三极管基本放大电路上课讲义

三极管基本放大电路第2节三极管基本放大电路1.放大电路的基本知识放大电路也称放大器，收音机、电视机、扩音机都是放大电路的典型应用，下图所示为扩音机结构和外型示意图。首先话筒把声音信号转换为电信号，然后经扩音机内部的放大电路对其放大后，送给扬声器，最后扬声器又把被放大的电信号还原成了声音信号。【放大电路的概念】能把外界送入微弱的电信号不失真地放大至所需数值并送给负载的电路就称为放大电路。【放大电路的分类】按信号的大小分，可分为小信号放大器和大信号放大器；按信号的频率分，可分为直流放大器、低频放大器、中频放大器、视频放大器、高频放大器等；按放大器的构成形式分，可分为分立元件放大器和集成电路放大器；按用途分，可分为电压放大器、电流放大器和功率放大器。本章所学的是低频小信号放大器。【放大器的方框图】实际放大器的类型各种各样，但都可以用以下的框图来表示。放大器由信号源、放大电路、直流电源和负载四部分组成。其中信号源代表被放大的弱小电信号；负载代表实际用电设备(例如扬声器、显像管等)。（a）组成框图(b)内部结构2.基本共射放大电路特点1只有一个三极管作为放大元件2输入回路和输出回路的公共端是发射极（a）原理电路（b）实物图元件名称电路符号作用及说明三极管VT放大器的核心，实现电流放大作用直流偏置电源Vcc使发射结正偏，集电极反偏，保证三极管工作在放大状态基极偏置电阻Rb电源电压通过Rb给基极提供合适的偏置电流（Rb阻值一般为几十千欧至几百千欧）集电极负载电阻Rc（1）电源通过Rc给集电极供电（2）将集电极电流的放大转化为电压的放大输入耦合电容C1（1）隔直通交（2）一般选用电解电容，取值几微法到几十微法避免放大电路输入端与信号源之间相互影响输出耦合电容C2避免放大电路输出端与负载之间直流电的相互影响发射极单管放大电路各组成元件的作用电路中各电流、电压的符号规定电路中既包含输入信号所产生的交流量，又包含直流电源所产生的直流量。为了区分不同分量，通常做了以下规定分量类型符号规定直流分量大写字母+大写下标，如：IB、UBE交流分量小写字母+小写下标，如：ib、ube交直流叠加瞬时值小写字母+大写下标，如：iB、uBE交流有效值大写字母+小写下标，如：Ib、Ube放大电路原理图的画法1.直流通路和交流通路【直流通路】指静态时放大电路直流电流通过的路径。画直流通路原则：将电容视为开路。（a）单管共射放大电路（b）直流通路【交流通路】指输入交流信号时放大电路交流信号流通的路径。画交流通路的原则：直流电源、电容视作短路仍以共射放大电路为例，其交流通路如下图所示。共射放大电路的交流通路【例2-5】画出下面图放大电路的直流通路和交流通路。【解析】画直流通路的原则是交流信号视为零、电容视作开路，画交流通路的原则是直流电源电源、电容视作短路。画法如图所示(a)放大电路案例解析(b)直流通路(c)交流通路电路的工作原理（1）放大器的静态工作点静态是指放大器没有交流输入信号时放大电路的直流工作状态。动态是指放大器有交流信号输入时放大电路的工作状态。静态工作点是指在静态情况下，放大器输入端的电流IBQ和电压UBEQ及输出端的电流ICQ和电压UCEQ在三极管输入输出特性曲线族上所确定的点，用Ｑ表示。如下图所示:（2）设置合适静态工作点的必要性放大器只有当静态工作点在放大区时，三极管才能不失真地对信号进行放大。放大器的Ｑ点设置不合适，将导致放大输出的信号产生失真。例如，在音频放大中表现为声音失真，在电视扫描放大电路中将表现为图像比例失真。由Ｑ点设置不合适引起的失真主要有截止失真和饱和失真两类。一般来说，Ｑ点总是设在三极管输出特性曲线放大区的中央。Ｑ点过高或过低都将造成输出信号产生失真，可以通过调节电阻Rb来解决,如下表所示：Ｑ点位置输出波形波形特点失真情况解决办法（调节Rb）合适完整不失真不需要过低正半周失真（顶部被削去）截止失真减小Rb过高负半周失真（底部被削去）饱和失真增大Rb注意：当输入信号幅度过大时，即使设置了合适静态工作点Ｑ，输出波形仍然会产生失真。因此共发射极放大电路一般在小信号下工作。（3）放大器的工作原理在单管共射放大电路中，如下图所示，输入弱小的交流信号ui通过电容Cl的耦合送到三极管的基极和发射极，相当于基-射极间电压uBE发生了变化，于是引起iB、iC、uCE随之发生变化。uCE通过电容C２隔离了直流成分，输出的只是放大信号的交流成分uo，而且uo与ui反相。归纳：在单管共射放大电路中，输出信号电压与输入信号电压频率相同，相位相反，幅度被放大，所有这种电路除了有电压放大作用还有电压倒相作用。3.放大电路的偏置电路放大电路的偏置电路是为了稳定静态工作点。偏置电路不仅关系到放大电路对输入信号能否不失真地放大，还对放大电路的性能指标有重大影响。常用的偏置电路包括射极偏置电路、集电极-基极偏置电路、温度补偿偏置电路等。射极偏置电路在较宽的温度变化范围内都能稳定静态工作点，而且更换β值不同的三极管也具有稳定静态工作点的效果；集电极-基极偏置电路能够克服三极管的ICBO和UBE的温度特性对ICQ的影响，但不利于克服β变化对ICQ的影响；采用热敏电阻补偿，需通过实验来选配合适的RT值及特性，也可使静态工作点稳定；二极管补偿，可在一定程度上进一步提高静态工作点的稳定性。*4、放大电路三种组态的特点三极管在电路中的三种基本连接方式如下：（a）共射级接法(b)共基极接法(c)共集电极接法【共基极放大电路】输入信号是由三极管的发射极与基极两端输入的，再由三极管的集电极与基极两端获得输出信号因为基极是共同接地端，所以称为共基极放大电路。【共集电极放大电路】输入信号是由三极管的基极与集电极两端输入的，再由三极管的发射极与集电极两端获得输出信号。因为集电极是共同接地端，所以称为共集电极放大电路。三种组态放大电路的比较KKK指标共发射极电路共集电极电路共基极电路输入电阻较小（1左右）最大（几百）最小（几十）输出电阻较大（几十左右）最小（几十）最大（几百）电压放大倍数大（几十到几百）小（小于并接近于1）较大（几百）电流放大倍数大大小功率放大倍数大较小大uo与ui的相位关系反相同相同相用途应用最广，常用于多级放大电路输入级、中间级和输出级，低频放大输入级、输出级或阻抗匹配高频或宽带放大、振荡电路及恒流源电路特点具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，输入电阻和输出电阻值比较适中电压放大倍数接近于1而小于1，而且输入电阻很高、输出电阻很低具有很低输入电阻，易使输入信号严重衰减，且频宽很大，输出电阻高K2.静态工作点的近似计算静态时，放大电路中各处的电压、电流均为直流量。对直流通路作电路分析，求解输入、输出电路的电流、电压即放大电路的静态分析，从而确定出静态工作点Q。以单管共射放大电路为例，其直流通路如右下图所示。设电路参数VCC、Rb、RC和三极管放大倍数β已知，忽略三极管的UBEQ（硅管UBEQ≈0.7V，锗管UBEQ≈0.3V）,可以推导得：bCCRVbRUVIBEQCCBQICQ＝βIBQUCEQ＝VCC－ICQRC由上述公式求得的IB、IC和UCE值即是静态工作点Q。【例2-5】用估算法计算静态工作点。已知：VCC＝12V，RC=4k，Rb=300k，=37.5，忽略UBEQ。【解析】mAIIBQCQ5.1105.11045.3735VVRIVUCCQCCCEQ6104105.11233案例解析uARVIbCCBQ40104×103001253×第4节放大器静态工作点的稳定在前面学到，放大电路要想实现放大不失真，必须设置合理的静态工作点Q。在共发射极基本放大电路中，可以通过VCC、Rb、Rc等参数来确定静态工作点。但是由于这种电路的基极电流是基本固定的，当环境温度变化（或更换管子）引起管子参数变化时，会造成静态工作点不稳定，从而引起放大信号失真。由于温度的变化是影响静态工作点稳定的主要因素，下面我们就来讨论温度对静态工作点的影响。1.温度对静态工作点的影响实验表明，温度升高会造成三极管的特性参数的变化，主要会引起ICQ增大，造成静态工作点不稳定。温度对静态工作点的影响，如右下图所示。具体过程（1）温度升高，特性参数ICBO增大，使ICQ增大；（2）温度升高，特性参数值增大，即使IB不变，由于IC=βIB，则ICQ增大；（3）温度升高，特性参数UBEQ下降，由于，则ICQ增大。可见，共发射极基本放大电路受温度影响极易造成静态工作点不稳定，因此，在实际应用中很少采用。为了能自动稳定静态工作点，常采用分压式偏置放大电路和射极偏置放大电路。bRUVIBEQCCBQ2.分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路及实物图如下。其中，基极下偏置电阻Rb2可以使电源电压Vcc经Rb1与Rb2串联分压后为基极提供稳定电压UB，发射极电阻Re的作用是稳定静态电流IE（IC），发射极旁路电容Ce的作用是提供交流信号的通道，减少信号的损耗，使放大器放大能力不会因为Re而降低。(a)电路图(b)连线图稳定静态工作点的原理(1)温度升高，则引起ICQ增大，则IEQ流经Re产生的电压UEQ也随之增大；(2)而UEQ=UBQ-UBEQ，因为UBQ是电源电压Vcc经Rb1、Rb2串联分压后得到的稳定值，所以UBEQ将减小。此时，IBQ减小，ICQ也将减小。上述过程可表示为：所以，分压式偏置放大电路具有自动调整功能，当ICQ要增加时，电路不让其增加；当ICQ要减小时，电路不让其减小；从而迫使ICQ稳定。所以该电路具有稳定静态工作点的作用。【稳定条件】IRb2IBQ；UBUBEQ静态工作点的估算分压式偏置放大电路的直流通路如右下图，则有：CCb2b1b2BQVRRRURRRRVTVb1BEQCCEQCQcIIII12eUb2BQIUBQBQBEQBQCQEQeeUUUIIRRCQBQII)(ecCQCCCEQRRIVU*第5节多级放大器实际应用中，放大电路的输入信号通常很微弱（毫伏或微伏数量级），为了使放大后的信号能够驱动负载，仅仅通过单管放大电路进行信号放大，很难达到实际要求，常常需要采用多级放大电路。采用多级放大电路可有效地提高放大电路的各种性能，如提高电路的电压增益、电流增益、输入电阻、带负载能力等1.多级放大器的组成【定义】多级放大电路是指两个或两个以上的单级放大电路所组成的电路。【各级作用】通常称多级放大电路的第一级为输入级。对于输入级，一般采用输入阻抗较高的放大电路，以便从信号源获得较大的电压输入信号并对信号进行放大。中间级主要实现电压信号的放大，一般要用几级放大电路才能完成信号的放大。通常把多级放大电路的最后一级称为输出级，主要用于功率放大，以驱动负载工作。【多级放大电路的耦合方式】在多级放大电路中，各级放大电路输入和输出之间的连接方式称为耦合方式。常见的连接方式有三种：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。2.多级放大器的简单分析【电压放大倍数Au】多级放大电路的电压放大倍数等于各单级放大电路电压放大倍数的乘级。即:Au=Au1Au2Au3…Aun【输入电阻Ri】多级放大电路的输入电阻Ri等于从第一级放大电路的输入端所看到的等效输入电阻Ri1即：Ri=Ri1【输出电阻Ro】多级放大电路的输出电阻Ro等于从最后一级（末级）放大电路的输出端所看到的等效电阻Ron即：Ro=Ron多级放大电路的耦合方式多级放大电路中每个单管放大电路称为“级”，级与级之间的连接方式叫耦合。下表为三种常用耦合方式的比较。名称电路特点直接耦合（1）无耦合元器件（2）能够耦合直流和交流信号，低频特性好（3）直流放大器必须采用这种耦合电路（4）前级和后级放大器之间的直流电路相连，电路设计和故障维修难度增加阻容耦合（1）只用一只容量足够大的耦合电容，要求耦合电容对信号的容抗接近零。信号频率高时耦合电容容量可以小，反之电容容量大（2）低频特性不很好，不能用于直流放大器中（3）前级和后级放大器之间的直流电路被隔离，电路设计和故