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1、第二章半导体三极管及其基本放大电路第1页，共111页，编辑于2022年，星期二2.1.12.1.1三极管的结构与分类三极管的结构与分类三极管按其结构可分为三极管按其结构可分为NPNNPN和和PNPPNP两类。两类。NPNNPN型三极管的结构与电路符号如型三极管的结构与电路符号如图图2-12-1所示。从图所示。从图2-12-1（a a）中可以看出，）中可以看出，它是由两层它是由两层N N型的半导体中间夹着一层型的半导体中间夹着一层P P型半导体构成的管子，型半导体构成的管子，P P型半导体与其两型半导体与其两侧的侧的N N型半导体分别形成型半导体分别形成PNPN结，整个三极管是两个背靠背结，整个
2、三极管是两个背靠背PNPN结的三层半导体。中结的三层半导体。中间的一层称为间的一层称为基区基区，两边的区分别称为，两边的区分别称为发射区发射区和和集电区集电区，从这三个区引出的电，从这三个区引出的电极分别称为极分别称为基极基极b b、发射极、发射极e e和和集电极集电极c c。基区与集电区之间的。基区与集电区之间的PNPN结称为集电结，发结称为集电结，发射区与基区之间的射区与基区之间的PNPN结称为发射结。发射区的作用是向基区发射载流子，基区结称为发射结。发射区的作用是向基区发射载流子，基区是传送和控制载流子，而集电区是收集载流子。是传送和控制载流子，而集电区是收集载流子。2.1 2.1 半导
3、体三极管半导体三极管下一页返回 第2页，共111页，编辑于2022年，星期二NPNNPN型三极管电路符号中，发射极箭头方向表示发射结正偏时发型三极管电路符号中，发射极箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。射极电流的实际方向。PNPPNP型三极管的结构与型三极管的结构与NPNNPN型相似，也是两个背靠背型相似，也是两个背靠背PNPN结的三层半导体，结的三层半导体，不过这种管子是两层不过这种管子是两层P P型的半导体中间夹着一层型的半导体中间夹着一层N N型半导体，如型半导体，如图图2-22-2所示。所示。2.1.22.1.2三极管的电流分配关系和电流放大作用三极管的电流分配关系和电流放大
4、作用为简要说明三极管的电流分配关系和放大作用，忽略一些次要因素，以为简要说明三极管的电流分配关系和放大作用，忽略一些次要因素，以NPNNPN型三极管为例，通过实验来了解三极管的电流分配情况和放大原理，实验电型三极管为例，通过实验来了解三极管的电流分配情况和放大原理，实验电路如路如图图2-32-3所示。所示。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第3页，共111页，编辑于2022年，星期二图图 常见三极管及其电路引脚排列常见三极管及其电路引脚排列返回第4页，共111页，编辑于2022年，星期二在图在图2-32-3中，中，R RB B（通常为几百千欧的可调电阻）称为基极偏置电阻，
5、（通常为几百千欧的可调电阻）称为基极偏置电阻，U UBBBB为为基极偏置电源。基极偏置电源。U UBBBB 、R RB B 、三极管的基极和发射极构成三极管的基极回路，、三极管的基极和发射极构成三极管的基极回路，也称基极偏置电路，基极偏置电路使发射结为正偏。也称基极偏置电路，基极偏置电路使发射结为正偏。U UCCCC、集电极电阻、集电极电阻RcRc、集、集电极和发射极构成集电极回路，集电极回路使集电结为反偏。发射电极和发射极构成集电极回路，集电极回路使集电结为反偏。发射极是两个回路所共用的电极，所以这种接法称为共发射极电路。极是两个回路所共用的电极，所以这种接法称为共发射极电路。改变可变电阻改
6、变可变电阻R RB B的阻值，使基极电流的阻值，使基极电流I IB B为不同的值，测出相应的集电极为不同的值，测出相应的集电极电流电流I IC C和发射极电流和发射极电流I IE E。电流方向如图中所示。测量结果列于。电流方向如图中所示。测量结果列于表表2-12-1中。中。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第5页，共111页，编辑于2022年，星期二将表中数据进行比较分析，可得出如下结论：将表中数据进行比较分析，可得出如下结论：（1 1）基极电流）基极电流I IB B与集电极电流与集电极电流I IC C之和等于发射极电流，即之和等于发射极电流，即 I IE E=I=IB
7、B+I+IC C三个电流之间的关系符合基尔霍夫电流定律。三个电流之间的关系符合基尔霍夫电流定律。（2 2）基极电流）基极电流I IB B比集电极电流比集电极电流I IC C和发射极电流小得多，通常可认为发射极和发射极电流小得多，通常可认为发射极电流约等于集电极电流，即电流约等于集电极电流，即 I IE EIIC CIIB B（3 3）从第三列和第四列的数据中可以看到，半导体三极管有电流放大作用）从第三列和第四列的数据中可以看到，半导体三极管有电流放大作用.2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第6页，共111页，编辑于2022年，星期二综合上述，要使三极管能起正常的放大作用，
8、综合上述，要使三极管能起正常的放大作用，发射结发射结必须加必须加正向偏置正向偏置，集电结集电结必须加必须加反向偏置反向偏置。对于。对于PNPPNP型三极管所接电源极性正好与型三极管所接电源极性正好与NPNNPN相反。相反。NPNNPN型：型：PNPPNP型：型：2.1.3 2.1.3 三极管的伏安特性三极管的伏安特性三极管的特性曲线是各电极电压与电流之间的关系曲线。它反映了三极管的特性曲线是各电极电压与电流之间的关系曲线。它反映了三极管的外部性能，是分析放大电路的重要依据。特性曲线主要有输入三极管的外部性能，是分析放大电路的重要依据。特性曲线主要有输入特性曲线和输出特性曲线。特性曲线和输出特性
9、曲线。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第7页，共111页，编辑于2022年，星期二1.1.输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线是指当集射极电压输入特性曲线是指当集射极电压U UCECE为一定值时，基极电流为一定值时，基极电流I IB B与基射极与基射极电压电压U UBEBE之间的关系曲线。即之间的关系曲线。即I IB B=f f(U UBEBE)U UCECE=常数常数三极管输入特性曲线如三极管输入特性曲线如图图2-52-5所示。其特点是：所示。其特点是：当当U UCECE=0V=0V时，集电极与发射极短接，相当于两个二极管并联，输入时，集电极与发射极短接，相当于两个二
10、极管并联，输入特性类似于二极管的正向伏安特性。特性类似于二极管的正向伏安特性。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第8页，共111页，编辑于2022年，星期二当当U UCECE1V1V时，特性曲线右移，如时，特性曲线右移，如图图所示。所示。从图从图2-52-5可见，三极管的输入特性曲线和二极管的伏安特可见，三极管的输入特性曲线和二极管的伏安特性曲线一样，也有一段死区。只有当发射结的外加电压大于性曲线一样，也有一段死区。只有当发射结的外加电压大于死区电压时，三极管才会有基极电流死区电压时，三极管才会有基极电流I IB B。硅管的死区电压约为。硅管的死区电压约为0.50.5伏伏
11、,锗管约为锗管约为0.10.10.20.2伏。在正常工作情况下，伏。在正常工作情况下，硅管的发射硅管的发射结电压结电压U UBEBE=0.7=0.7伏伏，锗管锗管的发射结电压的发射结电压U UBEBE=0.3=0.3伏。伏。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第9页，共111页，编辑于2022年，星期二2 2输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线是指基极电流输出特性曲线是指基极电流I IB B为一定值时，集电极电流为一定值时，集电极电流I IC C与集射与集射极电压极电压U UCECE之间的关系曲线。即之间的关系曲线。即I IC C=f(=f(U UCECE)I IB B=常
12、数常数当当I IB B为不同值时，可得到不同的特性曲线，所以三极管输出特性曲线为不同值时，可得到不同的特性曲线，所以三极管输出特性曲线是一簇曲线，如是一簇曲线，如图图2-62-6所示。所示。根据三极管的工作状态不同，输出的特性曲线可分为三个区域：根据三极管的工作状态不同，输出的特性曲线可分为三个区域：（1 1）截止区）截止区I IB B=0=0的曲线以下的区域称为截止区。这时集电结为反向偏置，的曲线以下的区域称为截止区。这时集电结为反向偏置，2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页返回上一页第10页，共111页，编辑于2022年，星期二发射结也为反向偏置，故发射结也为反向偏置，故I IB
13、 B00，I IC C00，此时集电极与发射极之间相当，此时集电极与发射极之间相当于一个于一个开关的断开开关的断开状态。状态。（2 2）饱和区饱和区(图图2-62-6)输出特性曲线的近似垂直上升部分与输出特性曲线的近似垂直上升部分与I IC C轴之间的区域称为饱和区。这时，轴之间的区域称为饱和区。这时，U UCECE U UBEQBEQ时，可以时，可以I IBQBQV VCCCC/R/Rb b。根据三极管的电流放大特性，得集电极静态电流根据三极管的电流放大特性，得集电极静态电流I ICQCQ：再根据集电极回路可求出集电极再根据集电极回路可求出集电极-发射极之间的电压发射极之间的电压U UCEQ
14、CEQ ：2.2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页第21页，共111页，编辑于2022年，星期二 当当三三极极管管处处于于临临界界饱饱和和状状态态时时，仍仍然然满满足足I IC C=IIB B，此此时时的的基基极极电电流流称称为为基基极极临临界界饱和电流，用饱和电流，用I IBSBS表示，则表示，则若若I IBQBQ I IBS,BS,三极管进入饱和区三极管进入饱和区.2 2）动态分析）动态分析当放大电路中加入正弦交流信号当放大电路中加入正弦交流信号u ui i时，电路中各极的电压、电流产生一组交时，电路中各极的电压、电流产生一组交流量。在交流输入信号流量。在交流输
15、入信号u ui i的作用下，只有交流电流所流过的路径，称为交流通路。的作用下，只有交流电流所流过的路径，称为交流通路。画交流通路时，放大电路中的画交流通路时，放大电路中的耦合电容短路耦合电容短路；由于直流电源；由于直流电源V VCCCC的内阻很小（理想电压的内阻很小（理想电压源内阻近似为零），对交流变化量几乎不起作用，所以源内阻近似为零），对交流变化量几乎不起作用，所以直流电源对交流视为短路直流电源对交流视为短路。图。图2-92-9所示基本共射放大电路的交流通路如所示基本共射放大电路的交流通路如图图2-162-16所示。所示。2.2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页
16、第22页，共111页，编辑于2022年，星期二l2.1.3 2.1.3 微变等效电路法微变等效电路法1.1.放大电路的动态性能指标放大电路的动态性能指标1)1)放大倍数放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。放大倍数是指输出信号与输入放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。放大倍数是指输出信号与输入信号之比信号之比,有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数等表示方法，其中电有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数等表示方法，其中电压放大倍数最常用。压放大倍数最常用。放大电路的输出电压放大电路的输出电压u uo o和输入电压和输入电压u ui i之比，称为电压放大倍数之比，称为电压放大倍
17、数AuAu，即，即放大电路的输出电流放大电路的输出电流i io o和输入电流和输入电流i ii i之比，称为电流放大倍数之比，称为电流放大倍数AiAi，即，即2.2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页第23页，共111页，编辑于2022年，星期二2)2)输入电阻输入电阻r ri i放大电路的输入电阻是从输入端向放大电路看进去的等效电阻，它等于放放大电路的输入电阻是从输入端向放大电路看进去的等效电阻，它等于放大电路输出端接实际负载电阻大电路输出端接实际负载电阻R RL L后，输入电压后，输入电压u ui i与输入电流与输入电流i ii i之比，即之比，即对于信号源来说，
18、对于信号源来说，r ri i就是它的等效负载。由图可得就是它的等效负载。由图可得可见，可见，r ri i是衡量放大电路对信号源影响程度的重要参数。其值越大，放大是衡量放大电路对信号源影响程度的重要参数。其值越大，放大电路从信号源索取的电流越小，信号源对放大电路的影响越小。电路从信号源索取的电流越小，信号源对放大电路的影响越小。2.2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页第24页，共111页，编辑于2022年，星期二3)3)输出电阻输出电阻r ro o从输出端向放大电路看入的等效电阻，称为输出电阻从输出端向放大电路看入的等效电阻，称为输出电阻r ro o。由图可得，由图可
19、得，等效输出电阻用戴维南定理分析：将输入信号源等效输出电阻用戴维南定理分析：将输入信号源u us s短路（电流源开路），短路（电流源开路），但要保留其信号源内阻但要保留其信号源内阻r rs s，用电阻串并联方法加以化简，计算放大电路的等效，用电阻串并联方法加以化简，计算放大电路的等效输出电阻。输出电阻。2.2.三极管的微变等效模型三极管的微变等效模型 由于放大电路中含有三极管，属于非线性元件，直接分析计算比较由于放大电路中含有三极管，属于非线性元件，直接分析计算比较复杂。但是，当三极管的静态工作点正常，并且输入微小变化的交流信复杂。但是，当三极管的静态工作点正常，并且输入微小变化的交流信号时，
20、三极管的电压和电流近似为线性关系。号时，三极管的电压和电流近似为线性关系。2.2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页第25页，共111页，编辑于2022年，星期二因此，在小信号输入时，为计算方便，将三极等效为一个线性元件，因此，在小信号输入时，为计算方便，将三极等效为一个线性元件，称为三极管的微变等效模型；将放大电路等效为线性电路，通常称为微变称为三极管的微变等效模型；将放大电路等效为线性电路，通常称为微变等效电路。等效电路。1)1)三极管基极与发射极间的等效三极管基极与发射极间的等效放大电路正常工作时，发射结导通，即基极与发射极之间相当于一个导通的放大电路正常工作时
21、，发射结导通，即基极与发射极之间相当于一个导通的PNPN结。三极管的输入二端口等效为一个结。三极管的输入二端口等效为一个交流电阻交流电阻r rbebe。它是三极管输入特性曲线上。它是三极管输入特性曲线上工作点工作点Q Q附近的电压微小变化量与电流微小变化量之比。附近的电压微小变化量与电流微小变化量之比。根据三极管输入回路结构分析，根据三极管输入回路结构分析，r rbebe的数值可以用下列公式计算：的数值可以用下列公式计算：2.2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页第26页，共111页，编辑于2022年，星期二式中，式中，rrbbbb是基区体电阻，对于低频小功率管，是基
22、区体电阻，对于低频小功率管，rrbbbb约为约为100100500500，如果无特别说明，一般取，如果无特别说明，一般取rrbbbb=300=300；I IEQEQ为发为发射极静态电流。射极静态电流。2)2)三极管集电极与发射极间的等效三极管集电极与发射极间的等效当三极管工作在放大区时，当三极管工作在放大区时，i ic c的大小只受的大小只受i ib b的控制，的控制，i ic c=iib b，即实现了三极管的受控恒流特性。所以，三极管集电极与发射极，即实现了三极管的受控恒流特性。所以，三极管集电极与发射极间可等效为一个理想间可等效为一个理想受控电流源受控电流源，大小为，大小为iib b。2.
23、2 2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路下一页返回上一页第27页，共111页，编辑于2022年，星期二2.3.1.2.3.1.电路结构和稳定电路结构和稳定Q Q点原理点原理 1)1)分压式偏置电路电路结构分压式偏置电路电路结构分压式偏置电路如分压式偏置电路如图图2-20(2-20(a a)所示，与固定偏置式电路不同的是：所示，与固定偏置式电路不同的是：基极直流偏置电位基极直流偏置电位U UBQBQ是由基极偏置电阻是由基极偏置电阻R Rb1b1和和R Rb2b2对对V VCCCC分压来取得的，故称这种分压来取得的，故称这种电路为分压式偏置电路；电路为分压式偏置电路；同时，电路中增加了发射
24、极电阻同时，电路中增加了发射极电阻R Re e，用来稳定电路的静态工作点。，用来稳定电路的静态工作点。2.3 2.3 分压偏置式放大器分压偏置式放大器下一页返回上一页第28页，共111页，编辑于2022年，星期二(2)(2)静态工作点的估算静态工作点的估算分压式偏置放大电路的直流通路如图分压式偏置放大电路的直流通路如图2-15(2-15(b b)所示。所示。当三极管工作在放大区时，当三极管工作在放大区时，I IBQBQ很小。当满足很小。当满足I I1 1I IBQBQ时，时，I I1 1I I2 2，则有：，则有：2.3 2.3 分压偏置式放大器分压偏置式放大器下一页返回上一页第29页，共11
25、1页，编辑于2022年，星期二(3)(3)Q Q点的稳定过程点的稳定过程当满足当满足I I1 1I IBQBQ时，时，U UBQBQ固定，假如温度上升，固定，假如温度上升，2)2)带有发射极电阻带有发射极电阻R Re e 的固定偏置电路的固定偏置电路(1)(1)电路组成电路组成电路如电路如图所示。图所示。(2)(2)静态工作点的估算静态工作点的估算根据电路有根据电路有2.3 2.3 分压偏置式放大器分压偏置式放大器下一页返回上一页第30页，共111页，编辑于2022年，星期二3.3.利用微变等效电路分析放大电路的动态性能指标利用微变等效电路分析放大电路的动态性能指标共射放大电路如共射放大电路如
26、图图2-20(2-20(a a)所示，为了分析动态性能指标，首先画出放大电路所示，为了分析动态性能指标，首先画出放大电路的交流通路，如的交流通路，如图图2-21(2-21(a a)所示。然后将电路中的非线性元件所示。然后将电路中的非线性元件三极管用微变三极管用微变等效模型代换，则得到等效模型代换，则得到图图2-21(2-21(b b)所示的放大电路的微变等效电路。所示的放大电路的微变等效电路。1)1)电压放大倍数（有载），由图电压放大倍数（有载），由图2-21(2-21(b b)可得可得 得得 2.3 2.3 分压偏置式放大器分压偏置式放大器下一页返回上一页第31页，共111页，编辑于2022
27、年，星期二式中式中“-”“-”表示输入信号与输出信号相位相反。表示输入信号与输出信号相位相反。2)2)输入电阻输入电阻r ri i 当当R Rb br rbebe时，时，3)3)输出电阻输出电阻r ro o在图在图2-21(2-21(b b)中，根据戴维南定理等效电阻的计算方法，将信号源中，根据戴维南定理等效电阻的计算方法，将信号源u us s=0=0，则则i ib b=0=0，iib b=0=0，可得输出电阻，可得输出电阻 2.3 2.3 分压偏置式放大器分压偏置式放大器下一页返回上一页第32页，共111页，编辑于2022年，星期二4)4)源电压放大倍数源电压放大倍数考虑信号源内阻时的微变等
28、效电路。可得源电压放大倍数考虑信号源内阻时的微变等效电路。可得源电压放大倍数A Ausus为为可得可得代入，得代入，得2.3 2.3 分压偏置式放大器分压偏置式放大器返回上一页第33页，共111页，编辑于2022年，星期二2.4.1 2.4.1 共集电极放大器共集电极放大器-射极跟随器射极跟随器电路如电路如图图2-22(2-22(a a)所示，所示，图图2-22(2-22(b b)是它的直流通路。由交流通路可以看是它的直流通路。由交流通路可以看到，信号从基极输入、发射极输出，集电极是交流接地，是输入回路和输到，信号从基极输入、发射极输出，集电极是交流接地，是输入回路和输出回路的公共端，故该电路
29、称为共集电极电路。由于共集电极电路的输出出回路的公共端，故该电路称为共集电极电路。由于共集电极电路的输出信号取自发射极，故该电路又称为射极输出器。信号取自发射极，故该电路又称为射极输出器。1.1.静态分析静态分析1)1)共集电极放大电路的直流通路如图共集电极放大电路的直流通路如图2-22(2-22(b b)所示。所示。2.4 2.4 其他组态放大器其他组态放大器下一页返回第34页，共111页，编辑于2022年，星期二2)2)静态工作点的估算静态工作点的估算 2.2.动态分析动态分析1)1)共集电极放大电路的微变等效电路如图共集电极放大电路的微变等效电路如图2-232-23所示。所示。2.4 2
30、.4 其他组态放大器其他组态放大器下一页返回上一页第35页，共111页，编辑于2022年，星期二2)2)动态参数的估算动态参数的估算(1)(1)电压放大倍数电压放大倍数A Au u的估算的估算（其中（其中 )则则由于由于(1+(1+)R RLrLrbebe，所以，所以AuAu11，但略小于，但略小于1 1。AuAu为正值，所以为正值，所以u uo o与与u ui i同相。由此说明同相。由此说明u uoou ui i，即输出信号的变化跟随输入信号的变化，故，即输出信号的变化跟随输入信号的变化，故该电路又称为射极跟随器。该电路又称为射极跟随器。2.4 2.4 其他组态放大器其他组态放大器下一页返回
31、上一页第36页，共111页，编辑于2022年，星期二(2)(2)输入电阻输入电阻r ri i的估算。由图的估算。由图2-232-23可得可得 则则 R RL L上流过的电流是上流过的电流是i ib b的的(1+(1+)倍，为了保证等效前后的电压不变，倍，为了保证等效前后的电压不变，故把故把R RL L折算到基极回路时应扩大折算到基极回路时应扩大(1+(1+)倍。可见，共集电极电路的输入电阻比倍。可见，共集电极电路的输入电阻比共发射极电路大得多，对信号源影响程度小，这是射极输出器的特点之一。共发射极电路大得多，对信号源影响程度小，这是射极输出器的特点之一。2.4 2.4 其他组态放大器其他组态放
32、大器下一页返回上一页第37页，共111页，编辑于2022年，星期二(3)(3)输出电阻输出电阻r ro o的估算的估算根据放大电路输出电阻的定义，在图根据放大电路输出电阻的定义，在图2-232-23中，令中，令u us s=0=0，并去掉负载，并去掉负载R RL L，在，在输出端外加一测试电压输出端外加一测试电压u uP P，可得，可得 可知，基极回路的总电阻可知，基极回路的总电阻r rbebe+r rs s/R Rb b折算到发射极回路，需除以折算到发射极回路，需除以(1+(1+)。射。射极输出器的输出电阻由较大的极输出器的输出电阻由较大的R Re e和很小的和很小的r ro o并联，因而并
33、联，因而r ro o很小，射极输出很小，射极输出器带负载能力比较强。器带负载能力比较强。2.4 2.4 其他组态放大器其他组态放大器下一页返回上一页第38页，共111页，编辑于2022年，星期二综上所述，射极输出器是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压放大倍数近综上所述，射极输出器是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压放大倍数近似为似为1 1的放大电路。射极输出器在多级放大电路中常用来作输入级，提高电路的带负的放大电路。射极输出器在多级放大电路中常用来作输入级，提高电路的带负载能力，也可作为缓冲级，用来隔离前后两级电路的相互影响。载能力，也可作为缓冲级，用来隔离前后两级电路的相互影响。2.4.
34、2 2.4.2 共基极放大器共基极放大器共基极放大电路如共基极放大电路如图图2-24(a2-24(a)所示，所示，图图2-24(b2-24(b)、2-252-25分别是它的直流通分别是它的直流通路和微变等效电路。交流信号路和微变等效电路。交流信号u ui i经耦合电容经耦合电容C C1 1从发射极输入，放大后从集电极经从发射极输入，放大后从集电极经耦合电容耦合电容C C2 2输出，输出，C Cb b为基极旁路电容，使基极交流接地，基极是输入回路和为基极旁路电容，使基极交流接地，基极是输入回路和输出回路的公共端，因此称为共基极放大电路。输出回路的公共端，因此称为共基极放大电路。2.4 2.4 其
35、他组态放大器其他组态放大器下一页返回上一页第39页，共111页，编辑于2022年，星期二1.1.静态工作点的估算静态工作点的估算由图由图2-24(b)2-24(b)的直流通路可知，该放大电路的直流偏置方式为分压式偏的直流通路可知，该放大电路的直流偏置方式为分压式偏置电路，静态工作点的估算略。置电路，静态工作点的估算略。2.2.动态性能指标的估算动态性能指标的估算由图由图2-252-25的微变等效电路，得的微变等效电路，得电压放大倍数电压放大倍数 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻2.4 2.4 其他组态放大器其他组态放大器返回上一页第40页，共111页，编辑于2022年，星期二2.4.3三种组
36、态放大器的比较电压放大倍数电压放大倍数beLLbeLbeL+=CB)1()(1 =CC=CErRARrRArRAvvv+-&：输入电阻输入电阻R Ri i第41页，共111页，编辑于2022年，星期二三种组态放大器的比较第42页，共111页，编辑于2022年，星期二一般情况下，单管放大电路的电压放大倍数只能达到几十几百倍，一般情况下，单管放大电路的电压放大倍数只能达到几十几百倍，放大电路的其他技术指标也难以达到实际工作中提出的要求。因此，实际放大电路的其他技术指标也难以达到实际工作中提出的要求。因此，实际的电子设备中，大多采用各种形式的多级放大电路。的电子设备中，大多采用各种形式的多级放大电路
37、。2.5.2 2.5.2 多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路由输入级、中间级和输出级组成。其中，输入级和中间级的主要多级放大电路由输入级、中间级和输出级组成。其中，输入级和中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大，以推动负载工作。作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大，以推动负载工作。在多级放大电路中，通常把级与级之间的连接方式称为耦合方式。级与级之间在多级放大电路中，通常把级与级之间的连接方式称为耦合方式。级与级之间耦合时，需要满足：耦合时，需要满足：(1)(1)耦合后，各级放大电路的静态工作点合适；耦合后，各级放大电路的静态工作点合适
38、；2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路下一页返回第43页，共111页，编辑于2022年，星期二(2)(2)耦合后，多级放大电路的性能指标满足实际工作要求；耦合后，多级放大电路的性能指标满足实际工作要求；(3)(3)前一级的输出信号能够顺利地传输到后一级的输入端。前一级的输出信号能够顺利地传输到后一级的输入端。为了满足上述要求，一般常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器为了满足上述要求，一般常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。耦合。1)1)阻容耦合阻容耦合放大电路级与级之间通过电容连接的耦合方式称为阻容耦合。电路如放大电路级与级之间通过电容连接的耦合方式称为阻容耦合。电路如图
39、图2-26a2-26a所示，电容所示，电容C C3 3连接第一级放大电路的输出端和第二级放大电路的输入端，即将连接第一级放大电路的输出端和第二级放大电路的输入端，即将T T1 1集集电极的输出信号耦合到电极的输出信号耦合到T T2 2的基极。阻容耦合多级放大电路的特点：的基极。阻容耦合多级放大电路的特点：2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路下一页返回上一页第44页，共111页，编辑于2022年，星期二优点：因电容的优点：因电容的“隔直流隔直流”作用，前后两级放大电路的静态工作点相互独立，作用，前后两级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，所以阻容耦合放大电路的分析、设计和调试方便。此外，
40、阻容耦合电路互不影响，所以阻容耦合放大电路的分析、设计和调试方便。此外，阻容耦合电路还有体积小、重量轻等优点。还有体积小、重量轻等优点。缺点：因耦合电容对交流信号具有一定的容抗，在传输过程中，信号会受到缺点：因耦合电容对交流信号具有一定的容抗，在传输过程中，信号会受到一定的衰减。特别对于变化缓慢的信号，其容抗很大，不便于传输。此外，在集成一定的衰减。特别对于变化缓慢的信号，其容抗很大，不便于传输。此外，在集成电路中，制造大容量的电容很困难，所以阻容耦合多级放大电路不便于集成。电路中，制造大容量的电容很困难，所以阻容耦合多级放大电路不便于集成。2)2)直接耦合直接耦合将放大电路级与级之间用导线直
41、接连接，这种连接方式称为直接耦将放大电路级与级之间用导线直接连接，这种连接方式称为直接耦合。电路如合。电路如图图2-22-26(b)6(b)所示。所示。2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路下一页返回上一页第45页，共111页，编辑于2022年，星期二直接耦合多级放大电路的特点：直接耦合多级放大电路的特点：优点：既可以放大交流信号，又可以放大直流和变化缓慢的信号；优点：既可以放大交流信号，又可以放大直流和变化缓慢的信号；电路便于集成，所以集成电路中多采用直接耦合方式。电路便于集成，所以集成电路中多采用直接耦合方式。缺点：各级静态工作点存在相互牵制和零点漂移问题（零点漂移问题将缺点：各级静态工
42、作点存在相互牵制和零点漂移问题（零点漂移问题将在本书后续章节中详细讨论）。在本书后续章节中详细讨论）。3)3)变压器耦合变压器耦合 放大电路级与级之间通过变压器连接的耦合方式称为变压器耦合。放大电路级与级之间通过变压器连接的耦合方式称为变压器耦合。电路如电路如图图2-22-26(c)6(c)所示。变压器耦合多级放大电路的特点：所示。变压器耦合多级放大电路的特点：优点：因变压器只能传输交流信号和进行阻抗变换，所以各级电路的静优点：因变压器只能传输交流信号和进行阻抗变换，所以各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。态工作点相互独立，互不影响。2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路下一页返回上一页
43、第46页，共111页，编辑于2022年，星期二通过改变变压器的匝数比可以实现阻抗变换，从而获得较大的输出功率。通过改变变压器的匝数比可以实现阻抗变换，从而获得较大的输出功率。缺点：变压器体积大、重量大，不便于集成。同时，频率特性差，也不缺点：变压器体积大、重量大，不便于集成。同时，频率特性差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。能传送直流和变化非常缓慢的信号。2.5.3 2.5.3 多级放大器的分析多级放大器的分析1.1.多级电压放大倍数多级电压放大倍数现以图现以图2-26(a)2-26(a)所示的两级阻容耦合放大电路为例，说明多级放大电路电压放所示的两级阻容耦合放大电路为例，说明多级放大电路
44、电压放大倍数的计算方法。大倍数的计算方法。2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路下一页返回上一页第47页，共111页，编辑于2022年，星期二在图在图2-26a2-26a中，由中，由 ，且，且 ，得两级放大电路电压放，得两级放大电路电压放大倍数为大倍数为 推广到推广到n n级放大电路，其电压放大倍数为级放大电路，其电压放大倍数为 即多级放大电路的电压放大倍数为各级电压放大倍数之乘积。即多级放大电路的电压放大倍数为各级电压放大倍数之乘积。2.2.输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻输入电阻：多级放大电路的输入电阻，就是输入级的输入电阻。输入电阻：多级放大电路的输入电阻，就是输入级的输入电阻。输
45、出电阻：多级放大电路的输出电阻，就是输出级的输出电阻。输出电阻：多级放大电路的输出电阻，就是输出级的输出电阻。2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路返回上一页第48页，共111页，编辑于2022年，星期二2.6.1 2.6.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念前面讨论放大电路的性能时，是以单一频率的正弦波信号为放大对象。在前面讨论放大电路的性能时，是以单一频率的正弦波信号为放大对象。在实际应用中，信号并非是单一频率，而是一段频率范围。在放大电路中，由于实际应用中，信号并非是单一频率，而是一段频率范围。在放大电路中，由于存在耦合电容、旁路电容及三极管的结电容与电路中的杂散电容等，它们的容存
46、在耦合电容、旁路电容及三极管的结电容与电路中的杂散电容等，它们的容抗都将随着频率的变化而变化。同时，三极管内抗都将随着频率的变化而变化。同时，三极管内PNPN结的电容效应，使管子的电结的电容效应，使管子的电流放大系数在高频时也随频率变化。因此，放大电路对不同频率信号的放大能流放大系数在高频时也随频率变化。因此，放大电路对不同频率信号的放大能力并不相同。不仅电压放大倍数的大小（模）随频率变化，而且幅角（即输出力并不相同。不仅电压放大倍数的大小（模）随频率变化，而且幅角（即输出电压与输入电压的相位差）也随频率变化。电压放大倍数的模与频率电压与输入电压的相位差）也随频率变化。电压放大倍数的模与频率f
47、 f的关系称的关系称为幅频特性，用为幅频特性，用A Au u(f)(f)表示。表示。2.6 2.6 放大器的频率响应放大器的频率响应下一页返回第49页，共111页，编辑于2022年，星期二输出电压与输入电压之间的相位差与频率的关系称为相频特性，用输出电压与输入电压之间的相位差与频率的关系称为相频特性，用 表示。幅频特性和相频特性总称为频率特性。表示。幅频特性和相频特性总称为频率特性。2.6.2 2.6.2 单级放大器的频率特性单级放大器的频率特性1.1.截止频率与通频带截止频率与通频带频率特性包括幅频特性和相频特性。在幅频特性中间一段频率范围内，放频率特性包括幅频特性和相频特性。在幅频特性中间
48、一段频率范围内，放大倍数几乎不随频率变化，这一段频率范围称为中频段。中频段的电压放大倍大倍数几乎不随频率变化，这一段频率范围称为中频段。中频段的电压放大倍数用数用A Aumum来表示。在中频段以外，随着频率的减小或增大，放大倍数都将下来表示。在中频段以外，随着频率的减小或增大，放大倍数都将下降。降。2.6 2.6 放大器的频率响应放大器的频率响应下一页返回上一页第50页，共111页，编辑于2022年，星期二当放大倍数下降到当放大倍数下降到A Aumum的的 ，即，即0.7070.707倍时所对应的低频频率和高倍时所对应的低频频率和高频频率分别称为频频率分别称为下限截止频率下限截止频率f fL
49、L和和上限截止频率上限截止频率f fH H。将下限截止频率将下限截止频率f fL L和上限和上限截止频率截止频率f fH H之间的频率范围称为放大电路的之间的频率范围称为放大电路的通频带通频带（或称为带宽），用（或称为带宽），用BWBW来表来表示，示，BWBW=f=fH HffL L。通频带是放大电路频率响应的一个重要指标。通频带越。通频带是放大电路频率响应的一个重要指标。通频带越宽，表示放大电路工作的频率范围越宽。例如，质量好的音频放大器，宽，表示放大电路工作的频率范围越宽。例如，质量好的音频放大器，其通频带可达其通频带可达20Hz20Hz200kHz200kHz。如果放大电路的通频带不够宽
50、，输入信号。如果放大电路的通频带不够宽，输入信号中不同频率的各次谐波分量就不能被同样地放大，这样输出波形就会失中不同频率的各次谐波分量就不能被同样地放大，这样输出波形就会失真，这种失真叫做频率失真。为了防止产生频率失真，要求放大电路的真，这种失真叫做频率失真。为了防止产生频率失真，要求放大电路的通频带能够覆盖输入信号占有的整个频率范围。通频带能够覆盖输入信号占有的整个频率范围。2.6 2.6 放大器的频率响应放大器的频率响应下一页返回上一页第51页，共111页，编辑于2022年，星期二2.2.幅频特性分析幅频特性分析在中频区，由于耦合电容和射极旁路电容的容量较大，其等效容抗很小，可视在中频区，