般為幾十千歐到幾百千歐?？梢允∪ル娐犯倪M：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2TRB需要相應地提高阻值。+ECRCC1C2TRB參考點在晶體管電路中，通常將輸入電壓、輸出電壓以及電源的公共端稱為“地”用⊥表示，但并不見得真的接到大地，只是以“地”端為零電位，作為電路中各點電位的參考點。換句話說，電路中各點電位的極性和數(shù)值，如不特殊注明，都是指該點相對于“地”的電位差。

直流通路與交流通路直流通路：直流量流經(jīng)的通路交流通路：交流信號流經(jīng)的通路放大電路的分析：（1）靜態(tài)分析；（2）動態(tài)分析。（1）直流通路：直流電流流經(jīng)的通路，用于靜態(tài)分析。對于直流通路：電容視為開路；電感視為短路；信號源視為短路，但保留其內(nèi)阻。（2）交流通路：交流電流流經(jīng)的通路，用于動態(tài)分析。對于交流通路：大容量電容（耦合電容、旁路電容等）視為短路；大容量電感視為開路；直流電源視為短路。

思考題：（1）為什么直流通路中“電容視為開路、電感視為短路、信號源視為短路”？（2）為什么交流通路中“大容量電容視為短路、大容量電感視為開路、直流電源視為短路”？二.放大電路的靜態(tài)工作點放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為直流工作狀態(tài)或靜止狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。靜態(tài)分析的目的就是確定放大電路的靜態(tài)（直流）值，IB、IC和UCE。這些值可以在晶體管特性曲線上確定一個點，稱為靜態(tài)工作點，用Q表示，分別記為IBQ、ICQ和UCEQ。開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC（1）用直流通路法估算靜態(tài)工作點直流通道RB+ECRC計算公式如下：在本放大電路中，電源電壓EC和集電極電阻RC的大小確定后，靜態(tài)工作點的位置就僅取決于偏置電流IBQ的大小。而IBQ≈EC／RB，因此當RB一經(jīng)選定，IBQ也就固定不變，故該電路又稱為固定偏置電路。（2）用圖解法確定靜態(tài)工作點

利用晶體管的特性曲線，通過作圖來分析放大器基本性能的方法，稱為圖解法。圖解法既可求取放大器的靜態(tài)工作點，又可分析放大器的動態(tài)過程。晶體管是一非線性元件，即其集電極電流IC與集-射電壓UCE之間不是直線關(guān)系，而是圖2-13所示的輸出特性曲線的關(guān)系，但UCE=EC-ICRC則是一線性方程。這就要求靜態(tài)值既要符合非線性元件晶體管T的電壓與電流的關(guān)系，同時又要符合電路中線性元件上的電壓與電流的關(guān)系。顯然，只有曲線與直線的交點才能同時滿足兩者要求。這一交點即為靜態(tài)工作點。ICUCE根據(jù)UCE=EC–ICRC確定橫軸上的點N（IC=0）和縱軸上的點M（UCE=0），直線MN即為直流負載線。直流通道RB+ECRC1）在給出的輸出特性曲線上作直流負載線ICUCEECQ直流負載線與輸出特性的交點就是Q點IBMN由于它是由直流通路得出的，且與集電極負載電阻Rc有關(guān)，故稱為直流負載線。其斜率為tga=1／Rc，Rc愈小直線愈陡。2）求基極偏流IB：IB≈EC/RB。3）直流負載線MN與曲線IB的交點Q即為放大器的靜態(tài)工作點，它所對應的值即為靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ?！艄采浞糯箅娐返墓ぷ髟鞺BE

UCE

IB

IC

●設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性當ui<Uon

時，uo

產(chǎn)生失真。對放大電路的最基本要求：一、不失真二、能放大ui=0(只有直流):VBB→IB→IC→URC→UCEui≠0（加入交流信號）:

VBB+ui→IB+ib→IC+ic→URC+urc→UCE+uce(uo)◆放大電路的組成原則一.組成原則①電源→T放大（JE正偏，JC反偏）②電阻→Q合理(不產(chǎn)生明顯失真）③輸入回路:ui

→ube→ii(ib)④輸出回路:io(ic)流過負載產(chǎn)生uo電源正確、電阻適當、信號可入、信號能出阻容耦合共射放大電路3.放大電路的分析方法統(tǒng)一考慮電子電路的特點：交直流量并存直流Q

分開考慮交流性能圖解法器件的非線性等效電路法

靜態(tài)工作點計算：靜態(tài)參數(shù)計算：

●

計算法（估算法）

IB、IC和VCE這些量代表的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)工作點，用Q表示。根據(jù)直流通道進行估算：RB+VCCRCRB+VCCC1C2TRC例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意電路中IB和IC的數(shù)量級。RB+VCCRC◆放大電路的動態(tài)分析當有交流信號輸入時放大器的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定以后分析信號的傳輸情況，主要考慮電流和電壓的交流分量。常用的分析方法有圖解法和微變等效電路法。（1）圖解法uBE波形iBE波形iC波形uce波形從上述討論可知：①當輸入交流信號電壓ui加到放大器的輸入端后，晶體管基極和集電極的電壓uB、uCE和iB、iC電流都是由兩部分疊加而成：一部分是靜態(tài)直流分量IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ；另一部分是輸入交流信號后引起的交流分量ube、ib、ic、uce、uo。②由圖可見，uo>ui，輸入信號ui通過放大器后被放大了，而且放大后沒有改變原來的形狀，但在相位上相差180°。

●交流通路和交流負載線：實際應用中，放大器總是帶負載的，如帶下一級放大器，也可能帶一個表頭或喇叭、顯示裝置中的偏轉(zhuǎn)板等。對于低頻交流信號，這些負載可簡化為一個負載電阻RL。放大器帶負載時，相當于圖2-17(b)中接入了虛線部分。微變等效電路法進行共射放大電路的動態(tài)分析uiuoRBRCRL交流通路交流負載線：由交流通路可以看到，輸出電壓uo實際上加于R’L上，R’L就是放大器交流通路的等效負載，簡稱交流負載，為RC//RL。有交流輸入時，反應輸出回路中總的電壓與電流關(guān)系的直線稱為交流負載線。ICUCEECQIB交流負載線過Q點作一條直線，斜率為：Q1Q2比較放大器的直、交流負載線可知：①根據(jù)電阻并聯(lián)的規(guī)律知，R’L<RC，故應有tga’>tga，因此交流負載線比直流負載線陡。②從輸出電壓波形看到，帶載后，輸出交流信號電壓uo要減小。③在外接負載RL趨向于無窮大(相當于開路)時，R’L≈RC，交、直流負載線重合為同一條直線。●電壓放大倍數(shù)：放大器的放大對象是變化量，其放大能力常用電壓的放大倍數(shù)Ku來描述。電壓放大倍數(shù)是指在不失真的條件下，輸出電壓的變化量ΔUo與輸入電壓的變化量ΔUi之比，即

Ku=ΔUo/ΔUi●放大電路的非線性失真：利用圖解法可以在特性曲線上清楚地觀察到波形失真的情況。前面說過，對放大電路的基本要求，就是輸出信號盡可能不失真。所謂失真，是指輸出信號的波形不像輸入信號。引起失真的原因很多，其中最基本的一個，是由于工作點不合適或信號太大，使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，這種失真通常稱為非線性失真。非線性失真有兩種情況，一種是飽和失真，另一種是截止失真。a.

Q點過高，即IB偏大，工作點接近飽和區(qū)，產(chǎn)生飽和失真。iCuCEib輸入波形uo輸出波形Qb.

Q點過低，即IB偏小，工作點接近截止區(qū)，信號進入截止區(qū)，產(chǎn)生截止失真。輸出波形iCuCEuo輸入波形ibQ●波形非線性失真的分析圖

基本共射放大電路的波形分析基本共射放大電路的截止失真波形的失真：飽和失真截止失真

由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。

由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。注意：對于PNP管，由于是負電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。

放大電路動態(tài)范圍放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，要求：

工作點Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；要有合適的交流負載線。

Vom1Vom2圖2.3.11最大不失真輸出電壓Vom=min{Vom1，Vom2}（2）等效電路法將晶體管的非線性特性線性化，即用線性電路代替晶體管。1.晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算法●靜態(tài)工作點的估算

阻容耦合共射放大電路●晶體管共射h參數(shù)等效模型晶體管線性雙口網(wǎng)絡(luò)等效電路●簡化的h參數(shù)等效模型●rbe的近似表達式低頻小功率管rbb’≈200

●共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析

微變等效電路RbRcRLRiRo

交流通路由輸入回路由輸出回路RbRcRLRiRoRbRcRLRsRiRo4.放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定T（1）靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性晶體管參數(shù)變化Q電路動態(tài)參數(shù)變化動畫：2-8溫度對Q點的影響（2）典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路由于晶體管對溫度十分敏感，盡管選擇的靜態(tài)工作點在正常溫度條件下是合適的，但當溫度升高時，集電極反向飽和電流ICBO將增大(大約每升高10℃，ICBO增加一倍)。對于上述固定偏置放大電路，ICBO增大又使穿透電流ICEO增大，從而引起Ic的增大、輸出特性曲線的上移，最終導致原來設(shè)置好的工作點發(fā)生偏移，嚴重時會使原來工作良好的放大器產(chǎn)生非線性失真。因此必須采取措施，提高放大器對溫度的穩(wěn)定性，減小工作點的漂移。TUBEIBICT、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。靜態(tài)工作點穩(wěn)定的分壓式電流負反饋偏置放大電路，是交流放大器中應用最廣泛的基本單元電路。其中三個偏置元件RBI、RB2、RE起著穩(wěn)定工作點的作用。uoIB1IB2IB分壓式偏置電路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiICIEUEIB1IB2IB分壓式偏置電路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiICIEUE保持基極對地的靜態(tài)電位UB基本固定，即IB1>>IBQ發(fā)射極保持有足夠大的電流負反饋，即UE>>UBE分壓式偏置電路能穩(wěn)定靜態(tài)工作點的物理過程可表示如下：

T↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE（=UB-UE）↓→IB↓

IC↓

即溫度T上升導致IC上升，而IE≈IC也上升；IE上升又導致了UE上升。但UB固定不變，所以UE的上升使得UBE下降；UBE的下降導致IB下降，從而使IC下降。最終結(jié)果使得IC趨于穩(wěn)定，從而穩(wěn)定了靜態(tài)工作點。這種減小IC變化的方法，稱為電流負反饋。根據(jù)以上分析，由于要求滿足IB2>>IB，似乎IB2越大越好。其實不然，還要考慮到其它影響。IB2不能太大，否則RB1和RB2就要取得較小，這不但要增加功率損耗，而且從信號源取用較大的電流，使信號源的內(nèi)阻壓降增加，加在放大器輸入端的電壓ui減小。一般RB1和RB2為幾十千歐?；鶚O電位UB也不能太高，否則UE增高將使UCE相應地減小(Ec一定)，因而減小了放大電路輸出電壓的變化范圍。一般硅管取IB2=(5-10)IB和UB=(5-10)UBE。接入發(fā)射極電阻RE，雖然使射極電流的直流分量IE通過它，起到了負反饋自動穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用；但發(fā)射極電流的交流分量iC也通過它產(chǎn)生交流壓降，產(chǎn)生負反饋作用，使電壓放大倍數(shù)下降。為此，可在RE兩端并聯(lián)電容CE，只要CE足夠大，即可對交流分量視為短路，對交流信號不起負反饋作用，故CE稱為發(fā)射極交流旁路電容，其值一般取為10～100uF。計算分壓式電流負反饋偏置電路的電壓放大倍數(shù)Ku、輸出電阻ro同前面一樣，但輸入電阻則改為ri=RB1//RB2//rbe。另外，靜態(tài)工作點的求取與固定偏置式電路也不同，分壓式偏置放大器應先求出IEQ≈ICQ，再計算UCQ=EC-ICQ(Rc+RE)和IBQ=ICQ/β。

Q點穩(wěn)定原理:電路中，滿足I1》IBQT↑Ic(IE)↑UE

↑

(=IERe)UBE↓

(=UB-UE)IB↓將輸出量通過一定的方式引回到輸入回路來影響輸入量的措施稱為反饋。由于反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小，稱為負反饋。由于反饋出現(xiàn)在直流通路中，稱為直流負反饋。一.靜態(tài)工作點的估算二.動態(tài)參數(shù)的估算交流等效電路（有旁路電容）Ri=Rb1∥Rb2∥rbeRo=Rc動態(tài)參數(shù)的估算若無旁路電容，交流等效電路（無旁路電容）Ri=Rb1∥Rb2∥[rbe+（1+β）Re]Ro=Rc

5.晶體管單管放大電路的三種基本接法(三種組態(tài))三種基本接法公共端輸入端輸出端(交流通路中)共射CEEBC共基CBBEC共集CCCBE

VCE=VCC－IERe=VCC－ICRe直流分析(Q點)（1）共集電極放大電路交流分析①電壓放大倍數(shù)

②輸入電阻

Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+)R'L)]R'L=RL//

ReIe

③輸出電阻將輸入信號短路，負載開路，由外加的等效輸出信號可以求出輸出電流：

例圖示電路，已知VCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點

2.共基放大電路直流分析(Q點)

與共射相同。交流分析①電壓放大倍數(shù)

=βR'L/rbe②輸入電阻

③輸出電阻

Ro≈RC●三種接法(組態(tài))的比較CECCCBAuAiRiRo應用大(反相)<1大(同相)大大<1中大小大小大低頻電壓放大輸入、輸出寬帶放大CECCCB2.152.18三種組態(tài)的比較CECCCBAuRiRo三種組態(tài)的比較

6.晶體管基本放大電路的派生電路一.復合管(達林頓管)的組成及其電流放大系數(shù)復合管的組成原則：1）C1或E1連接B2為實現(xiàn)電流放大β↑2）均工作在放大區(qū)原則：復合管內(nèi)部各電極的電流應方向一致，復合后的電極電流是內(nèi)部各電極電流之和。(a)結(jié)論：復合管的類型由T1決定；復合管的電流放大系數(shù)β≈β1β2。(c)(b)(d)原則：復合管內(nèi)部各電極的電流應方向一致，復合后的電極電流是內(nèi)部各電極電流之和。(a)、(b)：同類復合；(c)、(d)：異類復合。結(jié)論：復合管的類型由T1決定；復合管的電流放大系數(shù)β≈β1β2。哪個管是T1？T1的基極就是復合管的基極。二.復合管共射放大電路Ri=Rb∥[rbe1+(1+β)rbe2]結(jié)論：輸入電阻增大，增強電流放大能力。三.復合管共集放大電路結(jié)論：輸入電阻增大，輸出電阻減小。●共射-共基放大電路(不要把兩個管子看成一個復合管，而是兩個管之間是直接耦合。)特點：既保持共射放大電路電壓放大能力較大的優(yōu)點，又獲得共基放大電路較好的高頻特性?！窆布?共基放大電路(不要把兩個管子看成一個復合管，而是兩個管之間是直接耦合。)特點：具有