电工简明教程第三版10剖析.ppt

第 10 章 基本放大电路,10.1 共发射极放大电路的组成,10.2 共发射极放大电路的分析,10.3 静态工作点的稳定,10.4 射极输出器,*10.5 差分放大电路,10.6 互补对称放大电路,*10.7 场效晶体管及其放大电路,,高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社,10.1 共发射极放大电路的组成,电路中各元件的作用：,晶体管 T 晶体管是电流放大元件，在集电极电路获得放大了的电流 iC ，该电流受输入信号的控制集电极电源电压 UCC 电源电压 UCC 除为输出信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用集电极负载电阻 RC 将 iC 的变化变换为 uC 的变化，实现电压放大偏置电阻 RB 它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置耦合电容 C1 和 C2 a.起隔直作用； b.起交流耦合的作用，即对交流信号可视为短路10.2 共发射极放大电路的分析,10.2.1 静态分析,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态静态分析是要确定放大电路的静态值(直流值) IB ， IC ， UBE 和 UCE1) 用放大电路的直流通路确定静态值,可用右图所示的直流通路来计算静态值,硅管的 UBE 约为 0.6 V，比UCC 小得多，可以忽略不计。

[例 1] 在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 4 k， RB = 300 k， 试求放大电路的静态值[解],(2) 用图解法确定静态值,根据直线方程 UCE = UCC  RCIC,可得出： IC = 0 时， UCE = UCC,图解过程说明:,在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条(由 IB 确定)输出特性曲线的交点 Q 称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变 IB 的大小，可以得到合适的静态工作点， IB称为偏置电流，简称偏流通常是改变 RB 的阻值来调整 IB的大小0,IB = 0 µA,20µA,40 µA,,,,,,,60 µA,80 µA,,,,,1,2,3,,,,,,,,,2,4,6,8,10,12,,图解过程,IC / mA,UCE /V,[例 2] 在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 4 k， RB = 300 k，晶体管的输出特性曲线如上图1)作出直流负载线，(2)求静态值。

[解] (1) 由 IC = 0 时， UCE = UCC = 12 V，和 UCE = 0 时，,可作出直流负载线,(2)由,得出静态工作点 Q，静态值为,IB = 40 A IC = 1.5 mA UCE = 6 V,,,,,0,IB = 0 µA,20µA,40 µA,,,,,,,60 µA,80 µA,,,,,1,2,3,1.5,,,,,,,,,2,4,6,8,10,12,,M,,,求得静态值为：IB = 40 µA ，IC = 1.5 mA，UCE = 6 V,,IC / mA,UCE /V,,N,10.2.2 动态分析,放大电路有输入信号时的工作状态称为动态动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况确定放大电路的电压放大倍数 Au ；,输入电阻 ri ； 输入电阻 ro 动态分析的两种基本分析方法：,微变等效电路法和图解法1) 微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，,可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线，,晶体管就可以等效为一个线性元件这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路晶体管的微变等效电路,在晶体管的输入特性曲线上，将工作点 Q 附近的工作段近似地看成直线，当 UCE 为常数时，UBE 与 IB 之比,称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe 是一常数，由它确定 ube 和 ib 之间的关系。

因此，晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算,Rbe 是对交流而言的一个 动态 电阻动态,晶体管输出特性曲线是一组近似等距离的平行直线，当 UCE 为常数时，IC 与 IB 之比为 即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下， 是一常数，由它确定 ic 受 ib 的控制关系因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源 ic =  ib 等效代替UCE,晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行在小信号的条件下，rce 也是一常数，在等效电路中与  ib 并联，由于 rce的阻值很高，可以将其看成开路当 IB 为常数时， UCE 与 IC 之比,称为晶体管的输出电阻由以上分析可得出晶体管的简化微变等效电路放大电路的微变等效电路,对交流(动态)分量而言，电容、直流电源也可以认为是短路可画出放大电路的交流通路将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路交流通路,基本放大器的微变等效电路,当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示电压放大倍数的计算,,,,,,,,,rbe,E,B,C,,,,,,,,,,,RC,,RL,,RB,,,RS,,,,+ ,+ ,+ ,,由上图可列出,式中,故放大电路的电压放大倍数,当放大电路输出端开路(未接 RL )时,可见， 接入 RL，电压放大倍数降低。

[例 3] 在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k， RB = 300 k， 试求电压放大倍数 Au[解] 在例 10.2.1 中已求出,,,,所以,放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即,它是对交流信号而言的一个动态电阻如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻 Rs 和 ri 的分压，使实际加到放大电路的输入电压 ui 减小，从而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为,共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的注意： ri 与 rbe 意义不同不能混淆放大电路输出电阻的计算,放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电阻如果放大电路的输出电阻较大(相当于信号源的内阻较大)。

当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻小一些放大电路的输出电阻可在信号源短路 和输出端开路的条件下求得从基本放大电路的微变等效电路看，当 ，电流源相当于开路，故,RC 一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高2) 图解法,首先在输入特性上作图，由输入信号 ui 确定基极电流的变化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和uce 即(uo)由图解分析可得出：,交流信号的传输情况：,,,,0,,,,,,,uBE/V,,,Q1,Q,Q2,60,40,20,0,0,60,40,20,,0.58,0.6,0.62,,UBE,t,,,,t,iB / µA,在输入特性上作图,(ui ),uBE/V,iB / µA,IB,(ib),,,,,,,,,,,,,0,IB = 40 µA,20,60,80,,,,3,,,,Q,1. 5,,,,,,,6,12,N,0,M,,,,,,,,,t,0,0,,,,,,,,Q2,2.25,0.75,2.25,1.5,0.75,,IC,,,,,3,9,3,6,9,,,接负载后，Uom 减小，Au下降。

t,Q1,空载输出电压,,iC / mA,uCE/V,uCE/V,iC / mA,(ic),UCE,uo = uce,,,电压和电流都含有直流分量和交流分量，即,输入信号电压 ui 和输出电压 uo 相位相反失真现象,失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形原因： 静态工作点不合适： Q 点过低，截止失真； Q 点过高，饱和失真信号太大， 超出了特性曲线上的线性范围称为非线性失真高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社,10.3 静态工作点的稳定,由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值 IC 发生变化，从而影响静态工作点的稳定上一节所讨论的基本放大电路偏置电流,当 RB 一经选定后，IB 也就固定不变，称为固定偏置放大电路，它不能稳定 Q 点放大电路不仅要有合适的静态工作点 Q，而且要保持 Q 点的稳定为此，常采用分压式偏置放大电路由直流通路可列出,若使,则,基极电位,可认为 VB 与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为 RB1 和 RB2 的分压电路所固定若使 VB UBE,则,因此，只要满足 I2 IB 和 VB UBE 两个条件， VB 和 IE或 IC 就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。

对硅管而言，在估算时一般可取 I2 = (5 ~ 10) IB 和 VB = (5 ~ 10)UBE 这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起 IC 增大时，发射极电阻 RE 上的电压降增大，使 UBE 减小，从而使 IB 减小，以限制 IC 的增大，工作点得以稳定电容 CE 的作用是使交流旁路，防止 RE 上产生交流电压降降低电压放大倍数，CE 称为交流旁路电容[例 1] 在分压式偏置放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 2 k，RE = 2 k，RB1 = 20 k，RB2 = 10 k，RL= 6 k，晶体管的 1)试求静态值；(2)画出微变等效电路；(3)计算该电路的 Au， ri 和 ro [解](1),,,(2),(3),10.4 射极输出器,射极输出器是从发射极输出在接法上是一个共集电极电路10.4.1 静态分析,用直流通路确定静态值,,10.4.2 动态分析,由射极输出器的微变等效电路可得出,(1) 电压放大倍数,(2) 输入电阻,射极输出器的输入电阻很高3) 输出电阻,右图中将信号源短路，保留其内阻 RS ， RS 与 RB 并联后的等效电阻为 RS 。

在输出端将 RL 取去，外加一交流电压 ，产生电流 例如， = 40，rbe= 0.8 k，RS = 50 ， RB = 120 k，由此得,可见射极输出器的输出电阻是很低的射极输出器的主要特点是：电压放大倍数接近 1；输入电阻高；输出电阻低因此，它常被用作多级放大电路的输入级或输出级[例 1] 用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示已知：UCC = 12V，1 = 60，RB1 = 200 k，RE1= 2 k，RS = 100 后级的数据同例10.3.1，即 RC2 = 2 k， RE2 = 2 k，RB1 = 20 k，RB2 = 10 k， RL = 6 k， 2 = 37.5，试求：(1)前后级放大电路的静态值；(2)放大电路的输入电阻 ri 和输出电阻 ro ；(3)各级电压放大倍数 Au1，Au2 及两级电压放大倍数 Au[解] 由于电容有隔直作用，各级放大电路的静态值可以单独考虑同时耦合电容上的交流电压降可以忽略不计，使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端1) 前级静态值为,后级静态值同例 10.3.1，即,(2。