电工电子技术基础第6章--三极管及放大电路课件.ppt

第第6 6章章 三极管及放大电路三极管及放大电路认识三极管认识三极管6.1认识基本放大电路认识基本放大电路6.2认识负反馈放大电路认识负反馈放大电路6.3  在电子设备中，通常需要把微弱的在电子设备中，通常需要把微弱的信号加以放大去推动较大功率的负载工信号加以放大去推动较大功率的负载工作，如收音机将天线接收下来的微弱信作，如收音机将天线接收下来的微弱信号放大几百万倍，才能推动扬声器发出号放大几百万倍，才能推动扬声器发出声音   这就需要放大电路（或称放大器），而这就需要放大电路（或称放大器），而放大电路的核心器件为三极管放大电路的核心器件为三极管  本章先介绍三极管的基本知识，然后讨本章先介绍三极管的基本知识，然后讨论由它构成的基本放大电路的工作原理和论由它构成的基本放大电路的工作原理和一般分析方法一般分析方法6.1 6.1 认识三极管认识三极管  三极管是电子线路中的重要元件，三极管是电子线路中的重要元件，它具有电流放大作用它具有电流放大作用6.1.1  了解三极管的材料、结构、了解三极管的材料、结构、特性、参数特性、参数图图6.1 常用三极管的外形常用三极管的外形三极管的材料与结构三极管的材料与结构  三极管的制造材料主要有锗（三极管的制造材料主要有锗（Ge））和硅（和硅（Si），其外部由管座和），其外部由管座和3个管脚构个管脚构成，其内部有成，其内部有3个区、个区、2个个PN结和结和3个电极。

个电极  三极管是由两个相距很近的三极管是由两个相距很近的PN结组结组成的  它有它有3个区，即发射区、基区和集电个区，即发射区、基区和集电区，每个区各自引出了一个电极分别称区，每个区各自引出了一个电极分别称为发射极为发射极e、基极、基极b和集电极和集电极c   发射区与基区之间的发射区与基区之间的PN结称为发射结，结称为发射结，集电区与基区之间的集电区与基区之间的PN结称为集电结，如图结称为集电结，如图6.2所示   三极管有两种导电类型，分别为三极管有两种导电类型，分别为PNP型型和和NPN型   三极管的文字符号是三极管的文字符号是VT，图形符号如图，图形符号如图6.3所示图图6.2 三极管的结构三极管的结构图图6.3 三极管的符号三极管的符号  三极管在制造过程中有一定的工艺三极管在制造过程中有一定的工艺要求，要求，3个区各有特点，所以不能用两个个区各有特点，所以不能用两个二极管代替三极管，也不能将三极管的二极管代替三极管，也不能将三极管的发射极和集电极颠倒使用发射极和集电极颠倒使用   三极管的型号常用来表示它的制造三极管的型号常用来表示它的制造材料、基本性能和用法。

材料、基本性能和用法   它同二极管的命名一样符合国家标它同二极管的命名一样符合国家标准准GB 249—89的规定，也是由的规定，也是由5个部分组个部分组成，详见本书附录成，详见本书附录A三极管的电流放大特性三极管的电流放大特性1．三极管的．三极管的3个工作状态个工作状态  根据三极管内两个根据三极管内两个PN结的偏置情况，可结的偏置情况，可把三极管工作状态分成把三极管工作状态分成3种情形：放大状态、种情形：放大状态、饱和状态和截止状态饱和状态和截止状态  3种状态的种状态的PN结偏置情况如表结偏置情况如表6.1所示发发 射射 结结集集 电电 结结放大状态放大状态正偏正偏反偏反偏饱和状态饱和状态正偏正偏正偏正偏截止状态截止状态反偏反偏反偏反偏表表6.1三极管三极管3种状态的种状态的PN结偏置情况结偏置情况   注：注：PN结正偏是指结正偏是指P型半导体上电型半导体上电位高于位高于N型半导体的电位，型半导体的电位，PN结反偏正结反偏正好相反2．三极管的电流放大作用．三极管的电流放大作用  要使三极管起放大作用，必须让它要使三极管起放大作用，必须让它工作在放大状态工作在放大状态。

  现以现以NPN型三极管为例，用实验来型三极管为例，用实验来说明图图6.4 三极管三极管3个电流的测量个电流的测量三极管的主要参数三极管的主要参数  三极管的主要参数是用来表征管子三极管的主要参数是用来表征管子性能和适用范围的参考数据性能和适用范围的参考数据 （（1）电流放大系数）电流放大系数β：是表示三极管电流：是表示三极管电流放大能力的参数一般要求在放大能力的参数一般要求在20～～200之之间，间，β值太大的管子工作不稳定值太大的管子工作不稳定  （（2）穿透电流（）穿透电流（ICEO）：是指在基极开路、）：是指在基极开路、集电结反向偏置时，集电极与发射极之间的集电结反向偏置时，集电极与发射极之间的反向电流硅管的反向电流硅管的ICEO比锗管小得多，因此比锗管小得多，因此硅管的性能更稳定硅管的性能更稳定 （（3）极限参数极限参数①① 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM：集电极电流：集电极电流过大，三极管过大，三极管β值要降低当值要降低当IC超过超过ICM后，后，β将下降到不能允许的程度将下降到不能允许的程度②② 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM：集电：集电极电流通过三极管时引起功耗，主要使极电流通过三极管时引起功耗，主要使集电极发热，结温升高。

当功耗超过集电极发热，结温升高当功耗超过PCM后，三极管过热损坏后，三极管过热损坏③③ 反向击穿电压反向击穿电压U（（BR））CEO：它是基极开：它是基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压电压超过此值，管子因热击穿而许电压电压超过此值，管子因热击穿而损坏6.1.2  判别三极管的管脚和型号判别三极管的管脚和型号  三极管在使用前应了解它的性能优三极管在使用前应了解它的性能优劣，判别它能否符合使用要求劣，判别它能否符合使用要求  三极管的测试最好使用晶体管特性三极管的测试最好使用晶体管特性图示仪，也可用万用表做一些简单的测图示仪，也可用万用表做一些简单的测试1．基极的判别．基极的判别  将万用表置于将万用表置于R × 100 挡或挡或R × 1k 挡  假设三极管的一个电极为假设三极管的一个电极为b极，并用黑极，并用黑表笔与假定的表笔与假定的b极相连，然后用红表笔分别极相连，然后用红表笔分别与另外两个电极相连，如图与另外两个电极相连，如图6.5所示图图6.5 判断三极管的基极和管型判断三极管的基极和管型  若两次测得的阻值要么同为大，要么同若两次测得的阻值要么同为大，要么同为小，则所假设的电极确实为基极。

为小，则所假设的电极确实为基极  若两次测得的阻值一大一小，则表明假若两次测得的阻值一大一小，则表明假设的电极并非真正的基极，需将黑表笔所接设的电极并非真正的基极，需将黑表笔所接的管脚调换一个，再按上述方法测试的管脚调换一个，再按上述方法测试   用此方法可确定三极管的基极和管型，用此方法可确定三极管的基极和管型，如表如表6.3所示假设一个基极假设一个基极NPN型型黑表笔接假设基极，红表笔分别接另外两极，阻值均小黑表笔接假设基极，红表笔分别接另外两极，阻值均小红表笔接假设基极，黑表笔分别接另外两极，阻值均大红表笔接假设基极，黑表笔分别接另外两极，阻值均大PNP型型红表笔接假设基极，黑表笔分别接另外两极，阻值均小红表笔接假设基极，黑表笔分别接另外两极，阻值均小黑表笔接假设基极，红表笔分别接另外两极，阻值均大黑表笔接假设基极，红表笔分别接另外两极，阻值均大表表6.3用万用表判别三极管的基极和管型用万用表判别三极管的基极和管型2．发射极、集电极的判别．发射极、集电极的判别  在基极确定后，可接着判别发射极在基极确定后，可接着判别发射极e和集电极和集电极c  以以NPN型三极管为例：将万用表的型三极管为例：将万用表的黑表笔和红表笔分别接触两个待定的电黑表笔和红表笔分别接触两个待定的电极，然后用手指捏紧黑表笔和极，然后用手指捏紧黑表笔和b极（不能极（不能将两极短路，即相当于一个电阻），观将两极短路，即相当于一个电阻），观察表针的摆动幅度，如图察表针的摆动幅度，如图6.6所示。

所示图图6.6 判断三极管的判断三极管的发射极和集电极发射极和集电极  然后将黑、红表笔对调，重测一次然后将黑、红表笔对调，重测一次  比较两次表针摆动幅度，摆幅大的一次，黑比较两次表针摆动幅度，摆幅大的一次，黑表笔所接管脚为表笔所接管脚为c极，红表笔所接管脚为极，红表笔所接管脚为e极  若为若为PNP型三极管，上述方法中将黑、红表型三极管，上述方法中将黑、红表笔对换即可笔对换即可 3．电流放大系数．电流放大系数β的估计的估计  选用带选用带hFE测试功能的万用表（如测试功能的万用表（如MF-47型），将转换开关拨至型），将转换开关拨至ADJ挡，把挡，把红、黑表笔短接，调节调零电位器使指红、黑表笔短接，调节调零电位器使指针指在针指在hFE的最大值，然后再把转换开关的最大值，然后再把转换开关拨至拨至hFE挡，断开两表笔，最后把三极管挡，断开两表笔，最后把三极管的管脚（按的管脚（按NPN型和型和PNP型）插入测试型）插入测试插座，读数即可插座，读数即可拓展与延伸拓展与延伸    三极管的特性曲线三极管的特性曲线  共射放大电路中的三极管有两个输共射放大电路中的三极管有两个输入端、两个输出端，如图入端、两个输出端，如图6.7所示。

所示  输入端的电流输入端的电流IB与输入端电压与输入端电压UBE的的关系称为三极管的输入特性；输出端的关系称为三极管的输入特性；输出端的电流电流IC与输出端电压与输出端电压UCE的关系称为三极的关系称为三极管的输出特性管的输出特性   输入特性和输出特性统称为三极管输入特性和输出特性统称为三极管的特性，均可用特性曲线表示的特性，均可用特性曲线表示  一般特性曲线可由晶体管特性图示一般特性曲线可由晶体管特性图示仪测得图图6.7 三极管共射极电路三极管共射极电路1．输入特性曲线．输入特性曲线  如图如图6.8所示的输入特性曲线，是在所示的输入特性曲线，是在输出电压输出电压UCE为定值时，为定值时，IB与与UBE之间对之间对应关系的曲线应关系的曲线  三极管的输入特性曲线与二极管的三极管的输入特性曲线与二极管的伏安特性曲线正向部分相似伏安特性曲线正向部分相似   当当UBE很小时，很小时，IB = 0，三极管正向，三极管正向截止  当当UBE大于门坎电压（硅管为大于门坎电压（硅管为0.5V，，锗管为锗管为0.2V）后，三极管开始导通，产）后，三极管开始导通，产生生IB  正常导通时，硅管的导通电压约为正常导通时，硅管的导通电压约为0.7V，锗管约为，锗管约为0.3V。

 图图6.8 输入特性曲线输入特性曲线2．输出特性曲线．输出特性曲线  如图如图6.9所示的输出特性曲线，是在所示的输出特性曲线，是在基极电流基极电流IB为某一定值时，集电极电流为某一定值时，集电极电流IC与集电极电压与集电极电压UCE之间的关系，每一个之间的关系，每一个IB值对应一根曲线，故输出特性曲线是一值对应一根曲线，故输出特性曲线是一族曲线  输出特性曲线可分为输出特性曲线可分为3个区域：截止个区域：截止区、放大区和饱和区区、放大区和饱和区图图6.9 三极管的输出特性曲线图三极管的输出特性曲线图 （（1）截止区：由）截止区：由IB = 0曲线与横坐标轴所曲线与横坐标轴所围的区域是截止区此时三极管内部各围的区域是截止区此时三极管内部各极开路，发射结反偏或零偏，集电结反极开路，发射结反偏或零偏，集电结反偏   （（2）放大区：在放大区，）放大区：在放大区，IC受到受到IB的控制，即的控制，即IC = βIB，具有电流放大作用此时三极管的发，具有电流放大作用此时三极管的发射结正偏，集电结反偏射结正偏，集电结反偏   （（3）饱和区：在饱和区，三极管的）饱和区：在饱和区，三极管的IC不随不随IB的的增大而变化。

三极管饱和时的增大而变化三极管饱和时的UCE值称为饱和值称为饱和压降，记为压降，记为UCES，一般很小，硅管的，一般很小，硅管的UCES≈0.3V，，锗管的锗管的UCES≈0.1V此时三极管的发射结和集此时三极管的发射结和集电结都处于正偏状态电结都处于正偏状态  在模拟电路中三极管处于在模拟电路中三极管处于“放大放大”状态，工作于放大区；在数字电路中三状态，工作于放大区；在数字电路中三极管处于极管处于“开关开关”状态，工作于饱和区状态，工作于饱和区与截止区与截止区6.2 6.2 认识基本放大电路认识基本放大电路  所谓放大电路，就是把微弱的电信号所谓放大电路，就是把微弱的电信号（电流、电压或功率）转变为较强的电信（电流、电压或功率）转变为较强的电信号的电子电路号的电子电路  在日常生活和生产领域中，往往要求在日常生活和生产领域中，往往要求用微弱的电信号去控制较大功率的负载，用微弱的电信号去控制较大功率的负载，如空调器的感温头（传感器）能使温度信如空调器的感温头（传感器）能使温度信号产生微弱的电信号，经过放大电路放大号产生微弱的电信号，经过放大电路放大后去控制大功率压缩机的工作，最终控制后去控制大功率压缩机的工作，最终控制温度。

温度6.2.1  连接单管共射放大电路连接单管共射放大电路图图6.11 单管共射放大电路及分立元件插接图单管共射放大电路及分立元件插接图6.2.2  测试放大电路的波形和参数测试放大电路的波形和参数放大电路中各元器件的作用放大电路中各元器件的作用   电路仍如图电路仍如图6.11所示，其中各元器所示，其中各元器件的作用如下件的作用如下 （（1）三极管）三极管VT：放大电路的核心器件，：放大电路的核心器件，具有电流放大作用和能量转换作用具有电流放大作用和能量转换作用 （（2）直流电源）直流电源VCC：一方面给放大电路提：一方面给放大电路提供能源；另一方面保证发射结正偏，集电供能源；另一方面保证发射结正偏，集电结反偏，使三极管工作在放大状态结反偏，使三极管工作在放大状态 （（3）集电极直流电阻）集电极直流电阻RC：把三极管的电流：把三极管的电流放大作用转换为电压放大的形式放大作用转换为电压放大的形式 （（4）耦合电容）耦合电容C1、、C2：一方面耦合交流信：一方面耦合交流信号；另一方面将三极管与信号源、负载的号；另一方面将三极管与信号源、负载的直流静态工作点分开直流静态工作点分开 （（5））RB1、、RB2：给三极管的基极提供合适：给三极管的基极提供合适的偏置电流。

的偏置电流 （（6））RE：引入直流负反馈，稳定静态工：引入直流负反馈，稳定静态工作点 （（7））CE：提供交流信号的通道，减少信：提供交流信号的通道，减少信号放大过程中的损耗号放大过程中的损耗放大电路的静态、动态及其参数放大电路的静态、动态及其参数1．静态及其参数．静态及其参数  静态静态 —放大电路接通电源但没有信号输放大电路接通电源但没有信号输入的状态入的状态   静态工作点静态工作点Q —静态时三极管直流电压静态时三极管直流电压UBE、、UCE和对应的直流电流和对应的直流电流IB、、IC等参数的等参数的统称，分别记作统称，分别记作UBEQ、、IBQ、、UCEQ和和ICQ，其，其波形如图波形如图6.12中所示图图6.12 放大电路放大电路2．动态及其参数．动态及其参数  动态动态—在放大电路的输入端加入交在放大电路的输入端加入交流信号时的状态流信号时的状态  动态时电路中的各电压、电流量都动态时电路中的各电压、电流量都随输入信号变化，此时，加在三极管随输入信号变化，此时，加在三极管B、、E两极间的是直流电压量两极间的是直流电压量UBEQ和交流信号和交流信号量量ui两种电压量的叠加，记为两种电压量的叠加，记为uBE，其波，其波形具有单向脉动性。

形具有单向脉动性  由于由于uBE的作用，将产生另一个脉动直流电的作用，将产生另一个脉动直流电流流iB流过输入回路流过输入回路   iB流经三极管时被放大成较大的电流流经三极管时被放大成较大的电流iC，在，在C、、E两极之间将得到放大的电压信号两极之间将得到放大的电压信号uCE，它们，它们也都具有单向脉动性也都具有单向脉动性  由于隔直电容由于隔直电容C2的作用，的作用，uCE的直流量被阻的直流量被阻隔，只有交流分量通过隔，只有交流分量通过C2，形成输出电压，形成输出电压uo，这，这正是希望得到的放大的电压信号，如图正是希望得到的放大的电压信号，如图6.13所示图图6.13 放大电路中的动态波形放大电路中的动态波形  输入放大电路的是交流电压信号，输入放大电路的是交流电压信号，输出的也是交流电压信号，其幅度被放输出的也是交流电压信号，其幅度被放大，而流经三极管的仍是直流电（脉动大，而流经三极管的仍是直流电（脉动直流电），完成交直流分离的是电容器直流电），完成交直流分离的是电容器C1、、C2  对输入、输出信号来说，直流量仅对输入、输出信号来说，直流量仅是一种运载工具，信号被运载进入放大是一种运载工具，信号被运载进入放大电路，从直流电源中吸取能量，得以放电路，从直流电源中吸取能量，得以放大后离开直流量，输出至负载。

大后离开直流量，输出至负载 注意注意1．为了使放大电路不失真地放大信号，．为了使放大电路不失真地放大信号，放大电路必须建立合适的静态工作点放大电路必须建立合适的静态工作点2．放大电路输出的交流信号．放大电路输出的交流信号uo与输入信与输入信号号ui的波形是反相的的波形是反相的3．在交流放大电路中同时存在着直流分．在交流放大电路中同时存在着直流分量和交流分量两种成分量和交流分量两种成分  为了便于讨论，对放大过程中各量的符为了便于讨论，对放大过程中各量的符号作如下规定：用大写号作如下规定：用大写U、、I加大写的下标表加大写的下标表示直流电压、电流分量，如示直流电压、电流分量，如UBE、、IB、、UCE、、IC等；用小写的等；用小写的u、、i加小写下标表示交流信加小写下标表示交流信号各分量，如号各分量，如ui、、ib、、uce等；用小写的等；用小写的u、、i加加大写下标表示总量，即交、直流的叠加量，大写下标表示总量，即交、直流的叠加量，如如uBE、、iB、、uCE等因此上述放大电路中各等因此上述放大电路中各量的关系为量的关系为uBE = UBEQ  +  ube = UBEQ + uiiB = IBQ + ibiC = ICQ + icuCE = UCEQ + uce = UCEQ + uo   描述放大电路基本性能的指标主要描述放大电路基本性能的指标主要有：电压放大倍数有：电压放大倍数Au、输入电阻、输入电阻ri、输出、输出电阻电阻ro等。

等 （（1）电压放大倍数）电压放大倍数Au：反映放大电路对：反映放大电路对信号的放大能力定义为输出电压有效信号的放大能力定义为输出电压有效值与输入电压有效值之比，即值与输入电压有效值之比，即Au = Uo/Ui   式中，式中，Uo、、Ui分别为输出交流电压分别为输出交流电压uo、输入交流电压、输入交流电压ui的有效值的有效值 （（2）输入电阻）输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro：输入电阻：输入电阻ri是撇开信号源从放大电路的输入端看进是撇开信号源从放大电路的输入端看进去，放大电路对输入信号所呈现的等效去，放大电路对输入信号所呈现的等效动态电阻动态电阻   输出电阻输出电阻ro是撇开负载电阻是撇开负载电阻RL从放大电从放大电路的输出端看进去的等效动态电阻路的输出端看进去的等效动态电阻  一般情况下，放大电路的输入电阻大，一般情况下，放大电路的输入电阻大，有利于减小信号源的负担；放大电路的输出有利于减小信号源的负担；放大电路的输出电阻小，有利于提高带负载的能力电阻小，有利于提高带负载的能力  用测量电压的方法可以解决用万用测量电压的方法可以解决用万用表测量用表测量VC或或VE，则，则ICQ≈IEQ = VE/RE或或ICQ = (VCC   VC)/RC。

6.2.3  认识放大电路的性能特点认识放大电路的性能特点  通过电路分析可以认识电路的性能特通过电路分析可以认识电路的性能特点  放大电路分析分为直流分析和交流分放大电路分析分为直流分析和交流分析，直流分析的是放大电路的静态工作点析，直流分析的是放大电路的静态工作点Q，在直流通路上进行；交流分析的是放，在直流通路上进行；交流分析的是放大电路的性能指标（大电路的性能指标（Au、、ri、、ro等），在交等），在交流通路进行流通路进行直流通路和交流通路直流通路和交流通路  在放大电路中，同时存在着直流分在放大电路中，同时存在着直流分量和交流分量两种成分量和交流分量两种成分  直流信号的通道称为直流通路，交直流信号的通道称为直流通路，交流信号的通道称为交流通路流信号的通道称为交流通路  直流通路和交流通路的画法如下：直流通路和交流通路的画法如下：  画直流通路时，把电容器视为开路，画直流通路时，把电容器视为开路，电感器视为短路，其他不变；画交流通路电感器视为短路，其他不变；画交流通路时，把电容器和电源都短路成一条直线时，把电容器和电源都短路成一条直线放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点Q的求法的求法  在图在图6.14（（b）所示的直流通路中，）所示的直流通路中，忽略基极电流忽略基极电流IBQ，则电路静态工作点为，则电路静态工作点为6.2.4  观测静态工作点对放大电路观测静态工作点对放大电路性能的影响性能的影响  静态工作点选得合适，放大电路才能正静态工作点选得合适，放大电路才能正常地放大信号，否则就产生所谓的失真。

常地放大信号，否则就产生所谓的失真  静态工作点选得过高（静态工作点选得过高（ICQ过大），放过大），放大电路将产生饱和失真（大电路将产生饱和失真（uo波形下平顶）；波形下平顶）；静态工作点选得过低（静态工作点选得过低（ICQ过小），放大电过小），放大电路将产生截止失真（路将产生截止失真（uo波形上平顶），分别波形上平顶），分别如图如图6.17（（a）、（）、（b）、（）、（c）所示图图6.17 静态工作点对信号输出波形的影响静态工作点对信号输出波形的影响  调整静态工作点的方法很简单，只需调整静态工作点的方法很简单，只需调节上偏置电阻调节上偏置电阻Rb1，就能改变，就能改变IBQ、、ICQ和和UCEQ的值  失真情况由波形判断，应根据输入失真情况由波形判断，应根据输入波形来分析波形来分析  对于对于NPN型三极管组成的放大器，型三极管组成的放大器，若是在输入电压波形的正半周失真，则若是在输入电压波形的正半周失真，则为饱和失真；若是在输入电压波形的负为饱和失真；若是在输入电压波形的负半周失真，则为截止失真半周失真，则为截止失真   如图如图6.18所示，放大电路输出电压所示，放大电路输出电压的负半周失真，由于共射电路的倒相作的负半周失真，由于共射电路的倒相作用也就是输入波形的正半周时产生了失用也就是输入波形的正半周时产生了失真，为饱和失真。

真，为饱和失真图图6.18 放大电路产生饱和失真放大电路产生饱和失真  拓展与延伸拓展与延伸    Ai、、AP和增益和增益G  衡量放大电路的指标不仅仅是电压衡量放大电路的指标不仅仅是电压放大倍数放大倍数Au，还有电流放大倍数，还有电流放大倍数Ai，功，功率放大倍数率放大倍数AP  有时放大倍数有时放大倍数Au、、Ai和和AP的数值很的数值很大，不便于运算，采用增益来表示放大大，不便于运算，采用增益来表示放大器的放大能力，可方便地解决问题器的放大能力，可方便地解决问题 （（1）电流放大倍数）电流放大倍数Ai：是放大器输出电流：是放大器输出电流有效值有效值Io与输入电流有效值与输入电流有效值Ii的比值，即的比值，即 （（2）功率放大倍数）功率放大倍数AP：是放大器输出功：是放大器输出功率率Po与输入功率与输入功率Pi的比值，即的比值，即由于由于Po = UoIo，，Pi = UiIi，故，故 （（3）增益）增益G：放大倍数采用对数表示称为：放大倍数采用对数表示称为增益增益G，其单位一般取分贝（，其单位一般取分贝（dB）  在电信工程中，对应在电信工程中，对应3种放大倍数的种放大倍数的增益分别为增益分别为功率增益功率增益GP = 10lgAP (dB)电压增益电压增益Gu = 20lgAu (dB)电流增益电流增益Gi = 20lgAi (dB)  例如，电压放大倍数例如，电压放大倍数Au = 100，则，则Gu = 20lg100 = 40(dB)。

  另外，采用增益可将乘、除法运算另外，采用增益可将乘、除法运算简化为简单的加、减法运算简化为简单的加、减法运算6.3 6.3 认识负反馈放大电路认识负反馈放大电路6.3.1  连接负反馈放大电路，认识连接负反馈放大电路，认识反馈概念反馈概念图图6.19 电压串联负反馈实验电路图电压串联负反馈实验电路图反馈的类型及其判别法反馈的类型及其判别法1．反馈．反馈   反馈是指从放大电路的输出端把输反馈是指从放大电路的输出端把输出信号的一部分或全部通过一定的方式出信号的一部分或全部通过一定的方式送回到放大电路输入端的过程，如图送回到放大电路输入端的过程，如图6.20所示图图6.20 反馈放大器的组成反馈放大器的组成2．反馈的类型．反馈的类型  反馈主要分为反馈主要分为3大类 （（1）正反馈和负反馈凡反馈信号起到）正反馈和负反馈凡反馈信号起到增强输入信号作用的叫做正反馈，凡反增强输入信号作用的叫做正反馈，凡反馈信号起到削弱输入信号作用的称为负馈信号起到削弱输入信号作用的称为负反馈判别正反馈、负反馈的方法是瞬反馈判别正反馈、负反馈的方法是瞬时极性法，即先假设某一瞬时，输入信时极性法，即先假设某一瞬时，输入信号极性为号极性为“+”，经过一系列反馈再到输，经过一系列反馈再到输入端，若为入端，若为“+”，则加强输入信号，为，则加强输入信号，为正反馈，反之为负反馈。

正反馈，反之为负反馈 （（2）电压反馈和电流反馈在放大电路的）电压反馈和电流反馈在放大电路的输出端，凡反馈信号取自输出电压并与输输出端，凡反馈信号取自输出电压并与输出电压成正比的是电压反馈，凡反馈信号出电压成正比的是电压反馈，凡反馈信号取自输出电流并与输出电流成正比的是电取自输出电流并与输出电流成正比的是电流反馈判别电压反馈、电流反馈的方法流反馈判别电压反馈、电流反馈的方法是把放大电路的输出端短路，反馈信号因是把放大电路的输出端短路，反馈信号因而消失的为电压反馈，不消失的为电流反而消失的为电压反馈，不消失的为电流反馈，如图馈，如图6.21所示图图6.21 电压反馈和电流反馈框图电压反馈和电流反馈框图 （（3）串联反馈和并联反馈在放大电路的）串联反馈和并联反馈在放大电路的输入端，串联反馈是指反馈信号输入端，串联反馈是指反馈信号uf与输入与输入信号信号ui串联相加（减）后，作为放大电路串联相加（减）后，作为放大电路的净输入电压信号的净输入电压信号    ；并联反馈是指反馈；并联反馈是指反馈电流电流if与输入电流与输入电流ii并联相加（减）后，作并联相加（减）后，作为放大电路的净输入电流信号为放大电路的净输入电流信号    。

判别串判别串联反馈、并联反馈的方法是把放大电路的联反馈、并联反馈的方法是把放大电路的输入端短路，反馈信号被短路掉的为并联输入端短路，反馈信号被短路掉的为并联反馈，反馈信号没有被短路掉的为串联反反馈，反馈信号没有被短路掉的为串联反馈，如图馈，如图6.22所示（（a）串联反馈）串联反馈                            （（b）并联反馈）并联反馈图图6.22  串联反馈和并联反馈框图串联反馈和并联反馈框图 6.3.2  验证负反馈对放大电路性能验证负反馈对放大电路性能的影响的影响  低频小信号放大器正常工作时，低频小信号放大器正常工作时，ICQ一般为一般为1～～3mA，，UCEQ为几伏的电压为几伏的电压  接入负反馈后，电压放大倍数要降接入负反馈后，电压放大倍数要降低负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响（（1）放大倍数将下降，但稳定性得到提高放大倍数将下降，但稳定性得到提高2）改善了输出波形，减小了非线性失真改善了输出波形，减小了非线性失真 （（3）展宽了通频带放大电路对各种频）展宽了通频带放大电路对各种频率的信号放大能力并非相同，在其性能率的信号放大能力并非相同，在其性能不降低的情况下，有一个频率的范围，不降低的情况下，有一个频率的范围，称为通频带。

引入负反馈后，放大电路称为通频带引入负反馈后，放大电路通频带加宽通频带加宽  另外，负反馈还可以稳定放大器的另外，负反馈还可以稳定放大器的静态工作点和改变放大电路的输入、输静态工作点和改变放大电路的输入、输出电阻电路的稳压过程电路的稳压过程   当环境温度升高时，引起当环境温度升高时，引起ICQ增大，增大，由于由于IEQ≈ICQ，所以，所以IEQ也增大，导致发射也增大，导致发射极电位极电位UEQ = IEQRE上升，而基极电位不上升，而基极电位不变，使变，使UBEQ减小，减小，IBQ也减小，从而遏制也减小，从而遏制了集电极电流了集电极电流ICQ的增加稳压过程用符的增加稳压过程用符号式表示如下：号式表示如下：T（温度）（温度）↑→ICQ↑→IEQ↑→UEQ↑→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓6.3.3  连接射极输出器并分析其性能连接射极输出器并分析其性能  前面所讲的放大电路是从集电极输前面所讲的放大电路是从集电极输出，为共射极接法出，为共射极接法  而射极输出器是从发射极输出，为而射极输出器是从发射极输出，为共集电极接法共集电极接法  射极输出器是一个很重要的放大电射极输出器是一个很重要的放大电路，应用非常广泛。

路，应用非常广泛射极输出器的电路结构和反馈类型射极输出器的电路结构和反馈类型  如图如图6.25（（a）所示电路中，三极管）所示电路中，三极管的集电极直接接直流电源，输出信号的集电极直接接直流电源，输出信号uo由发射极电阻由发射极电阻RE两端引出两端引出  射极输出器的直流通路和交流通路射极输出器的直流通路和交流通路如图如图6.25（（b）、（）、（c）所示  交流信号的输入电路与输出电路是交流信号的输入电路与输出电路是以集电极为公共端，故称之为共集电极以集电极为公共端，故称之为共集电极放大电路放大电路图图6.25  共集电极放大电路共集电极放大电路   射极输出器是一个电压串联负反馈射极输出器是一个电压串联负反馈放大电路放大电路  其反馈信号其反馈信号uf就是就是uo，是把输出电压，是把输出电压的全部反馈叠加至放大电路的输入端的全部反馈叠加至放大电路的输入端射极输出器的性能分析射极输出器的性能分析1．静态分析．静态分析  在图在图6.25（（b）所示的直流通路中，）所示的直流通路中，基极回路列出如下方程：基极回路列出如下方程：VCC = IBQRB + UBEQ + IEQRE             = IBQRB + UBEQ + (1 + β)IBQRE整理后得整理后得而而ICQ = βIBQUCEQ = VCC ICQRE  故射极输出器的静态工作点由以上故射极输出器的静态工作点由以上公式给出。

公式给出2．动态分析．动态分析 （（1）电压放大倍数）电压放大倍数Au：：因为因为              ui = ube + uo    （（ube很小）很小）所以所以                ui≈uo故故 （但略小于（但略小于1）  上式表明上式表明uo与与ui同相位，且大小近似相同相位，且大小近似相等 （（2）输入电阻）输入电阻ri：：ri是从交流通路的输入是从交流通路的输入端看进去的电阻，经推导为端看进去的电阻，经推导为ri = [rbe + (1 + β)     ]∥∥RB≈(1 + β)      ∥∥RB  其中，其中，      = RE∥∥RL；；ri约等于数十约等于数十到数百千欧，比共射放大电路的输入电到数百千欧，比共射放大电路的输入电阻（约为阻（约为1kΩ）大得多 （（3）输出电阻）输出电阻ro：：ro是从交流通路的输出是从交流通路的输出端看进去的电阻，经推导为端看进去的电阻，经推导为  ro约为十几欧到几十欧，比共射放大约为十几欧到几十欧，比共射放大电路的输出电阻（约几千欧）小得多电路的输出电阻（约几千欧）小得多   射极输出器的特性归纳为：电压放射极输出器的特性归纳为：电压放大倍数略小于大倍数略小于1，电压跟随性好，输入阻，电压跟随性好，输入阻抗高、输出阻抗低，而且具有一定的电抗高、输出阻抗低，而且具有一定的电流放大能力和功率放大能力。

流放大能力和功率放大能力射极输出器的用途射极输出器的用途  在多级放大器中，射极输出器可作在多级放大器中，射极输出器可作为输入级，以减轻信号源的负担；也可为输入级，以减轻信号源的负担；也可作为输出级，提高带负载的能力；还可作为输出级，提高带负载的能力；还可以作为放大器的中间隔离级，减小后级以作为放大器的中间隔离级，减小后级对前级电路的影响；另外，还可以用作对前级电路的影响；另外，还可以用作阻抗变换器阻抗变换器  拓展与延伸拓展与延伸    反馈的另一种判别法反馈的另一种判别法   判别反馈除了用判别反馈除了用“短路法短路法”以外，以外，还可以用还可以用“两点法两点法”，这种方法主要用，这种方法主要用来判别电压、电流反馈和并联、串联反来判别电压、电流反馈和并联、串联反馈  三极管的三极管的3个电极中个电极中b、、e均可作为信均可作为信号输入端，号输入端，c、、e均可作为输出端均可作为输出端  如果输出信号如果输出信号uo、反馈信号、反馈信号uf是从是从c、、e极中同一点（如极中同一点（如c极）取出，则反馈为电压极）取出，则反馈为电压反馈；从两点取出（如反馈；从两点取出（如uo从从c极取，极取，uf从从e极极取），则为电流反馈。

取），则为电流反馈  同样，输入信号同样，输入信号ui、反馈信号、反馈信号uf从三极从三极管管b、、e极中同一点（如极中同一点（如b极）加入，则反馈极）加入，则反馈为并联反馈；从两点加入（如为并联反馈；从两点加入（如ui从从b极加入，极加入，uf从从e极加入），则为串联反馈（见图极加入），则为串联反馈（见图6.27）电压反馈：电压反馈：D—c2，，C—c2或或D—e2，，C—e2 电流反馈：电流反馈：D—c2，，C—e2或或D—e2，，C—c2并联反馈：并联反馈：A—b1，，B—b1或或A—e1，，B—e1串联反馈：串联反馈：A—b1，，B—e1或或A—e1，，B—b1图图6.27 两点法判别反馈类型两点法判别反馈类型  为了便于大家记忆和掌握，特编写为了便于大家记忆和掌握，特编写了如下口诀了如下口诀一点出为压，两点出为流一点出为压，两点出为流一点入为并，两点入为串一点入为并，两点入为串并入阻小，串入阻大并入阻小，串入阻大压出阻小，流出阻大压出阻小，流出阻大压稳压，流稳流压稳压，流稳流  即并联反馈使输入电阻减小，串联即并联反馈使输入电阻减小，串联反馈使输入电阻增大，电压反馈使输出反馈使输入电阻增大，电压反馈使输出电阻减小，电流反馈使输出电阻增大，电阻减小，电流反馈使输出电阻增大，电压反馈稳定输出电压，电流反馈稳定电压反馈稳定输出电压，电流反馈稳定输出电流。

输出电流注意注意  上述口诀只适用于负反馈情况上述口诀只适用于负反馈情况6.4 6.4 认识集成运算放大电路认识集成运算放大电路  在工业自动化控制中，经常遇到一类在工业自动化控制中，经常遇到一类变化极其缓慢（即变化频率接近于零）或变化极其缓慢（即变化频率接近于零）或者是极性固定的直流信号，这类信号的放者是极性固定的直流信号，这类信号的放大不能采用阻容耦合放大电路大不能采用阻容耦合放大电路  为此，人们采用集成电路技术，制造为此，人们采用集成电路技术，制造出一种能放大直流信号的放大电路出一种能放大直流信号的放大电路—集成集成运算放大电路（简称集成运放）运算放大电路（简称集成运放）6.4.1  了解集成运算放大电路的外部特性了解集成运算放大电路的外部特性集成运放的主要参数集成运放的主要参数 （（1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Auo：指无外加反：指无外加反馈时，集成运放本身的差模放大倍数，馈时，集成运放本身的差模放大倍数，它体现运放器件的放大能力，一般为它体现运放器件的放大能力，一般为104～～107 （（2）开环输入电阻）开环输入电阻ri：指差模输入时，运放：指差模输入时，运放无外加反馈时的输入电阻，一般在几十千欧无外加反馈时的输入电阻，一般在几十千欧至几十兆欧范围，至几十兆欧范围，ri大的运放性能好。

大的运放性能好 （（3）开环输出电阻）开环输出电阻ro：指运放无外加反馈回：指运放无外加反馈回路时的输出电阻，一般为路时的输出电阻，一般为20～～200Ω，，ro小的小的运放带负载能力强运放带负载能力强 （（4）开环频带宽度）开环频带宽度BW：反映无反馈时，：反映无反馈时，运放有效地放大信号的频率范围，一般运放有效地放大信号的频率范围，一般在几千赫至几百千赫在几千赫至几百千赫  集成运放的主要理想特性集成运放的主要理想特性  根据集成运算放大电路参数的主要根据集成运算放大电路参数的主要特点，常常将它理想化为一个放大器模特点，常常将它理想化为一个放大器模型，其具有以下理想特性型，其具有以下理想特性1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Auo为无穷大为无穷大2）开环输入电阻）开环输入电阻ri为无穷大为无穷大3）开环输出电阻）开环输出电阻ro为为04）开环频带宽度）开环频带宽度BW为无穷大为无穷大  理想集成运放的两个重要推论（见理想集成运放的两个重要推论（见图图6.30） （（1）虚断：指运算放大电路的两个输入）虚断：指运算放大电路的两个输入端上的电流等于零，即端上的电流等于零，即I+ = I  = 0（好像（好像运放两输入端在内部是断开的），这是运放两输入端在内部是断开的），这是由于运放的输入电阻由于运放的输入电阻ri        所致。

所致2）虚短：指运放的两个输入端的电压为）虚短：指运放的两个输入端的电压为零，即零，即uA = uB推导如下：推导如下：因为因为                         所以所以               uB uA                                  0故故                    uA = uB   由此可见，两个输入端之间与短路由此可见，两个输入端之间与短路相似6.4.2  加法器电路的组装与测试加法器电路的组装与测试  在反相输入比例运算放大电路的反在反相输入比例运算放大电路的反相输入端加多个输入信号，就构成了加相输入端加多个输入信号，就构成了加法比例运算放大电路（简称加法器），法比例运算放大电路（简称加法器），加法器在电子线路中应用相当广泛加法器在电子线路中应用相当广泛推导加法器电路的输出与输入的关系推导加法器电路的输出与输入的关系  在图在图6.33所示的加法器电路中，所示的加法器电路中，uI1、、uI2和和uI3是是3路输入信号，电阻路输入信号，电阻R4称为平衡电称为平衡电阻，其值为阻，其值为R4 = R1//R2//R3//Rf。

 图图6.33 加法运算电路加法运算电路因为因为ii + if = i1 + i2 + i3而而ii = 0    （虚断）（虚断）所以所以又因为虚地，即又因为虚地，即uA = uB = 0所以所以 故加法器的一般公式为故加法器的一般公式为当当R1 = R2 = R3 = Rf时，上式为时，上式为uo = − (ui1 + ui2 + ui3)  由此可见，电路输出正比于各输入由此可见，电路输出正比于各输入电压之和，故为加法器电压之和，故为加法器  由于制造原因，集成运算放大电路由于制造原因，集成运算放大电路在使用时，存在所谓的在使用时，存在所谓的“零点零点”问题，问题，即在其输入端不加信号时，输出端的信即在其输入端不加信号时，输出端的信号也不为零，因此集成运算放大电路使号也不为零，因此集成运算放大电路使用时需要调零用时需要调零  一般将其输入端对地短路，使其无一般将其输入端对地短路，使其无输入信号（即处于静态），调节电位器输入信号（即处于静态），调节电位器使输出电压为零使输出电压为零 6.4.3  减法器电路的组装与测试减法器电路的组装与测试  在集成运算放大电路的两个输入端在集成运算放大电路的两个输入端都加入信号，就构成了减法器电路，减都加入信号，就构成了减法器电路，减法器在电子线路中的应用也很广泛。

法器在电子线路中的应用也很广泛 推导减法器输出与输入的关系推导减法器输出与输入的关系   在图在图6.37所示的减法器电路中，所示的减法器电路中，ui1为反相输入端信号，为反相输入端信号，ui2为同相输入端信为同相输入端信号，在同相输入端和号，在同相输入端和“地地”之间接有电之间接有电阻阻R3 图图6.37 减法运算电路减法运算电路因为因为 i1 = if + ii而而 ii = 0    （虚断）（虚断）所以所以 即即在同相输入端，由于在同相输入端，由于ii = 0，故，故又因为虚短，即又因为虚短，即uA = uB 所以减法器的一般公式为所以减法器的一般公式为当当R1 = R2 = R3 = Rf时，上式为时，上式为uo = ui2 ui1  由此可见，电路输出正比于两端输由此可见，电路输出正比于两端输入电压之差，故为减法器入电压之差，故为减法器阅读材料阅读材料     EDA技术与技术与EWB电路仿真软电路仿真软件简介件简介  EDA是电子设计自动化（是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在）的缩写，在20世纪世纪90年代初从计算机辅助设计（年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算）、计算机辅助制造（机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试）、计算机辅助测试 （（CAT）和计算机辅助工程（）和计算机辅助工程（CAE）的概念）的概念发展而来。

发展而来图图6.40 运放电路运放电路  EDA技术就是以计算机为工具，设技术就是以计算机为工具，设计者在计者在EDA软件平台上，用硬件描述语软件平台上，用硬件描述语言（言（HDL）完成设计文件，然后由计算）完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作射、编程下载等工作  EDA技术的出现，极大地提高了电技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度者的劳动强度  利用利用EDA工具，电子设计师可以从概工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，将电子产品量工作可以通过计算机完成，将电子产品从电路设计、性能分析到设计出从电路设计、性能分析到设计出IC版图或版图或PCB版图的整个过程交由计算机自动处理版图的整个过程交由计算机自动处理完成  现在对现在对EDA的概念或范畴用得很宽，包的概念或范畴用得很宽，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。

的应用  目前目前EDA技术已在各大公司、企事业单技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用位和科研教学部门广泛使用  例如，在飞机制造过程中，从设计、性例如，在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及及EDA技术  常用的常用的EDA软件包括软件包括EWB、、PROTEL、、ORCAD等  EWB（（Electronics Workbench，中文，中文译为译为“电子工作台电子工作台”）是一种电子电路计算）是一种电子电路计算机仿真设计软件，于机仿真设计软件，于1988年开发成功年开发成功  目前国内外已有许多学校将软件仿真的目前国内外已有许多学校将软件仿真的内容纳入电子类课程的教学中，在微机上搭内容纳入电子类课程的教学中，在微机上搭接和测试各种不同的功能电路，与传统的测接和测试各种不同的功能电路，与传统的测量、调试手段相比，具有省时、省材、操作量、调试手段相比，具有省时、省材、操作方便等优点方便等优点  另外，经另外，经EWB进行分析和仿真完成的进行分析和仿真完成的电路，可以在其他印制板设计软件（如电路，可以在其他印制板设计软件（如PROTEL、、ORCAD等）的支持下，直接等）的支持下，直接排出印制电路板。