第二章 基本放大电路 课件.ppt

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1、第二章第二章2.1 2.1 晶体三极管晶体三极管 2.2 2.2 共发射极放大电路共发射极放大电路 2.3 2.3 微变等效电路分析法微变等效电路分析法 2.4 2.4 分压偏置电路和射极输出器分压偏置电路和射极输出器 2.5 2.5 基本功率放大电路基本功率放大电路 2.6 2.6 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 2.1 晶体三极管晶体三极管 半导体三极管可分为晶体管和场效应管两类，前者通常用BJT（Bipolar Junction Transistor）表示，即双极型晶体管，简称三极管，后者通常用FET（Field-effect tran- sistors）表示，即单极型晶体管。

2、三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。本书中凡未加说明的“三极管”，均指双极型三极管。 2.1.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 三极管按其结构分为两类：NPN型和PNP型三极管。如图2-1所示为三极管的结构示意图和符号。 图2-1 三极管的结构示意图和符号 从图中可见，三极管具有三个电极：基极b、集电极c和发射极e；对应有三个区：基区、集电区和发射区；有两个PN结：基区和发射区之间的PN结称为发射结Je，基区和集电区之间的PN结称为集电结Jc。 符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。PNP型三极管电流方向与NPN型相反，这两个极性相反的晶体管在应用上

3、形成互补。 三极管制作时，通常它们的基区做得很薄（几微米到几十微米），且掺杂浓度低；发射区的杂质浓度则比较高；集电区的面积则比发射区做得大。这是三极管实现电流放大的内部条件。 三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可以由锗材料制成，称为锗三极管。从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。常见的三极管外形如图2-2所示。 图2-2 常见的三极管外形 （a）NPN型管的直流供电电路 （b）PNP型管的直流供电电路 图2-3 三极管的直流供电电路之一 1.1.2 1.1.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 三极

4、管的主要特点是具有电流放大功能。所谓电流放大，就是当基极有一个较小的电流变化（电信号）时，集电极就随之出现一个较大的电流变化。在电路中要求三极管的发射结正偏，集电结反偏。对于NPN型三极管，必须UCUBUE；PNP型三极管 UCUBRC以满足NPN型三极管放大条件。 图2-4 三极管的直流供电电路 当三极管按图2-4连接时，由实验及测量结果可以得出以下结论： 基极电流IB/mA 0 0.010 0.0200.0400.0600.0800.100集电极电流IC/mA 0.001 0.495 0.9951.9902.9903.9954.965发射极电流IE/mA 0.001 0.5051.0152

5、.0303.0504.0755.065表2-1 三极管各电极电流的实验测量数据 （1）实验数据中的每一列数据均满足关系：IE=IC+IB； （2）每一列数据都有ICIB，而且有IC与IB的比值近似相 等，大约等于50。 定义 ， 称为三极管的直流电流放大系数。 CBII （3）对表2-1中任两列数据求IC和IB变化量的比值，结果仍然近似相等，约等于50。 也就是说三极管可以实现电流的放大及控制作用，因此通常称三极管为电流控制器件。 定义 ， 称为三极管的交流电流放大系数。一般有三极管的电流放大系数： （4）从表2-1中可知，当IB=0（基极开路）时，集电极电流的值很小，称此电流为三极管的穿透电

6、流ICEO。穿透电流ICEO越小越好。 CBII 上述实验结论可以用载流子在三极管内部的运动规律来解释。如图2-5所示为三极管内部载流子的传输与电流分配示意图。 图2-5 三极管内部载流子的运动规律 由于发射结正向偏置，发射区的多数载流子自由电子不断扩散到基区，并不断从电源补充电子，形成发射极电流IE。同时基区的多数载流子空穴也要扩散到发射区，但基区空穴的浓度远远低于发射区自由电子的浓度，空穴电流很小，可以忽略不计。一般基区很薄，且杂质浓度低，自由电子在基区与空穴复合的比较少，大部分自由电子到达集电结附近。一小部分自由电子与基区的空穴相遇而复合，基区电源不断补充被复合掉的空穴，形成基极电流IB

7、。由于集电结反向偏置，阻止集电区和基区的多数载流子向对方区域扩散，但可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的自由电子拉入集电区，从而形成集电极电流IC。 从发射区扩散到基区的自由电子，只有一小部分在基区与空穴复合掉，绝大部分被集电区收集。 另外，由于集电结反偏，有利于少数载流子的漂移运动。集电区的少数载流子空穴漂移到基区，基区的少数载流子自由电子漂移到集电区，形成反向电流ICBO。ICBO很小，受温度影响很大，常忽略不计。 若不计反向电流ICBO，则有：IE=IC+IB。即集电极电流与基极电流之和等于发射极电流。 2.1.3 2.1.3 三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线 三极管的伏安特

8、性曲线是指三极管各电极电压与电流之间的关系曲线。工程上最常用的是输入特性和输出特性曲线。 下面以共发射极放大电路为例进行描述。（a）输入特性曲线 （b）输出特性曲线 图2-6 NPN型硅管的共发射极接法特性曲线 (1) 输入特性曲线族（Input Characteristics） 它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。实验测得三极管的输入特性如图2-6(a)所示。从图中可见： 这是UCE1V时的输入特性，这时三极管处于放大状态。当UCE1V后，三极管的输入特性基本上是重合的。 三极管输入特性的形状与二极管的伏安特性相似，也具有一段死区。只有

9、发射结电压UBE大于死区电压时，三极管才会出现基极电流IB，这时三极管才完全进入放大状态。此时UBE略有变化，IB变化很大，特性曲线很陡。 (2) 输出特性曲线族（Output Characteristics） 输出特性是在基极电流iB一定的情况下，三极管的输出回路中（此处指集电极回路），集电极与发射极之间的电压uCE与集电极电流iC之间的关系曲线。 如图2-6（b）是NPN型硅管的输出特性曲线。由图可见，各条特性曲线的形状基本相同，现取一条（例如40A）加以说明。 当IB一定（如IB=40A）时，在其所对应曲线的起始部分，随UCE的增大IC上升；当UCE达到一定数值后，IC几乎不再随UCE的

10、增大而增大，IC基本恒定（约1.8mA）。这时，曲线几乎与横坐标平行。这表示三极管具有恒流特性。 一般把三极管的输出特性分为三个工作区域： 截止区 此时发射结和集电结均反向偏置。这时， IC=ICEO（穿透电流）。若忽略不计穿透电流ICEO，IB、IC近似为0；三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。 放大区 此时三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。基极电流IB微小的变化会引起集电极电流IC较大的变化，有电流关系式： ；表现为恒流特性。对NPN型硅三极管有发射结电压 ，锗三极管有 。CBII0.7VBEU0.2VBEU 饱和区 此时三极管的发射结和集电结均正向偏置；三

11、极管的电流放大能力下降，通常有。UCE的值很小，称此时的电压UCE为三极管的饱和压降，用UCES表示。一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V。三极管的集电极和发射极近似短接，三极管相当于一个开关导通。 三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。 2.1.4 2.1.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 三极管的参数是选择三极管、设计和调试电子电路的主要依据。主要参数有下面几个： （1） 电流放大系数（或hfe） 电流放大系数可分为直流电流放大系数 和交流电流放大系数，由于两者十分接近，在实际工作中往往不作区分，手册

12、中也只给出直流电流放大系数值。它们的定义是：/cBII/cBII 对于小功率三极管，值一般在20200之间。严格地说，值并不是一个不变的常数，测试时所取的工作电流IC不同，测出的值也会略有差异。值还与工作温度有密切关系，温度每升高1，值约增加0.51%。 （2） 穿透电流Iceo 当三极管接成图2-7所示电路时，即断开基极电路，则Ib=0，但IC往往不等于零，这种不受基极电流控制的寄生电流称为穿透电流Iceo（即集电极发射极反向饱和电流）。图2-7 三极管的穿透电流 小功率的锗三极管，一般小于500微安（0.5毫安）， 小功率的硅三极管则只有几微安。 Iceo虽然不算很大，但它与温度却有密切的

13、关系，大约温度每升高10，Iceo会增大一倍。Iceo还与值有关，值越大的三极管，穿透电流也越大。为此，选用高值的三极管，温度稳定性将会很差。所以在选择三极管时，Iceo越小越好。 （3） 集电极最大允许电流ICM ICM是指三极管集电极允许的最大电流。当电流超过ICM时，管子性能将显著下降，甚至有烧坏管子的可能。 工作状态放 大 区饱 和 区截 止 区工作条件 发射结正偏，集电结反偏 发射结正偏，集电结正偏（IBIBS） 发射结反偏，集电结反偏（IB0） 工作特点 集电极电流 ICIB IC0 管压降 等效电路 c、e间等效内阻 可变 很小，约为数百欧，相当于开关闭合 很大，约为数百千欧，相

14、当于开关断开 /ccscccIIURCECCCCUUI R0.3VCECESUUCECCUUbce0.7VIBCSIcbe表10-1 三极管三种工作状态的特点（NPN 型） 2.2 2.2 共发射极放大电路共发射极放大电路 2.2.1 2.2.1 放大电路的性质放大电路的性质 放大电路也称为放大器，其作用是将微弱的电信号放大成幅度足够大且与原来信号变化规律一致的信号。例如扩音系统，当人对着话筒讲话时，话筒会把声音的声波变化转换成以同样规律变化的电信号（弱小的），经扩音机电路放大后输出给扬声器（主要是放大振幅），则扬声器放出更大的声音，这就是放大器的放大作用。这种放大还要求放大后的声音必须真实地

15、反映讲话人的声音和语调，是一种不失真地放大。若把扩音机的电源切断，扬声器不发声，可见扬声器得到的能量是从电源能量转换而来的，故放大器还必须加直流电源。 放大电路虽然应用的场合及其作用不同，但信号的放大过程是相同的，可以用下面的框图来表示： 电压放大电路功率放大电路负载工作微弱信号直流电压源 由此可见，信号放大是指只放大微弱信号的幅度，而其频率不变，即不失真放大。 电压放大电路的基本形式有三种：共发射极放大电路、共集电极电路、共基极电路。 2.2.2 2.2.2 共发射极放大电路共发射极放大电路2.2.2.1 电路的组成原则 （1）用晶体管组成放大电路的基本原则 a. 必须满足三极管的放大条件，

16、即发射结正向偏置，集电结反向偏置。 b.输入信号在传递过程中，要求损耗小，在理想情况下，损耗为零 c.放大电路的工作点稳定，失真（即放大后的输出信号波形与输入信号波形不一致的程度）不超过允许范围。 图2-8为根据上述要求由NPN型晶体管组成的电压放大电路。因输入信号ui是通过C1与三极管的BE端构成输入回路，输出信号uo是通过C2经三极管的CE端构成输出回路，而输入回路与输出回路是以发射极为公共端的，故称为共发射极放大电路。 图2-8 共发射极放大电路 （2）元器件的作用 a.三极管: 起电流放大作用，是放大电路的核心元件。 b.直流电源:通过RB给发射结提供正向偏置电压，通过Rc给集电结提供

17、反向偏置电压，以满足三极管放大条件。 c.基极偏置电阻RB： RB为三极管提供基极偏置电流。改变RB将使基极电流变化，这对放大器影响很大，因此它是调整放大器工作状态的主要元件。 d.集电极负载电阻RC:一方面通过RC为集电结提供反向偏压；另一方面将放大的电流转换成电压。因为三极管的集电极是输出端，图2-8中UCE=UccIcRc，若Rc=0，则UCE=Ucc，即输出电压恒定不变，失去电压放大作用。 e.耦合电容C1、C2:电容的容抗 ，与频率f有关，对于直流，f=0，则X=，对于交流，频率f较高，且C较大时，Xc0，故耦合电容具有隔直流通交流作用，它阻隔了直流电流向信号源和负载的流动，使信号源

18、和负载不受直流电流的影响。一般耦合电容选得较大，约几十微法。故用电解电容，使用中电解电容的正极必须接高电位端，负极接低电位端，正、负极性不可接反。 f.接地“”: 表示电路的参考零电位，它是输入信号电压，输出信号电压及直流电源的公共零电位点，而不是真正与大地相接，这与电工技术接地含义不同，电子设备通常选机壳为参考零电位点。 12cXfC2.2.2.2 电压、电流等符号的规定 放大电路中（如图2-8所示）即有直流电源UCC，又有交流电压ui，电路中三极管各电极的电压和电流包含直流量和交流量两部分。为了分析的方便，各量的符号规定如下： （1）直流分量：用大写字母和大写下标表示。如IB表示三极管基极

19、的直流电流。 图2-8 共发射极放大电路 （2）交流分量：用小写字母和小写下标表示。如ib表示三极管基极的交流电流。 （3）瞬时值：用小写字母和大写下标表示，它为直流分量和交流分量之和。如iB表示三极管基极的瞬时电流值，iB=IB+ib。 （4）交流有效值：用大写字母和小写下标表示。如Ib表示三极管基极正弦交流电流有效值。 2.2.2.3 静态工作点的分析计算 放大电路只有直流信号作用，未加输入信号（ui=0）时的电路状态叫静态。静态下三极管各极的电流值和各极之间的电压值，称为静态工作点。表示为IBQ、ICQ、UCEQ，因它们在输入特性和输出特性曲线上对应于一点Q，故得此名，如图2-9所示。

20、图2-9输入、输出特性曲线上对应的静态工作点 设置静态工作点的目的是为了保证三极管处于线性放大区，为放大微小的交流信号做准备。否则，若三极管处在截止区，微小的交流信号或交流信号负半周输入时三极管不能导通,电路的输出电压为零，无法完成不失真放大。 （1）放大电路的直流通路 计算静态工作点应先画出放大电路的直流通路。只考虑直流信号作用，而不考虑交流信号作用的电路称直流通路。画直流通路有两个要点： a.电容视为开路。电容具有隔离直流的作用，直流电流无法通过它们。因此对直流信号而言，电容相当于开路。 b.电感视为短路。电感对直流电流的阻抗为零，可视为短路。 如图2-10中，（a）图是基本放大电路，（b

21、）图是其直流通路。 (a)(b)图2-10 基本放大电路及其直流通路 （2） 计算静态工作点 例 题 2 - 1 在 图 2 - 1 0 （ b ） 中 的 直 流 通 路 中 ， 设RB=300K,Rc=4K, Ucc=12V, =40。三极管为硅管,试求静态工作点。 根据基尔霍夫电压定律列出输入回路和输出回路方程为： Ucc=IBQRB+UBEQ Ucc=ICQRC+UCEQ 则 1240300CCBECCBQBBUUUIARRICQ=IBQ=404010-3 =1.6mA UCEQ = Ucc-ICQRC = Ucc-IBQRC =12-400.044=5.6V 因为UCCUBE，所以可

22、用估算法近似地计算出静态值，即忽略UBE。实际电路中一般将基极偏置电阻串接一个可调电阻，以方便调试静态工作点。 2.2.2.3 基本电压放大原理 如图2-11所示，当输入正弦交流信号ui时，放大电路在静态时各点的电压及电流的数值都不变化，图中阴影部分是输入电压ui的变化引起的三极管各电极电流和电压的变化量，即交流分量。相当于在原直流量上叠加的增量。 图2-11 放大电路实现信号放大的工作过程 设uiUimsint(v)，信号经耦合电容无损耗，即容抗 。 则电路各处电压、电流的瞬时值均为直流量与交流量瞬时值之和。因为ui电压变化范围小，由图2-12看出，uBE变动范围ab相当一段直线，所以电流与

23、电压成线性关系，电压ui为正弦波，由电压产生的电流ib也是正弦波。各极的电压与电流关系为： uBEUBEQubeUBEQuI iB=IB+ib icICicICib uCEUCEuceUcciCRCUcc(IC+ic)Rc UccICRCicRcUCE(-icRc) iB、ic、uCE的波形如图2-11所示。 102cXfC图2-12 输入特性线性情况 i B、ic、uCE的波形如图2-11所示。 由于uCE的直流分量UCE被耦合电容C2隔断，其交流量uce经C2允许通过,且无损耗，所以 uouceicRc 式中负号表明uo与ui的相位相反。 整个放大过程为：弱小的输入信号ui 引起三极管基极

24、电流产生增量ib，则三极管集电极产生更大的电流增量ic=ib，而ic经过Rc转换为电压增量，即为输出电压uo，显然uo是ui被放大的结果。这就是电压放大原理。 综上分析得出共射单管放大电路的特点为： a.既有电流放大，也有电压放大； b.输出电压uO与输入电压ui相位相反。 c. 除了ui和uo是纯交流量外，其余各量均为脉动直流电，故只有大小的变化，无方向或极性的变化。 总之，交流信号的放大是利用三极管的电流放大作用将直流电源的能量转换来的。三极管的放大作用实质上是种能量控制作用。从这个意义上说，放大电路是一种以较小能量控制较大能量的能量控制与转换装置。 2.2.3 2.2.3 静态工作点设置

25、对波形的影响静态工作点设置对波形的影响 (a)输入信号与ic波形图 (b)输入信号与输出信号波形图 图213 静态工作点的选择 图2-13（a）表示出工作点偏高或偏低对输出波形的影响。为简单起见，只画出ic 的波形，其它波形可以对应推想出来。工作点ICQ 过低，因iC不可能为负值,集电极电流ic可以增加，但没有减小的空间。信号较小时不失真，信号稍大，下半部就产生失真。该现象是由于输入信号的负半周进入截止区而造成的失真，故称为截止失真。相反，工作点ICQ过高, 因uCEUcciCRC，使iC有一个最大值 ：集电极电流ic可以减小,但没有增大的空间。 maxCCCcUiR 信号较小时不失真。信号稍

26、大，上半部就产生失真。该现象是由于输入信号的正半周进入饱和区而造成的失真，故称为饱和失真。只有ICQ选在一个最佳点上，使上下半周同时达到最大值，若再增大输入信号会同时产生失真，这个点就是放大器的最佳工作点。任何状态下，不失真的最大输出称为放大器的动态范围。实际工作中常用示波器观察输出波形,如图213(b)所示，再稍稍调整偏流电阻RB，输出波形会出现上下峰均略有相同程度的失真，此时的静态工作点，就是最佳工作点。 2.3 2.3 微变等效电路分析法微变等效电路分析法 放大电路的分析包含静态和动态工作情况分析。静态分析主要是确定电路的静态工作点Q的值，判定Q点是否处于合适的位置，这是三极管进行不失真

27、放大的前提条件；动态分析主要是确定微弱信号经过放大电路放大了多少倍（如Au）、放大器对交流信号所呈现的输入电阻Ri、输出电阻Ro等。 定量分析放大电路的动态性能时，常采用微变等效电路法，“微变”指微小变化的信号。当小信号输入时，放大器运行于静态工作点的附近，在这一范围内，三极管的特性曲线可以近似为一直线。这种情况下，可以把非线性元件晶体管组成的放大电路等效为一个线性电路。 2.3.1 2.3.1 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 2.3.1.1 输入回路的等效 由图2-12可看出，当输入信号ui较小时，动态变化范围小，则Q1Q2间的一小段曲线可看成是直线，即iB与uBE 近似成线性关系

28、，即： 该常数若用rbe表示三极管输入端口的动态电阻，即为三极管输入端的等效线性电阻。 beBEbeBbuuriiBEBui常数 这个公式只能用来计算动态的三极管基极与发射极的输入电阻，即它是交流电阻。绝对不可以用来计算静态的基极和发射极之间的电阻。 由上分析可得出结论：三极管的B、E两端可等效为一个线性电阻rbe，如图2-14(b)所示。实用中rbe可用下面公式进行估算： 26mV300 +(1+ ) mAbeEQrI rbe的值一般为数百欧到数千欧，在半导体手册中常用hie表示。 2.3.1.2 输出回路的等效 由图2-6（b）输出特性曲线可看出，三极管工作在线性放大区时，输出特性是一组等

29、距离的平行线，且为一常数。从特性曲线上可以看出iB一定时，因iC=iB与uCE无关，是个常数。则三极管C、E两端可等效为一个受控电流源，电流值用ib表示。 综上所述，一个非线性元件三极管可以用图2-14(b)所示简化的线性等效电路来代替，适用条件是小信号交流信号，三极管必须工作在线性放大区。 微变等效电路是对交流等效，只能用来分析交流动态，计算交流分量，而不能用来分析直流分量。 图2-14三极管及其微变等效电路 2.3.2 2.3.2 放大电路的交流通路放大电路的交流通路 在交流信号电压或电流作用下，只考虑交流信号通过的电路称为交流通路。如图2-15 (a) 所示。信号在传递的过程中，交流电压

30、、电流之间的关系是从交流通路得到的。(a)交流通路 (b) 微变等效电路 图2-15 用微变等效电路法对放大电路的动态分析 2.3.4 2.3.4 放大电路主要动态性能指标的计算放大电路主要动态性能指标的计算 放大电路的性能指标有放大倍数、输入电阻、输出电阻等，它们反映放大电路对交流信号所呈现的特性。 仍以图2-10(a)电路为例，先作出其微变等效电路如图2-15(b)所示。再利用电工学中的线性电路分析方法进行计算。2.3.4.1 计算电压放大倍数Au 放大倍数是衡量放大电路对信号放大能力的主要技术参数。电压放大倍数是最常用的一项指标。定义为：输出电压相量 与输入电压相量 的比值（为书写方便，

31、本节内容有关交流电压、电流相量略去表示相量的 ）。 0UiU由图2-15(b)的输入回路得：UiUbeIbrbe 由输出回路得：Uo-Ib(RcRL) ouiUAU则： /ocLuibeURRAUr 式中负号表示uo与ui相位相反。由上式可知，空载时RL，空载电压放大倍数 为： ocibeURAUr A 显然，AuAou，即带载后，电压放大倍数要下降。Au与Aou比较下降越小，说明放大电路带载能力越强，反之，带载能力差。实际的放大电路必须要解决提高带载能力的问题。 若考虑信号源内阻时的电压放大倍数Aus： ooiiussissUUUUAAUUUU 当信号源内阻RS可忽略时，Aus=Au；考虑内

32、阻Rs时，AusAu，说明信号源内阻使电压放大倍数下降。 工程上为了表示的方便，常用分贝（dB）来表示电压放大倍数，这时称为增益。电压增益=20log|Au|（dB） 2.3.4.2 输入电阻Ri 放大电路对于信号源而言，相当于信号源的一个负载电阻。此电阻即为放大电路的输入电阻。换句话说，输入电阻相当于从放大电路的输入端看进去的等效电阻。 关系式： ui为实际加到放大电路两输入端的输入信号电压，ii为输入电压产生的输入电流，二者的比值即为放大电路的输入电阻Ri。iiiuRi 对于一定的信号源电路，输入电阻Ri越大，放大电路从信号源得到的输入电压ui就越大，放大电路向信号源索取电流的能力也就越小

33、。 图2-16 放大电路的输入电阻 由图2-15（b）得共射放大电路的输入电阻： (/)=/iiBbeiBbeiiUI RrRRrII 一般情况下rbeIB是否成立。一般对于硅材料的三极管：I1=（510）IBQ。 由此可见，工作点稳定的实质是： （1）RE的直流负反馈作用 （2）要求I1IBQ，一般对于硅材料的三极管I1=（510）IBQ。 2.4.1.3 分析与计算 通过下面例题来进行分压偏置电路的静态分析与动态指标计算。 例题2-3 如图2-19所示电路=100，Rs=1k，RB1=62K，RB2=20k，Rc=3k，RE=1.5K，RL=5.6K，Ucc=15V，三极管为硅管。 （1）

34、估算静态工作点。 （2）分别求出有、无CE两种情况下Au、Ri、Ro、Aus。 (3)若管子坏了，手头没有完全相同的管子，现用=50的三极管来替换，其他参数不变，静态工作点是否变化？ 解：（1） 直流通路参看图2-20得：21215 203.7V62 20ccBBBBU RURR3.70.7 2mA1.5BBEQCQEQEVUIIR220 A100CQBQII()152 (3 1.5)6VCEQccCQCEUUIRR （）有、无CE微变等效电路，如图2-21。 (a) 有CE微变等效电路 (b) 无CE微变等效电路 图221 分压偏置电路微变等效电路 有CE的动态指标计算 ：26mV26=30

35、0+(1+ )300+1011.6kmA2beEQrI121/=1.4k(1/60)(1/20)(1/1.6)iBBbeRRRr 3KoCRR/100(3 5.6)/(35.6)1301.6cLubeRRAr 1.4 =130761.4 1iusuiSRAARR 无CE的动态指标计算 输入电阻的求法：为了方便，先求 ， iR(1)=+(1+ ) ib bebEibeEbbUI rI RRrRII1212/(1)iBBiBBbeERRRRRRrR113.8K(1/62)(1/20) 1/(1.6 101 1.5) 输出电阻Ro的求法： 将RL断开，令us0，则ib0，ib0，受控电流源相当于开路

36、，输出端口的电阻为RoRc3K(/)(1)ObCLuib bebEUIRRAUI rI R13.81.31.213.8 1iusuiSRAARR (/)100 (3/5.6)1.3(1)1.6 101 1.5CLbeERRrR 比较两种情况下的电压放大倍数Au的值，可以看出差异很大。第二种情况下，由于微变等效电路中存在RE，使Au下降。其原因是ui有很大一部分压降降到RE上，只有一小部分电压加到三极管的发射结上，故产生的ib小，产生的ic小，使uo降低而造成的。而第一种情况下，仅直流通路中存在RE，起直流负反馈作用，稳定静态工作点。交流通路中RE被旁路电容短路，即RE不存在，输入信号ui直接加

37、到发射结上，故转换成的ic、uo较大，使得电压放大倍数Au提高，满足电路具有较大放大能力的要求。通过分析，分压式偏置电路常在RE的两端并接一个旁路电容CE，目的是提高电压放大倍数。 （3）当=50，UB、ICQ 、UCE与相同，即与值无关，故UB3.7V，ICQIEQ2mA，UCEQ6V，静态工作点ICQ，UCEQ不变。 但是 ， 240mA50CQBQII 而中IBQ=20A，即基极电流随而变。 此例说明，更换管子所引起的变化，分压式偏置电路能够自动改变IBQ，以抵消对电路的影响，使静态工作点基本保持不变(指ICQ、UCEQ保持不变)，故分压式偏置电路具有稳定静态工作点的作用。 2.4.2

38、2.4.2 共集电极放大电路共集电极放大电路2.4.2.1 电路结构 从图2-22(a)中可以看出，信号由发射极输出，故此电路称为射极输出器；从图2-22(b)中可以看出，集电极C和接地点是等电位点，输入回路和输出回路是以集电极为公共端，故称为共集电极放大电路。 (a) 电路图 (b)交流通路 图2-22共集电极放大电路 2.4.2.2 静态工作点的计算 如图2-23(a)直流通路。 因为 CCBQBBEQEQEUIRUIR(1)BQBBEQBQEIRUIR=(1)CCBEQBQBEUUIRR所以因为 CCCEQEQEUUIR所以(1)EQBQCQIII(1)CEQCCBQEUUIR图223

39、(a) 直流通路 (b) 微变等效电路图 2.4.2.3 动态指标的计算与特点 （1）电压放大倍数Au (1)(/)(1)(/)(1)(/)(1)(/)bELOELuib bebELbeELIRRURRAUI rIRRrRR 因为一般有 ，所以 Au1(小于且接近1) (1)(/)beELrRR 因为 ，所以 1OuiUAUoiuu 输出电压与输入电压的幅值近似相等，且相位相同，故共集电极电路又称为射极跟随器。虽然电压放大倍数Au1，但因Ie=(1+)Ib，但有电流和功率放大作用。 （2） 输入电阻Ri （3） 输出电阻RO(1)(/)(1)(/) ib bebELibeELbbUI rIRR

40、RrRRII /(1) (/)iBiBbeELRRRRrRR 若信号源内阻为0，即Rs=0，RBRs时则 1beorR一般Ro为几十欧几百欧，比较小，为了降低输出电阻，可选用较大的管子。 通过下面例题来进行共集电极电路的静态分析与动态指标计算，并分析它的特点。 例题例题2-4 如图2-22(a)所示共集电极放大电路，RB=500K，RE=4.7K，RL=4.7K，=100，Ucc=15V，Rs=10K，管子为硅管。试求： （1）静态工作点。 （2）计算Au、Ri、Ro。 （3）若将负载RL断开，再计算Aou。 解：（1） 150.7=0.014mA(1)500 101 4.7ccBEQBQBE

41、UUIRR100 0.014=1.4mACQBQEQIII15 1.4 4.7=8.4VCEQccEQEUUIR（）26mV26=300+(1+ ) = 300+1012.2KmA1.4beEQrI(1)(/)101 (4.7/4.7)0.99(1)(/)2.2 101 (4.7/4.7)ELubeELRRArRR/(1)(/) =500/2.2+101 (4.7/4.7)=162KiBbeELRRrRR102.21191101SbeoRrR(1)101 4.70.995(1)2.2 101 4.7EoubeERArR（） 通过计算，可以看出负载RL由4.7K变到无穷大（开路）时，Au基本不变

42、，在输入信号ui一定下，uo也基本不变，说明射极输出器带载能力强。 图 2-24射极输出器作输入级图2-25 射极输出器作缓冲器(中间级) 综上所述，射极输出器没有电压放大作用，但是它具有输入电阻很大、输出电阻很小的特点，获得广泛的应用。如它常用于多级放大电路的输出级（与负载相连级），使输出电压不随负载变动，提高多级放大电路的带负载能力。利用它的输入电阻大，可以作放大电路输入级，减小信号源内阻的电压损耗，当RiRs时，uius，如图2-24所示。利用它的输入、输出电阻一高一低的特点，可以作多级放大电路的缓冲（中间级），如图2-25所示，射级输出器很大的输入电阻Ri2与前一极共射电路的输出电阻R

43、o1匹配，射极输出器较小的输出电阻Ro2与后一级共射电路的输入电阻Ri3匹配。 基本放大电路共有三种组态，前面分析了共射极放大电路和共集电极放大电路，还有一种是共基极电路，为了便于读者学习，现将三种组态放大电路性能参数列于表2-2，以便进行比较。 共射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路 放大电路 Au 有电压放大作用，uo与ui反相位。 无电压放大作用，uo与ui同相位。 有电压放大作用，uo与ui同相位。 Ri 输出电阻中。 输出电阻小。 输出电阻大。 LubeRAr (1)/(1)/eLubeeLRRArRR/cLubeRRArocRR/1beSboerRRRRocRR表2-2

44、三种组态放大电路性能参数的比较 共射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路 Ro 输出电阻中。 输出电阻小。 输出电阻大。 应用 多级放大电路的中间级，实现电压、电流的放大。 多级放大的输入级、输出级或缓冲级。 高频放大电路和恒流源电路。 /ibbeRRr/1beSboerRRRRocRR表2-2 三种组态放大电路性能参数的比较(续） 2.5 2.5 基本功率放大电路基本功率放大电路 电子设备的放大器一般由输入级、中间级和输出级所组成。前面研究的都是输入级、中间级放大电路，其任务是实现电压放大。而输出级要推动负载工作，需要具有足够大的功率，能输出大功率的放大电路称为功率放大电路，简称为功

45、放。 2.5.1 2.5.1 功率放大电路特点功率放大电路特点2.5.1.1 输出功率要足够大 最大输出功率Pom：在输入为正弦波且输出基本不失真情况下，负载可能获得的最大交流功率。它是指输出电压uo与输出电流io的有效值的乘积。2.5.1.2 效率要高 在输出功率比较大时，效率问题尤为突出。如果功率放大电路的效率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在电路内部的电能将转换为热量，使管子、元件等温度升高。为定量反映放大电路效率的高低，定义放大电路的效率为： DCoPP输出交流功率电源提供的直流功率 输出的交流功率实质上是由直流电源通过三极管转换而来的。在直流功率一定情况下，若向负载提供尽可能大的交

46、流功率，必须减小损耗，以提高转换效率。 输出的交流功率实质上是由直流电源通过三极管转换而来的。在直流功率一定情况下，若向负载提供尽可能大的交流功率，必须减小损耗，以提高转换效率。 2.5.1.3 尽量减小非线性失真 在功率放大电路中，晶体管处于大信号工作状态，因此输出波形不可避免地产生一定的非线性失真。在实际的功率放大电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。 2.5.1.4 晶体管常工作在极限状态 在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限状态在三极管特性曲线上，三极管工作点变化的轨迹受到最大集电极耗散功率Pcm、最大集电极电流Icm、最大集射极电压UBR(CEO)三

47、个极限参数的限制。为防止三极管在使用中损坏，必须使它工作在如图2-26所示的安全工作区域内。图2-26 晶体管的极限参数 2.5.1.5 功率放大电路的分析方法 功率放大电路的输出电压和输出电流幅值均很大，功放管特性的非线性不可忽略，所以分析功放电路时，不能采用微变等效电路法，多采用图解分析法。在这里进行简单的介绍。 在三极管的特性曲线上，曲线描述的Ic 与UCE的关系是代表三极管的内部关系。而三极管接入外电路后还要满足外部回路的特性方程，依据回路的等效电路列出的特性方程中Ic 与UCE均为线性关系，在特性曲线的座标中是一条直线，这条直线叫做负载线。 因此当基极电流IBQ确定后，IBIBQ的那

48、条输出特性曲线与负载线的交点正是静态工作点Q。三极管的电压和电流的变化必然沿着直流负载线上下运动，所以负载线就能够表示静态或动态时工作点移动的轨迹。我们可以依据图形分析最大不失真电压与电流的情况。 这种方法能直观形象地反映信号频率较低时的电压、电流关系。但必须实测所用三极管的特性曲线，进行定量分析时误差较大。在此仅用来近似地分析功放的参数。 功率放大电路按其晶体管导通时间的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等。 甲类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管均导通；乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期内导通；甲乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期

49、内，晶体管导通时间大于半周而小于全周；丙类功率放大电路的特征是管子导通时间小于半个周期。四类功放的工作状态示意图如图2-27所示。 前面介绍的小信号放大电路中（如共射放大电路），在输入信号的整个周期内，晶体管始终工作在线性放大区域，故属甲类工作状态。本节介绍的OCL、OTL功放工作在乙类或甲乙类状态。 2.5.1.6 常见低频功率放大电路的三种工作状态 图2-27 四类功率放大电路工作状态示意图 2.5.2 2.5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 对电源互补对称电路又称无输出电容电路，简称OCL（Output CapacitorLess）。 2.5.2.1 电

50、路组成： 如图2-28所示电路采用正、负双电源，三极管采用NPN、PNP型，管子的特性、参数对称。VT1与RL、VT2与RL的联接形式为射极输出器，电路采用直接耦合方式。 图2-28 OCL互补对称功率放大电路 2工作原理 （1）静态分析 令ui=0，VT1和VT2的发射结没有加正向偏压，VT1、VT2截止，因为Ib1Q=0，Ib2Q=0，所以IC1Q0，IC2Q0只有很小的穿透电流，通过RL的静态电流IL=0，uo =UE =0，电路工作在乙类状态。 （2）动态分析 设三极管为硅管，管子的死区电压为0.5V，只有用输入信号ui给三极管的发射结加正偏电压，当uiUE=ui0.5V时，VT1导通