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1、第一节共发射极单管放大电路第十二章放大电路与集成运算放大器一、放大电路的概念及分类1放大放大电电路的用途路的用途放放大大电电路路是是自自动动控控制制、信信号号检检测测、通通信信等等电电子子设设备备中中最最基基本的本的组组成部分。成部分。如如图图所示所示扩扩音系音系统统的四个主要的四个主要组组成部分。成部分。一、放大电路的概念及分类（1）传传感器（麦克感器（麦克风风），将声音），将声音转换转换成相成相应应的的电压电压信号。信号。（2）放放大大器器，将将麦麦克克风风输输出出的的微微弱弱电电压压信信号号放放大大到到所所需需要要的的值值。（3）再生器（）再生器（扬扬声器），将放大后的声器），将放大后的
2、电电信号信号转换转换成声音。成声音。（4）电电源，提供放大器工作所需要的直流源，提供放大器工作所需要的直流电压电压。一、放大电路的概念及分类输输入端：加入需要放大的信号。入端：加入需要放大的信号。2什么是放大什么是放大电电路路同时满足以下两个条件的电路：同时满足以下两个条件的电路：（1）输出信号的功率大于输入信号的功率。）输出信号的功率大于输入信号的功率。（2）输出信号波形与输入信号波形相同（不失真）。）输出信号波形与输入信号波形相同（不失真）。用框图表示：用框图表示：输输出端：得到放大的出端：得到放大的输输出信号。出信号。组组成成：一一个个放放大大电电路路必必须须含含有有晶晶体体管管（或或电
3、电子子管管）这这样样的的器件，同器件，同时还时还包含包含电电阻、阻、电电感、感、变压变压器等元器件。器等元器件。一、放大电路的概念及分类（1）按放大器的）按放大器的频频率高低分率高低分 3放大器的分放大器的分类类（2）按被放大信号的类型分）按被放大信号的类型分（3）按放大信号的强弱分）按放大信号的强弱分一、放大电路的概念及分类（5）按元器件的集成化程度分）按元器件的集成化程度分（4）按晶体管连接方式分）按晶体管连接方式分一、放大电路的概念及分类二、共发射极放大电路共发射极单管放大器又称单极低频小信号放大电路。共发射极单管放大器又称单极低频小信号放大电路。它是最基本的放大电路，也是复杂电子电路的
4、基础。它是最基本的放大电路，也是复杂电子电路的基础。工作频率：工作频率：20 Hz 20 kHz 的低频范围内。的低频范围内。适用范围：用于放大较小的电流、电压。适用范围：用于放大较小的电流、电压。二、共发射极放大电路1电电路路结结构构如如图图所示所示为单为单管共管共发发射极放大射极放大电电路路 分析各元器件的作用：分析各元器件的作用：二、共发射极放大电路 晶体管晶体管 V：工作在放大状态，起电流放大作用。：工作在放大状态，起电流放大作用。基基极极电电阻阻 Rb：又又称称偏偏置置电电阻阻，与与电电源源电电压压配配合合为为晶晶体体管管提提供供一一个个合合适适的的基基极极电电流流 IB（又又称称偏
5、偏流流），保保证证晶晶体体管管工工作作在在合适的状态。它的取值范围在几十千欧到几百千欧。合适的状态。它的取值范围在几十千欧到几百千欧。集集电电极极电电阻阻 Rc：又又称称集集电电极极负负载载电电阻阻，作作用用是是把把晶晶体体管管的的电电流流放放大大转转换换为为电电压压的的放放大大。它它的的取取值值范范围围一一般般在在几几千千到到几几十千欧。十千欧。二、共发射极放大电路 耦耦合合电电容容 C1 和和 C2：又又称称隔隔直直通通交交电电容容，起起到到隔隔直直流流通通交交流流的的作作用用。交交流流信信号号从从 C1 输输入入经经过过放放大大后后从从 C2 输输出出，同同时时 C1 把把晶晶体体管管的
6、的输输入入端端与与信信号号源源之之间间，C2 把把输输出出端端和和负负载载之之间间的的直直流通路隔断。一般选用电解电容，使用时注意区分其极性。流通路隔断。一般选用电解电容，使用时注意区分其极性。集集电电极极电电源源 E：作作用用一一是是给给晶晶体体管管一一个个合合适适的的工工作作状状态态（保证发射结正偏，集电结反偏），二是为放大电路提供能源。（保证发射结正偏，集电结反偏），二是为放大电路提供能源。二、共发射极放大电路1静态工作点的建立静态工作点的建立晶晶体体管管工工作作在在放放大大状状态态条条件件：发发射射结结加加正正偏偏电电压压，集集电电结结加反偏电压，并且各极都有合适的直流电流和直流电压。
7、加反偏电压，并且各极都有合适的直流电流和直流电压。（1）静静态:当当放放大大电电路路无无交交流流信信号号输输入入时时，此此时时的的直直流流状状态称为静态，如图（态称为静态，如图（b）所示。）所示。二、共发射极放大电路d的工作原理：(2)静静态工工作作点点:放放大大电电路路交交流流信信号号输输入入为为0时时，这这时时晶晶体体管管的的直直流流电电压压：UBE、UCE 和和对对应应的的直直流流电电流流 IB、IC 统统称称为为静静态态工工作点作点 Q，通常写成，通常写成 UBEQ、UCEQ、IBQ、ICQ。（3）直直流流通通路路：所所示示是是放放大大电电路路的的直直流流通通路路，由由于于耦耦合合电电
8、容容的的作作用用，直直流流只只在在直直流流通通路路内内流流动动，所所以以将将耦耦合合电电容容 C1、C2 看作断路的部分去掉，剩下的即看作断路的部分去掉，剩下的即为为直流通路。直流通路。二、共发射极放大电路（4）静态工作点的计算UBEQ取值，硅管为取值，硅管为 0.7 V，锗管为，锗管为 0.3 V。因因为为UBEQ UE，所以，所以由晶体管的放大原理有：由晶体管的放大原理有：再根据直流通路可得再根据直流通路可得二、共发射极放大电路 例例1 在在下下图图中中，设设 UE=12 V，Rb=200 k，Rc=2.4 k，=50，试计算静态工作点。，试计算静态工作点。解：根据静解：根据静态态工作点工
9、作点计计算公式算公式二、共发射极放大电路 例例2 在在上上题题中中，若若设设 UE =12 V，Rc=2 k，=50，要求要求 ICQ=4 mA；问偏流电阻；问偏流电阻 Rb 取值多大？取值多大？解：解：则则二、共发射极放大电路（2）静态工作点设置的意义和调整方法）静态工作点设置的意义和调整方法 意意义义：静静态态工工作作点点合合适适与与否否关关系系到到信信号号被被放放大大后后是是否否会会出出现现波波形形失失真真。Q 点点设设置置过过低低，IBQ 太太小小，晶晶体体管管进进入入截截止止区区，造造成成截截止止失失真真。Q 点点设设置置过过高高，IBQ 太太大大，晶晶体体管管进进入入饱饱和和区区，
10、造成饱和失真。造成饱和失真。调调整整方方法法：将将放放大大器器的的输输入入端端断断路路，使使电电路路无无信信号号输输入入，保保持持电电源源电电压压 UE 不不变变，调调整整偏偏置置电电阻阻 Rb 的的阻阻值值，用用万万用用表表测测量集电极电流量集电极电流 IC，使其达到技术要求。，使其达到技术要求。二、共发射极放大电路三、动态工作情况：放大电路如图所示。放大电路如图所示。输输入入交交流流信信号号 ui 经经过过耦耦合合电电容容 C1 加加到到三三极极管管基基极极 b 和和发发射射极极 e 之之间间与与静静态态基基极极直直流流电电压压 UBEQ 叠加得：叠加得：式中式中 UBEQ 为为直流分量，
11、直流分量，ui 为为交流分量。交流分量。三、放大电路的工作原理加上交流信号后，电路中所有的量都是交流和直流叠加：三、放大电路的工作原理四、静点工作点的选择与波形失真当当放放大大电电路路静静态态工工作作点点设设置置不不得得当当时时，会会造造成成放放大大电电路路的的波波形失真，本节通过实验来观察波形失真的现象。形失真，本节通过实验来观察波形失真的现象。（一）操作（一）操作1框图：框图：单管共发射极放大电路：电路如下图所示。单管共发射极放大电路：电路如下图所示。输出端：接入一台双踪示波器。输出端：接入一台双踪示波器。信信号号源源：低低频频信信号号发发生生器器，产产生生 1 20 kHz 的的正正弦弦
12、波波信信号号加到放大器的加到放大器的输输入端。入端。2连连接：接：将将输输入入、输输出出端端信信号号分分量量接接示示波波器器的的 YA、YB 端端，经经过过调调整整后后，便便可可看看到到示示波波器器显显示示的的输输入入信信号号和和输输出出信信号号波波形形，如如图图所示波形。所示波形。（1）由由于于静静态态工工作作点点已已经经调调整整适适当当，此此时时观观察察到到的的波波形形图图并无失真。并无失真。3现象：现象：（2）通通过过两两个个信信号号输输入入调调节节旋旋钮钮 YA 和和 YB 上上标标示示的的电电压压刻刻度度（V /格格）以以及及荧荧光光屏屏上上的的波波形形幅幅度度可可以以测测出出输输入
13、入电电压压和和输输出出电压的幅值，并可以算出放大器的电压放大倍数。电压的幅值，并可以算出放大器的电压放大倍数。（3）两两波波形形的的相相位位相相差差为为 180，这这是是单单管管发发射射极极放放大大电电路的倒相作用。路的倒相作用。（二）分析（二）分析1截止失真截止失真（1）现象）现象工工作作点点设设置置太太低低，三三极极管管进进入入截截止止区区这这就是截止失真，如就是截止失真，如图图所示。所示。（2）原因）原因Rb 阻阻值值过过大大后后，Q 点点降降低低，UBEO、IBQ减减小小，在在输输入入信信号号负负半半周周时时，晶晶体体管管工工作作在在截截止止区区，使使 IB=0，IC 0，输输出出电电
14、压压近近似似等等于于电电源源电电压压，保保持持不不变变，所所以以出出现现平平顶顶。Rb 越越大大，IB=0 的的时间时间越越长长，平，平顶顶期越期越长长。2饱和失真饱和失真（1）现象）现象工工作作点点设设置置太太高高，三三极极管管进进入入饱饱和和区区这就是饱和失真，如图所示。这就是饱和失真，如图所示。（2）原因）原因Rb 过过小小后后，Q 点点升升高高，UBEQ 和和 IBQ 增增大大，输输入入信信号号的的正正半半周周期期时时，因因为为 iB 增增大大，使使晶晶体体管管进进入入饱饱和和区区，当当 iC=ICES 后后，iC 不不再再增增大大，同同时时输输出出电电压压等等于于晶晶体体管管的的饱饱
15、和和压压降降 UCES，不不再再下降，所以下降，所以输输出波形的下方出出波形的下方出现现平平顶顶。结论结论（1）共共发发射射极极单单管管放放大大电电路路的的输输出出波波形形的的正正半半周周（波波形形上上半半周周）出出现现平平顶顶，是是截截止止失失真真；若若输输出出波波形形的的负负半半周周（即即波波形形下半部）出现平顶，是饱和失真。下半部）出现平顶，是饱和失真。（2）出）出现现失真的原因：失真的原因：Q 点点设设置置不不当当，应应调调整整放放大大管管基基极极偏偏置置电电阻阻，使使静静态态工工作作点点处处于适当的位置。于适当的位置。3双向失真双向失真（1）现象）现象Rb适适中中，输输出出波波形形无
16、无失失真真，增增大大信信号号源源的的电电压压幅幅度度，使使放放大大器器的的输输入入信信号号增增大大，这这时时输输出出电电压压信信号号波波形形的的上上、下下部部分分都都出出现现平平顶顶，同同时时产产生生了了饱饱和和失失真真和和截截止止失失真真称称为双向失真，如图所示。为双向失真，如图所示。（2）原因）原因输输入入信信号号的的电电压压幅幅度度太太大大，在在信信号号的的正正半半周周造造成成饱饱和和失失真真，负负半周造成截止失真。半周造成截止失真。（3）解决办法：）解决办法：降低输入信号的电压幅值。降低输入信号的电压幅值。将将放放大大电电路路的的电电源源电电压压增增大大，再再调调节节Rb建建立立适适当
17、当的的静静态态工作点工作点 Q，便可消除双向失真。，便可消除双向失真。最佳工作点：v静态工作点设置合适，随输入信号变化，输出信号正负半周都能达到最大值而不失真，这个点就是电路的最佳工作点。基本放大电路的直流通路与交流通路：五、放大电路交流参数放放大大电电路路的的输输入入端端需需与与信信号号源源连连接接，输输出出端端与与负负载载连连接接。因此，放大电路与信号源、负载之间是相互影响相互联系的。因此，放大电路与信号源、负载之间是相互影响相互联系的。1输入电阻输入电阻 Ri（1）等效电路）等效电路如如图图所所示示，将将放放大大器器看看作作信信号号源源负负载载，它它是是与与信信号号源源输输出出电电阻串阻
18、串联联的，因此，放大器的，因此，放大器输输入入电电阻相当于信号源的阻相当于信号源的负载电负载电阻。阻。从放大电路输入端看进去的交流等效电阻从放大电路输入端看进去的交流等效电阻 Ri。（2）定义）定义（3）讨论讨论输输入入电电阻越大越好，以减小阻越大越好，以减小对对信号源的影响。信号源的影响。2输输出出电电阻阻（1）等效）等效电电路路如如图图所示，放大所示，放大电电路路对对于于负载负载RL来来说说相当于一个信号源。相当于一个信号源。（2）定义）定义断断开开负负载载，从从放放大大电电路路的的输输出出端端看看进进去去，放放大大电电路路就就相相当当于于一一个个内内阻阻为为 Ro 和和电电动动势势为为
19、Eo 的的等等效效电电源源，这这个个内内阻阻 Ro 就就是放大电路的输出电阻。是放大电路的输出电阻。（3）讨论讨论放放大大电电路路的的输输出出电电阻阻 Ro 越越小小，放放大大器器带带负负载载的的能能力力越越强强。即即使使是是阻阻值值较较小小的的RL，也也能能得得到到较较大大的的输输出出电电压压Uo和和较较大大的的输输出出电电流流 Io。所以放大。所以放大电电路的路的输输出出电电阻越小越好。阻越小越好。（4）计计算算五、放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻3电压电压放大倍数放大倍数 Ao（1）定）定义义输输出出电电压压变变化化量量（即即交交流流成成分分）uo 或或有有效效值值 Uo 与与输输
20、入入电电压压变变化量（也是交流成分）化量（也是交流成分）ui 或有效或有效值值 Ui 之比，即之比，即（2）意）意义义为为反映放大反映放大电电路放大能力的重要参数。路放大能力的重要参数。（3）讨论）讨论 随随输输出出端端负负载载情情况况而而改改变变，空空载载时时Ao最最大大，带带载载下下降降，而而且且负载负载越小越小Ao会越小。会越小。五、放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻4小小结结（1）Ri、Ro、Ao 统统称称放放大大电电路路的的外外部部特特性性，这这些些参参数数在在工工程上具有重要的意程上具有重要的意义义。（2）放放大大电电路路根根据据组组成成可可以以分分为为单单级级的的、多多级级的的；从从放放大大元元件件上上看看可可以以是是晶晶体体管管、场场效效应应管管或或集集成成电电路路，虽虽然然种种类类繁繁多多，但均可通但均可通过过上述参数上述参数对对外等效来外等效来测测量。量。（3）应应用用工工程程上上，放放大大电电路路主主要要用用于于对对信信号号进进行行放放大大处处理理，从从而而实实现现各各种种工工程程控控制制。放放大大电电路路的的信信号号源源和和输输出出负负载载之之间间有有一定的相互作用和影响，一定的相互作用和影响，这这是是设计过设计过程中必要考程中必要考虑虑的因素。的因素。五、放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻