電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目化教程 第2版 課件 項(xiàng)目四 分立元器件放大電路的設(shè)計(jì)

4.1項(xiàng)目分析1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容3.能力要求下頁(yè)總目錄2.知識(shí)點(diǎn)1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目討論了放大器的基礎(chǔ)知識(shí)，各種典型的分立原件放大電路的基本原理和分析方法，以及指標(biāo)參數(shù)等等。4.1項(xiàng)目分析下頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)2.知識(shí)點(diǎn)①共發(fā)射極放大電路基本原理；②靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路——分壓式偏置電路基本原理；③共集電極放大電路和共基極放大電路基本原理；④差動(dòng)放大電路基本原理。3.能力要求①掌握晶體管基本放大電路的組成結(jié)構(gòu)及特征；②掌握晶體管基本放大電路的實(shí)際應(yīng)用及分析方法。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.2相關(guān)知識(shí)4.2.1放大電路的基礎(chǔ)知識(shí)4.2.2晶體管電路的基本分析方法4.2.4分壓偏置電路的放大電路總目錄下頁(yè)4.2.3共發(fā)射極放大電路4.2.5共集電極和共基極放大電路4.2相關(guān)知識(shí)4.2.1放大電路的基礎(chǔ)知識(shí)總目錄下頁(yè)

用來(lái)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大的電路稱(chēng)為放大電路，又稱(chēng)為放大器。它的應(yīng)用非常廣泛，它是構(gòu)成其它電子電路的基本單元電路，無(wú)論是日常使用的電視機(jī)、測(cè)量?jī)x器、還是復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中都有各種各樣的放大電路。4.2.1放大電路的基礎(chǔ)知識(shí)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.放大電路的組成下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-1放大電路組成框圖

在圖4-1(a)中信號(hào)源是產(chǎn)生所需放大的電信號(hào)，它可把非電量的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量的信號(hào)，它們可以等效為4-1(b)所示的電壓源和電流源電路，

為信號(hào)源內(nèi)阻,、

分別為電壓源和電流源且

。利用放大電路中的晶體管工作于放大區(qū)所具有的電流（或電壓）控制特性，可以實(shí)現(xiàn)放大作用，為了保證晶體管工作于放大狀態(tài)，必須通過(guò)直流電源和相應(yīng)的偏置電路給晶體管提供適當(dāng)?shù)钠秒妷?。下?yè)上頁(yè)首頁(yè)

負(fù)載是接受放大電路輸出信號(hào)的元件（或電路）它可由將電信號(hào)變成非電信號(hào)的輸出換能器構(gòu)成，RL也可是下一級(jí)電子電路的輸入電阻，一般情況下它們都可等效為一純電阻RL(實(shí)際上它不可能為純電阻，可能是容性阻抗，也可能是感性阻抗，但為了分析問(wèn)題方便起見(jiàn)，一般都把負(fù)載用純電阻RL來(lái)等效)?？梢?jiàn)，放大電路應(yīng)由放大器件、直流電源、輸入回路和輸出回路等幾部份組成。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)晶體管共射基本放大電路如圖4-2(a)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

圖4-2共發(fā)射極基本放大電路2．基本放大電路中各元件的作用

圖4-2(b)中，晶體管V是整個(gè)電路的核心，擔(dān)負(fù)著放大信號(hào)的任務(wù)，直流電源VCC（幾伏到幾十伏），一方面通過(guò)RC、RB給晶體管發(fā)射結(jié)提供正向偏壓，給集電結(jié)提供反向偏壓，另一方面提供負(fù)載所需的信號(hào)能量；RB稱(chēng)基極偏置電阻（一般幾十千歐～幾百千歐）。RC將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，稱(chēng)為集電極負(fù)載電阻（一般為幾千歐~幾十千歐）；電容C1、C2的作用是隔離放大電路與信號(hào)源，放大電路與負(fù)載之間的直流通路，僅讓交流信號(hào)通過(guò)，即隔直通交。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

C1、RB、VCC及晶體管V的基極和發(fā)射極構(gòu)成信號(hào)的輸入回路，C2、RC及晶體管V的集電極和發(fā)射極構(gòu)成信號(hào)的輸出回路，VCC、RB、RC構(gòu)成晶體管的偏置電路。RL是放大電路的負(fù)載，稱(chēng)其為交流負(fù)載電阻。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

3.放大電路的性能指標(biāo)

放大電路性能的優(yōu)劣是用它的性能指標(biāo)來(lái)表示的。性能指標(biāo)是指在規(guī)定條件下，按照規(guī)定程序和測(cè)試方法獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)。為了表明各性能指標(biāo)的含義，將放大電路用圖4-3所示的有源線(xiàn)性四端網(wǎng)絡(luò)表示。圖中

端為放大電路的輸入端，RS為信號(hào)源內(nèi)阻，uS為信號(hào)源電壓，此時(shí)放大電路的輸入電壓和電流分別為ui和ii。

端為放大電路的輸出端，RL為負(fù)載電阻。此時(shí)放大電路的輸入電壓和電流分別為uo和io。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖中電壓和電流的正方向符合四端網(wǎng)絡(luò)的一般規(guī)定。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-3放大電路四端網(wǎng)絡(luò)表示

（1）放大倍數(shù)（又叫增益）

放大倍數(shù)表示放大電路對(duì)弱信號(hào)的放大能力。常用的有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù)和源電壓放大倍數(shù)。

電壓放大倍數(shù)Au是放大電路的輸出電壓uo與輸入電壓ui之比，即

電流放大倍數(shù)Ai是放大電路的輸出電流io與輸入電流ii之比，即

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

功率放大倍數(shù)Ap是放大電路的輸出功率Po與輸入功率Pi之比，即

源電壓放大倍數(shù)Aus是放大電路的輸出電壓uo與信號(hào)源電壓uS之比，即

工程上常用分貝（dB）來(lái)表示放大倍數(shù)，它們的定義分別為：

電壓放大倍數(shù)Au

(dB)=20lg|Au|

電流放大倍數(shù)Ai

(dB)=20lg|Ai|

功率放大倍數(shù)

Ap

(dB)=10lg|Ap|

源電壓放大倍數(shù)Aus

(dB)=20lg|Aus|下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）輸入電阻

輸入電阻用Ri表示，是從輸入端

端看進(jìn)去的等效電阻，它等于放大電路輸出端實(shí)際接入負(fù)載電阻RL后，輸入電壓ui與輸入電流ii之比，即

對(duì)于信號(hào)源而言，Ri相當(dāng)于它的負(fù)載，如圖4-4所示，由圖可知：

例4-1：已知信號(hào)源us=20mV，RS=600Ω，當(dāng)Ri分別等于6KΩ、600Ω、60Ω時(shí)，試求輸入電流ii和輸入電壓ui的大小。

解：當(dāng)Ri＝6KΩ時(shí)當(dāng)Ri＝600Ω時(shí)

當(dāng)Ri＝60Ω時(shí)

可見(jiàn)，Ri越大，向信號(hào)源所取的信號(hào)電流ii越小，RS兩端的電壓就越小，其實(shí)際輸入電壓ui就越接近于信號(hào)源電壓uS，對(duì)信號(hào)源的衰減程度就越弱。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的放大電路，希望輸入電阻越大越好。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）輸出電阻

輸出電阻用Ro表示。對(duì)負(fù)載RL而言，放大電路的輸出端可以等效為一個(gè)信號(hào)源，如圖4-5(a)所示，用相應(yīng)的電壓源或電流源來(lái)代替，uot是將RL移去，uS或iS在放大電路輸出端產(chǎn)生的開(kāi)路電壓。iot是將RL短接，uS或iS在放大電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。Ro是等效電壓源或電流源的內(nèi)阻，也就是放大電路的輸出電阻。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

Ro等于負(fù)載開(kāi)路（RL＝

∞），輸入信號(hào)源短路（uS＝0）保留RS，由輸出端

兩端向放大器看進(jìn)去的等效電阻，如圖4-5(b)所示。RL斷開(kāi)后，接入一信號(hào)源u，如圖4-5(c)所示，此時(shí)流過(guò)的電流為i，則放大器的輸出電阻為：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)由于Ro的存在，由圖4-5(a)可知放大電路實(shí)際輸出電壓為：

由上兩式可以看出Ro越小，uo和uot就越接近，uo受負(fù)載的影響就越小，流過(guò)負(fù)載的電流就越大?？梢?jiàn)，Ro的大小反映了放大電路帶負(fù)載的能力的大小。Ro越小，帶負(fù)載的能力就越強(qiáng)。對(duì)于實(shí)際的放大電路，希望Ro小些。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4．通頻帶與非線(xiàn)性失真

放大電路中通常含有電抗元件，因此放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)是不一樣的。相應(yīng)的電壓放大倍數(shù)可以表示為信號(hào)頻率的復(fù)函數(shù)，即

在上式中，Au(f)是增益的幅值，

是增益的相位角，都是頻率的函數(shù)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)我們將幅值隨頻率f變化的特性稱(chēng)為幅頻特性，其相應(yīng)的曲線(xiàn)稱(chēng)為幅頻特性曲線(xiàn)，如圖4-6所示；相位角隨頻率f變化的特性稱(chēng)為相頻特性，其對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)稱(chēng)為相頻特性曲線(xiàn)。幅頻特性和相頻特性總稱(chēng)為放大電路的頻率特性或頻率響應(yīng)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-6放大電路的幅頻特性曲線(xiàn)

對(duì)于幅頻特性曲線(xiàn)，一般情況下，中頻段的放大倍數(shù)幾乎不變，用Aum來(lái)表示，在低頻段和高頻段的放大倍數(shù)都將下降，當(dāng)下降到

時(shí)的低端頻率和高段端頻率，稱(chēng)為放大電路的下限頻率和上限頻率，分別用fL和fH來(lái)表示。fH和fL之間的頻率范圍稱(chēng)為放大電路的通頻帶，用BW0.7表示，即

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)BW0.7=fH-fL

在工程上，一個(gè)實(shí)際的輸入信號(hào)包含許多不同的頻率分量（可以按照傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)），放大電路不能對(duì)所有的頻率分量進(jìn)行等量的放大，那么合成的輸出波形就與輸入信號(hào)不同，這種波形失真稱(chēng)為頻率失真。要把這種失真限制在允許值范圍內(nèi)，要求放大電路的通頻帶應(yīng)大于輸入信號(hào)的頻帶。

放大電路除了上述指標(biāo)外，針對(duì)不同的使用場(chǎng)合，還可以提出一些其它指標(biāo)，如最大輸出功率、效率、非線(xiàn)性失真等等。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.2相關(guān)知識(shí)4.2.2晶體管電路的基本分析方法總目錄下頁(yè)

利用晶體管外接電源、電阻等電路元件，可實(shí)現(xiàn)各種功能電路。對(duì)一個(gè)放大電路進(jìn)行定量分析，無(wú)外乎做兩個(gè)方面的工作，第一：直流分析；第二：交流分析，計(jì)算放大電路在加入交流信號(hào)后的放大倍數(shù)，輸入電阻，輸出電阻等性能指標(biāo)。直流分析和交流分析均可以采用圖解分析法，但在工程應(yīng)用中作直流分析時(shí)，一般采用工程近似法，作交流分析時(shí)，如外接的交流信號(hào)足夠小，可以采用小信號(hào)等效電路分析，大信號(hào)輸入時(shí)只能采用圖解分析方法。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.2.2晶體管電路的基本分析方法

只研究在直流電源作用下，電路中各直流量的大小稱(chēng)為直流分析（又叫靜態(tài)分析），其對(duì)應(yīng)的電壓和電流都是直流量，由此確定晶體管各級(jí)電壓和電流稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)。

（1）圖解法

圖解法是通過(guò)在晶體管的特性曲線(xiàn)上作圖從而獲得電路的直流量而進(jìn)行分析的一種方法。其特點(diǎn)是直觀，物理意義清楚。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1．直流分析

1）由輸入回路確定直流負(fù)載線(xiàn)

我們把圖4-2(b)的基本放大電路的直流通路畫(huà)成如圖4-7(a)所示的電路，圖4-7(b)表示晶體管的輸入特性曲線(xiàn)，它描繪了晶體管內(nèi)

與

之間的關(guān)系。由輸入回路列方程圖4-7輸入回路的直流負(fù)載線(xiàn)

它是一個(gè)直線(xiàn)方程。令iB=0，則uBE=VCC，得A點(diǎn)坐標(biāo)為(VCC，0)；令uBE=0，則

，得B點(diǎn)坐標(biāo)為(0，

)，因此作出直線(xiàn)AB，可見(jiàn)，直線(xiàn)的斜率為

。該直線(xiàn)與輸入特性曲線(xiàn)相交于Q點(diǎn)，那Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(UBEQ、IBQ)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

2）由輸出回路確定直流負(fù)載線(xiàn)

由圖4-2(b)所示電路輸出回路得直流通路，如圖4-8(a)所示，輸出特性曲線(xiàn)如圖4-8(b)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-8輸出回路的直流負(fù)載線(xiàn)由輸出回路列方程：

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

它也是一個(gè)直線(xiàn)方程。令iC=0，則uCE=VCC，得M點(diǎn)坐標(biāo)為(VCC，0)；令uCE=0，則

，得N點(diǎn)坐標(biāo)為(0，

)，因此作出直線(xiàn)MN，可見(jiàn)，直線(xiàn)的斜率為

。該直線(xiàn)與輸入特性曲線(xiàn)相交于Q點(diǎn)，那Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(UCEQ、ICQ)。

靜態(tài)工作點(diǎn)Q有四個(gè)數(shù)據(jù)，即UBEQ、IBQ

、UCEQ和ICQ。由圖(b)可見(jiàn)，當(dāng)VCC>>UCEQ時(shí)，IBQ在較大范圍變化時(shí)，UBEQ變化不大。只要是硅管，UBEQ就在

左右，這樣Q點(diǎn)的基極電流IBQ，可按下式直接求得，而不必作出輸入回路的直流負(fù)載線(xiàn)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

例4-2圖4-9是放大電路中晶體管的輸出特性曲線(xiàn)。已知RB=280KΩ，RC=3KΩ，VCC=12V，試用圖解法確定其靜態(tài)工作點(diǎn)。

解：

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

令iC=0，得uCE=12V，則

。令uCE=0，得iC＝4ｍA，則

。在圖2-26所示得坐標(biāo)系中，找到M、N兩點(diǎn)，連接起來(lái)所得的直流負(fù)載線(xiàn)與IB＝40μA這條輸出特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的UCEQ＝6V、ICQ

＝2ｍA。

另外，通過(guò)作圖還可以根據(jù)參數(shù)確定晶體管是否進(jìn)入截止區(qū)和飽和區(qū)，但作圖比較麻煩，一般都采用近似估算法確定是否進(jìn)入截止區(qū)和飽和區(qū)。晶體管截止時(shí)，iB=0、iC=0＝0、uCE＝VCC，晶體管的三個(gè)可視為開(kāi)路，可用圖4-10(a)所示開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)來(lái)等效。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-10晶體管的開(kāi)關(guān)等效電路晶體管飽和導(dǎo)通時(shí)，uCE＝0、

，晶體管C、E電極可視為短路，可用圖4-10(b)所示開(kāi)關(guān)S來(lái)等效。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-10晶體管的開(kāi)關(guān)等效電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

也可以采用近似估算的方法確定晶體管在飽和區(qū)還是放大區(qū)。在晶體管飽和區(qū)和放大區(qū)分界處流過(guò)集電極的電流稱(chēng)為臨界飽和電流，并用ICS表示，即再根據(jù)可得維持臨界飽和電流ICS所需的最小基極電流IBS為這就是說(shuō)，若晶體管飽和，基極電流必須滿(mǎn)足

（2）近似分析法

在晶體管的輸入回路中，由晶體管的輸入特性可知，uBE大于導(dǎo)通電壓后，uBE很小的變化將會(huì)引起iB很大的變化，因此晶體管導(dǎo)通后輸入特性具有恒壓特性，所以晶體管的輸入電流近似等于式中，UBE(on)為晶體管的導(dǎo)通電壓，硅管近似為0.7V。對(duì)于晶體管的輸出回路可得下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

當(dāng)放大電路加入交流信號(hào)后，為了確定疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)上的各交流量而進(jìn)行的分析，稱(chēng)為交流分析（或稱(chēng)為動(dòng)態(tài)分析）,此時(shí)各級(jí)的電壓和電流既有直流量，又有交流量。如果放大電路外接的交流信號(hào)足夠小，采用小信號(hào)等效分析法（或稱(chēng)為小信號(hào)微變等效電路分析法），大信號(hào)輸入時(shí)，只能夠采用圖解分析法。2.交流分析下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）交流通路

對(duì)于電容C1、C2（假設(shè)電容足夠大），其容抗

，其容抗近似為0，可似為短路（隔直通交）；直流電壓源VCC的內(nèi)阻很小，兩端的變化量很小（近似為0），可似為短路；對(duì)于電感L（假設(shè)足夠?。?，其感抗

，其感抗近似為無(wú)窮大，近似為開(kāi)路。因此對(duì)于原理圖2-18的交流通路為下圖4-11所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-11共發(fā)射極放大電路的交流通路

（2）圖解分析晶體管動(dòng)態(tài)工作時(shí)的電壓與電流，可以利用晶體管的特性曲線(xiàn)，通過(guò)作圖來(lái)獲得。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

①交流負(fù)載線(xiàn)

交流通路如圖4-11所示，因?yàn)镃2的隔直流作用，所以RL對(duì)直流無(wú)影響，為了便于理解，先用上面的方法畫(huà)出直流負(fù)載線(xiàn)MN，設(shè)工作點(diǎn)為Q，如圖4-12所示。圖4-12交流負(fù)載線(xiàn)

下面討論交流負(fù)載線(xiàn)，在如圖4-11所示的交流通路中，有

根據(jù)疊加原理，有上面三式聯(lián)立可得整理得

上式即為交流負(fù)載線(xiàn)的特性方程，顯然也是直線(xiàn)方程。當(dāng)

，

時(shí)，所以交流負(fù)載線(xiàn)與直流負(fù)載線(xiàn)都過(guò)Q點(diǎn)，其斜率為：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

已知點(diǎn)Q和斜率就可作出交流負(fù)載線(xiàn)。但斜率做得不是很精確，一般用下面方法做交流負(fù)載線(xiàn)。

如圖4-12所示，首先作直流負(fù)載線(xiàn)MN，確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q；其次過(guò)M作斜率為

的輔助線(xiàn)ML；最后過(guò)Q點(diǎn)作

平行于ML，所以

的斜率為

，而且過(guò)Q點(diǎn)，所以

就是所作的交流負(fù)載線(xiàn)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

②交流分析晶體管電路接通直流電源的同時(shí)，在輸入端加入小信號(hào)正弦交流電壓，晶體管各級(jí)電壓、電流將隨輸入信號(hào)的變化而變化，其變化的大小可通過(guò)圖解求得，如圖4-13所示，這樣就可以讀出電路各交流電壓和電流值，從而計(jì)算出放大電路得電壓與電流放大倍數(shù)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-13晶體管共發(fā)射極放大電路的圖解分析

③放大電流的非線(xiàn)性失真和靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇

晶體管的非線(xiàn)性表現(xiàn)在輸入特性起始的彎曲部分和輸出特性間距的不均勻部分，如果輸入信號(hào)的幅度比較大，將使iB、iC和uCE的正、負(fù)半周不對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不合適，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的失真，輸入大信號(hào)時(shí)尤其嚴(yán)重。如果靜態(tài)工作點(diǎn)選得過(guò)接近截止區(qū)，在輸入信號(hào)的負(fù)半周，引起iB、iC和uCE的波形失真，稱(chēng)為截止失真，對(duì)于NPN晶體管，截止失真時(shí)，輸出波形

的波形出現(xiàn)頂部失真，如圖4-14(a)所示；下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

如果靜態(tài)工作點(diǎn)選得過(guò)接近截止區(qū)，在輸入信號(hào)的負(fù)半周，引起iB、iC和uCE的波形失真，稱(chēng)為截止失真，對(duì)于NPN晶體管，截止失真時(shí)，輸出波形

的波形出現(xiàn)頂部失真，如圖4-14(a)所示；下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)Q點(diǎn)偏低引起的失真

如果靜態(tài)工作點(diǎn)選得過(guò)高，接近飽和區(qū)，在輸入信號(hào)的正半周，引起iB、iC和uCE的波形失真，稱(chēng)為飽和失真，對(duì)于NPN晶體管，飽和失真時(shí)，輸出波形

出現(xiàn)底部失真，如圖4-14(b)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)Q點(diǎn)偏高引起的失真

對(duì)于放大電路用PNP晶體管，波形失真剛好相反。靜態(tài)工作點(diǎn)與RB、RC和VCC均有關(guān)，但在實(shí)際應(yīng)用中，一般只通過(guò)調(diào)整

的大小來(lái)改變靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)一個(gè)實(shí)際的放大電路，希望它的輸出信號(hào)能正確反映輸入信號(hào)的變化，也就是要求波形失真要小，如果出現(xiàn)截止失真，說(shuō)明IBQ過(guò)小，為了減小這種失真，應(yīng)減小RB，從而增大IBQ；如果出現(xiàn)飽和失真，說(shuō)明IBQ過(guò)高，為了減小這種失真，應(yīng)增大的RB，從而減小IBQ。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

④微變等效電路

用圖解法進(jìn)行交流分析具有直觀的優(yōu)點(diǎn)，但圖解法比較麻煩。根據(jù)以上討論可知，放大電路輸入小（微弱）信號(hào)時(shí)即晶體管的電壓和電流變化量之間的關(guān)系基本上是線(xiàn)性的。這樣，晶體管可等效成一個(gè)線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)，這就是微變等效電路，利用微變等效電路（又叫小信號(hào)等效電路），可方便的對(duì)放大電路進(jìn)行分析、計(jì)算。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

在如圖1-15(b)所示晶體管輸入特性中，當(dāng)輸入交流信號(hào)很小時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的一段曲線(xiàn)當(dāng)作直線(xiàn)，因此，當(dāng)uCE為常數(shù)時(shí)，輸入電壓的變化量ΔuBE與輸入電流ΔiB的變化量是一個(gè)常數(shù)，可用符號(hào)rbe來(lái)表示，即下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)共發(fā)射極電路輸入特性曲線(xiàn)

rbe的大小與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，在常溫下，rbe在幾百毆～幾千毆，工程上常用下式來(lái)估算：式中，是晶體管的基區(qū)體電阻，對(duì)于低頻小功率管，

一般為

。

應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)驗(yàn)表明IEQ過(guò)小或過(guò)大時(shí)，用式計(jì)算rbe將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

如圖1-15(c)所示，晶體管的輸出特性曲線(xiàn)可近似看成一組與橫軸平行、間距均勻的直線(xiàn)，當(dāng)uCE為常數(shù)時(shí)，集電極輸出電流iC的變化量ΔiC與基極電流iB的變化量ΔiB之比為常數(shù)，即下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)共發(fā)射極電路輸出特性曲線(xiàn)

這說(shuō)明晶體管處于放大狀態(tài)時(shí)，C、E之間可以用一個(gè)輸出電流為βib的電流源來(lái)表示，如圖4-15所示，它不是一個(gè)獨(dú)立的電流源，而是一個(gè)大小及方向均受ib控制的受控電流源。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-15晶體管的微變等效電路4.2相關(guān)知識(shí)總目錄下頁(yè)4.2.3共發(fā)射極放大電路

偏置電路是放大電路不可缺少的組成部分，我們?cè)谶M(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置的偏置電路必須滿(mǎn)足兩個(gè)要求：一是給放大電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；二是環(huán)境溫度、電源電壓等因素變化時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)保持穩(wěn)定。在諸多因素中尤其是溫度的變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響最大。一些放大電路在常溫下，其靜態(tài)工作點(diǎn)確定合適，則能正常工作，但在高溫或低溫條件下則不能正常工作，這是因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)隨溫度變化引起的，下面我們結(jié)合環(huán)境溫度這個(gè)問(wèn)題介紹兩種偏置電路的放大電路。4.2.3共發(fā)射極放大電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

電路如圖4-16所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-16固定偏置放大電路

待放大的輸入信號(hào)源接在放大電路的輸入端1-1/，通過(guò)電容C1與放大電路相耦合，放大的輸出信號(hào)通過(guò)電容C2的耦合輸送到負(fù)載，C1、C2起到耦合交流信號(hào)的作用，稱(chēng)為耦合電容。為了使交流信號(hào)順利通過(guò)，要求它們?cè)谳斎胄盘?hào)頻率上的容抗足夠小，因此它們的容量足夠大，這樣對(duì)于交流信號(hào)C1、C2可近似為短路。為了不使信號(hào)源和負(fù)載對(duì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，則要求C1、C2的漏電流很小，即還具有隔斷直流的作用，所以，C1、C2起到隔直通交的作用。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.求靜態(tài)工作點(diǎn)

直流通路如圖4-16(b)所示；我們用近似估算法可求得該電路提供得IBQ、ICQ和UCEQ:

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)直流通路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

由上述三式可知，晶體管的所有參數(shù)幾乎都隨溫度變化而變化，溫度升高時(shí)，b和ICBO增大，而管壓降UBEQ減小，這些變化都將引起工作點(diǎn)電流ICQ的增大；反之，溫度下降，ICQ將減工作點(diǎn)會(huì)隨溫度的變化而漂移，這不但會(huì)影響放大倍數(shù)等性能，嚴(yán)重還會(huì)造成輸出波形失真，甚至使放大電路無(wú)法正常工作。為了保證放大電流在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，就必須采用熱穩(wěn)定性高的偏置電路。提高偏置電路熱穩(wěn)定性有很多措施，常用的是分壓式偏置放大電路，這種電路將在后面內(nèi)容中介紹。2.性能指標(biāo)分析

圖4-16(a)所示電路中，由于C1、C2的容量都比較大，對(duì)交流信號(hào)可視為短路，直流電壓源VCC兩端的變化量為0，對(duì)交流信號(hào)也可視為短路，這樣便得到圖4-17(a)所示的交流通路，然后將晶體管用小信號(hào)等效模型代替，便得到放大電路的小信號(hào)等效電路，如圖4-17(b)所示，由圖可求得放大電路的性能指標(biāo)關(guān)系式。

（1）電壓放大倍數(shù)

如圖4-17(b)所示所以，放大電路的電壓放大倍數(shù)等于

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）輸入電阻

由圖4-17(b)可得

所以，放大電路的輸入電阻等于

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）輸出電阻

由圖4-17(b)可見(jiàn)，當(dāng)us＝0時(shí)，ib＝0，則bib開(kāi)路，所以，放大電路輸出端斷開(kāi)RL，接入信號(hào)源電壓u，如圖4-17(c)所示，可得

，因此放大電路的輸出電阻等于：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)例4-3：放大電路如圖4-18所示，已知

＝45，

，

，試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）電壓放大倍數(shù)；（3）輸入電阻和輸出電阻。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)解：(1)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)(2)(3)

4.2相關(guān)知識(shí)4.2.4分壓偏置電路的放大電路總目錄下頁(yè)

電路如圖4-19(a)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.2.4分壓偏置電路的放大電路

圖4-19分壓偏置放大電路1.靜態(tài)工作點(diǎn)

將圖4-19(a)所示電路中所有電容均斷開(kāi)即得到放大電路的直流通路，如圖4-19(b)所示，晶體管的基極偏置電壓是由直流電源VCC經(jīng)過(guò)RB1、RB2的分壓而獲得，所以，圖4-19(a)所示電路又稱(chēng)為“分壓偏置式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路”。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)直流通路

分壓式偏置電路既能提供靜態(tài)電流，又能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖4-19(b)中，當(dāng)流過(guò)RB1、RB2的直流電流I1遠(yuǎn)大于基極電流IBQ時(shí)，可得到晶體管基極直流電壓UBQ為由于

，所以晶體管的發(fā)射極直流電流為晶體管集電極、基極的直流電流分別為晶體管的C、E之間的直流壓降為直流通路

現(xiàn)在分析分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過(guò)程。假設(shè)溫度升高，根據(jù)晶體管的溫度特性，ICQ(或IEQ)隨溫度升高而增大，那么UEQ也增大，而UBQ幾乎不隨溫度的變化而變化，可認(rèn)為恒定不變，根據(jù)UBQ＝UBEQ+UEQ，則UBEQ減小，從而使IBQ、ICQ減小，從而使IEQ、ICQ基本穩(wěn)定。這個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程可表示如下（“

”表示增，“

”表示減）：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)反之亦然。由上述分析可知分壓式偏置電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的實(shí)質(zhì)是：先穩(wěn)定UBQ，然后通過(guò)RE把輸出量(ICQ)的變化引回到輸入端，使輸出量變化減小。該電路實(shí)質(zhì)是引入了一個(gè)直流電流負(fù)反饋的結(jié)果。

由上面的分析知道，要想使穩(wěn)定過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)，必須滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：

1）基極電位固定不變。這樣才使UBEQ真實(shí)的反映ICQ(或IEQ)的變化。那么只要滿(mǎn)足I1>>IBQ，就可近似認(rèn)為：基本恒定，不受溫度的影響。工程上，一般取I1≥（5～10）IBQ。

2）RE足夠大，這樣才使ICQ(或IEQ)的變化引起UEQ更大的變化，更能有效的控制UBEQ。但從電壓利用率來(lái)看，RE不能過(guò)大，否則，VCC實(shí)際加到管子兩端的UCEQ就會(huì)過(guò)小。工程上，一般取UEQ=0.2VCC或UEQ=(1～3)

V。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.性能指標(biāo)分析

將圖4-19(a)中的電容和直流電壓源均短路，得到如圖4-20(a)所示的交流通路，然后將晶體管用小信號(hào)等效模型代替，便得到放大電路的小信號(hào)等效電路，如圖4-20(b)所示，由圖可求得放大電路得性能指標(biāo)關(guān)系式。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-20分壓偏置放大電路的小信號(hào)等效電路

（1）電壓放大倍數(shù)（同固定偏置電路相同）所以，放大電路的電壓放大倍數(shù)等于

（2）輸入電阻

由圖2-39(b)可得所以，放大電路的輸入電阻等于下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）輸出電阻

由圖4-20(b)可見(jiàn)，當(dāng)us＝0時(shí)，ib＝0，則

ib開(kāi)路，所以，放大電路輸出端斷開(kāi)RL，接入信號(hào)源電壓u，如圖所示，可得

，因此放大電路的輸出電阻等于：

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)小信號(hào)等效電路

例4-4：在圖4-19(a)所示的電路中，已知晶體管的β=100，rbb/=200Ω，UBEQ=0.7V，RS=1KΩ，RB1=62KΩ，RB2=20KΩ，RC=3KΩ，RE=1.5KΩ，RL=2KΩ，VCC=15V，各電容的容量足夠大。試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）Au、Ri、Ro和源電壓放大倍數(shù)Aus；（3）如果發(fā)射極旁路電容斷開(kāi)，畫(huà)出此時(shí)放大電路的交流通路和小信號(hào)等效電路，并求出此時(shí)放大電路的Au、Ri和Ro。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)由式可得

將已知數(shù)代入，則得

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)(2)Au、Ri、Ro和Aus的計(jì)算先求晶體管的輸入電阻。由式得

（3）斷開(kāi)CE后，求Au、Ri、Ro

CE開(kāi)路后，晶體管發(fā)射極E將通過(guò)RE接地，因此可得放大電路得交流通路和小信號(hào)放大電路如圖4-21所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-21發(fā)射極旁路電容CE開(kāi)路的小信號(hào)等效電路由圖4-21(b)可得

顯然，去掉CE后Au下降很大，這是由于RE對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生了很強(qiáng)負(fù)反饋的結(jié)果。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)小信號(hào)等效電路

由圖可得因此，放大電路的輸入電阻為：

由圖可見(jiàn)，令ui=0時(shí)，ib=0，則βib=0，視為開(kāi)路，放大電路的輸出電阻為：

由以上討論可見(jiàn)，無(wú)論是固定偏置放大電路還是分壓偏置放大電路，共發(fā)射極放大電路輸出電壓uO與輸入電壓ui反相，輸入電阻Ri和輸出電阻RO大小適中。由于共發(fā)射極放大電路的電壓、電流、功率增益都比較大，因而應(yīng)用廣泛，適用于一般放大或多級(jí)放大的中間級(jí)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.2相關(guān)知識(shí)總目錄下頁(yè)4.2.5共集電極和共基極放大電路

根據(jù)輸入和輸出回路公共端的不同，放大電路可分為三種基本組態(tài)。前面討論分析了共發(fā)射極放大電路，現(xiàn)在討論共集放大電路和共基極放大電路。1共集電極放大電路

共集放大電路的原理圖如圖4-22(a)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.2.5共集極放大電路和共基電極放大電路圖4-22共集電極放大電路

（1）靜態(tài)工作點(diǎn)

共集電極放大電路的直流通路如圖4-22(b)所示，根據(jù)此圖輸入回路可得即：

由此可求得共集電極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)電流為根據(jù)圖4-22(b)輸出回路可得

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)共集電極電路直流通路

（2）交流分析

根據(jù)圖4-23(a)所示的交流通路可畫(huà)出小信號(hào)等效電路如圖4-23(b)所示，由圖可求出共集放大電路的各性能指標(biāo)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-23共集電極放大電路的小信號(hào)等效電路

1）電壓放大倍數(shù)

由圖4-23(b)可得因此電壓放大倍數(shù)為

一般滿(mǎn)足

，所以共集放大電路的電壓放大倍數(shù)恒小于1，而接近于1，并且輸出電壓與輸入電壓同相位，即輸出電壓跟隨輸入電壓的變化而變化，因此共集電極放大電路又稱(chēng)為“射極跟隨器”。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

2)輸入電阻

由圖4-23(b)可得，從晶體管的基極看進(jìn)去的輸入電阻為

因此放大電路的輸入電阻為下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3)輸出電阻下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

圖4-24共集電極電路輸出

電阻的等效電路

將信號(hào)源us短路，負(fù)載RL斷開(kāi)接入交流電源u，如圖4-24所示，由它產(chǎn)生的電流：式中

，因此放大電路的輸出電阻為即：

例4-5：放大電路如圖所示，已知β=100，rbb/=300Ω，UBEQ=0.7V，RS=1KΩ，RB=200KΩ，RE=2KΩ，RL=2KΩ，VCC=12V，試求（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）Au、Ri、Ro。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)(2)Au、Ri、Ro的計(jì)算下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

由以上討論可見(jiàn)，共集電極放大電路是同相放大器，放大倍數(shù)小于1而近似為1，無(wú)電壓放大作用，但輸出電流卻是輸入電流的(1+β)倍，它具有一定的電流放大和功率放大作用，具有輸入電阻大，輸出電阻小等特點(diǎn)。因此共集電極放大電路可用于輸入級(jí)、輸出級(jí)和中間級(jí)。2.共基電極放大電路

電路如圖4-25(a)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-25共基極放大電路（1）直流分析

由圖4-25(b)可見(jiàn)，共基放大電路的直流通路與共射放大電路的（分壓式偏置電路）直流通路完全相同，因此靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算方法也完全相同。即下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)共基極電路直流通路

2）交流分析

將C1，C2，C3及VCC短路，畫(huà)出圖4-25(a)所示電路的交流通路如圖4-26(a)所示，然后，在E、B極之間接入rbe，在E、C極之間接入受控電流源βib，如圖4-26(b)所示，即得共基極放大電路的小信號(hào)等效電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-26共基極放大電路的小信號(hào)等效電路

1)電壓放大倍數(shù)

可見(jiàn)，如果該放大電路和共射放大電路的元件參數(shù)完全一樣時(shí)，二者的大小完全相同，只是該放大倍數(shù)為正值，說(shuō)明共基放大電路為同相放大電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

2)輸入電阻

由晶體管發(fā)射極看進(jìn)去的等效電阻

為

因此放大電路的輸入電阻為下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

3)輸出電阻

由圖4-26(b)可見(jiàn)，當(dāng)us＝0時(shí)，則ib＝0，則

ib開(kāi)路，所以，放大電路輸出端斷開(kāi)RL，接入信號(hào)源電壓u，可得

，因此放大電路的輸出電阻等于：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)小信號(hào)等效電路

例4-6：在圖4-25(a)所示的電路中，元件的參數(shù)與例相同，即晶體管的β=100，rbb/=200Ω，UBEQ=0.7V，RS=1KΩ，RB1=62KΩ，RB2=20KΩ，RC=3KΩ，RE=1.5KΩ，RL=2KΩ，VCC=15V，各電容的容量足夠大。試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）Au、Ri、RO和源電壓放大倍數(shù)Aus。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算直流通路與分壓偏置共發(fā)射極放大電路相同，所以

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)(2)Au、Ri、RO的計(jì)算

由以上討論可見(jiàn)，共基極放大電路是同相放大器，與共發(fā)射極放大電路的放大能力相同（電路元件參數(shù)相同），但其輸入電阻小，因此為了提高放大電路的溫度性，在高頻放大電路中常常采用該種放大電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.3項(xiàng)目實(shí)施4.3.1任務(wù)一單管共發(fā)射極放大電路的測(cè)試（Ⅰ）下頁(yè)總目錄4.3.2任務(wù)二單管共發(fā)射極放大電路的測(cè)試（Ⅱ）4.3項(xiàng)目實(shí)施4.3.1任務(wù)一單管共發(fā)射極放大

電路的測(cè)試（Ⅰ）下頁(yè)總目錄1）初步掌握基本放大電路最佳靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)測(cè)方法；2）了解靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響；3）測(cè)量基本放大電路的輸入和輸出電阻；4）進(jìn)一步進(jìn)行儀器、儀表、設(shè)備綜合使用的訓(xùn)練。4.3.1任務(wù)一：?jiǎn)喂芄采浞糯箅娐返臏y(cè)試(Ⅰ)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

1）函數(shù)發(fā)生器

2）直流穩(wěn)壓電源

3）示波器

4）晶體管毫伏表3.實(shí)驗(yàn)器材

1）晶體管：3DG6

2）電阻：1KΩ4.7KΩ10KΩ3.3KΩ6.8KΩ

3）電位器:100KΩ

4）電容:10μF×247μF下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.實(shí)驗(yàn)電路

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-27

單管共射放大電路5.實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

1）根據(jù)電路圖4-27正確連線(xiàn)，檢查無(wú)誤后，接通電源，VCC為12V，ui接函數(shù)發(fā)生器的正弦波輸出端。uo接示波器，用來(lái)監(jiān)測(cè)輸出電壓波形情況。

2）用動(dòng)態(tài)的方法調(diào)測(cè)最佳靜態(tài)工作點(diǎn)，方法如下。接入頻率為1KHz的正弦波信號(hào)ui，函數(shù)發(fā)生的衰減調(diào)至40dB位置，幅度旋鈕從最小開(kāi)始慢慢加大，用示波器觀察輸出波形的情況（先不加負(fù)載），直至放大器出現(xiàn)失真，這時(shí)可以調(diào)節(jié)電位器RP使失真消失（或改善）。再逐漸加大信號(hào)，調(diào)RP，反復(fù)調(diào)整，直至輸出波形uo最大而不失真為止。此時(shí)的工作點(diǎn)就是最佳工作點(diǎn)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

在上面的基礎(chǔ)上，用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)出晶體管的UBE、UCE和IC（IC可以通過(guò)間接的測(cè)量方法測(cè)量，即可以測(cè)RC上的壓降，此電壓除以RC阻值就是流過(guò)此電阻的電流即為IC，也可這樣測(cè)，因?yàn)镮C≈IE，可以通過(guò)測(cè)RE上的電壓除以其阻值，應(yīng)可以得到IE，即要得到IC）。把測(cè)量的結(jié)果填入表4-1中。項(xiàng)目最佳靜態(tài)工作點(diǎn)最大不失真輸出UBEUCEICuiuouoLAuAuL空載

帶載

表4-1

單管共射放大電路的測(cè)試

3）放大倍數(shù)的測(cè)量

在上面輸出為最大不失真的基礎(chǔ)上，用DA-16分別測(cè)出ui、uO。閉合開(kāi)關(guān)K測(cè)出uOL。

根據(jù)放大倍數(shù)的計(jì)算公式計(jì)算出Au和AuL。結(jié)果填入表4-1中。

6.注意事項(xiàng)

1.）在測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用高內(nèi)阻的電壓表，并盡量用同一量程測(cè)量同一工作狀態(tài)情況下各點(diǎn)電壓值。

2）測(cè)量時(shí)，各種信號(hào)源與測(cè)量?jī)x器、儀表要共地。

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.3項(xiàng)目實(shí)施下頁(yè)總目錄4.3.2任務(wù)二單管共發(fā)射極放大電路的測(cè)試（Ⅱ）1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）進(jìn)一步掌握基本放大電路最佳靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)測(cè)方法。

2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響。

3）測(cè)量基本放大電路的輸入和輸出電阻。4.3.2任務(wù)二：?jiǎn)喂芄采浞糯箅娐返臏y(cè)試(Ⅱ)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

1）函數(shù)發(fā)生器

2）直流穩(wěn)壓電源

3）示波器

4）晶體管毫伏表3.實(shí)驗(yàn)器材

1）晶體管：3DG6

2）電阻：1KΩ×24.7KΩ10KΩ3.3KΩ6.8KΩ

3）電位器:100KΩ

4）電容:10μF×247μF下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.實(shí)驗(yàn)電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-27

單管共射放大電路5.實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

1）輸入電阻和輸出電阻的測(cè)試

①根據(jù)電路圖4-27正確連線(xiàn)，檢查無(wú)誤后，接通電源，VCC為12V，ui接函數(shù)發(fā)生器的正弦波輸出端。uo接示波器，用來(lái)監(jiān)測(cè)輸出電壓波形情況。

②用動(dòng)態(tài)的方法調(diào)出最佳靜態(tài)工作點(diǎn)。

接入頻率為1KHz的正弦波信號(hào)ui，函數(shù)發(fā)生的衰減調(diào)至40dB位置，幅度旋鈕從最小開(kāi)始慢慢加大，用示波器觀察輸出波形的情況（先不加負(fù)載），直至放大器出現(xiàn)失真，調(diào)節(jié)電位器RP使失真消失（或改善）。再逐漸加大信號(hào)，調(diào)RP，直至輸出波形uo最大而不失真為止。此時(shí)的工作點(diǎn)就是最佳工作點(diǎn)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

在上面的基礎(chǔ)上，用交流毫伏表分別測(cè)出us、ui、uo，閉合開(kāi)關(guān)K，測(cè)出uoL。根據(jù)基本放大電路的輸入和輸出電阻的計(jì)算公式計(jì)算出Ri和Ro。結(jié)果填入表4-2中。

輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算公式如下：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)表4-2

單管共射放大電路的測(cè)試(Ⅱ)usuiuouoLRiRo理論Ro

2）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出信號(hào)波形的影響（選做）

在(Ⅰ)中調(diào)出最大不失真時(shí)，我們可以測(cè)出電路的最佳工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)RP使輸出的波形明顯飽和失真，再測(cè)一下工作點(diǎn)，與最佳情況進(jìn)行比較一下。然后，再調(diào)RP使輸出的波形正常，這時(shí)加大信號(hào)，調(diào)RP使輸出波開(kāi)出現(xiàn)截止失真，測(cè)量工作點(diǎn)與正常、飽和情況進(jìn)行比較，從而可知工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響情況。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)6.注意事項(xiàng)

1）用交流毫伏表DA-16測(cè)量輸入信號(hào)和輸出信號(hào)時(shí)，要注意量程的選擇。

2）測(cè)量時(shí)，各種信號(hào)源與測(cè)量?jī)x器、儀表要共地。特別是用交流毫伏表DA-16測(cè)信號(hào)時(shí)，地線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)不能接反。

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.4拓展知識(shí)4.4.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路4.4.2多級(jí)放大電路下頁(yè)總目錄4.4拓展知識(shí)4.4.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路下頁(yè)總目錄1.場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路的構(gòu)成及工作原理

由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管也具有放大作用，如不考慮物理本質(zhì)上的區(qū)別，可把場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極（G）、源極（S）、漏極（D）分別與晶體管的基極（B）、發(fā)射極（E）、集電極（C）相對(duì)應(yīng)。所以場(chǎng)效應(yīng)晶體管也由輸入信號(hào)源、放大電路、相應(yīng)的偏置電路和直流電壓源和負(fù)載構(gòu)成，也可以構(gòu)成共柵、共源和共漏三種組態(tài)的放大電路。下面以N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的放大電路，如圖4-28所示。4.4.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-28場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路

其中，C1、C2為耦合電容器，RG為柵極通路電阻，將RS的壓降加到柵極；RS為源極電阻，利用漏極電流在其上產(chǎn)生的壓降為柵源之間提供偏壓；RD為漏極電阻，將漏極電流轉(zhuǎn)化為漏極電壓，并影響放大倍數(shù)Au；CS為源極旁路電容，消除RS對(duì)交流信號(hào)的衰減；RL為負(fù)載電阻。雖然場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路的組成原則與晶體管放大電路相同，但由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制器件，且種類(lèi)較多，故在電路組成上仍有其特點(diǎn)。2.場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路的分析

1）靜態(tài)分析

與晶體管放大電路一樣，場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路也需要建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，，也要保證管子工作在恒流區(qū)；也存在工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題。由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制器件，因此需要合適的柵極電壓，如圖4-29所示，由于柵極電阻上無(wú)直流電流，因而

，這種偏置方式為自給偏壓，也稱(chēng)自偏壓電路。圖4-29分壓自偏場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路

必須指出，自給偏壓電壓電路只能產(chǎn)生反向偏壓，所以它只適應(yīng)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而不適應(yīng)于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，因?yàn)樵鰪?qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵源電壓只有達(dá)到開(kāi)啟電壓后才能產(chǎn)生漏極電流。

圖4-29所示為采用分壓式自偏壓式電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的放大電路，圖中RG1、RG2為分壓電阻，將VDD分壓后，取RG2上的壓降供給場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極偏壓。由于RG3中沒(méi)有電流，它對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)沒(méi)有影響，所以由圖不難得到：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

2）動(dòng)態(tài)分析

與晶體管一樣，場(chǎng)效應(yīng)晶體管在小信號(hào)作用下，可用微變等效電路來(lái)代替，從而求得放大電路的性能指標(biāo)。

①場(chǎng)效應(yīng)晶體管的微變等效電路

在小信號(hào)作用下，工作在放大區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管可用一個(gè)線(xiàn)性有源二端網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效。由輸入回路來(lái)看，由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸入電阻很大，可視為開(kāi)路；由輸出回路來(lái)看，可等效為電流源，這樣在小信號(hào)情況下場(chǎng)效應(yīng)晶體管可等效成圖4-30所示的電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-30場(chǎng)效應(yīng)晶體管的微變等效電路

②共源放大電路

如圖4-29所示放大電路的微變等效電路的交流通路和小信號(hào)等效電路如圖4-31所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-31共源放大電路的小信號(hào)等效電路

由圖2-49(b)可求出放大電路的電壓放大倍數(shù)為

放大電路的輸入電阻為

放大電路的輸出電阻為下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

例4-7：電路如圖4-29所示，已知RG1=200KΩ，RG2=100KΩ，RG3=10MΩ，RD=5KΩ，RS=5KΩ，RL=1KΩ，gm=4ms，各電容的容量足夠大，試求電壓放大倍數(shù)Au，輸入電阻Ri，輸出電阻RO。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

解：電壓放大倍數(shù)為：輸入電阻為：

輸出電阻為：4.4拓展知識(shí)4.4.2多級(jí)放大電路下頁(yè)總目錄1.多級(jí)放大電路的組成及耦合方式

1）多級(jí)放大電路的組成

大多數(shù)電子放大電路或系統(tǒng)，需要把微弱的毫伏級(jí)或微伏級(jí)信號(hào)放大為具有足夠大的輸出電壓或電流信號(hào)去推動(dòng)負(fù)載工作。而前面討論的基本單元放大電路，其性能通常很難滿(mǎn)足電路或系統(tǒng)的這種要求，因此，在實(shí)際使用時(shí)往往需采用兩級(jí)或兩級(jí)以上的基本單元放大電路連接起來(lái)組成多級(jí)放大電路，以滿(mǎn)足電路或系統(tǒng)的需要，如圖4-32所示。4.4.2多級(jí)放大電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

通常把與信號(hào)源相連接的第一級(jí)放大電路稱(chēng)為輸入級(jí)，與負(fù)載相連接的末級(jí)放大電路稱(chēng)為輸出級(jí)，而在輸出級(jí)與輸入級(jí)之間的放大電路稱(chēng)為中間級(jí)。輸入級(jí)與中間級(jí)的位置處于多級(jí)放大電路的前幾級(jí)，故又稱(chēng)為前置級(jí)。前置級(jí)一般都屬于小信號(hào)工作狀態(tài)，主要進(jìn)行電壓放大；輸出級(jí)屬于大信號(hào)放大，以提供負(fù)載足夠大的信號(hào)，常采用功率放大電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖4-32多級(jí)放大電路的組成框圖

2）多級(jí)放大電路的耦合方式

多級(jí)放大電路各級(jí)間的連接方式稱(chēng)為耦合。耦合的方式可分為阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合等。阻容耦合方式常在分立元件多級(jí)放大電路中被廣泛使用；放大緩慢變化的信號(hào)或直流信號(hào)則采用直接耦合的方式，集成電路中也多采用這種耦合方式；變壓器耦合由于頻率響應(yīng)不好、笨重、成本高、不能集成等缺點(diǎn)