第 2章 放大电路基础第 2章 放大电路基础
2.1 基本放大电路的组成及工作原理
2.2 图解分析法
2.3 微变等效电路法
2.4 放大器的偏置电路与静态工作点稳定
2.5 共集电极和共基极电路
2.6 场效应管放大电路简介第 2章 放大电路基础
2.1 基本放大电路的组成及工作原理
2.1.1 放大电路的组成放大电路可由正弦波信号源 US,晶体三极管 V,输出负载 RL及电源偏置电路 (UBB,Rb,UCC,Rc)组成,如图 2.1所示 。 由于电路的输入端口和输出端口有四个头,
而三极管只有三个电极,必然有一个电极共用,因而就有共发射极 (简称共射极 ),共基极,共集电极三种组态的放大电路 。 图 2.1所示为最基本的共射极放大电路 。
第 2章 放大电路基础下面分析基本放大电路中各元件的作用 。
(1） 图中晶体三极管采用 NPN型硅管,具有电流放大作用,使 IC=βIB。
(2） 图中基极电阻 Rb又称偏流电阻,它和电源 UBB一起给基极提供一个合适的基极直流 IB,使晶体管能工作在特性曲线的线性部分 。
(3） 图中 R为集电极负载电阻 。 当晶体管的集电极电流受基极电流控制而发生变化时,流过负载电阻的电流会在集电极电阻 Rc上产生电压变化,从而引起 UCE的变化,
这个变化的电压就是输出电压 Uo,假设 Rc=0,则 UCE=UCC，
当 IC变化时,UCE无法变化,因而就没有交流电压传送给负载 RL。
第 2章 放大电路基础
(4） 图中耦合电容 C1,C2起到一个,隔直导交,
的作用,它把信号源与放大电路之间,放大电路与负载之间的直流隔开 。 在图 2.1所示电路中,C1左边,C2
右边只有交流而无直流,中间部分为交直流共存 。 耦合电容一般多采用电解电容器 。 在使用时,应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致,正极接高电位,负极接低电位 。
第 2章 放大电路基础
U
o
＋
－
－
＋
U
i
U
S
R
S R
b
C
1
R
c
＋
＋
U
BB
V
U
CC
＋
C
2
R
L
－
图 2.1 基本放大电路第 2章 放大电路基础
2.1.3
1.
在图 2.2所示电路中,当 Ui=0时,放大电路中没有交流成分,称为静态工作状态,这时耦合电容 C1,C2
视为开路,直流通路如图 2.3（ a） 所示 。 其中基极电流
IB,集电极电流 IC及集电极,发射极间电压 UCE只有直流成分,无交流输出,用 IBQ,ICQ,UCEQ表示 。 它们在三极管特性曲线上所确定的点称为静态工作点,用 Q表示,如图 2.3（ b） 所示 。
第 2章 放大电路基础
U
o
＋
－
U
i
U
S
R
S
R
b
C
1
R
c
＋
＋
V
＋
C
2
R
L
－
＋ U
CC
图 2.2 放大电路的习惯画法第 2章 放大电路基础
＋ U
CC
U
C E Q
R
c
R
b
b
c
e
U
B E Q
I
BQ
I
CQ
( a ) ( b )
Q
I
CQ
I
C
/ m A
U
C E Q
I
Q
O
O
U
C E
/ V
图 2.3 静态工作情况第 2章 放大电路基础
2,动态工作情况分析输入端加上正弦交流信号电压 Ui时,放大电路的工作状态为动态 。 这时电路中既有直流成分,亦有交流成分,
各极的电流和电压都是在静态值的基础上再叠加交流分量 。
如图 2.4所示 。
在分析电路时,一般用交流通路来研究交流量及放大电路的动态性能 。 所谓交流通路,就是交流电流流通的途径,
（ 1） 将原理图中的耦合电容 C1,C2视为短路 。
（ 2） 电源 UCC的内阻很小,对交流信号视为短路 。 图
2.2所示的交流通路如图 2.5所示 。
第 2章 放大电路基础
I
B
O
U
BE
U
BE
O
t
( a )
O
i
B
t
＝
t
I
B
i
b
t
O
O
＋
( b )
O
i
C
t
＝
t
I
C
I
c
t
O
O
＋
( c )
u
i
图 2.4 放大电路的各极间波形第 2章 放大电路基础
O
u
Rc
t
U
CC
( d )
O
u
CE
t
＝
t
t
O
O
＋
U
CE
u
ce
( e )
图 2.4 放大电路的各极间波形第 2章 放大电路基础
R
b
R
c
＋
V
R
L
－
U
o
.
U
i
.
图 2.5 放大电路的交流通路第 2章 放大电路基础
2.2
对一个放大电路的分析,不外乎两个方面：第一,
确定静态工作点,求解 IBQ,ICQ,UCEQ值；第二,计算放大电路在有信号输入时的放大倍数以及输入阻抗,输出阻抗等 。 常用的分析方法有两种：图解法和微变等效电路法 。 图解法适用分析大信号输入情况 。 而微变等效电路法适合微小信号的输入情况 。
图解法就是在三极管特性曲线上,用作图的方法来分析放大电路的工作情况,它能直观地反映放大器的工作原理 。
第 2章 放大电路基础
2.2.1
在分析静态值时,只需研究直流通路,图 2.6（ a）
所示放大电路的直流通路如图 2.6（ b） 所示 。 用图解法
1.
因为
c
CE
c
CC
c
CECC
C
cCCCCE
R
U
R
U
R
UU
I
RIUU
（ 2— 1）
第 2章 放大电路基础
( a )
U
o
U
i
R
b
C
1
R
c
＋
V
＋
C
2
R
L
U
CC
2 0? F
4 70 k? 6 k?
2 0? F
＋ 2 0 V
图 2.6
(a)放大电路； (b)直流通路； (c)静态工作点第 2章 放大电路基础
( b )
U
CC
U
CE
R
c
R
b
b
c
e
U
BE
I
C
I
B
图 2.6
(a)放大电路； (b)直流通路； (c)静态工作点第 2章 放大电路基础由于式 （ 2—1） 是一条直线型方程,当 UCC选定后,
这条直线就完全由直流负载电阻 Rc确定,所以把这条直线叫做直流负载线 。 直流负载线的作法是：找出两个特殊点 M（ 0,UCC） 和 N（ UCC/Rc,0）,将 M,N连接,如图 2.6(c)所示 。 其直流负载线的斜率为
cR
k 1t an
（ 2— 2）
第 2章 放大电路基础
( c )
Q
I
C
/ m A
0
U
C E
/ V
1
2
3
4
4 8 12 16 209
3,3
N
I
B
＝ 2 0? A
M
4 0? A
6 0? A
8 0? A
a
图 2.6
(a)放大电路； (b)直流通路； (c)静态工作点第 2章 放大电路基础
2,确定静态工作点利用 IBQ=（ UCC-UBEQ） /RB,求得 IBQ的近似值 （ 对于 UBEQ,硅管一般取 0.7V,锗管取 0.3V） 。 在输出特性曲线上,确定 IB=IBQ的一条曲线 。 该曲线与直线 MN
的交点 Q就是静态工作点 。 Q点所对应的静态值 ICQ、
IBQ和 UCEQ也就求出来了 。
第 2章 放大电路基础例 2.1 求图 2.6(a)所示电路的静态工作点 。
解 (1)
当 IC=0时,UCE=UCC=20V,即 M（ 0,20）
当 UCE=0时,IC=UCC/Rc=20V/6kΩ=3.3mA,
即 N（ 3.3,0）
将 M,N连接,此即直流负载线 。
（ 2） 求静态偏流
4004.0470 )7.020( mk VR UUI
b
B E QCC
BQ
第 2章 放大电路基础如图 2.6(c)所示,IBQ=40μA的输出特性曲线与直流负载线 MN 交于 Q （ 9,1.8 ）,即 静 态 值 为
IBQ=40μA,ICQ=1.8mA,
第 2章 放大电路基础
2.2.2
1.
放大电路的输入端有输入信号,输出端开路,这种电路称为空载放大电路,虽然电压和电流增加了交流成分,但输出回路仍与静态的直流通路完全一样 。
因为
cCCCCE RiUu （ 2— 3）
所以,可用直流负载线来分析空载时的电压放大倍数 。
设图 2.6(a)
iBE QBE
i
uUu
tVu
s in02.0则第 2章 放大电路基础由图 2.7（ a） 所示基极电流 iB
为 iB =IBQ+ii=40+20sinωtμA。
根据 iB 的变化情况,在图 2.7（ b） 中进行分析,可知工作点是在以 Q为中心的 Q1,Q2两点之间变化,ui的正半周在 QQ1段,负半周在 QQ2段 。 因此我们画出 iC和 uCE的变化曲线如图 2.7（ b） 所示,
Vttu
tVu
tmi
o
CE
C
)s i n (3.4s i n3.4
s i n3.49
s i n7.08.1
输出电压为第 2章 放大电路基础
60
40
20
0
60
40
20
0
I
BQ
i
b
/ A
u
B E
/? Vt
u
B E
/? V
t
U
C E Q
( a )
Q
1
Q
Q
2
i
B
/ A
0,4 0,8
0
图 2.7 空载图解分析法第 2章 放大电路基础
0
t
i
C
/? m A
I
cm
＝ 0,7 m A
i
c
/? m A
0
1
1,8
2
3
3,3
4
4 8 12 16 20
0
4,7 9 1 3,3
t
U
C E Q
U
cem
＝ 4,3 V
u
C E
/? V
u
C E
/? V
M
0
2 0? A
I
B
＝ 4 0? A
6 0? A
8 0? A
( b )
N
Q
1
Q
Q
2
图 2.7 空载图解分析法第 2章 放大电路基础所以电压放大倍数为
215
02.0
3.4
im
om
i
o
U
U
U
U
A
第 2章 放大电路基础
2,带负载的动态分析在图 2.6(a)所示电路中接上负载 RL,其交流通路如图 2.8所示 。 从输入端看 Rb与发射极并联从集电极看 Rc
和 RL并联 。 此时的交流负载为
R′L=Rc//RL,显然 R′L<Rc。 且在交流信号过零点时,其值在 Q点,所以交流负载线是一条通过 Q点的直线,其斜率为
LR
k 1t an?
(2— 4)
第 2章 放大电路基础
2.2.3
对一个放大电路而言,要求输出波形的失真尽可能地小 。 但是,如果静态值设置不当,即静态工作点位置不合适,将出现严重的非线性失真 。 在图 2.10中,
设正常情况下静态工作点位于 Q点,可以得到失真很小的 iC和 uCE波形 。 当调节 Rb,使静态工作点设置在 Q1点或 Q2点时,输出波形将产生严重失真 。
第 2章 放大电路基础饱和失真
i
c
i
C 1
i
C
i
C2
截止失真
4
B
3
2
1
0
Q
1 Q
Q
2
i
C
/ m A
8 0? A
6 0? A
I
B
＝ 4 0? A
2 0? A
A
5 10 15 20
U
C E S
o
U
CC
u
C E 1
u
CE
u
C E 2
u
C E
/ V
削底
（饱和失真）
削顶
（截止失真）
t
0
u
CE
t
图 2.10 静态工作点对输出波形失真的影响第 2章 放大电路基础
1.
静态工作点设置在 Q1点,这时虽然 iB正常,但 iC的正半周和 uCE的负半周出现失真 。 这种失真是由于 Q点过高,
使其动态工作进入饱和区而引起的失真,因而称作,饱和失真,。
2,截止失真当静态工作点设置在 Q2点时,iB严重失真,使 iC的负半周和 uCE的正半周进入截止区而造成失真,因此称作
,截止失真,。
作在特性曲线的非线性区所引起的,因而叫作非线性失真 。
适当调整电路参数使 Q点合适,可降低非线性失真程度 。
第 2章 放大电路基础
2.3 微变等效电路法三极管各极电压和电流的变化关系,在较大范围内是非线性的 。 如果三极管工作在小信号情况下,信号只是在静态工作点附近小范围变化,三极管特性可看成是近似线性的,可用一个线性电路来代替,这个线性电路就称为三极管的微变等效电路 。
第 2章 放大电路基础
2.3.1
1.
图２,１１ （ ａ ） 是三极管的输入特性曲线,是非线性的 。 如果输入信号很小,在静态工作点Ｑ附近的工作段可近似地认为是直线 。 在图 2.12中,当 uCE为常数时,从 b,e
B
BE
be I
Ur
低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：
)(
)(26)1(300
mI
mVr
E
be
式中,IE为射极静态电流。
第 2章 放大电路基础I
B
U
CE
I
B
O
Q
I
B
U
BE
U
BE
( a )
I
C
I
C
I
C
Q
O
U
CE
I
B
U
CE
I
C
I
B
( b )
U
CE
图 2.11
（ a）输入特性曲线 ;（ b）输出特性曲线第 2章 放大电路基础
2,输出端等效图２,１１ （ ｂ ） 是三极管的输出特性曲线族,若动态是在小范围内,特性曲线不但互相平行,间隔均匀,
且与 uＣＥ 轴线平行 。 当 uＣＥ 为常数时,从输出端 c,e极看,三极管就成了一个受控电流源,如图 2.12所示,则
BC II
由上述方法得到的晶体管微变等效电路如图
２,１２所示。
第 2章 放大电路基础
U
BE
U
CE
b c
e
r
be
I
B
I
C
I
B
r
ce
( b )
V
U
BE
e
b
I
B
I
C
U
CE
( a )
c
图２,
（ a） 晶体三极管 ;（ b） 晶体三极管的微变等效第 2章 放大电路基础
2.3.2 放大电路的微变等效电路通过放大电路的交流通路和三极管的微变等效,
可得出放大电路的微变等效电路,如图２,１３所示 。
第 2章 放大电路基础
R
b
R
c
＋
R
L
－
U
o
.
U
i
.
＋
－
I
i
.
I
b
.
I
c
.
( a )
图２,１３基本放大电路的交流通路及微变等效电路
（ a） 交流通路 ;（ b） 微变等效电路第 2章 放大电路基础
R
b
＋
－
( b )
r
o
r
be
c
R
c
－
＋
e
U
i
.
I
i
.
I
b
．
r
i
r
i
′ ＝ r
be
I
b
．
I
c
.
b
U
o
.
R
L
R
L
′
图２,１３基本放大电路的交流通路及微变等效电路
（ a） 交流通路 ;（ b） 微变等效电路第 2章 放大电路基础
2.3.3
静态值仍由直流通路确定，而动态指标可用微变等效电路求得。
1.电压放大倍数设在图２,１３ （ ｂ ） 中输入为正弦信号,
uA
beL
i
o
u
L
b
L
c
be
bi
rR
U
U
A
RIRIU
rIU
/
故第 2章 放大电路基础
2,输入电阻 ri
ri是指电路的动态输入电阻，由图 2.13（ b）中可看出
cLL
be
c
u
RRR
r
RA
//
当负载开路时式中
bebeb
i
i
i rrR
I
Ur
//
3,输出电阻 ro
ro 是由输出端向放大电路内部看到的动态电阻,
因 rce远大于 Rc，
ccceo RRrr //
第 2章 放大电路基础例２,3 在图２,１４ （ a） 所示电路中,β＝５０,
UBE＝０,７Ｖ,
(1)静态工作点参数 IBQ,ICQ,UCEQ,Uo
(2)计算动态指标 u,ri,ro的值 。
第 2章 放大电路基础
R
b
C
1
R
c
＋
3 D G 6
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
U
i
.
2 0? F
2 8 0 k? 3 k?
2 0? F
3 k?
U
o
.
( a )
( ＋ 1 2 v )
图２,１４ 用微变等效电路求动态指标
（ a）原理图 ; （ b）微变等效电路第 2章 放大电路基础
R
b
( b )
r
be
R
c
e
U
i
.
I
b
．
U
o
.
R
L
I
b
.
图２,１４ 用微变等效电路求动态指标
（ a）原理图 ; （ b）微变等效电路第 2章 放大电路基础解 (１ )求静态工作点参数
VRIUU
mII
m
R
U
I
cCQCCC E Q
BQCQ
b
CC
BQ
610310212
21004.050
4004.0
102 8 0
7.0127.0
33
3
3
画出微变等效电路如图２,1４（ b）所示。
k
m
mV
I
mV
r
E
be
96.09 6 3
)(2
)(2651
3 0 0
)(26)1(
3 0 0
第 2章 放大电路基础
(2) 计算动态指标
kRr
krrRr
k
k
r
R
A
co
bebebi
be
L
u
3
96.0//
1.78
96.0
)3//3(50?
第 2章 放大电路基础
2.4 放大器的偏置电路与静态工作点稳定在放大器中偏置电路是必不可少的组成部分,在设置偏置电路中应考虑以下两个方面,
(1） 偏置电路能给放大器提供合适的静态工作点 。
(2） 温度及其它因素改变时,能使静态工作点稳定 。
第 2章 放大电路基础
2.4.1
图 2.15所示电路为固定偏置电路，设置的静态工作点参数为
cCQCCC E Q
C B OBQCQ
b
CC
b
EECC
BQ
RIUU
III
R
U
R
UU
I
)1(
当 UCC和 Rb一定时,UB基本固定不变,故称固定偏置电路 。 但是在这种电路中,由于晶体管参数 β,ICBO
等随温度而变,而 ICQ又与这些参数有关,因此当温度发生变化时,导致 ICQ的变化,使静态工作点不稳定,
如图 2.16所示 。
第 2章 放大电路基础
U
CC
R
b
R
c
V
＋
－
U
BE
图 2.15 固定偏置电路第 2章 放大电路基础
0
1
2
3
4
5
4 8 12 U
C E
/ V
I
C
/ m A
( 8 0)
( 6 0)
1 00
80
( 4 0)
60
40 ( 2 0)
20
( 0 )
( 虚线 ) 4 0 ℃
( 实线 ) 1 0 ℃
M ′
Q ′
N ′
0
图 2.16 温度对静态工作点的影响第 2章 放大电路基础
2.4.2 分压式偏置电路前面分析的固定偏置电路在温度升高时,三极管特性曲线膨胀上移,Q点升高,使静态工作点不稳定 。 为了稳定静态工作点,我们采用了分压偏置电路,如图
2.17所示 。
为了使静态工作点稳定,必须使 UB基本不变,温
T↑→ICQ↑（ IEQ↑） →UE↑→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓。 反之亦然 。
由上述分析可知,分压式偏置电路稳定静态工作点的实质是固定 UB不变,通过 ICQ（ IEQ） 变化,引起 UE的改变,
使 UBE改变,从而抑制 ICQ（ IEQ） 改变 。 所以在实现上述第 2章 放大电路基础
（ 1） 只有 I1>>IBQ才能使 UBQ=UCC× Rb2/（ Rb1+Rb2）
基本不变 。 一般取
BQ
BQ
II
II
)20~10(
)10~5(
1
1
（硅管）
（锗管）
（ 2） 当 UB太大时必然导致 UE太大,使 UCE减小,
从而减小了放大电路的动态工作范围 。 因此,UB不能选取太大 。 一般取
VU
VU
B
B
)3~1(
)5~3(
（硅管）
第 2章 放大电路基础
1,静态分析作静态分析时,先画出直流通路如图 2.18（ a） 所示 。 根据 UB=UCCRb2/（ Rb1+Rb2）,
)()3(
/)2(
/)()1(
21
2
ecCQCCEQcCQCCC E Q
CQBQ
e
CC
bb
b
eB E QBEQCQ
RRIUIRIUU
II
R
U
RR
R
RUUII
第 2章 放大电路基础
( a )
R
b1
R
c
U
CC
V
R
b2
R
e
＋
－
U
BQ
I
BQ
I
EQ
＋
－
U
EQ
I
1
I
CQ
图 2.18分压式偏置电路的分析电路
（ a）直流通路 ;（ b）微变等效电路 ;（ c）微变等效电路（ C-e开路）
第 2章 放大电路基础图 2.18分压式偏置电路的分析电路
（ a）直流通路 ;（ b）微变等效电路 ;（ c）微变等效电路（ C-e开路）
R
b2
( b )
r
be
R
c
e
U
i
.
I
b
．
U
o
.
R
L
b
I
i
.
R
b1
I
b
.
I
c
.
c
e
第 2章 放大电路基础图 2.18分压式偏置电路的分析电路
（ a）直流通路 ;（ b）微变等效电路 ;（ c）微变等效电路（ C-e开路）
R
b2
( c )
r
be
R
c
e
U
i
.
I
b
．
U
o
.
R
L
b
I
i
.
R
b1
I
b
,I
c
.
R
e
r ′
I
e
.
b
b ′
c
第 2章 放大电路基础
2.5 共集电极和共基极电路
2.5.1
共集电极放大电路如图 2.19（ a） 所示,它是从基极输入信号,从发射极输出信号 。 从它的交流通路图
2.19（ b） 可看出,输入,输出共用集电极,所以称为共集电极电路 。
第 2章 放大电路基础
R
e
U
CC
R
b
＋
－
U
S
b
R
e
C
1
＋
＋
V
＋
C
2
R
L
－
＋ U
CC
＋
－
U
i
.
e
c
R
b
.
U
o
( a )
R
S
I
CQ
U
CE
I
EQ
U
BE
I
BQ
( b )
图 2.19
(a)共集电极放大电路 ; (b)直流通路第 2章 放大电路基础
＋
－
U
S
b
R
e
V
＋
－
U
i
.
e
c
( c )
R
b
R
L
＋
－
U
o
.
R
S
R
b
( d )
r
be
e
I
b
．
U
o
.
b
I
c
.
R
e
I
e
.
R
L
U
S
U
i
.
R
S
c
图 2.19
(c)交流通路 ; (d)微变等效电路第 2章 放大电路基础共集电极电路分析,
1)
由图 2.19（ b）的直流通路可得出：
eEQCCC E Q
CQ
BQ
b
e
BEQCC
EQCQ
eEQBEQbBQCC
RIUU
I
I
R
R
UU
II
RIURIU
1
即得第 2章 放大电路基础
2)
（ 1）电压放大倍数可由图 2.19（ d）所示的微变等效电路得出。
因为
LbebLebebi
LeL
LbLo
RIrIRIrIU
RRR
RIRIU
)1(
//
)1(
所以
1
)1(
)1(
)1(
)1(
Lbe
L
Lbbeb
Lb
i
o
Rr
R
RIrI
RI
U
U
A
第 2章 放大电路基础由于式中的 （ 1+β） R′L>>rbe,因而 略小于 1,又由于输出,输入同相位,输出跟随输入,且从发射极输出,故又称射极输出器或射极跟随器,简称射随器 。
（ 2） 输入电阻 ri可由微变等效电路得出,由
ri=Rb//［ rbe+（ 1+β） R′L］ 可见,共集电极电路的输入电阻很高,可达几十千欧到几百千欧 。
（ 3） 输出电阻 ro可由图 2.20的等效电路来求得 。 将信号源短路,保留其内阻,在输出端去掉 RL,加一交流电压,产生电流,
uA
oU
oI
第 2章 放大电路基础
R
b
r
be
e
I
b
．
U
o
.
b
R
e
I
b
.
R
S
I
e
.
I
o
.
c
图 2.20 计算 ro等效电路第 2章 放大电路基础
bSbe
o
bSbee
bSbee
bSbee
o
o
o
bSbe
o
b
e
o
bSbe
o
bSbe
o
bbbo
RRr
r
RRrR
RRrR
RRrR
I
U
r
RRr
U
I
R
U
RRr
U
RRr
U
IIII
//
)]//([)1(
)]//([)1(
)]//([
//
////
)1(
式中所以通常故第 2章 放大电路基础由上式可见,射极输出器的输出电阻很小,若把它等效成一个电压源,则具有恒压输出特性 。
3）
虽然射极输出器的电压放大倍数略小于 1,但输出电流 是基极电流的 （ 1+β） 倍 。 它不但具有电流放大和功率放大的作用,而且具有输入电阻高,输出电阻低的特点 。
由于射极输出器输入电阻高,向信号源汲取的电流小,对信号源影响也小,因而一般用它作输入级 。
又由于它的输出电阻小,负载能力强,当放大器接入的负载变化时,可保持输出电压稳定,适用于多级 。
eI
第 2章 放大电路基础同时它还可作为中间隔离级 。 在多级共射极放大电路耦合中,往往存在着前级输出电阻大,后级输入电阻小而造成的耦合中的信号损失,使得放大倍数下降 。
利用射极输出器输入电阻大,输出电阻小的特点,可与输入电阻小的共射极电路配合,将其接入两级共射极放大电路之间,在隔离前后级的同时,起到阻抗匹配的作用 。
第 2章 放大电路基础
2.5.2
1.
在图 2.21所示的共基极放大电路中,如果忽略 IBQ
对 Rb1,Rb2分压电路中电流的分流作用,
)(
1
)(
21
2
21
2
ceCQCCC E Q
EQ
BQ
ebb
bCC
e
B E QB
e
E
EQCQ
bb
bCC
B
RRIUU
I
I
RRR
RU
R
UU
R
U
II
RR
RU
U
第 2章 放大电路基础
＋
R
e
R
b2
C
2
C
b
C
1
＋
R
e
U
CC
R
L
R
S
U
S
－
－
＋
R
b1
－
U
i
.
e
V
c
U
o
.
( a )
b
图 2.21
（ a）共基极放大电路 ;（ b）交流通路 ;（ c）微变等效电路第 2章 放大电路基础图 2.21
（ a）共基极放大电路 ;（ b）交流通路 ;（ c）微变等效电路
I
e
.
I
c
.
( b )
＋
R
e
R
c
R
L
R
S
U
S
－
－
U
i
.
V
c
U
o
.
＋ e
b
I
b
.
－
＋
第 2章 放大电路基础图 2.21
（ a）共基极放大电路 ;（ b）交流通路 ;（ c）微变等效电路
R
e
＋
－
( c )
r
o
r
be
c
R
c
＋
e
r
i
r
i
′
I
b
．
I
c
.
b
U
o
.
R
L
U
S
R
S
U
i
.
＋
－
I
b
.
I
o
.
r
o
′
－
第 2章 放大电路基础
2,动态分析
（ 1）放大倍数。利用图 2.21（ c）的微变等效电路，
可得式中
be
L
i
o
u
be
ci
LcL
L
b
L
co
r
R
U
U
A
rIU
RRR
RIRIU
//
第 2章 放大电路基础共基极放大电路的电压放大倍数在数值上与共射极电路相同,但共基极放大电路的输入与输出是同相位的 。
（ 2）输入电阻。当不考虑 Re的并联支路时，
eii
be
b
bbe
e
i
i
Rrr
r
I
Ir
I
U
r
//
1
)1(
当考虑 Re时，
第 2章 放大电路基础
（ 3） 输出电压 。 在图 2.21（ c） 的微变等效电路中,
电流源 开路,
ro≈Rc
3,共基极放大电路的特点及应用共基极放大电路的特点是输入电阻很小,电压放大倍数较高 。 这类电路主要用于高频电压放大电路 。
bI?
第 2章 放大电路基础
2.5.3 三种基本放大电路的比较三种基本放大电路的特点见表 2.1。
第 2章 放大电路基础表 2.1 三极管放大电路三种基本组态的比较共发射极电路 共集电极电路 共基极电路电路形式
Au
ri
ro
＋
－
C
1
R
c
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
U
i
,R
b2
R
e
C
e
－
U
o
.
＋
R
b1
＋
＋
R
o
r
i
＋
－
C
1
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
U
S
R
e
－
U
o
.
＋
R
b
＋
r
i
～
R
S
＋
－
U
i
.
b
r
o
c
C
b
R
c
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
R
b2
R
e
C
1
－
U
o
.
R
b1
＋
＋
R
i
R
o
＋
－
U
i
.
＋
be
L
r
R 1)1( )1(
Lbe
LRr R
be
L
r
R
bebb RRR //// 21
大）(
])1(//[ Lbeb RrR 小）)(1//(bee rR
cR
小）(
)1 ////( Sbbee RRrR cR
第 2章 放大电路基础应用一般放大，多级放大器的中间级输入级、输出级或阻抗变换、缓冲（隔离）级高频放大、宽频带放大震荡及恒流电源第 2章 放大电路基础
2.6 场效应管放大电路简介由于场效应管具有输入电阻高的特点,它适用于作为多级放大电路的输入级,尤其对高内阻的信号源,
采用场放管才能有效地放大 。
管比较,源极,漏极,栅极相当于发射极,集电极,
基极,即 S→e,D→c,G→b。 场效应管有共源极放大电路和源极输出器两种电路 。 下面就这两种电路进行静态和动态分析 。
第 2章 放大电路基础
2.6.1
场效应管是电压控制器件,它没有偏流,关键是建立适当的栅源偏压 UGS。
1,自偏压电路分析结型场效应管常用的自偏压电路如图 2.22所示。在漏极电源作用下
)(
0
SDDDDDS
SDSDSGGS
RRIUU
RIRIUUU
这种电路不宜用增强型 MOS管,因为静态时该电路不能使管子开启 （ 即 ID=0） 。
第 2章 放大电路基础
＋
－
C
1
R
D
＋
V
C
2
R
L
＋ U
DD
U
i
.
G
R
G
R
S
C
S
D
S
I
D
－
U
o
.
图 2.22 自偏压电路图第 2章 放大电路基础
2,分压式自偏压电路分压式偏置电路如图 2.23所示，其中 RG1和 RG2为分
SD
GG
GDD
SDGGS RIRR
RURIUU?
21
2
式中 UG为栅极电位,对 N沟道耗尽型管,
UGS＜ 0,所以,IDRS>UG；对 N沟道增强型管,UGS>0，
所以 IDRS<UG。
第 2章 放大电路基础
＋
－
C
1
R
D
＋
C
2
＋ U
DD
U
i
.
G
R
G2
R
S
C
S
D
S
I
D
－
U
o
.
R
G3
R
G1
图 2.23 分压式偏置电路第 2章 放大电路基础
2.6.2
1.
场效应管与晶体三极管等效电路对照图如图 2.24
所示,由于场效应管输入电阻 rgs很大,故输入端可看成开路 。
第 2章 放大电路基础
＋
－
＋
－
r
be
e
b c
( a )
U
be
.
I
c
.
I
b
.
I
b
．
U
ce
.
＋
－
＋
S
G
( b )
U
GS
.
U
DS
.
D
I
D
.
－
g
m U
GS
.
图 2.24
(a)三极管等效电路； (b)场效应管等效电路第 2章 放大电路基础
2.
场效应管放大电路的动态分析可采用图解法和微变等效电路分析法,其分析方法和步骤与晶体管放大电路相同,下面以图 2.23电路为例,用微变等效电路来进行分析 。
1） 接有电容 CS
图 2.23电路的微变等效电路如图 2.25（ a）所示。
第 2章 放大电路基础
( a )
R
D
U
i
.
U
o
.
R
L
G
I
i
.
R
G3
R
G1
R
G2
U
GS
U
GS
.
g
m
D
.
S
图 2.25 图 2.23
（ a） 接有 CS时的等效电路 （ b） CS开路时的等效电路第 2章 放大电路基础图 2.25 图 2.23
（ a） 接有 CS时的等效电路 （ b） CS开路时的等效电路
( b )
R
D
U
i
.
U
o
.
R
L
G
R
G3
R
G2
R
G1
U
GS
D
U
GS
.
g
m
R
S
S
.
第 2章 放大电路基础
Do
GS
m
GS
GGGG
i
i
Lm
i
o
u
GSi
LDL
L
GS
m
o
Rr
Ug
U
RRRR
I
U
r
Rg
U
U
A
UU
RRR
RUgU
开路）(0
0
)//(
/
3213
由图可知电压放大倍数输入电阻输出电阻，当 0iU 时，
所以第 2章 放大电路基础
2） 电容 CS
其等效电路如图 2.25(b)所示 。
由图可知
Do
GGGG
i
i
i
Sm
Lm
i
o
u
Sm
GS
S
GS
m
GSi
L
GS
m
o
Rr
RRRR
I
U
r
Rg
Rg
U
U
A
RgURUgUU
RUgU
3213
)//(
1
)1(
电压放大倍数输入电阻与输出电阻第 2章 放大电路基础例 2.6 在图 2.23所示电路中,已知 UDD=20V，
RD=10kΩ,RS=10kΩ,RG1=200kΩ,RG2=51kΩ,
RG3=1MΩ,RL=10kΩ,其场效应管参数为：
IDSS=0.9mA,UGS（ off） =-4V,gm=1.5mA/V。 试求该电路的静态参数和动态指标 Au,ri,ro。
解 （ 1） 求静态参数,
))/1(()
4
1(9.0
104
4
51200
5120
2
)(
2
21
2
of fGSGSD SSD
GS
D
DSDGGS
GG
GDD
G
UUII
U
I
IRIUU
V
RR
RU
U
第 2章 放大电路基础
V
RRIUU
VUmI
SDDDDDS
GSD
10)1010(5.020
)(
1,5.0
方程组联立求解
（ 2
kRr
MRr
RRgRgA
Do
Gi
LDmLmu
10
1
5.7
1010
1010
5.1)//(
3
2.1 基本放大电路的组成及工作原理
2.2 图解分析法
2.3 微变等效电路法
2.4 放大器的偏置电路与静态工作点稳定
2.5 共集电极和共基极电路
2.6 场效应管放大电路简介第 2章 放大电路基础
2.1 基本放大电路的组成及工作原理
2.1.1 放大电路的组成放大电路可由正弦波信号源 US,晶体三极管 V,输出负载 RL及电源偏置电路 (UBB,Rb,UCC,Rc)组成,如图 2.1所示 。 由于电路的输入端口和输出端口有四个头,
而三极管只有三个电极,必然有一个电极共用,因而就有共发射极 (简称共射极 ),共基极,共集电极三种组态的放大电路 。 图 2.1所示为最基本的共射极放大电路 。
第 2章 放大电路基础下面分析基本放大电路中各元件的作用 。
(1） 图中晶体三极管采用 NPN型硅管,具有电流放大作用,使 IC=βIB。
(2） 图中基极电阻 Rb又称偏流电阻,它和电源 UBB一起给基极提供一个合适的基极直流 IB,使晶体管能工作在特性曲线的线性部分 。
(3） 图中 R为集电极负载电阻 。 当晶体管的集电极电流受基极电流控制而发生变化时,流过负载电阻的电流会在集电极电阻 Rc上产生电压变化,从而引起 UCE的变化,
这个变化的电压就是输出电压 Uo,假设 Rc=0,则 UCE=UCC，
当 IC变化时,UCE无法变化,因而就没有交流电压传送给负载 RL。
第 2章 放大电路基础
(4） 图中耦合电容 C1,C2起到一个,隔直导交,
的作用,它把信号源与放大电路之间,放大电路与负载之间的直流隔开 。 在图 2.1所示电路中,C1左边,C2
右边只有交流而无直流,中间部分为交直流共存 。 耦合电容一般多采用电解电容器 。 在使用时,应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致,正极接高电位,负极接低电位 。
第 2章 放大电路基础
U
o
＋
－
－
＋
U
i
U
S
R
S R
b
C
1
R
c
＋
＋
U
BB
V
U
CC
＋
C
2
R
L
－
图 2.1 基本放大电路第 2章 放大电路基础
2.1.3
1.
在图 2.2所示电路中,当 Ui=0时,放大电路中没有交流成分,称为静态工作状态,这时耦合电容 C1,C2
视为开路,直流通路如图 2.3（ a） 所示 。 其中基极电流
IB,集电极电流 IC及集电极,发射极间电压 UCE只有直流成分,无交流输出,用 IBQ,ICQ,UCEQ表示 。 它们在三极管特性曲线上所确定的点称为静态工作点,用 Q表示,如图 2.3（ b） 所示 。
第 2章 放大电路基础
U
o
＋
－
U
i
U
S
R
S
R
b
C
1
R
c
＋
＋
V
＋
C
2
R
L
－
＋ U
CC
图 2.2 放大电路的习惯画法第 2章 放大电路基础
＋ U
CC
U
C E Q
R
c
R
b
b
c
e
U
B E Q
I
BQ
I
CQ
( a ) ( b )
Q
I
CQ
I
C
/ m A
U
C E Q
I
Q
O
O
U
C E
/ V
图 2.3 静态工作情况第 2章 放大电路基础
2,动态工作情况分析输入端加上正弦交流信号电压 Ui时,放大电路的工作状态为动态 。 这时电路中既有直流成分,亦有交流成分,
各极的电流和电压都是在静态值的基础上再叠加交流分量 。
如图 2.4所示 。
在分析电路时,一般用交流通路来研究交流量及放大电路的动态性能 。 所谓交流通路,就是交流电流流通的途径,
（ 1） 将原理图中的耦合电容 C1,C2视为短路 。
（ 2） 电源 UCC的内阻很小,对交流信号视为短路 。 图
2.2所示的交流通路如图 2.5所示 。
第 2章 放大电路基础
I
B
O
U
BE
U
BE
O
t
( a )
O
i
B
t
＝
t
I
B
i
b
t
O
O
＋
( b )
O
i
C
t
＝
t
I
C
I
c
t
O
O
＋
( c )
u
i
图 2.4 放大电路的各极间波形第 2章 放大电路基础
O
u
Rc
t
U
CC
( d )
O
u
CE
t
＝
t
t
O
O
＋
U
CE
u
ce
( e )
图 2.4 放大电路的各极间波形第 2章 放大电路基础
R
b
R
c
＋
V
R
L
－
U
o
.
U
i
.
图 2.5 放大电路的交流通路第 2章 放大电路基础
2.2
对一个放大电路的分析,不外乎两个方面：第一,
确定静态工作点,求解 IBQ,ICQ,UCEQ值；第二,计算放大电路在有信号输入时的放大倍数以及输入阻抗,输出阻抗等 。 常用的分析方法有两种：图解法和微变等效电路法 。 图解法适用分析大信号输入情况 。 而微变等效电路法适合微小信号的输入情况 。
图解法就是在三极管特性曲线上,用作图的方法来分析放大电路的工作情况,它能直观地反映放大器的工作原理 。
第 2章 放大电路基础
2.2.1
在分析静态值时,只需研究直流通路,图 2.6（ a）
所示放大电路的直流通路如图 2.6（ b） 所示 。 用图解法
1.
因为
c
CE
c
CC
c
CECC
C
cCCCCE
R
U
R
U
R
UU
I
RIUU
（ 2— 1）
第 2章 放大电路基础
( a )
U
o
U
i
R
b
C
1
R
c
＋
V
＋
C
2
R
L
U
CC
2 0? F
4 70 k? 6 k?
2 0? F
＋ 2 0 V
图 2.6
(a)放大电路； (b)直流通路； (c)静态工作点第 2章 放大电路基础
( b )
U
CC
U
CE
R
c
R
b
b
c
e
U
BE
I
C
I
B
图 2.6
(a)放大电路； (b)直流通路； (c)静态工作点第 2章 放大电路基础由于式 （ 2—1） 是一条直线型方程,当 UCC选定后,
这条直线就完全由直流负载电阻 Rc确定,所以把这条直线叫做直流负载线 。 直流负载线的作法是：找出两个特殊点 M（ 0,UCC） 和 N（ UCC/Rc,0）,将 M,N连接,如图 2.6(c)所示 。 其直流负载线的斜率为
cR
k 1t an
（ 2— 2）
第 2章 放大电路基础
( c )
Q
I
C
/ m A
0
U
C E
/ V
1
2
3
4
4 8 12 16 209
3,3
N
I
B
＝ 2 0? A
M
4 0? A
6 0? A
8 0? A
a
图 2.6
(a)放大电路； (b)直流通路； (c)静态工作点第 2章 放大电路基础
2,确定静态工作点利用 IBQ=（ UCC-UBEQ） /RB,求得 IBQ的近似值 （ 对于 UBEQ,硅管一般取 0.7V,锗管取 0.3V） 。 在输出特性曲线上,确定 IB=IBQ的一条曲线 。 该曲线与直线 MN
的交点 Q就是静态工作点 。 Q点所对应的静态值 ICQ、
IBQ和 UCEQ也就求出来了 。
第 2章 放大电路基础例 2.1 求图 2.6(a)所示电路的静态工作点 。
解 (1)
当 IC=0时,UCE=UCC=20V,即 M（ 0,20）
当 UCE=0时,IC=UCC/Rc=20V/6kΩ=3.3mA,
即 N（ 3.3,0）
将 M,N连接,此即直流负载线 。
（ 2） 求静态偏流
4004.0470 )7.020( mk VR UUI
b
B E QCC
BQ
第 2章 放大电路基础如图 2.6(c)所示,IBQ=40μA的输出特性曲线与直流负载线 MN 交于 Q （ 9,1.8 ）,即 静 态 值 为
IBQ=40μA,ICQ=1.8mA,
第 2章 放大电路基础
2.2.2
1.
放大电路的输入端有输入信号,输出端开路,这种电路称为空载放大电路,虽然电压和电流增加了交流成分,但输出回路仍与静态的直流通路完全一样 。
因为
cCCCCE RiUu （ 2— 3）
所以,可用直流负载线来分析空载时的电压放大倍数 。
设图 2.6(a)
iBE QBE
i
uUu
tVu
s in02.0则第 2章 放大电路基础由图 2.7（ a） 所示基极电流 iB
为 iB =IBQ+ii=40+20sinωtμA。
根据 iB 的变化情况,在图 2.7（ b） 中进行分析,可知工作点是在以 Q为中心的 Q1,Q2两点之间变化,ui的正半周在 QQ1段,负半周在 QQ2段 。 因此我们画出 iC和 uCE的变化曲线如图 2.7（ b） 所示,
Vttu
tVu
tmi
o
CE
C
)s i n (3.4s i n3.4
s i n3.49
s i n7.08.1
输出电压为第 2章 放大电路基础
60
40
20
0
60
40
20
0
I
BQ
i
b
/ A
u
B E
/? Vt
u
B E
/? V
t
U
C E Q
( a )
Q
1
Q
Q
2
i
B
/ A
0,4 0,8
0
图 2.7 空载图解分析法第 2章 放大电路基础
0
t
i
C
/? m A
I
cm
＝ 0,7 m A
i
c
/? m A
0
1
1,8
2
3
3,3
4
4 8 12 16 20
0
4,7 9 1 3,3
t
U
C E Q
U
cem
＝ 4,3 V
u
C E
/? V
u
C E
/? V
M
0
2 0? A
I
B
＝ 4 0? A
6 0? A
8 0? A
( b )
N
Q
1
Q
Q
2
图 2.7 空载图解分析法第 2章 放大电路基础所以电压放大倍数为
215
02.0
3.4
im
om
i
o
U
U
U
U
A
第 2章 放大电路基础
2,带负载的动态分析在图 2.6(a)所示电路中接上负载 RL,其交流通路如图 2.8所示 。 从输入端看 Rb与发射极并联从集电极看 Rc
和 RL并联 。 此时的交流负载为
R′L=Rc//RL,显然 R′L<Rc。 且在交流信号过零点时,其值在 Q点,所以交流负载线是一条通过 Q点的直线,其斜率为
LR
k 1t an?
(2— 4)
第 2章 放大电路基础
2.2.3
对一个放大电路而言,要求输出波形的失真尽可能地小 。 但是,如果静态值设置不当,即静态工作点位置不合适,将出现严重的非线性失真 。 在图 2.10中,
设正常情况下静态工作点位于 Q点,可以得到失真很小的 iC和 uCE波形 。 当调节 Rb,使静态工作点设置在 Q1点或 Q2点时,输出波形将产生严重失真 。
第 2章 放大电路基础饱和失真
i
c
i
C 1
i
C
i
C2
截止失真
4
B
3
2
1
0
Q
1 Q
Q
2
i
C
/ m A
8 0? A
6 0? A
I
B
＝ 4 0? A
2 0? A
A
5 10 15 20
U
C E S
o
U
CC
u
C E 1
u
CE
u
C E 2
u
C E
/ V
削底
（饱和失真）
削顶
（截止失真）
t
0
u
CE
t
图 2.10 静态工作点对输出波形失真的影响第 2章 放大电路基础
1.
静态工作点设置在 Q1点,这时虽然 iB正常,但 iC的正半周和 uCE的负半周出现失真 。 这种失真是由于 Q点过高,
使其动态工作进入饱和区而引起的失真,因而称作,饱和失真,。
2,截止失真当静态工作点设置在 Q2点时,iB严重失真,使 iC的负半周和 uCE的正半周进入截止区而造成失真,因此称作
,截止失真,。
作在特性曲线的非线性区所引起的,因而叫作非线性失真 。
适当调整电路参数使 Q点合适,可降低非线性失真程度 。
第 2章 放大电路基础
2.3 微变等效电路法三极管各极电压和电流的变化关系,在较大范围内是非线性的 。 如果三极管工作在小信号情况下,信号只是在静态工作点附近小范围变化,三极管特性可看成是近似线性的,可用一个线性电路来代替,这个线性电路就称为三极管的微变等效电路 。
第 2章 放大电路基础
2.3.1
1.
图２,１１ （ ａ ） 是三极管的输入特性曲线,是非线性的 。 如果输入信号很小,在静态工作点Ｑ附近的工作段可近似地认为是直线 。 在图 2.12中,当 uCE为常数时,从 b,e
B
BE
be I
Ur
低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：
)(
)(26)1(300
mI
mVr
E
be
式中,IE为射极静态电流。
第 2章 放大电路基础I
B
U
CE
I
B
O
Q
I
B
U
BE
U
BE
( a )
I
C
I
C
I
C
Q
O
U
CE
I
B
U
CE
I
C
I
B
( b )
U
CE
图 2.11
（ a）输入特性曲线 ;（ b）输出特性曲线第 2章 放大电路基础
2,输出端等效图２,１１ （ ｂ ） 是三极管的输出特性曲线族,若动态是在小范围内,特性曲线不但互相平行,间隔均匀,
且与 uＣＥ 轴线平行 。 当 uＣＥ 为常数时,从输出端 c,e极看,三极管就成了一个受控电流源,如图 2.12所示,则
BC II
由上述方法得到的晶体管微变等效电路如图
２,１２所示。
第 2章 放大电路基础
U
BE
U
CE
b c
e
r
be
I
B
I
C
I
B
r
ce
( b )
V
U
BE
e
b
I
B
I
C
U
CE
( a )
c
图２,
（ a） 晶体三极管 ;（ b） 晶体三极管的微变等效第 2章 放大电路基础
2.3.2 放大电路的微变等效电路通过放大电路的交流通路和三极管的微变等效,
可得出放大电路的微变等效电路,如图２,１３所示 。
第 2章 放大电路基础
R
b
R
c
＋
R
L
－
U
o
.
U
i
.
＋
－
I
i
.
I
b
.
I
c
.
( a )
图２,１３基本放大电路的交流通路及微变等效电路
（ a） 交流通路 ;（ b） 微变等效电路第 2章 放大电路基础
R
b
＋
－
( b )
r
o
r
be
c
R
c
－
＋
e
U
i
.
I
i
.
I
b
．
r
i
r
i
′ ＝ r
be
I
b
．
I
c
.
b
U
o
.
R
L
R
L
′
图２,１３基本放大电路的交流通路及微变等效电路
（ a） 交流通路 ;（ b） 微变等效电路第 2章 放大电路基础
2.3.3
静态值仍由直流通路确定，而动态指标可用微变等效电路求得。
1.电压放大倍数设在图２,１３ （ ｂ ） 中输入为正弦信号,
uA
beL
i
o
u
L
b
L
c
be
bi
rR
U
U
A
RIRIU
rIU
/
故第 2章 放大电路基础
2,输入电阻 ri
ri是指电路的动态输入电阻，由图 2.13（ b）中可看出
cLL
be
c
u
RRR
r
RA
//
当负载开路时式中
bebeb
i
i
i rrR
I
Ur
//
3,输出电阻 ro
ro 是由输出端向放大电路内部看到的动态电阻,
因 rce远大于 Rc，
ccceo RRrr //
第 2章 放大电路基础例２,3 在图２,１４ （ a） 所示电路中,β＝５０,
UBE＝０,７Ｖ,
(1)静态工作点参数 IBQ,ICQ,UCEQ,Uo
(2)计算动态指标 u,ri,ro的值 。
第 2章 放大电路基础
R
b
C
1
R
c
＋
3 D G 6
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
U
i
.
2 0? F
2 8 0 k? 3 k?
2 0? F
3 k?
U
o
.
( a )
( ＋ 1 2 v )
图２,１４ 用微变等效电路求动态指标
（ a）原理图 ; （ b）微变等效电路第 2章 放大电路基础
R
b
( b )
r
be
R
c
e
U
i
.
I
b
．
U
o
.
R
L
I
b
.
图２,１４ 用微变等效电路求动态指标
（ a）原理图 ; （ b）微变等效电路第 2章 放大电路基础解 (１ )求静态工作点参数
VRIUU
mII
m
R
U
I
cCQCCC E Q
BQCQ
b
CC
BQ
610310212
21004.050
4004.0
102 8 0
7.0127.0
33
3
3
画出微变等效电路如图２,1４（ b）所示。
k
m
mV
I
mV
r
E
be
96.09 6 3
)(2
)(2651
3 0 0
)(26)1(
3 0 0
第 2章 放大电路基础
(2) 计算动态指标
kRr
krrRr
k
k
r
R
A
co
bebebi
be
L
u
3
96.0//
1.78
96.0
)3//3(50?
第 2章 放大电路基础
2.4 放大器的偏置电路与静态工作点稳定在放大器中偏置电路是必不可少的组成部分,在设置偏置电路中应考虑以下两个方面,
(1） 偏置电路能给放大器提供合适的静态工作点 。
(2） 温度及其它因素改变时,能使静态工作点稳定 。
第 2章 放大电路基础
2.4.1
图 2.15所示电路为固定偏置电路，设置的静态工作点参数为
cCQCCC E Q
C B OBQCQ
b
CC
b
EECC
BQ
RIUU
III
R
U
R
UU
I
)1(
当 UCC和 Rb一定时,UB基本固定不变,故称固定偏置电路 。 但是在这种电路中,由于晶体管参数 β,ICBO
等随温度而变,而 ICQ又与这些参数有关,因此当温度发生变化时,导致 ICQ的变化,使静态工作点不稳定,
如图 2.16所示 。
第 2章 放大电路基础
U
CC
R
b
R
c
V
＋
－
U
BE
图 2.15 固定偏置电路第 2章 放大电路基础
0
1
2
3
4
5
4 8 12 U
C E
/ V
I
C
/ m A
( 8 0)
( 6 0)
1 00
80
( 4 0)
60
40 ( 2 0)
20
( 0 )
( 虚线 ) 4 0 ℃
( 实线 ) 1 0 ℃
M ′
Q ′
N ′
0
图 2.16 温度对静态工作点的影响第 2章 放大电路基础
2.4.2 分压式偏置电路前面分析的固定偏置电路在温度升高时,三极管特性曲线膨胀上移,Q点升高,使静态工作点不稳定 。 为了稳定静态工作点,我们采用了分压偏置电路,如图
2.17所示 。
为了使静态工作点稳定,必须使 UB基本不变,温
T↑→ICQ↑（ IEQ↑） →UE↑→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓。 反之亦然 。
由上述分析可知,分压式偏置电路稳定静态工作点的实质是固定 UB不变,通过 ICQ（ IEQ） 变化,引起 UE的改变,
使 UBE改变,从而抑制 ICQ（ IEQ） 改变 。 所以在实现上述第 2章 放大电路基础
（ 1） 只有 I1>>IBQ才能使 UBQ=UCC× Rb2/（ Rb1+Rb2）
基本不变 。 一般取
BQ
BQ
II
II
)20~10(
)10~5(
1
1
（硅管）
（锗管）
（ 2） 当 UB太大时必然导致 UE太大,使 UCE减小,
从而减小了放大电路的动态工作范围 。 因此,UB不能选取太大 。 一般取
VU
VU
B
B
)3~1(
)5~3(
（硅管）
第 2章 放大电路基础
1,静态分析作静态分析时,先画出直流通路如图 2.18（ a） 所示 。 根据 UB=UCCRb2/（ Rb1+Rb2）,
)()3(
/)2(
/)()1(
21
2
ecCQCCEQcCQCCC E Q
CQBQ
e
CC
bb
b
eB E QBEQCQ
RRIUIRIUU
II
R
U
RR
R
RUUII
第 2章 放大电路基础
( a )
R
b1
R
c
U
CC
V
R
b2
R
e
＋
－
U
BQ
I
BQ
I
EQ
＋
－
U
EQ
I
1
I
CQ
图 2.18分压式偏置电路的分析电路
（ a）直流通路 ;（ b）微变等效电路 ;（ c）微变等效电路（ C-e开路）
第 2章 放大电路基础图 2.18分压式偏置电路的分析电路
（ a）直流通路 ;（ b）微变等效电路 ;（ c）微变等效电路（ C-e开路）
R
b2
( b )
r
be
R
c
e
U
i
.
I
b
．
U
o
.
R
L
b
I
i
.
R
b1
I
b
.
I
c
.
c
e
第 2章 放大电路基础图 2.18分压式偏置电路的分析电路
（ a）直流通路 ;（ b）微变等效电路 ;（ c）微变等效电路（ C-e开路）
R
b2
( c )
r
be
R
c
e
U
i
.
I
b
．
U
o
.
R
L
b
I
i
.
R
b1
I
b
,I
c
.
R
e
r ′
I
e
.
b
b ′
c
第 2章 放大电路基础
2.5 共集电极和共基极电路
2.5.1
共集电极放大电路如图 2.19（ a） 所示,它是从基极输入信号,从发射极输出信号 。 从它的交流通路图
2.19（ b） 可看出,输入,输出共用集电极,所以称为共集电极电路 。
第 2章 放大电路基础
R
e
U
CC
R
b
＋
－
U
S
b
R
e
C
1
＋
＋
V
＋
C
2
R
L
－
＋ U
CC
＋
－
U
i
.
e
c
R
b
.
U
o
( a )
R
S
I
CQ
U
CE
I
EQ
U
BE
I
BQ
( b )
图 2.19
(a)共集电极放大电路 ; (b)直流通路第 2章 放大电路基础
＋
－
U
S
b
R
e
V
＋
－
U
i
.
e
c
( c )
R
b
R
L
＋
－
U
o
.
R
S
R
b
( d )
r
be
e
I
b
．
U
o
.
b
I
c
.
R
e
I
e
.
R
L
U
S
U
i
.
R
S
c
图 2.19
(c)交流通路 ; (d)微变等效电路第 2章 放大电路基础共集电极电路分析,
1)
由图 2.19（ b）的直流通路可得出：
eEQCCC E Q
CQ
BQ
b
e
BEQCC
EQCQ
eEQBEQbBQCC
RIUU
I
I
R
R
UU
II
RIURIU
1
即得第 2章 放大电路基础
2)
（ 1）电压放大倍数可由图 2.19（ d）所示的微变等效电路得出。
因为
LbebLebebi
LeL
LbLo
RIrIRIrIU
RRR
RIRIU
)1(
//
)1(
所以
1
)1(
)1(
)1(
)1(
Lbe
L
Lbbeb
Lb
i
o
Rr
R
RIrI
RI
U
U
A
第 2章 放大电路基础由于式中的 （ 1+β） R′L>>rbe,因而 略小于 1,又由于输出,输入同相位,输出跟随输入,且从发射极输出,故又称射极输出器或射极跟随器,简称射随器 。
（ 2） 输入电阻 ri可由微变等效电路得出,由
ri=Rb//［ rbe+（ 1+β） R′L］ 可见,共集电极电路的输入电阻很高,可达几十千欧到几百千欧 。
（ 3） 输出电阻 ro可由图 2.20的等效电路来求得 。 将信号源短路,保留其内阻,在输出端去掉 RL,加一交流电压,产生电流,
uA
oU
oI
第 2章 放大电路基础
R
b
r
be
e
I
b
．
U
o
.
b
R
e
I
b
.
R
S
I
e
.
I
o
.
c
图 2.20 计算 ro等效电路第 2章 放大电路基础
bSbe
o
bSbee
bSbee
bSbee
o
o
o
bSbe
o
b
e
o
bSbe
o
bSbe
o
bbbo
RRr
r
RRrR
RRrR
RRrR
I
U
r
RRr
U
I
R
U
RRr
U
RRr
U
IIII
//
)]//([)1(
)]//([)1(
)]//([
//
////
)1(
式中所以通常故第 2章 放大电路基础由上式可见,射极输出器的输出电阻很小,若把它等效成一个电压源,则具有恒压输出特性 。
3）
虽然射极输出器的电压放大倍数略小于 1,但输出电流 是基极电流的 （ 1+β） 倍 。 它不但具有电流放大和功率放大的作用,而且具有输入电阻高,输出电阻低的特点 。
由于射极输出器输入电阻高,向信号源汲取的电流小,对信号源影响也小,因而一般用它作输入级 。
又由于它的输出电阻小,负载能力强,当放大器接入的负载变化时,可保持输出电压稳定,适用于多级 。
eI
第 2章 放大电路基础同时它还可作为中间隔离级 。 在多级共射极放大电路耦合中,往往存在着前级输出电阻大,后级输入电阻小而造成的耦合中的信号损失,使得放大倍数下降 。
利用射极输出器输入电阻大,输出电阻小的特点,可与输入电阻小的共射极电路配合,将其接入两级共射极放大电路之间,在隔离前后级的同时,起到阻抗匹配的作用 。
第 2章 放大电路基础
2.5.2
1.
在图 2.21所示的共基极放大电路中,如果忽略 IBQ
对 Rb1,Rb2分压电路中电流的分流作用,
)(
1
)(
21
2
21
2
ceCQCCC E Q
EQ
BQ
ebb
bCC
e
B E QB
e
E
EQCQ
bb
bCC
B
RRIUU
I
I
RRR
RU
R
UU
R
U
II
RR
RU
U
第 2章 放大电路基础
＋
R
e
R
b2
C
2
C
b
C
1
＋
R
e
U
CC
R
L
R
S
U
S
－
－
＋
R
b1
－
U
i
.
e
V
c
U
o
.
( a )
b
图 2.21
（ a）共基极放大电路 ;（ b）交流通路 ;（ c）微变等效电路第 2章 放大电路基础图 2.21
（ a）共基极放大电路 ;（ b）交流通路 ;（ c）微变等效电路
I
e
.
I
c
.
( b )
＋
R
e
R
c
R
L
R
S
U
S
－
－
U
i
.
V
c
U
o
.
＋ e
b
I
b
.
－
＋
第 2章 放大电路基础图 2.21
（ a）共基极放大电路 ;（ b）交流通路 ;（ c）微变等效电路
R
e
＋
－
( c )
r
o
r
be
c
R
c
＋
e
r
i
r
i
′
I
b
．
I
c
.
b
U
o
.
R
L
U
S
R
S
U
i
.
＋
－
I
b
.
I
o
.
r
o
′
－
第 2章 放大电路基础
2,动态分析
（ 1）放大倍数。利用图 2.21（ c）的微变等效电路，
可得式中
be
L
i
o
u
be
ci
LcL
L
b
L
co
r
R
U
U
A
rIU
RRR
RIRIU
//
第 2章 放大电路基础共基极放大电路的电压放大倍数在数值上与共射极电路相同,但共基极放大电路的输入与输出是同相位的 。
（ 2）输入电阻。当不考虑 Re的并联支路时，
eii
be
b
bbe
e
i
i
Rrr
r
I
Ir
I
U
r
//
1
)1(
当考虑 Re时，
第 2章 放大电路基础
（ 3） 输出电压 。 在图 2.21（ c） 的微变等效电路中,
电流源 开路,
ro≈Rc
3,共基极放大电路的特点及应用共基极放大电路的特点是输入电阻很小,电压放大倍数较高 。 这类电路主要用于高频电压放大电路 。
bI?
第 2章 放大电路基础
2.5.3 三种基本放大电路的比较三种基本放大电路的特点见表 2.1。
第 2章 放大电路基础表 2.1 三极管放大电路三种基本组态的比较共发射极电路 共集电极电路 共基极电路电路形式
Au
ri
ro
＋
－
C
1
R
c
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
U
i
,R
b2
R
e
C
e
－
U
o
.
＋
R
b1
＋
＋
R
o
r
i
＋
－
C
1
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
U
S
R
e
－
U
o
.
＋
R
b
＋
r
i
～
R
S
＋
－
U
i
.
b
r
o
c
C
b
R
c
＋
C
2
R
L
＋ U
CC
R
b2
R
e
C
1
－
U
o
.
R
b1
＋
＋
R
i
R
o
＋
－
U
i
.
＋
be
L
r
R 1)1( )1(
Lbe
LRr R
be
L
r
R
bebb RRR //// 21
大）(
])1(//[ Lbeb RrR 小）)(1//(bee rR
cR
小）(
)1 ////( Sbbee RRrR cR
第 2章 放大电路基础应用一般放大，多级放大器的中间级输入级、输出级或阻抗变换、缓冲（隔离）级高频放大、宽频带放大震荡及恒流电源第 2章 放大电路基础
2.6 场效应管放大电路简介由于场效应管具有输入电阻高的特点,它适用于作为多级放大电路的输入级,尤其对高内阻的信号源,
采用场放管才能有效地放大 。
管比较,源极,漏极,栅极相当于发射极,集电极,
基极,即 S→e,D→c,G→b。 场效应管有共源极放大电路和源极输出器两种电路 。 下面就这两种电路进行静态和动态分析 。
第 2章 放大电路基础
2.6.1
场效应管是电压控制器件,它没有偏流,关键是建立适当的栅源偏压 UGS。
1,自偏压电路分析结型场效应管常用的自偏压电路如图 2.22所示。在漏极电源作用下
)(
0
SDDDDDS
SDSDSGGS
RRIUU
RIRIUUU
这种电路不宜用增强型 MOS管,因为静态时该电路不能使管子开启 （ 即 ID=0） 。
第 2章 放大电路基础
＋
－
C
1
R
D
＋
V
C
2
R
L
＋ U
DD
U
i
.
G
R
G
R
S
C
S
D
S
I
D
－
U
o
.
图 2.22 自偏压电路图第 2章 放大电路基础
2,分压式自偏压电路分压式偏置电路如图 2.23所示，其中 RG1和 RG2为分
SD
GG
GDD
SDGGS RIRR
RURIUU?
21
2
式中 UG为栅极电位,对 N沟道耗尽型管,
UGS＜ 0,所以,IDRS>UG；对 N沟道增强型管,UGS>0，
所以 IDRS<UG。
第 2章 放大电路基础
＋
－
C
1
R
D
＋
C
2
＋ U
DD
U
i
.
G
R
G2
R
S
C
S
D
S
I
D
－
U
o
.
R
G3
R
G1
图 2.23 分压式偏置电路第 2章 放大电路基础
2.6.2
1.
场效应管与晶体三极管等效电路对照图如图 2.24
所示,由于场效应管输入电阻 rgs很大,故输入端可看成开路 。
第 2章 放大电路基础
＋
－
＋
－
r
be
e
b c
( a )
U
be
.
I
c
.
I
b
.
I
b
．
U
ce
.
＋
－
＋
S
G
( b )
U
GS
.
U
DS
.
D
I
D
.
－
g
m U
GS
.
图 2.24
(a)三极管等效电路； (b)场效应管等效电路第 2章 放大电路基础
2.
场效应管放大电路的动态分析可采用图解法和微变等效电路分析法,其分析方法和步骤与晶体管放大电路相同,下面以图 2.23电路为例,用微变等效电路来进行分析 。
1） 接有电容 CS
图 2.23电路的微变等效电路如图 2.25（ a）所示。
第 2章 放大电路基础
( a )
R
D
U
i
.
U
o
.
R
L
G
I
i
.
R
G3
R
G1
R
G2
U
GS
U
GS
.
g
m
D
.
S
图 2.25 图 2.23
（ a） 接有 CS时的等效电路 （ b） CS开路时的等效电路第 2章 放大电路基础图 2.25 图 2.23
（ a） 接有 CS时的等效电路 （ b） CS开路时的等效电路
( b )
R
D
U
i
.
U
o
.
R
L
G
R
G3
R
G2
R
G1
U
GS
D
U
GS
.
g
m
R
S
S
.
第 2章 放大电路基础
Do
GS
m
GS
GGGG
i
i
Lm
i
o
u
GSi
LDL
L
GS
m
o
Rr
Ug
U
RRRR
I
U
r
Rg
U
U
A
UU
RRR
RUgU
开路）(0
0
)//(
/
3213
由图可知电压放大倍数输入电阻输出电阻，当 0iU 时，
所以第 2章 放大电路基础
2） 电容 CS
其等效电路如图 2.25(b)所示 。
由图可知
Do
GGGG
i
i
i
Sm
Lm
i
o
u
Sm
GS
S
GS
m
GSi
L
GS
m
o
Rr
RRRR
I
U
r
Rg
Rg
U
U
A
RgURUgUU
RUgU
3213
)//(
1
)1(
电压放大倍数输入电阻与输出电阻第 2章 放大电路基础例 2.6 在图 2.23所示电路中,已知 UDD=20V，
RD=10kΩ,RS=10kΩ,RG1=200kΩ,RG2=51kΩ,
RG3=1MΩ,RL=10kΩ,其场效应管参数为：
IDSS=0.9mA,UGS（ off） =-4V,gm=1.5mA/V。 试求该电路的静态参数和动态指标 Au,ri,ro。
解 （ 1） 求静态参数,
))/1(()
4
1(9.0
104
4
51200
5120
2
)(
2
21
2
of fGSGSD SSD
GS
D
DSDGGS
GG
GDD
G
UUII
U
I
IRIUU
V
RR
RU
U
第 2章 放大电路基础
V
RRIUU
VUmI
SDDDDDS
GSD
10)1010(5.020
)(
1,5.0
方程组联立求解
（ 2
kRr
MRr
RRgRgA
Do
Gi
LDmLmu
10
1
5.7
1010
1010
5.1)//(
3
