第 15章 基本放大电路
15.1 共发射极放大电路的组成
15.2 放大电路的静态分析
15.4 静态工作点的稳定
15.6 射极输出器
15.5放大电路 的频率特性
15.7 差分放大电路
15.8 互补对称功率放大电路
15.3放大电路 的动态分析
本章要求:
1,理解单管交流放大电路的放大作用和工作原理。
2,掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等
效电路分析法。
3,掌握电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算
方法。
4,掌握射极输出器特点及应用。
5,了解放大电路的频率特性、差动放大电路的工作
原理和应用。
第 15章 基本放大电路
放大的概念,
放大的目的是将微弱的 变化信号 放大成较大的信号。
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
大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。
对放大电路的基本要求,
1,要有足够的放大倍数 (电压、电流、功率 )。
2,尽可能小的波形失真。
另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术
指标。
本章主要讨论电压放大电路,同时介绍功率放大
电路。
共发射极基本电路
EC
RS
es
RB
EB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
+
+


ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
§ 15.1 共发射极放大电路的组成
一,放大电路的组成
电路组成:
● 晶体管 T
● 基极电源 EB与基
极电阻 RB
● 集电极电源 EC
● 集电极电阻 RC
● 耦合电容 C1, C2
二、放大电路各元件作用
晶体管 T--放大元
件,iC=? iB。要保
证集电结反偏,发
射结正偏,使晶体
管工作在放大区 。
基极电源 EB与基极
电阻 RB--使发射结
处于正偏,并提供
大小适当的基极电
流。
共发射极基本电路
EC
RS
es
RB
EB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
+
+


ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
集电极电源 EC --为
电路提供能量。并
保证集电结反偏。
集电极电阻 RC--将
变化的电流转变为
变化的电压。
耦合电容 C1, C2
--隔离输入、输出
与放大电路直流的
联系,同时使信号
顺利输入、输出。



负载共发射极基本电路
EC
RS
es
RB
EB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
+
+


ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
单电源供电时常用的画法共发射极基本电路
+ EC
RS
es
RB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
EC
RS
es
RB
EB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
+
+


ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
三,共发射极基本电路
四,放大电路的工作特点
UBE IB IC UCE
1、无输入信号 (ui = 0)时,
uo = 0
uBE = UBE
uCE = UCE
+ EC
RB RC
C1
C2
T+
+
ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
uBE
tO
iB
tO
iC
tO
uCE
tO
IC
UCEO
IB
UBEO
结论:
无输入信号电压时,三极管各电极都是恒定的
电压和电流,IB,UBE和 IC,UCE 。
(IB,UBE) 和 (IC,UCE)分别对应于输入、输出特
性曲线上的一个点,称为 静态工作点 。
QIB
UBE
Q
UCE
IC
UBE IB
无输入信号 (ui = 0)时,

有输入信号 ≠ 时uCE = UCC- iC RC
uo ? 0
uBE = UBE+ ui
iB = IB+ ib
iC = IC+ ic
uCE = UCE+ uo
IC
+ EC
RB RC
C1
C2
T+
+
ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
uBE
tO
iB
tO
iC
tO
uCE
tO
ui
tO U
CE
uo
tO
2,有输入信号 (ui ≠ 0)时, 交直流信号共存
结论:
加上输入信号电压后,各电极电流和电压的大
小均发生了变化,都在直流量的基础上叠加了
一个交流量,但方向始终不变。
+
集电极电流
直流分量 交流分量
动态分析
iC
tO
iC
t
IC
O
iC
t
ic
O
静态分析
结论:
若参数选取得当,输出电压可比输入电压大,
即电路具有电压放大作用。
输出电压与输入电压在相位上相差 180°,
即共发射极电路具有反相作用。
ui
tO
uo
tO
3,实现放大的条件
(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏,集
电结反偏。
(2) 正确设置静态工作点,使晶体管工作于放大
区。
(3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电
流。
(4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的
集电极电压,经电容耦合只输出交流信号。
4,直流通路和交流通路
因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如
果电容的容量足够大,可以认为它对交流分量不起
作用,即对交流短路。而对直流可以看成开路。这
样,交直流所走的通路是不同的。
直流通路,无信号时电流(直流电流)的通路,
用来计算静态工作点。
交流通路,有信号时交流分量(变化量)的通路,
用来计算电压放大倍数、输入电阻、
输出电阻等动态参数。
画放大电路的直流通路方法
直流通路
直流通路用来计算静态工作点 Q ( IB, IC, UCE )
对直流信号电容 C 可看作开路(即将电容断开)
断开
断开 + EC
RB RC
T+
+
–UBE
UCE

ICI
B
IE
+ EC
RS
es
RB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
RB RCui uORL
RS
es
+
+

+


对交流信号 (有输入信号 ui时的交流分量 )
XC ? 0,C 可看作
短路。忽略电源的
内阻,电源的端电
压恒定,直流电源
对交流可看作短路。短路
短路
对地短路
交流通路
用来计算电压
放大倍数、输入
电阻、输出电阻
等动态参数。
+ EC
RS
es
RB
RC
C1
C2
T+
+
+

RL
ui
+

uo
+

+
+
–uBE
uCE

iCi
B
iE
画放大电路的交流通路方法
§ 15.2 放大电路的静态分析
静态,放大电路无信号输入( ui = 0)时的工作状态。
静态分析:确定放大电路的静态值。
——静态工作点 Q,IB,IC,UCE 。
分析放大电路可分为 静态分析 和 动态分析 。
动态,放大电路有信号输入( ui?0)时的工作状态。
动态分析,
计算电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro
等。
静态,放大电路无信号输入( ui = 0)时的工作状态。
分析方法,估算法、图解法。
分析对象,各极电压电流的 直流分量 。
所用电路,放大电路的 直流通路 。
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。
——静态工作点 Q,IB,IC,UCE 。
静态分析,确定放大电路的静态值。
15.2.1 静态工作情况分析
一,静态分析的内容
二,用估算法确定静态值(解析法)
1,直流通路估算 IB
B
BEC
B R
UEI ??所以
B
C
B R
EI ?
根据电流放大作用
C E OBC III ?? ? B Iβ?
2,由直流通路估算 UCE,IC
当 UBE<< EC时,
+UCC
RB RC
T+
+
–UBE
UCE

ICI
B
由 KVL,EC = IB RB+ UBE
由 KVL,EC = IC RC+ UCE 所以 UCE = EC–IC RC
例 1,用估算法计算静态工作点。
已知,EC=12V,RC=3.3k?,RB=280k?,?=50。
解:
注意,电路中 IB和 IC 的数量级不同
A40mA04.0mA
280
6.012
B
C
B ???
????
R
UEI BE
mA2mA04.050BC ????? II ?
V4.5V3.3212
CCCCE
????
?? RIEU
+EC
RB RC
T+
+
–UBE
UCE

ICI
B
例 2,用估算法计算图示电路的静态工作点。
EECCCCE RIRIEU ???
EB
BEC
B ) 1( RβR
UEI
??
??
BC IβI ?
EEBEBBC RIURIE ???
EBBEBB ) 1( RIβURI ????
由例 1、例 2可知,当电路不同时,计算 静态
值的公式也不同。
由 KVL可得:
由 KVL可得:
IE
+EC
RB RC
T+
+
–UBE
UCE

ICI
B
三,用图解法确定静态值
用作图的方法确定静态值
步骤:
1,用估算法确定 IB
优点:
能直观地分析和了解静
态值的变化对放大电路
的影响。
2,由输出特性确定 IC和 EC
常数?? B)( CEC IUfI
UCE = EC– ICRC
+UCC
RB RC
T+
+
–UBE
UCE

ICI
B
直流负载线方程
B
BEC
B R
UEI ??
?
C
t an R1???
直流负载线斜率
ICQ
UCEQ
C
C
R
E
UCC
常数?? B)( CEC IUfI
UCE =EC–ICRC
UCE /V
IC/mA
直流负载线
Q
由 IB确定的那
条输出特性与
直流负载线的
交点就是 Q点
O
§ 15.3 放大电路的动态分析
动态,放大电路有信号输入( ui?0)时的工作状态。
分析方法:
微变等效电路法,图解法。
所用电路:
放大电路的 交流通路 。
动态分析,
计算电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro等。
分析对象:
各极电压和电流的 交流分量 。
目的:
找出 Au,ri,ro与电路参数的关系。
简单分析一下失真情况。
一,动态分析的内容
二、动态分析 --微变等效电路法
微变等效电路:
把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。即把非线性的晶体管线性化,等效为
一个线性元件。
线性化的条件:
晶体管在小信号(微变量)情况下工作。因此,
在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近
似代替。
微变等效电路法:
利用放大电路的微变等效电路分析 计算 放大电路
电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro等。
晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
当信号很小时,在静态工作点
附近的输入特性在小范围内可近
似线性化。
1,晶体管的微变等效电路
?UBE
?IB
对于小功率三极管:
)mA(
)mV(26)1()(300
E
be Iβr ????
rbe一般为几百欧到几千欧。
CE
B
BE
be UI
Ur
?
??
(1) 输入回路
Q
CE
b
be
Ui
u?
输入特性
晶体管的
输入电阻
晶体管的输入回路 (B,E之间 )
可用 rbe等效代替,即由 rbe来确
定 ube和 ib之间的关系。
IB
UBEO
(2) 输出回路
CE
B
C
U
I
I
β
?
?
?
rce愈大,恒流特性愈好
因 rce阻值很高,一般忽
略不计。
晶体管的
输出电阻
输出特性
IC
UCE
Q
输出特性在线性工作区是
一组近似等距的平行直线。
CE
b
c
U
i
i
?
晶体管的电
流放大系数
晶体管的输出回路 (C,E之
间 )可用一受控电流源 ic=? ib
等效代替,即由 ?来确定 ic和
ib之间的关系。
?一般在 20~ 200之间,在手册中常用 hfe表示。
B
C
CE
ce
II
Ur
?
??
B
c
ce
I
i
u
?
O
ib
ic ic
B
C
E
ib
?ib
晶体三极管 微变等效电路
ube+
-
uce
+
-
ube
+
-
uce
+
-
rbe
B
E
C
晶体管的 B,E之间
可用 rbe等效代替。
晶体管的 C,E之间可用一
受控电流源 ic=?ib等效代替。
2,放大电路的微变等效电路
将 交流通路 中的晶
体管用晶体管微变等
效电路代替即可得放
大电路的微变等效电
路。
ib ic
eS
rbe
?ib
RB RC RL
E
B C
ui
+
-
uo
+
-
+
-
RS
ii 交流通路
微变等效电路
RB
RC
ui
uORL+
+
- -
RS
eS+-
ib
ic
B
C
E
ii
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。
微变等效电路
将 交流通路 中的晶
体管用晶体管微变等
效电路代替即可得放
大电路的微变等效电
路。
ib ic
eS
rbe
?ib
RB RC RL
E
B C
ui
+
-
uo
+
-
+
-
RS
ii
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
3.电压放大倍数的计算
bebi rIU ?? ?
CbC RIRIU ??? ????? co
i
o
u, U
UA
?
??
?定义
( 1), 当 Rs=0,RL=∞时
be
C
be
C
r

rI
RIA
b
b
u ???? ?
?? ?
式中的负号表示输出电压的相位
与输入相反。
分三种情况:
iU?
iI? bI? cI?
bIβ?
SE?
rbeRB RC
E
B C
+
-
oU?
+
-
+
-
RS
bebi rIU ?? ?
i
o
u, U
UA
?
??
?定义
( 2), 当 Rs=0,
RL≠∞时
分三种情况:
LCL // RRR ??
LLco RIRIU b ?????? ??? ?
be
L
r
RA
u
??? ??
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
负载电阻愈小,放大倍数愈小。
定义 iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
( 3), 当 Rs ≠ 0,
RL≠∞时
s
i
i
O
s
O
us E
U
U
U
E
UA
?
?
?
?
?
??
???
beS
be
beBS
beB
s
i
rR
r
rRR
rR
E
U
???? //
//
?
?
be
L
r
R
U
U
i
o ??? ?
?
?
be
L
rR
RA
S
u ?
??? ?
LCL // RRR ??
4.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。
定义:
输入电阻是对
交流信号而言的,
是动态电阻。
i
i
i I
Ur
?
?
?输入电阻
+
-信号源
Au
放大电路SE?
SR iI
?
iU?
+
-
输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的
参数。 电路的输入电阻愈大,从信号源取得的电流愈小,
因此一般总是希望得到较大的输入电阻。
放大
电路ir
信号源
SE?
SR iI
?
iU?
+
-
+
-
i
i
I
Ur
i ?
?
?
beB // rR?
时,当 beB rR ??
bR
i
B
II
U
??
?
?
?
bei rr ?
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
ri
BRI
?
5,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,信号源的内阻即为放大电路的输出
电阻。
+
_ RL oU?oE?
ro
+
_
定义:
sc
oc
o I
Ur
?
?
=短路电流开路电压输出电阻,?
输出电阻是
动态电阻,与
负载无关。
输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。 电路
的输出电阻愈小,负载变化时输出电压的变化愈小,
因此一般总是希望得到较小的输出电阻。
RS
RL
oU?
+
_
Au
放大
电路
+
_SE?
求 ro的步骤:
1) 求开路电压
Coc RIU ?? c??
2) 求短路电流 cII sc ?? ?
3) 求输出电阻 ro
C
sc
oc
o RI
Ur ??
?
?
共射极放大电路特点:
1,放大倍数高 ;
2,输入电阻低 ;
3,输出电阻高,
三、动态分析图解法
Q
uCE/V
t
t
iB/?A
IB
t
iC/mA
IC
iB/?A
uBE/V
t
uBE/V
UBEUCE
iC/mA
uCE/VO OO O
O
O
Qic
Q1
Q2 ib
ui
uo
RL=?
由 uo和 ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大电路的
电压放大倍数。
1,非线性失真(饱和失真)
如果 Q设置不合适,晶体管进入截止区或饱和区工
作,将造成 非线性失真 。
若 Q设置过高,
动画
晶体管进入
饱和区工作,
造成饱和失真。
Q2
uo
适当减小基
极电流可消除
失真。
UCE
Q
uCE/V
t
t
iC/mA
IC
iC/mA
uCE/VO
O
O
Q1
2,非线性失真(截止失真)
若 Q设置过低,晶体管进入截止区工作,
造成截止失真。
适当增加基
极电流可消除
失真。
uiu
o
t
iB/?A
iB/?A
uBE/V
t
uBE/V
UBE
OO
O
QQ
uCE/V
t
iC/mA
uCE/VO
O
UCE
如果 Q设置合适,信号幅值过大 也可产生失真,
减小信号幅值 可消除失真。
§ 15.4 静态工作点的稳定
合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的
先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条
件的变化而发生变动。
前述的固定偏置放大电路,简单、容易调整,但
在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因
素的影响下,将引起静态工作点的变动,严重时将
使放大电路不能正常工作,其中影响最大的是温度
的变化。
一,温度变化对静态工作点的影响
在固定偏置放大电路中,当温度升高时,
UBE?,??, ICBO ?。
上式表明,当 UCC和 RB一定时,IC与 UBE、
?以及 ICEO 有关,而这三个参数随温度而变化。
C B O
B
BECC
C E OBC
)1( Iβ
R
UU
β
IIβI
??
?
?
??
温度升高时,IC将增加,使 Q点沿负载线上移。
iC
uCE
Q
温度升高时,输
出特性曲线上移
Q′
固定偏置电路的工作点
Q点是不稳定的,为此需要改进偏置电路。当温度升
高使 IC 增加时,能够自动减少 IB,从而抑制 Q点的变
化,保持 Q点基本稳定。
结论:
当温度升高时,IC将增
加,使 Q点沿负载线上移,
容易使晶体管 T进入饱和
区造成饱和失真,甚至引
起过热烧坏三极管。
O
二,分压式偏置电路
1,稳定 Q点的原理分析 B2 II ??若满足:
基极电位基本恒定,
不随温度变化。
2B2B RIV ?
2B1B
C
21 RR
EII
?
??
C
2B1B
2B
B ERR
RV
?
?
VBRB1 R
C
C1
C2
RB2 C
E
RE
RL
I1
I2
IB+ +
+
+EC
ui uo
++


IC
RS
eS+–
VB
E
BEB
EC R
UVII ???
BEB UV ??若满足:
E
B
E
BEB
EC
R
V
R
UV
II
?
?
??
集电极电流基本恒定,
不随温度变化。
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE
RL
I1
I2
IB+ +
+
+UCC
ui uo
++


IC
RS
eS+–
从 Q点 稳定的角度来
看似乎 I2,VB越大越好。
但 I2 越大,RB1,RB2
必须取得较小,将增加
损耗,降低输入电阻。
而 VB过高必使 VE也增
高,在 EC一定时,势必
使 UCE减小,从而减小
放大电路输出电压的动
态范围。在估算时一般选取:
I2= (5 ~10) IB,VB= (5 ~10) UBE,
RB1,RB2的阻值一般为几十千欧。
2、参数的选择
VE
VB
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE
RL
I1
I2
IB+ +
+
+EC
ui uo
++


IC
RS
eS+–
3,Q点稳定的过程
VE
VB
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE
RL
I1
I2
IB+ +
+
+EC
ui uo
++


IC
RS
eS+–
T UBE
IB
IC VE
IC
VB 固定
RE,温度补偿电阻
对直流,RE越大,稳
定 Q点 效果越好;
对交流,RE越大,交
流损失越大,为避免交
流损失加旁路电容 CE。
三, 静态工作点的计算
C
2B1B
2
B ERR
RV B
?
?
E
BEB
EC R
UVII ???
CB
β
II ?
EECCCCE RIRIEU ???
估算法,
VB
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE
RL
I1
I2
IB+ +
+
+EC
ui uo
++


IC
RS
eS+–
四, 动态分析-微变等效电路
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE RL
+
+
+
+EC
ui uo
++
––
RS
eS+–
对地
短路
短路
+
-
CbI? cI?
rbe
RB1 RC RL
E
B
+
-
+
-
RS
iU?
iI?
oU?
bIβ?
SE?
RB1
微变等效电路
1,电压放大倍数 uA?
+
-
CbI? cI?
rbe
RB1 RC RL
E
B
+
-
+
-
RS
iU?
iI?
oU?
bIβ?
SE?
RB1
? ?
be
L
beb
LCc
i
o
u
r
R
rI
RRI
U
U
A
'
//
???
?
?
??
?
?
?
?
?
a,当 Rs=0,RL≠∞,不考虑信号源内阻时
+
-
CbI? cI?
rbe
RB1 RC RL
E
B
+
-
+
-
RS
iU?
iI?
oU?
bIβ?
SE?
RB1
b,当 Rs ≠ 0,RL≠∞,考虑信号源内阻时
S
o
s E
UA
u ?
?
?
S
i
i
o
E
U
U
U
?
?
?
?
??
S
i
E
UA
u ?
?
??
信号源 ir
iS
i
S
i
rR
r
E
U
?
??
?
iS
i
be
L
s rR
r
r
RβA
u ??
????
2,输入电阻 ri
+
-
CbI? cI?
rbe
RB1 RC RL
E
B
+
-
+
-
RS
iU?
iI?
oU?
bIβ?
SE?
RB1
信号源 ir
beBB
i
i
i rRRI
Ur ////
21?? ?
?
3,输出电阻 ro
Co Rr ?
对交流,旁路电容 CE 将 RE短路, RE不起
作用, Au,ri,ro与固定偏置电路相同 。
如果去掉 CE,
Au,ri,ro?
旁路电容
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE
RL
+
+
+
+EC
ui uo
++


RS
eS+–
RB1 RC
C1
C2
RB2 C
E
RE RL
+
+
+
+EC
ui uo
++
––
RS
eS+–
去掉 CE后的
微变等效电路
2B1BB // RRR ?
短路
对地
短路 如果去掉 CE,
Au,ri,ro?
rbe
RB RC RLE
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RE
BRI
?
无旁路电容 CE有旁路电容 CE
Ebe
L
) 1( Rβr
RβA
u ??
???
be
L
r
RβA
u
???
? ?EbeB2B1i )1( Rβ//R//Rr r ???
Co Rr ?
beB2B1i //// RRr ?
Co Rr ?
分压式偏置电路
Au不变
ri 减小
ro不变
Au减小
ri 增大
ro不变
§ 15.5 放大电路的频率特性
耦合方式:信号源与放大电路之间、两级放大电
路之间、放大器与负载之间的连接方式。
常用的耦合方式:直接耦合、阻容耦合和变压器
耦合。
动态, 传送信号 减少压降损失
静态:保证各级有合适的 Q点
波形不失真
第二级 推动级输入级 输出级




多级放大电路的框图
对耦合电
路的要求
15.5.1 阻容耦合多级放大电路的分析
第一级 第二级 负载信号源
两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接
RB1 RC1
C1
C2
RB2 C
E1RE1
+
+
+
+
+

RS
+

RC2 C3
CE2
RE2 RL
+
+
+UCC
+
––
oU?
1OU?
iU?
SE?
B1R?
B2R?
T1 T2
1,静态分析
由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直流
通路互不相通,每级的静态工作点互相独立,互不
影响,可以各级单独计算 。
两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。
RB11 RC1
C1
C2
RB12
CE1RE1
+
+
+
+
+

RS
+

RC2 C3
CE2
RE2 RL
+
+
+UCC
+
––
oU?
1OU?
iU?
SE?
T1 T2
RB21
RB22
2,动态分析 微变等效电路
21
2i
o
i
1o
i
o
uuu AAU
U
U
U
U
UA ???
?
?
?
?
?
?
电压放大倍数
2ir
1bI?
2i1C1L // rRR ??
1be
1L
1
i
o1
1 r

U
UA
u
????
?
?
b e 2
L2
2
2i
o
2 r

U
UA
u
????
?
?
1ii rr ?
2oo rr ?
L2CL2 // RRR ??
第一级 第二级
2bI?1cI? 2cI?
rbeR
B12
RC1
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
iI?
1oU?
1b1Iβ ?
SE?
rbe R
C2
RL
E
B C
+
-
oU?
2b2Iβ ?
RB11 RB22RB21
15.5.2放大电路的频率特性
阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射
极旁路电容及三极管的结电容等,它们的容抗随频
率变化,故当信号频率不同时,放大电路的输出电
压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。




幅频特性,电压放大倍数的模 |Au|与频率 f
的关系
相频特性,输出电压相对于输入电压的
相位移 ? 与频率 f 的关系
通频带
f
|Au |
0.707| Auo |
fL fH
| Auo |
幅频特性
下限截止频率 上限截止频率
耦合、旁路
电容造成。
三极管结电
容,? 造成
f
–270°
–180°
–90°
相频特性
?
O
在中频段
所以, 在中频段可认为电容不影响交流信号的
传送,放大电路的放大倍数与信号频率无关。
(前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入
电压的相位移均是指中频段的 )
三极管的极间电容和导线的分布电容很小,可
认为它们的等效电容 CO与负载并联。由于 CO的电
容量很小,它对中频段信号的容抗很大,可视作
开路。
由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大,
故对 中频段信号的容抗很小,可视作短路 。
iU?
bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-+-
RS
beU?
+
-
由于信号的频率较低,耦合电容和发射极旁路
电容的容抗较大,其分压作用不能忽略。以至实
际送到三极管输入端的电压 比输入信号 要
小,故放大倍数降低,并使 产生越前的相位移
(相对于中频段)。
在低频段:
所以,在低频段放大倍数降低和相位移越前的
主要原因是耦合电容和发射极旁路电容的影响。
CO的容抗比中频段还大,仍可视作开路。
oU?
beU? iU?
iU?
bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-+-
RS
beU?
+
-
C1 C2
由于信号的频率较高,耦合电容和发射极旁路
电容的容抗比中频段还小,仍可视作短路。
在高频段:
所以,在高频段放大倍数降低和相位移滞后的
主要原因是三极管电流放大系数 ?,极间电容和
导线的分布电容的影响。
oU?
CO的容抗将减小,它与负载并联,使总负载阻抗
减小,在高频时三极管的电流放大系数 ? 也 下降,
因而使输出电压减小,电压放大倍数降低,并使
产生滞后的相位移(相对于中频段)。
iU?
bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
rbeRB RC RL
E
B C
+
-
+
-+-
RS
Co
15.5.3 直接耦合多级放大电路
直接耦合,将前级的输出端直接接后级的输入端。
可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。
+UCC
uo
RC2
T2
ui
RC1R
1
T1
R2
––
+
+
RE2
2,零点漂移
零点漂移,指输入信号电压为零时,输出电压发生
缓慢地、无规则地变化的现象。uo
tO
产生的原因,晶体管参数随温度变化、电源电压
波动、电路元件参数的变化。
直接耦合存在的两个问题:
1,前后级静态工作点相互影响
零点漂移的危害:
直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。
严重时,可能淹没有效信号电压,无法分辨是有效
信号电压还是漂移电压。
一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电
压作为衡量零点漂移的指标。
uA
uu od
Id ?输入端等效
漂移电压
输出端
漂移电压
电压
放大倍数
只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时,放
大后的有用信号才能被很好地区分出来。
由于不采用电容,所以直接耦合放大电路具有
良好的低频特性。
通频带
f
|Au |
0.707| Auo |
O f
H
| Auo |
幅频特性
抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路
的一个重要的问题。
适合于集成化的要求,在集成运放的内部,级间
都是直接耦合。
因对交流信号而言,集电极是输入与输出回路
的公共端,所以是 共集电极放大电路 。
因从发射极输出,所以称射极输出器。
RB
+EC
C1
C2
RE RLui
+

uo+

+
+
es+–
RS
§ 15.6 射极输出器
EB
BEC
B )1( RR
UEI
???
??
BE )1( II ???
求 Q点:
一,静态分析
EECCE RIEU ??
直流通路
+EC
RB
RE
+

UCE+
–UBE I
E
IB
IC
RB
+EC
C1
C2
RE RLui
+

uo+

+
+
es+–
RS
二,动态分析
LEL // RRR ??
Leo RIU ?? ??
Lb1 RI ??? ?)( ?
Lebebi RIrIU ??? ???
Lbbeb )1( RIrI ???? ?? ?
Lbbeb
Lb
)1(
)1(
RIrI
RIA
u ???
???
??
?
?
?
Lbe
L
)1(
1
Rr
R
???
???
?
? )(
1,电压放大倍数
电压放大倍数 Au?1且输入输出同相,输出电压
跟随输入电压,故称电压跟随器。
微变等效电路
rbe
RB
RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
bI? c
I?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RE
iI?
rbe
RB
RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
bI? c
I?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RE
iI?
iBi // rRr ??
2,输入电阻
? ?LbeBi )1(// RrRr ???? ?
Lbe
b
LEebeb
b
i
i )1(
// Rr
I
RRIrI
I
Ur ???????? ?
?
??
?
?
LEL // RRR ??
射极输出器的
输入电阻高,对
前级有利。
ri 与负载有关
ir ir?
3,输出电阻
??
???
1
sbe
o
Rrr
SBS // RRR ??
β
RrRr
?
???
1
// sbeEo
sbeE) 1 ( RRβ r ?????通常:
射极输出器的输
出电阻很小,带
负载能力强。
rbe
RB
RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
bI? c
I?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RE
iI?
or
共集电极放大电路 (射极输出器 )的特点:
特点,1,电压放大倍数小于 1,约等于 1;
2,输入电阻高;
3,输出电阻低;
4,输出与输入同相。
Lbe
L
) 1(
) 1(
Rβr
RβA
u ???
???
? ?'LbeBi ) 1(// RβrRr ???
β
Rrr
?
???
1
sbe
o
射极输出器的应用
主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。
1,因输入电阻高,它常被用在多级放大电路的
第一级,可以提高输入电阻,减轻信号源负担 。
2,因输出电阻低,它常被用在多级放大电路的
末级,可以降低输出电阻,提高带负载能力。
3,利用 ri 大,ro小以及 Au ?1 的特点,也可
将射极输出器放在放大电路的两级之间,起到阻
抗匹配作用,这一级射极输出器称为缓冲级或中
间隔离级。
例 1:
.
在图示放大电路中,已知 UCC=12V,RE= 2kΩ,
RB= 200kΩ,RL= 2kΩ,晶体管 β =60,UBE=0.6V,
信号源内阻 RS= 100Ω,试求,
(1) 静态工作点 IB,IE 及 UCE;
(2) 画出微变等效电路;
(3) Au,ri 和 ro 。 RB
+UCC
C1
C2
RE RLui
+

uo+

+
+
es+–
RS
解,(1)由直流通路求静态工作点。
mA035.0mA260)(1200 6.012) (1
EB
BECC
B ????
??
??
??
RβR
UUI
mA14.2
0,0 3 5 m A60)(1
)(1 BE
?
???
?? II ?
V727
V142212
EECCCE
.
.
RIUU
?
???
??
直流通路
+UCC
RB
RE
+

UCE+
–UBE I
E
IB
IC
(2) 由微变等效电路求 Au,ri, ro。
Ω3.17Ω60 10094.0Sbeo ?????? ? Rrr
k Ω94.0Ω24.1 266130026) (1300
E
be ??????? Ir ?
? ?LbeBi ) 1(// RβrRr ????
kΩ7.41?
Lbe
L
) 1(
)(1
Rr
RA
u ???
???
?
?
98.0 ?
rbe
RB
RL
E
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
bI? c
I?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RE
微变等效电路
例 2,如图所示的两级电压放大电路,
已知 β 1= β 2 =50,T1和 T2均为 3DG8D。
(1) 计算前、后级放大电路的静态值 (UBE=0.6V);
(2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻;
(3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。
RB1
C1
C2
RE1
+
++

RC2 C3
CE
+
+
+24V
+

oU?
iU?
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
解, (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。
第一级是射极输出器,
A8.9mA2750)(11 0 0 0 0, 624) (1
E1B1
BEC
B1 μ????
??
??
??
RβR
UEI
mA 49,0mA 00 98.050 )(1)1( B1E1 ?????? II ?
V77,10V2749.024E1E1CCE ?????? RIEU
RB1
C1
C2
RE1
+
++

RC2 C3
CE
+
+
+24V
+

oU?
iU?
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
第二级是分压式偏置电路
V26.843V4382 24B2
B2B1
C
B2 ????????? RRR
EV
mA 96,0mA
5,751,0
6,026,8
E2E2
B E 2B2
C2 ??
??
????? RR
UUI -
RB1
C1
C2
RE1
+
++

RC2 C3
CE
+
+
+24V
+

oU?
iU?
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
解,
第二级是分压式偏置电路
μA 2,19mA50 96,0
2
C2
B2 ??? ?
II
V71,6)V5,751,010(96,024
)( E2E2C2C2CC E 2
?????
?????? RRRIEU
RB1
C1
C2
RE1
+
++

RC2 C3
CE
+
+
+24V
+

oU?
iU?
B1R?
B2R?
T1 T2
E2R?
E1R?
1M?
27k?
82k?
43k? 7.5k?
510?
10k?
解,
2bI? 2cI?
rbe2
RC2
oU?
rbe1
iU? RB1
B1R? 2BR?
1bI?
2bIβ?1bIβ?
1cI?
RE1 1oU?
+
_
+
_
+
_ 2ER?
(2) 计算 r i和 r 0
由微变等效电路可知,放大电路的输入电阻 ri 等
于第一级的输入电阻 ri1。第一级是射极输出器,它
的输入电阻 ri1与负载有关,而射极输出器的负载即
是第二级输入电阻 ri2。
微变等效电路
2ir1ii rr ?
2bI? 2cI?
rbe2
RC2
oU?
rbe1
iU? RB1
B1R? 2BR?
1bI?
2bIβ?1bIβ?
1cI?
RE1 1oU?
+
_
+
_
+
_ 2ER?
(2) 计算 r i和 r 0
k Ω58,1Ω96,0 265130026)1(300
E
b e 2 ?????? Ir ?
? ? k 14)1(//// E2b e 2B2B12 Ω???????? RrRRr i ?
k 22,9k1427 1427// i2E1L1 ΩΩ ?????? rRR
2ir
(2) 计算 r i和 r 0
k Ω 349,0 265 0 )(13 0 026) (13 0 0r
E1
1b e 1 ???????? Iβ
? ? k Ω 320)1(// L1b e 1B1i1i ?????? RrRrr ?
2oo rr ?
k10C2o2o Ω??? Rrr
2bI? 2cI?
rbe2
RC2
oU?
rbe1
iU? RB1
B1R? 2BR?
1bI?
2bIβ?1bIβ?
1cI?
RE1 1oU?
+
_
+
_
+
_ 2ER?
(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数
994 0
22 950)(13
22 9)501(
)1(
)1(
L111be
L11
1u,.
.
Rr
RA ?
???
???
???
???
?
?
第一级放大电路为射极输出器
2bI? 2cI?
rbe2
RC2
oU?
rbe1
iU? RB1
B1R? 2BR?
1bI?
2bIβ?1bIβ?
1cI?
RE1 1oU?
+
_
+
_
+
_ 2ER?
(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数
2bI? 2cI?
rbe2
RC2
oU?
rbe1
iU? RB1
B1R? 2BR?
1bI?
2bIβ?1bIβ?
1cI?
RE1 1oU?
+
_
+
_
+
_ 2ER?
第二级放大电路为共发射极放大电路
1851,050)(179,1 1050)1(
2E2b e 2
2C
2 ???????????? -- Rr
RA
u ??
总电压放大倍数
9,171 8 )(9 9 4,021 ??????? uuu AAA
§ 15.7 差分放大电路
15,7,1 基本工作原理
电路结构对称,在理想的情况下,两管的特性及对
应电阻元件的参数值都相等。
差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。
差分放大原理电路
+EC
uo
ui1
RCRB2
T1
RB1
RC
ui2
RB2
RB1
+ +
+



T2
两个输入、
两个输出
两管 静态工
作点相同
1,零点漂移的抑制
uo= VC1 - VC2 = 0
uo= (VC1 + ?VC1 ) - (VC2 + ? VC2 ) = 0
静态时,ui1 = ui2 = 0
当温度升高时 ?IC??VC? (两管变化量相等)
对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有
抑制作用。
+UCC
uo
ui1
RCR
B2
T1
RB1
RC
ui2
RB2
RB1
+ +
+



T2
2,有信号输入时的工作情况
两管集电极电位呈等量同向变化,所以输出
电压为零,即 对共模信号没有放大能力 。
(1) 共模信号 ui1 = ui2 大小相等、极性相同
差分电路抑制共模信号能力的大小,反映了它
对零点漂移的抑制水平。
+UCC
uoRCRB2
T1
RB1
RC RB2
RB1+

ui1 ui2
+ +
– –
T2+

+

共模信号
需要抑制
+UCC
uo
ui1
RCR
B2
T1
RB1
RC
ui2
RB2
RB1
+ +
+



T2
两管集电极电位一减一增,呈等量异向变化,
(2) 差模信号 ui1 = – ui2 大小相等、极性相反
uo= (VC1- ?VC1 )- (VC2 +? VC1 ) =- 2 ?VC1
即 对差模信号有放大能力 。
+
– +
–差模信号
是有用信号
(3) 比较输入
ui1, ui2 大小和极性是任意的。
例 1,ui1 = 10 mV,ui2 = 6 mV
ui2 = 8 mV - 2 mV
例 2,ui1 =20 mV,ui2 = 16 mV
可分解成, ui1 = 18 mV + 2 mV
ui2 = 18 mV - 2 mV
可分解成, ui1 = 8 mV + 2 mV
共模信号 差模信号
放大器只
放大两个
输入信号
的差值信
号 —差动
放大电路。
这种输入常作为比较放大来应用,在自动控制
系统中是常见的。
( Common Mode Rejection Ratio)
C
d
C M R A
AK ? ) (lg20( d B )
C
d
C M R 分 贝A
AK ?
全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模
信号的能力。
差模放大倍数
共模放大倍数 KCMR越大,说明差放分辨
差模信号的能力越强,而抑制
共模信号的能力越强。
3,共模抑制比
共模抑制比
若电路完全对称,理想情况下共模放大倍数 Ac = 0
输出电压 uo = Ad ( ui1 - ui2 ) = Ad uid
若电路不完全对称,则 Ac?0,
实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid
即共模信号对输出有影响 。
15,7,2 典型差动放大电路
+UCC
uo
ui1
RC
RPT1
RB
RC
ui2R
E
RB
+ +
+



T2
EE+–
RE的作用,稳定静态工作点,限制每个管子的漂移。
EE:用于补偿 RE上的压降,以获得合适的工作点。
§ 15.8 功率放大电路
15.8.1 对功率放大电路的基本要求
功率放大电路的作用,是放大电路的 输出级,去
推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、
仪表指针偏转、电动机旋转等。
(1) 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。
(2) 由于功率较大,就要求提高效率。
电源供给的直流功率
率负载得到的交流信号功?η
IC
UCEO
Q
iC
tO
IC
UCEO
Q
iC
tO
IC
UCEO
Q
iC
tO
晶体管的工作状态
甲类工作状态
晶体管在输入信号
的整个周期都导通
静态 IC较大,波形
好,管耗大效率低。
乙类工作状态
晶体管只在输入信号
的半个周期内导通,
静态 IC=0,波形严重
失真,管耗小效率高。
甲乙类工作状态
晶体管导通的时间大于
半个周期,静态 IC?0,
一般功放常采用。
15.8.2 互补对称式功率放大电路
(OCL)
互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本
形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时,由
于省去了变压器而被称为无输出变压器 (Output
Transformerless)电路,简称 OTL电路。若互补对称
电路直接与负载相连,输出电容也省去,就成为无
输出电容 (Output Capacitorless)电路,简称 OCL电
路。
OTL电路采用单电源供电,OCL电路采用双电源
供电。
1,OTL电路
(1) 特点
T1,T2的特性一致;
一个 NPN型、一个 PNP型
两管均接成射极输出器;
输出端有大电容;
单电源供电。
(2) 静态时 (ui= 0)
2
CC
C
Uu ?
2
CC
A
UV ?
,IC1? 0,IC2 ? 0
OTL原理电路
电容两端的电压
RLuI
T1
T2
+UCC
C
A
uo
+
+
-
+
-
RL
ui
T1
T2
A
uo+ -
+
-
(3) 动态时
设输入端在 UCC/2 直流 基础上加入正弦信号。
T1导通, T2截止 ;
同时给电容充电
T2导通, T1截止 ;
电容放电,相当于电源
若输出电容足够大,其上电压基本保持不变,
则负载上得到的交流信号正负半周对称。
ic1
ic2
交流通路
uo
输入交流信号 ui的正半周
输入交流信号 ui的负半周
(4) 交越失真
当输入信号 ui为正弦波时,
输出信号在过零前后出现的
失真称为交越失真。
交越失真产生的原因
由于晶体管特性存在非线性,
ui< 死区电压晶体管导通不好。
交越失真
采用各种电路以产生有不大的偏流,使静态工作
点稍高于截止点,即工作于甲乙类状态。
克服交越失真的措施
ui
?tO
uo
?tO
R1
RLuI
T1
T2
+UCC
C
A
uo
+
+
-
+
- R2
D1
D2
动态时,设 ui加入
正弦信号。正半周 T2
截止,T1基极电位进
一步提高,进入良好
的导通状态。负半周
T1截止,T2基极电位
进一步降低,进入良
好的导通状态。
静态时 T1,T2 两管发射结电压分别为二极管 D1、
D2的正向导通压降,致使两管均处于微弱导通状态。
(5) 克服交越失真的 电路
ui
uo
+
–UCC
T1
T2
+UCC
RL

2,OCL电路
ic1
ic2
静态时:
ui = 0V,
iC1? 0,iC2? 0
uo = 0V。
动态时:
ui < 0V
T2导通,T1截止
ui > 0V
T1导通,T2截止
特点:
双电源供电、
输出无电容器。 u
o
OCL原理电路
放大电路典型题解
?以分压式偏置电路为常见之应用电路,进行
静态、动态分析计算。
例 1,求如图所示 电流串联负反馈 放大电路:
(1) 静态工作点 IB,IC 及 UCE;
(2) 画出微变等效电路;
(3) 输入电阻 ri,ro及 Au。
RB1 RC
C1
C2
RB2
CE
RF RL
+
+
+
+EC
ui uo
++


RE
解, (1) 由直流通路求静态工作点。
C
B2B1
B2
B ERR
RV
??
E
BEB
EC R
UVII ???
β
II C
B ?
)( EECCCCCE FRRIRIUU ???? 直流通路
RB1 RC
RB2 RF
+UCC
RE
+

UCE
IE
IB
IC
VB
(2) 由交流通路求微变等效电路。
交流通路
微变等效电路
RB2 RCui uORL
+

+
–RB1 RF
rbe
RB2 RC RLE
B C
+
-
+
-
+
-
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RF
RB1
RS
(3) 由微变等效电路求电压放大倍数
rbe
RB2 RC RLE
B C
+
-
+
-
+
-
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RF
RB1
RS
微变等效电路
? ?
Febeb
LCc
i
o
RIrI
RRI
U
U
??
?
?
?
???
//
? ?
Fbb
LCb
RIβrI
RRIβ
??
?
) 1(
//
be ??
??
?uA
FRβr

) 1(be
L
??
???
(4) 由微变等效电路求输入电阻 ri
rbe
RB2 RC RLE
B C
+
-
+
-
+
-
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RF
RB1
RS
微变等效电路
? ?? ?FbeBBi RrRRr ???? 1//// 21
? ? Fbe Rr ???? 1
bei rr ??
∴ 电流串联负反馈
使输入电阻增大
(5) 由微变等效电路求输出电阻 ro
rbe
RB2 RC RLE
B C
+
-
+
-
+
-
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RF
RB1
RSCo Rr ?
电流串联负反馈的优点:
(1)电压放大倍数稳定。
(2) 输入电阻增大
例 2,在图示 电流串联负反馈 放大电路中,已知
EC=12V,RC= 6kΩ,RF= 300Ω,RE= 2.7kΩ,RB1=
60kΩ,RB2= 20k,RL= 6kΩ,晶体管 β =50,
UBE=0.6V,试求,
(1) 静态工作点 IB,IC 及 UCE;
(2) 画出微变等效电路;
(3) 输入电阻 ri,ro及 Au。
RB1 RC
C1
C2
RB2
CE
RF RL
+
+
+
+ECC
ui uo
++


RE
解, (1)由直流通路求静态工作点。
V3V122060 20C
B2B1
B2
B ?????? ERR
RV
mA8.0
mA
3
6.03
E
BEB
EC
?
?
?
?
??
R
UV
II
Aμ16 Aμ500.8CB ??? βII
V8.4
V38.068.012
)( EECCCCE
?
?????
???? RRIRIEU F
直流通路
RB1 RC
RB2 RF
+EC
RE
+

UCE
IE
IB
IC
VB
(2) 由微变等效电路求 Au,ri, ro。
k Ω6Co ?? Rr
k Ω86.1Ω8.02651200I26) 1(300
E
be ??????? ?r
Ωk 15// 2B1BB ?? RRR其中
? ?FRβrRr ) 1(// beBi ???
k Ω03.8?
Ebe
L
) 1( Rβr
RβA
u ??
???
69.8??
微变等效电路
rbe
RB RC RLE
B C
+
-
+
-
+
-
RS
iU?
iI? bI? cI?
oU?
bIβ?
SE?
eI?
RF
BRI
?