基本放大电路及其分析方法.docx

二、基本放大电路及其分析方法一个放大器一般是由多个单级放大电路所组成，着重讨论双极型半导体三极管放大电路的三 种组态，即共发射极，共集电极和共基极三种基本放大电路从共发射极电路入手，推 及其他二 种电路，其中将图解分析法和微变等效电路分析法，作为分析基础来介绍分析的步骤，首先是 电路的静态工作点，然后分析其动态技术指标对于放大器来说，主要的动态技术指标有电压放 大倍数、输入阻抗和输出阻抗2.1. 共射极基本放大电路的组成及放大作用在实践中，放大器的用途是非常广泛的，它能够利用三极管的电流控制作用把微弱的电信号 增强到所要求的数值，为了了解放大器的工作原理，先从最基本的放大电路学习：图2.1称为共射极放大电路，要保证发射结正偏，集电极反偏Ib= (Vbb-Vbe) /Rb,对于硅管 Vbe约为0.7V左右锗管约为0.2V左右,lB=(VBB-0.7)/Rb这个电路的偏流IB决定于Vbb和Rb的大 小,Vbb和Rb 一经确定后，偏流Ib就固定了，所以这种电路称为固定偏流电路，Rb又 称为基极偏 置电阻，电容Cb1和Cb2为隔直电容或耦合电容，在电路中的作用是“传送交流，隔离直流”， 放大作用的实质是利用三极管的基极对集电极的控制作用来实现的 女上图是共射极放大电路的简化图，它在实际中用得比较多的一种电路组态，放大电路的主 要 性能指标，常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、非线性失真、频率失真以及输出功率和效 率等。

对于不同的用途的电路，其指标各有侧重初步了解放大电路的组成及简单工作原理后，就可以对放大电路进行分析主要方法有图解 法和微变等效法2.2. 图解分析法2.2.1. 静态工作情况分析当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压，电流都是不变的直流，称为直流工 作状 态简称静态，在静态工作情况下，三极管各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管 子的特性 曲线上确定一点，这点称为静态工作点，下面通过例题来说明怎样估算静态工作点解:Cb1与Cb2的隔直作用，对于静态下的直流通路，相当于开路，计算静态工作点时，只需考 虑 图中的vcc、Rb、Rc及三极管所组成的直流通路就可以了， IB= (Vcc — 0.7) /Rb(IC=®B+ICEO)lc=° B，Vce=Vcc— IcRc如已知0利用上式可近似估算放大电路的静态工作点2.2.2. 用图解法确定静态工作点在分析静态工作情况时，只需研究由Vcc、Rc、Vbb、Rb及半导体三极管所组成的直流通路就可以了图解步骤如下：a. 把放大电路分成非线性和线性两个部分；b. 作出电路非线性部分的伏安特性一一三极管的输出特性； ic=f(Vce)/ib=40uAc. 作出线性部分的伏安特性-直流负载线；作直流负载线由VCE=VCC- icRc,找出二个特殊坐标点连接M、N两点就是部分的伏安特性。

d. 由电路的线性与非线性两部分伏安特性的交点确定静态工作点 Q1.3. 动态工作情况分析当接入正弦信号，电路将处在动态工作情况，我们可以根据输入信号电压Vi,通过图解 确定输出电压V从而可以得出V0与Vi之间的相位关系和动态范围，图解的步骤是先根据输 入信号电压V|,在输入特性上画出旧的波形，然后根据Ib的变化在输出特性上画出IC和VcE的 波形，如下图：a：根据VI在输入特性上求Ib,设V|=0.02SINNTb：根据旧在输出特性上求Ic和Vce1.4. 交流负载线放大器在工作时，输出端总要按上一定的负载，如下图所示这时同于负载电阻 RL=4K的接入而受到影响，下面将要讲这种影响的静态时由于cB2的隔直作用，RL的接入没有影响，在动态情况，情况就不同了，RL的接 入，动态工作情况发生了变化，画出交流通路如图5的右图，画交流通路的原则是：图中的隔直 电容看成短路，VCC电源的内阻很小，也看成短路，从图中可以看成iC电流不仅流RC也流过 RL这样在输出回路中RC和RL是并联的，它们的并联值叫做放大器的交流负载电阻即：RL 1 =Rc//RL=RcRL/(Rc+RL)根据作直流负载线的步骤，作出交流负载线，它的斜率为 -1/RL1，由于直流负载线与交流负载线必定交于Q点，过Q点作一斜率为-1/RL1的直线就是交流负载线。

1.5. 三极管的三个工作区域半导体三极管的基本特点是通过电汉控制实现放大作用，放大作用并不是在任何情况下都能实现的，Q点过高，从放大转为饱和，Q点过低时，三极管从放大转为截止这 时三 极管的工作性质也就发生了变化，饱和、放大、截止称为三极管的三种工作状态，可把三极管的 输出特性分成三个区域，即：饱和区、放大区、和截止区例题：共射极单管放大电路，如下图所示 B=30,其输出特性如下图所示求 画出直流负载线和决定静态工作点画出交流负载线，该放大电路在信号不失真的条件下，能获得的最大输出电压Vom 是多少？解：R=VCC/Rb=12V/200K=60uA，由 vce=VCC-icRc=12V-ic *4K 得 M( 12V ,0mA ),N( 0V ,3mA)两点，MN 线与 旧=60uA 的输出特 性的交点即为静态工作点Q,Q点对应的电压，电流为：Ic=1.5mA , Vce=6V,IB=60uA画出交流 负载线根据 ic/ vce= -1/RL1的关系，取 ic = IC=1.5mA ,相 应地有vce=ICRL=1.5mA*2.4K=3.6V，其中 RL=RC//RL=2.4K，于是得到 A 点的坐标为(9.6 , 0mA),连 QA并延长至B则AB为所求的交流负载线。

由交流负载线与输出特性的交点可知，在输入电压的正半周，三极管由Q点工作 到Q1点(IB降到0uA)，输出电压vce从1.6V到9V ,变化范围为3V ,在输入电压的负 半周，三 极管由Q点工作到Q2点(旧上升到120uA)，输出电压Vce从6V到2.5V变化 的范围为3.5V , 综合考虑，在信号不失真的条件下,能获得的最大输出的电压为Vom为3V图解分析法的特点是可以直观、全面了解放大器的工作情况能在特性曲线上 合理 地安排工作点并能帮助我们理解电路参数对工作点的影响从而正确地选择电路参数3. 微变等效电路分析法如果放大电路的输入信号电压很小就可以设想把三极管小范围内的特性曲线近似 用直线来代替 从而可以把三极管这个非线性的元件所组成的电路 作为线性来处理 这就是微变等 效电路的指导思想三极管的线性电路模型很多这里讨论的是适用于低频放大电路h参数的微变等效 电路 在工程计算中三极管的线性电路模型是采用简化微变等效即输入、输出各用一个h参数 表示如下图顾名思义微变等效电路法分析的对象是微小的变化量即交流量因此只能用这种方法来分析 放大电路的各项动态性能而不能用来分析放大电路的静态即不能用来计算直流量 但动态与静态 是有联系的，微变等效电路中的参数是在 Q点求出是与旧，IE, VCE等静态值有关系的例题：1 .H参数的确定应用H参数等效电路分析放大器时，首先必须得到三极管在静态工作点处的H 参数，由于半导体本身参数的分散性以及参数会随工作点而变化，实际上在计算时不能直 接采用 手册上提供的数据，因此计算电路之前，首先，必须确定所用三极管在给定的工作点 上的H参 数。

获得H参数的方法可采用H参数测试仪，或利用晶体管特性图示仪测量和rbe rbe也可以借助下面的公式进行估算：rbe=rb+ (1+ B) re式中rb为基区体电阻，对于低频小功率rb约为200 OHM左右Re为发射结电阻，(1+ B ) re 是折算到基极回路的等效电阻，根据PN结的伏安特性表达式，可以导出re的值为26( mv) /IE (mA)，这样上式可改写为rbe=200 OHM +(1+ B) 26mV/IE(mA)1. 用H参数等效电路分析共射基本放大电路因此它们都可从电路中除去，其他元件都是按照原来相对位置画出，这样就可 得到整个放大电路的微变等效电路，如上图左图所示第三步：由于分析和测试时经常采用正弦波作为输入信号电压，所以等交电路中采 用复数符号标出各电压和电流3. 求电压放大倍数画出微变等效电路后，就可用解线性电路的方法求解同图解 法一样，我们也是先 从放大电路的输入回路入手，在已知输入电压Vi的条件下求出基极电流Ib，然后又落实到输出回 路上利用Ib求出Ic及Vo,从而最后求出电压放大倍数Av:Ib=Vi/rbeIc= B Ib Vo= - Ic RL1 式中 RL1 = Rc//RL由此可得放大电压倍数为Av=Vo/Vi= -IcRL1/ Ib rbe = - B IbRL1/Ib rbe=- B RL1/rbe例题：如上图所示已知在工作点处的B =40,计算放大倍数Av (假设信号源内阻Rs=0)。

解：a.确定静态工作点Q因已知8，故可用简单计算法确定Q点旧=Vcc/Rb=12V/300K=40uA IC= B 旧=40*40uA=1.6mA= IE VCE=VCC- IC RC= 12V-1.6mA*4K=5.6V b .求rbe，利用上面所用的式子，得rbe=200 OHM + (1+B) 26 ( mV) /IE (mA)=200 OHM+(1+40) 26 (mV) /1.6(mA) =866 OHMC.求人引利用上式，得Av=-B RL1/rbe= - B Rc//RL/rbe=-40*2/0.866= - 924. 计算输入电阻及输出电阻放大电路总是和其他电路联系在一起的，例如它的输入端一定要连接信号源，而 它的输出端常与下级电路连在一起或是接上负载，这样就要考虑它们之间的相互影响了提出放 大器的输入电阻和输出电阻的概念，可以帮助我们解决放大器同信号源之间，放大器同负载之 间以及放大器级与级之间的连接问题尖输入电阻和输出电阻的概念当输入信号电压加到放大器的输入端时，放大器就相当于信号源一个负载电阻这个负载电阻也 就是放大器本身的输入电阻，如下图所示：它相当于从放大器输入端1、1 '二点向右边看进去的 等效电阻，即Ri = Vi/ IiRi的大小影响到实际加于放大器输入端信号的大小。

上图中，把一信号源内阻为Rs,大小为Vs的正弦电压加到放器的输入端，由于输入电阻Ri的存在，致使 用实际加到放大器的信号Vi的幅度比Vs要小，即：Vi=Ri Vs/(Rs+Ri)输入电压受到一定的衰减因此，输入电阻Ri是衡量放大器对输入电压的衰减程度的重要指标另一方面，放大器的输出端在空载和带负载RL时，其输出的电压将有所改变，放 大器带负载时的输出电压将比空载时的输出电压有所下降，如空载时的输出电压为Vo'而带负载 时的输出电压为V则有Vo= RL Vo'/(Ro+RL)因此从放大器的输出端2， 2'往左看，整个放大器可看成是一个内阻为Ro,大小为Vo'的电压 源，如上图所示，这个等效电源的内阻 Ro就是放大器的输出电阻Vo〈 Vo'是因为输出电流Io在Ro上产生压降的结果，这是说明 Ro越小，带负载前后输出电压的相差越小， 亦即放大器受负载影响的程度越小，所以一般用输出电阻Ro来衡量放 大器带负载的能力，Ro 越小，则放大器带负载的能力越强求放大器输出电阻的一种方法，在信号源短路（Vs=O但保留Rs）和负载开路的条件下，在放大器的输出端加入一电压V （代替），在V的作用下，输出端将产生一相应的 电流I，则输出电阻为Ro=V/l Vs=O根据这个关系，我们就可以计算各种放大电路的输出电阻，必须指出，以上所 讨论的放大器的输入电阻和输出电阻的概念，都是就静态工作点的附近的变化信号而言的，属 于动态电阻，用。