基本放大電路-電路知識講解

一、共射基本放大電路結構§2.2基本共射放大電路二、靜態(tài)工作點分析Q點的近似計算Q點的圖解分析Q點分析舉例三、共射放大電路的工作原理靜態(tài)工作動態(tài)工作放大電路中的失真現象四、動態(tài)參數分析微變等效電路動態(tài)參數及其計算五、三極管放大電路分析舉例例1例2Au、Ausriro附：共射放大電路習題1六、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定影響Q點穩(wěn)定的因素分壓偏置式放大電路放大是指將信號由小變大，放大的實質是實現能量的控制。即通過三極管的控制作用，將直流電源提供的能量轉化為交流輸出功率。放大的概念擴音機工作原理示意圖~Rsus放大電路VCC信號源負載直流電源基本放大電路的組成（1）基本放大電路的組成原則：1、要有工作在放大狀態(tài)的放大元件。2、輸入、輸出信號要有耦合通路?；痉糯箅娐返慕M成（2）共射極交流基本放大電路的結構BCETRbUBBRCUCC

放大元件為三極管

加直流偏置，使三極管工作在放大狀態(tài)，即：

UBE>0，UCB>0

交流輸入信號ui經耦合電容C1引入放大電路。C1ui+-

經耦合電容C2可獲得放大后的交流輸出信號uo。C2uo+-耦合電容作用：隔直流、通交流大?。簬椎綆资⒎?，采用電解電容。++--基本放大電路的組成（3）基本共射放大電路的簡化結構BCETRbUBBRCC1ui+-C2uo+-++--UCC+UCCRbUCC

實際放大電路中，兩個電源往往合并為一個電源，并采用電位表示電源的簡化結構。輸入回路輸出回路基本放大電路的組成（4）放大電路中電壓、電流符號說明

由于放大電路中同時存在直流與交流量，因此在對其進行分析時，為了表達明確，特對電壓、電流符號作如下規(guī)定（以三極管基極電流為例）：IB：符號與下標均大寫，表示直流分量。Ib：符號大寫、下標小寫，表示交流分量的有效值。iB：符號小寫、下標大寫，表示直流與交流的總量瞬時值，即：iB

=IB+ibib：符號與下標均小寫，表示交流分量的瞬時值。放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法直流通路和交流通路放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通路是不同的。交流通路：只考慮交流信號的分電路。直流通路：只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通路分析。例：對直流信號（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通路RB+ECRC對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路uiuoBCETRCui+C2+-Rbibic--+usRsRL

用近似估算法求靜態(tài)工作點

用圖解分析法確定靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點的分析與計算直流通路BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbui=0電容開路BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ

采用該方法，必須已知三極管的

值。1.用近似估算法求靜態(tài)工作點BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ根據三極管的伏安特性，有：根據三極管的電流放大作用,有:對輸入回路,由KVL得:對輸出回路,由KVL得:UBEQ=0.7V，對硅管0.3V，對鍺管采用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。

共射極放大電路2.用圖解分析法確定靜態(tài)工作點

首先，畫出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-BCETRC+UCCRbIBUBEICUCE對輸入回路,由KVL得:則:對輸出回路,由KVL得:則:0uCEiCiBuBE0IBQUBEQQQIBQUCEQICQ直流負載線UCC

共射極放大電路放大電路如圖所示。已知BJT的?=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？解：（1）（2）當Rb=100k時，靜態(tài)工作點為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0.3V，即IC的最大電流為：所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負值，此時，Q（120uA，6mA，0.3V），例1300kΩ2kΩ+15V+20V+30V100kΩ2kΩ+15V-15V300kΩ2kΩ200kΩ2kΩ+30V2kΩ+5V-2.5V5kΩ10kΩ例2：分析圖示各放大電路的靜態(tài)工作點。(a)(b)(c)(d)(e)解：(a)圖的靜態(tài)工作點如圖所示BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ300kΩ2kΩ+15V取:UBEQ=0.7V則:解：(b)圖的靜態(tài)工作點與(a)圖相似取:UBEQ=0.7V則:+20V+30V100kΩ2kΩ錯誤?。。眨茫牛巡豢赡苁秦撝?！表明此時三極管已進入飽和區(qū)，ＵＣＥＱ≈０.3V則:解：(c)圖中由于輸入回路中的負電源，使三極管處于截止狀態(tài)。則:+15V-15V300kΩ2kΩ解：(d)圖中靜態(tài)工作點如圖所示由KVL定理，對于輸入回路有:200kΩ2kΩ+30V2kΩIBQUBEQUCEQICQ取:UBEQ=0.7V又由KVL定理，對于輸出回路有:解：(e)由KVL定理，對于輸入回路有:IBQUBEQUCEQICQ取:UBEQ=0.7V又由KVL定理，對于輸出回路有:+5V-2.5V5kΩ10kΩ各工作點如圖所示單管共射放大電路的工作原理（1）BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRb當ui=0時，電路中的電壓、電流都是不變的直流，這時放大電路處于直流工作狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。IBQICQUBEQUCEQ

電路處于靜態(tài)時，三極管各電極的電壓、電流在特性曲線上

確定為一點，稱為靜態(tài)工作點，常稱為Q點。一般用

IB、IC、和UCE

（或IBQ、ICQ、和UCEQ

）表示。t0uit0iBIBQt0iCICQt0uCEUCEQ靜態(tài)時，由于電容C2的隔直作用

uo=0t0u0共射放大電路的工作原理（2）當ui≠0時，稱放大電路處于動態(tài)。BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbuC1uC2此時：uBE

=ube+UBEuBE=ui+UBEQ

根據三極管的特性，基極電流將隨基極電壓變化，有：iB=IBQ+ibiB則：iC=βiB=β(IBQ+ib)=ICQ+iciCuCE動態(tài)工作狀態(tài)ui=0時，iB,iC,uCE都是在原來靜態(tài)值的基礎上疊加了一個交流量。即iB=IBQ+ibiC=ICQ+icuCE=UCEQ+uce由圖可知，uo比ui大得多，實現了放大，且uo

和ui相位相反。交流通路

在三極管特性曲線的線性區(qū)內，根據疊加原理，總電流或總電壓是直流成分與交流成分的線性疊加。只考慮放大電路中交流分量單獨作用時的電路為放大電路的交流通路。只有交流量的放大電路能正常工作嗎？信號源UCC=0電容短路BCETRCC1ui+C2uo+-++--+UCCRbuC1uC2uBEiBiCuCE--+usRsRLuoBCETRCui+C2+-Rbibic--+usRsRL負載usRs

uoBETRCui++-Rbibic--+RL由交流通路得純交流負載線：

共射極放大電路交流通路icvce+-uce=-ic

(Rc

//RL)因為交流負載線必過Q點，又

uce=

uCE-UCEQ

ic=

iC-ICQ

同時，令R

L=Rc//RL動態(tài)工作情況分析則交流負載線為uCE-UCEQ=-(iC

-

ICQ)R

L

即iC

=(-1/R

L)uCE

+(1/R

L)UCEQ+

ICQ過輸出特性曲線上的Q點做一條斜率為-1/R

L

直線，該直線即為交流負載線。R'L=

RL∥Rc，是交流負載電阻。

交流負載線是有交流輸入信號時Q點的運動軌跡。

輸入交流信號時的圖解分析共射極放大電路通過圖解分析，可得如下結論：

1.ui

uBE

iB

iC

uCE

|-uo|

2.uo與ui相位相反；

3.可以測量出放大電路的電壓放大倍數；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。#

動態(tài)工作時，

iB、

iC的實際電流方向是否改變，uCE的實際電壓極性是否改變？#

放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？小結放大電路中電壓與電流包含兩個分量：一個是靜態(tài)工作情況決定的直流成分IBQ、ICQ、和UCEQ

；另一個是由輸入電壓引入的交流成分ib,iC,uce。只有建立合適的靜態(tài)工作點，才能保證三極管工作在特性曲線的線性區(qū)放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。Q點過高時放大電路工作過程圖解0uCEiCIBQQUCEQICQUCC引起集電極電流失真輸出放大信號失真結論：Q點過高使三極管進入飽和區(qū)，引起的失真稱為飽和失真，也稱為底部失真。iC0靜態(tài)工作點對放大電路工作的影響要避免飽和失真，應將RBQ點過低時放大電路工作過程圖解ICQ0uCEiCIBQQUCEQUCC引起集電極電流失真輸出放大信號失真結論：Q點過低使三極管進入截止區(qū)，引起的失真稱為截止失真，也稱為頂部失真。Q點在什么位置，放大工作最好？0iC要避免截止失真，應將RB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。

Uomax=min{UCEQ-UCES，ICQ(RC//RL)}最大輸出電壓的幅度：

當輸入交流信號變化范圍很小時，可認為三極管工作于線性區(qū)，此時三極管可用一個線性模型等效，稱此線性模型為三極管的微變等效電路。1.輸入回路iBuBE當信號很小時，將輸入特性在小范圍內近似線性。

uBE

iB對輸入的小交流信號而言，三極管相當于電阻rberbe的量級從幾百歐到幾千歐。三極管的微變等效電路2.輸出回路iCuCE所以：(1)輸出端相當于一個受ib控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對iC的影響，輸出端還要并聯一個大電阻rce。rce的含義

iC

uCEubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。三極管的微變等效電路為rbe

ibib

rcerbe

ibibbce等效cbe共射放大電路的微變等效電路BCETRCC1ui+C2uo+-++--+UCCRbuC1uC2uBEiBiCuCE--+usRsRL=

交流通路

+三極管微變等效電路交流通路微變等效電路+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui放大電路的微變等效電路用于計算放大電路的動態(tài)參數：AU、ri、rO.usRsuoBETRCui++-Rbibic--+RL單管放大電路的動態(tài)參數（1）放大電路的動態(tài)參數(1)電壓放大倍數：輸出電壓與輸入電壓的比值信號源負載Au是復數，反映了輸出和輸入的幅值比與相位差。（2）輸入電阻Ri

：輸入端口特性可以等效為一個電阻。Ri輸入回路要使輸入的有效信號ui大，則希望…？理想單管放大電路的動態(tài)參數（2）放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。即：ri越大，Ii就越小，ui就越接近uS(3)輸出電阻roAu~US放大電路對其負載而言，相當于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內阻就是輸出電阻。~roUS'單管放大電路的動態(tài)參數（3）如何確定電路的輸出電阻ro

？步驟：1.所有的電源置零(將獨立源置零，保留受控源)。2.加壓求流法。方法一：計算。方法二：測量。Uo1.測量開路電壓。~roUs'2.測量接入負載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計算。——負載開路時的電壓放大倍數輸出回路由輸出回路得則電壓增益為由此可見即負載的大小會影響增益的大小要想減小負載的影響，則希望…？（考慮改變放大電路的參數）理想情況共射基本放大電路動態(tài)參數的計算（1）動態(tài)參數的計算必須在放大電路的微變等效電路中進行。+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOuiii1.

輸入電阻ri的計算根據ri的定義，有：在右圖電路中，顯然：因為一般有：Rb>>rbe，所以：共射放大電路的輸入電阻較小，往往不能滿足電路要求。共射基本放大電路動態(tài)參數的計算（2）2.

輸出電阻rO的計算

根據定義，放大電路的輸出電阻即相對于負載的戴維南等效電路的內阻，故可采用外加電壓法求解。+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui××端口開路+-uORbbeibrbeceβibicRSRciO獨立源零處理外加電源根據定義，有：顯然，右圖電路中受控電流源電流為零，即ic=0，所以：共射放大電路的輸出電阻較大共射基本放大電路動態(tài)參數的計算（3）3.

電壓放大倍數Au、As的計算+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui在圖示電路中，有：根據定義，則有：共射放大電路的電壓放大倍數可達幾十到幾百負號表明輸入信號與輸出信號相位相反顯然，Au隨負載大小而變化。負載開路時，達到最大值：共射基本放大電路動態(tài)參數的計算（4）定義對信號源電動勢us的電壓放大倍數為：+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui

顯然，在RS=0時，Aus=Au。即對于電壓放大電路，信號源內阻越小越好。小結：動態(tài)分析步驟：（1）畫出放大電路的交流通路方法：將電路中的直流電源置“0”,電容用短路線代替。（2）畫出放大電路的微變等效電路圖方法：將交流通路中的三極管用微變模型代替（3）借助微變等效電路圖求解電路的動態(tài)參數基本放大電路分析舉例（1）例：在圖示放大電路中，電容C1、C2與C3在信號頻率范圍內容抗可忽略不計。試求：（1）畫出直流通路，計算靜態(tài)工作點Q；（2）畫出交流通路與微變等效電路，計算動態(tài)參數。解：畫直流通路uoBCETRCC1ui+-C2+-+UCCR1R2RLC3BCETRC+UCCR1R2什么是直流通路？基本放大電路分析舉例（2）BCETRC+UCCR1R2IBQuBEQICQICCuCEQ計算靜態(tài)工作點Q什么是靜態(tài)工作點？根據KVL，有：根據KCL有：由三極管的特性有：-------（1）-------（2）-------（3）-------（4）若對硅管取UBEQ=0.7V，對鍺管取UBEQ=0.3V，則可由上述方程組解得：基本放大電路分析舉例（3）畫交流通路什么是交流通路？uoBCETRCui+-+-R1R2RL將電容與直流電源短路后的電路就是交流通路uoBCETRCC1ui+-C2+-+UCCR1R2RLC3R1R2RCRLuiu0+-+-基本放大電路分析舉例（4）畫微變等效電路++-R1beibrbeceβibic-RLR2RCuOui什么是微變等效電路？根據動態(tài)參數的定義，有：R1R2RCRLuiu0+-+-基本放大電路分析舉例（2）例：放大電路如圖所示。設UCC=10V，β=40，二極管與三極管均為硅管。試求：（1）要使IBQ=2mA，問Rb=?（2）計算放大電路的動態(tài)參數。uiBCETRCC1+-C2uo+-++--+UCCRb影響靜態(tài)工作點的主要因素為保證放大電路正常工作，必須有合適與穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。溫度變化會導致三極管參數發(fā)生變化溫度每升高100C，ICBO增大一倍溫度每升高10C，UBEQ減小2.5mV溫度每升高10C，β增加0.5%-1%在共射基本放大電路中，因為：所以，當溫度升高時有：0uCEiCIBQQUCEQICQUCC結論：共射基本放大電路在溫度升高時，可能會出現飽和失真。分壓偏置式放大電路

VoltageDividerBias（1）解決共射放大電路Q點不穩(wěn)定的方法選擇溫度穩(wěn)定性高的三極管元件采用新的電路結構----分壓偏置式放大電路BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbBTRCC1ui+-C2uo+-++++UCCRb1Rb2RLReCe基極采用分壓偏置引入負反饋分壓偏置式放大電路的工作原理（1）在電路設計中使IR》IB，常取(5∽10)IB，則：即基極電位基本不隨溫度變化。（2）Re在電路中引起如下控制過程：溫度IC(IE)VE(=IERe)UBE(=VB-VE)IBIC即IC的變化受到抑制，Q點穩(wěn)定Re的大小對反饋有何影響？IRIBVBICIE旁路電容I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路+UCC方框中部分用戴維南定理等效為：RdUSB進而，可求出IC

、UCE

。算法一：分壓偏置式放大電路的靜態(tài)工作點計算分壓偏置式放大電路的靜態(tài)工作點計算uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCeIBQVBICQIEQBTRC+UCCRb1Rb2Re直流通路UCEQ因為IR》IB，則：所以：算法二：例：已知

=50，UCC=12V，RB1=7.5k

，RB2=2.5k

，RC=2k

，RE=1k

，

求該電路的靜態(tài)工作點。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo利用戴維南定理的計算結果：估算的結果：B分壓偏置式放大電路（3）分壓偏置式放大電路的動態(tài)參數計算uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCe微變等效電路++-Rb2beibrbeceβibic-RLRcRb1uOui（1）電壓放大倍數Au（2）輸入電阻ri（3）輸出電阻ro結論：分壓偏置放大電路的動態(tài)參數與共射放大電路一致。那么它的作用是什么?分壓偏置式放大電路（4）（1）電壓放大倍數Au（2）輸入電阻ri（3）輸出電阻ro電容Ce對分壓偏置式放大電路動態(tài)參數的影響Au減小++-Rb2beibrbecβibic-RLRcRb1uOuiReri增大ro不變Ii若無電容Ce

，則用加壓求流法求輸出電阻。rbeRCRER'BRS可見，去掉CE后，放大倍數減小、輸出電阻不變，但輸入電阻增大了。RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2問題：如果電路如下圖所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2靜態(tài)分析：直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動態(tài)分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：rbeRCRLRE1R'B？思考題1.試分析下列問題：共射極放大電路（1）增大Rc時，負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（2）增大Rb時，負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（3）減小VCC時，負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（4）減小RL時，交流負載線將如何變化？Q點怎樣變化？向左傾斜，Q點左移斜率不變，Q點下移向左平移，Q點向左下方移動向右傾斜，Q點不變共射極放大電路？思考題2.放大電路如圖所示。當測得BJT的VCE

接近VCC的值時，問管子處于什么工作狀態(tài)？可能的故障原因有哪些？截止狀態(tài)答：故障原因可能有：?Rb支路可能開路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC

。?C1可能短路，

VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC

。單管放大電路三種接法及性能比較共集電極放大電路共基極基本放大電路三種接法的性能比較共集電極放大電路（1）1.電路結構BCETReC1ui+-C2uo+-+++UCCRb輸出信號由發(fā)射極引出----射極跟隨器交流通路BCETReui+-uo+-RbusReui+-uo+-RbBCETRLRs輸入回路輸出回路共集電極放大電路（2）2.靜態(tài)工作點計算BCETReC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直流通路BCETReRb+UCCUBEQIBQICQUCEQ對輸入回路，由KVL有：即：所以：對輸出回路，由KVL有：所以：共集電極放大電路（3）usReui+-uo+-RbBCETRLRs3.動態(tài)參數計算微變等效電路ibicβibBCErbeuoiiusReui+-+-RbRLRsBCEie因為：所以：電壓放大倍數Au：Au≈1，表明輸入與輸出信號大小相等、相位相同因為：所以：輸入電阻ri：輸入電阻較大，可達幾十KΩ共集電極放大電路（4）因為：所以：輸出電阻ro：外加電壓法uoiiusReui+-+-RbRLRsBCEieuoioRe+-RbRsBCEierbeβibib輸出電阻較小，可達幾十Ω{end}射極輸出器的使用1.將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2.將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。3.將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作