Electrical and Electronic Technology 05 基本放大电路(6) LQP

电工电子技术

第5章 基本放大电路

主要内容 基本放大电路(分立元件组成) 共射极放大电路、共集电极电路 多级放大电路 差动放大电路、互补对称功率放大电路

教学要求 分析方法 静态分析 动态分析，微变等效电路分析法

放大电路放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大amplification成较大 的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。(电流、功率) 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：

ui t

uo ui Au uo

t以共射放大电路为例讲 解工作原理

共射极放大电路

三极管基本放大电路

共基极放大电路 共集电极放大电路

放大的实质: 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源 3 的能量转化成交流能量输出。

符号规定 uA小写字母、大写下标，表示全量。UA大写字母、大写下标，表示直流量或直流分量。

ua小写字母、小写下标，表示交流分量。全量 uA ua 交流分量

UA直流分量

t4

5.1.1 共射极放大电路的组成和工作原理 common-emitter amplification circuit单电源+信号源 iC

+EC

RC RB C1 iB +uit iB ui t

iC C2 +

t

uC u C uot

uo t

放大电路的本质：实现能量的控制，即能量转换。用能量比较小的输入信号来 控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变 5 化量，放大的前提是传输不失真。

一 共射极放大电路(双电源+信号源)集电极电源：为电路提供能量。 并保证集电结反偏。 集电极电阻：将变化的电流转 变为变化的电压。

+EC RC + T

放大元件：iC= iB,工作在 放大区，要保证集电结反 偏，发射结正偏。

C1 +输入

C2

ui

RB EB

uo输出

基极电源与基极电阻：使发射结 正偏，并提供适当的静态工作点。

参考点

耦合电解电容， 有极性：隔离 直流：使放大 电路与信号源 以及负载之间 的直流通路隔 离。耦合交流： 沟通放大电路 与信号源以及 负载之间的交 流通路。6

共射极放大电路改进： 采用单电源供电双电源+信号源 单电源+信号源

+ECRC C1 + RB EB + T 可以省去 ui C2 RB C1 +

+ECRC + T C2

ui

思考：电源为直流，信号源呢？ 7 电源和信号源共同激励下，各元件上的电压、电流是直流还是交流？

5.1.2 放大电路的分析方法放大 电路 分析 动态分析 静态分析 估算法 图解法

确定静态工作点 求IB、UBE、IC 、 UCE分析放大效果， 求动态指标Au、 ri、ro等

微变等效电路法图解法

静态与动态 静态：输入端未加输入信号时，放大电路的工作状态。 此时放大电路为直流电路。

动态：输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态。此时放大电路

为交、直流混合电路。 实际工作在动态情况下：注意分析电路中的各电量(电流、电压) 8 为直流电量、交流电量或交直流混合电量。

直流通路和交流通路(电容的作用)放大电路中各点电压或电流都是在静态直流上附加小的交流信号。 uCE uo iC uCE = UCC- iC R ≠ 0)时: 有输入信号(ui C 0)时 无输入信号(u = uce ic uBE iB ui O t ib ube O t IB IC UCE UBE O tO tO tO t

?

直流通路 UCC单独作用

除去交流源ui 、电 直流信号分量UBE 、IB、 IC、 UCE 容相当于开路。 静态分析可得

交流通路 ui单独作用交直流通路 UCC、ui作用

除去直流源UCC 、 交流信号分量ui、 ube 、 ib、ic、uce 、 电容相当于短路。 uo动态分析可得正常工作时的情况 交直流信号全量uBE 、 iB、iC、uCE9

例：共射极放大电路

+EC 单独作用RB C1RC + +EC C2 + T

直流通路，用于静态分析 +EC 除去交流信号源 电容开路 交流通路，用于动态分析 RB RC

ui

开路置零

开路

u i 单独作用RB C1 RC +

+EC 置零 除去直流源 C2 + 电容短路 ui T

RC RB

uoRL10

ui 短路

短路

一、放大电路的静态分析=确定静态工作点分析放大电路的直流通路静态工作点Q:由 (IBQ,UBEQ) 和 ( ICQ,UCEQ )确定。分别对应于输 入、输出特性曲线上的一个点。 设置Q点的目的： (1)使放大电路的放大信号不 失真； (2)使放大电路工作在较佳的 工作状态，静态是动态的基础。

由于+EC的存在IB 0 RB C1 ui=0 U BEQ + IBQ RC

+EC ICQ C2 + IC 0

T

UCEQIEQ=IBQ+ICQ

输入特性 IBQ

IB Q ICQ UBE UBEQ

ICQ

输出特性

UCEQ

UCE 11

+EC RB RC

1、估算法解：做出直流通路如图， 据此图进行静态估算法分析。

UBEIB

视三极管类型而定，本例 中，假设为硅管，则可取0.7V。

UBE 直流通路

EC 0.7 EC U BE IB RB RB

I C I B I CEOUCE=EC – ICRC根据求的 (IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ ), 可分别在输入、输出特性曲线上做出 12 静态工作点。

例1

用估算法计算静态工作点。

已知：UCC=12V,RC=4k ,RB=300k , =37.5。

+UCCRC IC

RB U CC - U BE U CC 12 解： I mA 0.04 mA B RB RB 300

IB

I C I B 37.5 0.04mA 1.5 mAU CE U CC I C RC 12 1.5 4V 6V注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同 例2 用估算法计算图示电路的静态工作点。

+ + TUCE UBE – –

+UCC

解：由KVL可得：

RBIB

RC+ + T UCE UBE – – IE

U CC I B RB U BE I E RE I B RB U BE (1 ) I B REU CC U BE IB RB (1 β ) RE由KVL可得： U CE

IC

IC β IB

U CC I C RC I E RE13

由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。

2、图解法 在输入输出特性上作图求静态工作点Q+EC RB RC IC UCE直流通路 Q由UCE 、 IC 、 IB 、

UBE唯一确定 UCE=EC – ICRC ,作直流负载线

EC IC RCQ

EC U BE IB RB直流负载线与 输出特性的交 点就是Q点， 但是交点有很 多个，到底是 哪个？

IBQ

IB

EC U BE IB RB

IB

QUBE EC输出特性

UCE14

输入特性

UBEQ

二、 放大电路的动态分析主要目的：研究放大电路的放大效果，找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为 设计打基础。 三个主要指标：电压放大倍数Au 、输入电阻 ri 、输出电阻ro

U o Au U i

U i ri I i

U o ro I o

输入为正弦交流信号时，三个主要指标可定义如下：

Au

Uo

Ao

U oc

Ui放大电路等效图

A us

Uo

ri

Ui Ii

ro

Uo

Ui

Us

Io

Ii

Io

对前级相当于负载 对后级相当于信号源

Rs

Us

+

ri

ro+

RL

Ui

Ao U i

Uo负载15

信号源

放大电路

1、微变等效电路分析法 incremental equivalent circuit analysis

思路：把交流通路中的三极管线性化，等效为一个线性元件。此 时，整个放大电路等效为一个线性电路。对其进行分析计算。

iiui

ibRB

icRC RL

ii uo ui RB

ib

ic

ibrbe

RL uo

RC交流通路 微变等效电路

微变等效电路法的条件：在小信号条件下，且三极管工作在放大区。 16

(1)三极管的微变等效电路从输入回路看

iB iB

当信号很小时，将输入特性在 小范围内近似线性。

u BE ube rbe iB ib

uBE uBE

对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。 对于小功率三极管：

26(mV ) rbe 200 ( ) (1 ) I E (mA )

rbe的量级从几 百欧到几千欧。

从输出回路看 iC I C ic ( I B ib ) I B ib 所以： i i c b iC近似平行 (1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。 (2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一 个大电阻rce。rce的含义 iC

uCE uCE

uCE uce rce iC ic

三极管的微变等效电路 c

ib

ic ib

ic ube rbe uce

ibb

rce

uce

ubeeib

brbe

ib

c

rce很大， 一般忽略。

微变等效电路

e

(2)、放大电路的微变等效电路(共射极放大电路) 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:

iiui

ibRB

icRC RL

ii uo ui RB

ib

ic

ibrbe

RL uo

RC交流通路 微变等效电路

分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。

Ii

Ibrbe

Ic Ib

1 电压放大倍数voltage amplification factor

RL RC

Ui Ib rbe U o I b R' L

Ui

RB

Uo

R' L R' R // R A u L C L rbe Ui Uo

负载电阻越小，放大倍数越小。

2 输入电阻的计算：对于为放大电路提供信号的信号源来说，放 大电路是负载，这个负载

的大小可以用输入电阻来表示。

ri

Ui R Ii

B

// rbe rbe

一般总是希望输入电阻大一些。20

3 输出电阻的计算：对于负载而言，放大电路相当于信号源，可

以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法： (1) 所有电源置零，然后计算电阻(对有受控源的电路不适用)。 (2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。

0

IiRB

Ibrbe

Ic Ib

0

所以：ro

Uo

RC

Io

Io一般总是希望输出电阻 小一些。

UoRC21

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cgs4.html