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第七章 晶体管基本放大电路 第一节 放大电路的组成 7.1.1 放大电路的组成原则 7.1.2 直流通路和交流通路 第二节 放大电路的静态分析

第七章 晶体管基本放大电路 第一节 放大电路的组成 7.1.1 放大电路的组成原则 7.1.2 直流通路和交流通路 第二节 放大电路的静态分析 7.2.1 图解法确定静态工作点 7.2.2 解析法确定静态工作点 7.2.3 电路参数对静态工作点的影响 第三节 放大电路的动态分析 7.3.1 图解法分析动态特性 7.3.2 放大电路的非线性失真 7.3.3 晶体管微变等效电路 7.3.4 三种基本组态放大电路的分析 第四节 静态工作点的稳定及其偏置电路.

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第七章 晶体管基本放大电路 第一节 放大电路的组成 7.1.1 放大电路的组成原则 7.1.2 直流通路和交流通路 第二节 放大电路的静态分析

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  1. 第七章 晶体管基本放大电路 第一节 放大电路的组成 7.1.1 放大电路的组成原则 7.1.2 直流通路和交流通路 第二节 放大电路的静态分析 7.2.1 图解法确定静态工作点 7.2.2 解析法确定静态工作点 7.2.3 电路参数对静态工作点的影响 第三节 放大电路的动态分析 7.3.1 图解法分析动态特性 7.3.2 放大电路的非线性失真 7.3.3 晶体管微变等效电路 7.3.4 三种基本组态放大电路的分析 第四节 静态工作点的稳定及其偏置电路

  2. 研究对象：放大电路的各种参数计算； 关注焦点：放大电路的组成、直流通道和交流通道画法。 第一节 放大电路的组成 1. 放大电路的组成原理 ①为保证三极管工作在放大区，发射结必须正偏，集电结反偏。 ②被放大信号加在发射结，以控制三极管基极电流，从而控制集电极电流，将受控制的集电极电流转换为电压输出。 ③直流偏置仅设置静态工作点，为了保证三极管工作在放大区，放大是对交流信号放大，所以应将直流和交流隔离。电容对频率较高的信号容抗很小（可认为短路），对直流信号具有隔离作用（相当于开路）。

  3. + C2 - + - C1 + Rc TRLU0 RsRb UiUCC + UsUBB - - +UCC RbRc + C2 - -C1 + + RsRL UiUo + Us - - + C2 - + - C1 + Rc RLU0 RsRb Ui + UsUCC - - 根据放大电路的组成原理可以得到如下电路，三极管的外部电路应满足T处于放大状态的外部条件的要求。UBB保证发射结正向偏置，UCC保证了集电结的反向偏置。C1和C2是隔直电容。 由图可知放大电路需要两个电源UBB和UCC，这会给使用带来极大不方便，为了减少电源，可将电路改为下图。在电子电路中常用的画法是下右图。

  4. +UCC Rb Rc 直流通路 + Rc RL UO Rs + Rb Us - - 交流通路 +UCC RbRc + C2 - -C1 + + RsRL UiUo + Us - - 2. 直流通道和交流通道 由于在直流电路中，电容可以看作为开路，所以将电容断开就得到直流通道。直流通道用于静态分析 交流通道。由于电容C1和C2的值较大，对于交流信号而言，容抗较小，可以视为短路。关键是如何理解电源的交流通道，由于理想的直流电源的内阻为零，对于交流变化信号在直流电源上产生的压降是为零。交流通道用于动态分析。

  5. +12V 280k3kΩ β=50 直流通路 第二节 放大电路的静态分析 对放大电路的静态分析，就是对放大电路的直流通道进行分析。这就是求放大电路的直流的直流工作点或称为静态工作点，放大电路的静态工作点对放大电路的性能有很大影响。 放大电路的分析可以用解析法，也可以用图解法。 1. 解析法确定静态工作点 在解析法分析静态工作点时，三极管的结压降 硅管：UBE=0.6~0.8V，通常取0.7V 锗管：UBE=0.1~0.3V，通常取0.3V 静态工作点通常需要确定IBQ、ICQ、UCEQ。 下面以右图为例计算。

  6. iC iB5 iB4 iB3 iB2 iB1 iB0 0 uCE iC iB5 iB4 iB3 iB2 iB1 iB0 0 uCE iC UCC/Rc N 直流负载线 M 0 UCC uCE a Rc UCC b Ucc/RcN ICQ IBQ M Ucc UCQ 2. 图解法确定静态工作点 图解法就是在特性曲线上直接用作图的方法确定静态工作点的方法。 三极管特性曲线与直流负载线交点就是静态工作点，交点有很多，到底是哪一条？只要知道IB就可以唯一确定。

  7. +UCC Rb Rc uiRL Uo Q iC(mA) 4 3 2 1 0612 uCE(V) iB4=80μA iB3=60μA iB2=40μA iB2=20μA N M 例：已知电路中Rb=280kΩ，Rc=3kΩ，Ucc=12V，试用图解法确定静态工作点？ 解：① 直流负载线方程： ②由输入回路计算基极静态电流IBQ ③直流负载线与特性曲线上iB=40μA相交的曲线就是静态工作点。从图上可以直接读出ICQ和UCEQ。 由图可知，ICQ为2mA，UCEQ位于UCC中点，大约是6V。

  8. iC(mA) 4 3 2 1 0 uCE(V) iB4=80μA iB3=60μA iB2=40μA iB2=20μA Q2 Q2 Q2 Q Q Q Q1 Q1 Q1 iC(mA) 4 3 2 1 0 uCE(V) iC(mA) 4 3 2 1 0 uCE(V) ① Rb对Q点的影响 ② Rc对Q点的影响 ③ Ucc对Q点的影响 iB4=80μA iB3=60μA iB2=40μA iB2=20μA iB4=80μA iB3=60μA iB2=40μA iB2=20μA N N N M M M 3. 电路参数对静态工作点的影响

  9. 交流负载线 + Rc RL UO Rs + Rb Us - - 交流通路 iC(mA) 4 3 2 1 0 uCE(V) 直流负载线 Q iB4=80μA iB3=60μA iB2=40μA iB2=20μA N 辅助线 M 第三节 放大电路的动态分析 在放大电路的输入端加入交流信号后，三极管的基极电流就会在静态电流IBQ附近变化，分析三极管后加入交流信号的过程称为动态分析。 1. 图解法分析动态特性 就是利用三极管的特性曲线和负载线来确定信号的变化规律。 ①交流负载线的作法 a. 交流负载线通过静态工作点。为什么？ b. 交流负载线斜率由R’L=RL//Rc决定（由交流通道决定uce与ic的关系） 具体作法：过静态工作点斜率为R’L=ΔU/ΔI的直线就是交流负载线。

  10. +UCC Rb Rc uiRL Uo iC 4 N 80μA 3 60μA 2 Q 40μA 1 20μA 0 M uCE 2 4 6 8 10 12 UCEQ U'CC UCC 交流负载线 辅助线 例：已知电路中Rb=280kΩ，Rc=3kΩ， RL=3kΩ，Ucc=12V，试作出交流负载线。 解：首先作直流负载线。由于 取ΔU=6V，则得ΔI=4mA，在特性曲线作交流负载线辅助线，然后平行移动交流辅助线使其通过静态工作点即可。

  11. ui/mV 0 ωt uBE/mV UBEQ 0 ωt iB/μA 60 40 20 0 ωt iC/mA 3 2 1 0 ωt uCE/V 7.5 6.0 4.5 0 ωt ②交流波形的画法。 设输入信号为：

  12. iB ib IB Q ube ui iC ib ic Q IBQ 0 uCE ucc 2. 放大电路的非线性失真 作为放大电路，应使输出电压尽可能大，但受到三极管的非线性特性的限制，当信号过大或静态工作点不合适，输出波形将会发生失真。输入信号经过放大后产生失真是我们不希望的，因此我们讨论导致非线性失真产生的原因。 图解法可以形象的说明非线性失真的产生。 ①由三极管特性曲线非线性引起的失真 a. 输入特性非线性引起的失真 b. 输出特性的间距不均匀引起的失真

  13. iC 交流负载线 ic ib 0 t 0 uCE 0 uCE t iC/mA 交流负载线 Q 直流负载线 UcesuCE/V UCEQ ICQR'L 最大不失真输出波形 失真输出波形 iC 交流负载线 ic ib 0 t 0 uCE 0 uCE t ②静态工作点不合适引起的失真 静态工作点过高会引起饱和失真，静态工作点过低会导致截止失真。

  14. 3. 三极管微变等效电路 图解法尽管直观，但作图麻烦，精确度较低，所以，对信号变化不大的放大电路分析，常采用微变等效电路的解析分析方法。 ①三极管h参数微变等效电路

  15. b c + + ibic h11 + 1/h22 h12uceh21ib - - - e ube uce iB=IBQ+ib，而diB代表其变化量，故diB=ib。同理duBE=ube，diC=ic，duCE=uce

  16. iBΔuCE IB=常数 Q 0 uBE ΔuBE iBuCE=常数 QΔiB 0 uBE ΔuBE iC IB=常数 ΔiC 0 uCE ΔUCE iC ΔiCΔiB 0 uCE UCE=常数 b c + + ibic rbeβib - - e ube uce 四个参数的几何意义： h12、h22是由于uCE变化通过基区宽度变化对iC和uBE产生影响，这种影响一般很小，可忽略不计，h参数方程可简化为：

  17. c rc b r'bb b' r'e e IbβIb b b' c r'bb Iere Ube e 【注意事项】 ①“等效”指的是只对微变量（交流）的等效。三极管外部的直流分量应视为零—直流电压源短路、直流电流源开路；外电路与微变量（交流）有关部分应全部保留。但这并不意味着h参数的数值与直流分量无关，恰恰相反，h参数的数值与特性曲线上Q点位置有着密切的关系。不过只要把动态运用范围限制在特性曲线的线性范围内，h参数近似保持常数。 ②等效电路中的电流源h21ib为一受控电流源，它的数值和方向都取决于基极电流ib，不能随意改动。 ③微变等效电路只适合工作频率在低频、小信号状态下的三极管等效。低频通常是指频率低于几百千赫。在大信号工作时，不能用上述h参数等效电路来等效。 简化电路中rbe的计算： 因发射区重掺杂；r’e很小；结电阻是符合二极管特性 对于小功率管，r’bb约为300Ω，因此

  18. Ii + Ui – ri Io + Uo – 放大电路 Au |A| I2 + U2 – ro 放大电路 Au |Am| 0.707|Am| fL fH 0 f 高频段 中频段 (通频段) 低频段 4. 三种基本组态放大电路的分析 用微变等效电路对三种基本放大电路进行分析 ①放大电路的性能指标 a. 电压放大倍数 b. 电流放大倍数 c. 输入电阻 d. 输出电阻 e. 通频带概念

  19. IiIb Ic Io bc + + Rs Ui Rb rbe βIb Rc RL Uo + Us - - e - ri r'i ro +UCC Rb Rc C2 RsC1 uiRL Uo Us ②共发射极放大电路 电路与微变等效电路如图所示 讨论： a. 负号表示输出电压与输入电压相位相反。 b. 电压放大倍数与β和静态工作点关系 静态工作点较低时，r’bb较小。 静态工作点较高时，rbe≈r’bb。

  20. +UCC Rb + IbrbeβIb Rs Io + UiRb + UsReRLUo - - - ri r'i ro C1 + C2 Rs + + Ui UsReRLUo - - - brbee I”I2 I’ + RsRbI”’βI”ReU2 - c ③共集电极放大电路(射极跟随器） 信号从基极输入，射极输出，集电极是输入、输出的公共端。 该电路特点：电压放大倍数近似为1、输入电阻大、输出电阻小

  21. Isc C1C2 RsRb1Rc + UiReRLUo UsRb2CbUcc - IiIo ec RsIeβIb + UiRerbe Rc RL Uo UsIb - b ri r'i ro + Uoc _ ④共基极放大电路 发射极作为输入端，集电极作为输出端，基极是输入、输出的公共端。

  22. 接法 参数 共射极 共集极 共基极 Ai 表达式 β -（1+β） -α 数值 50 -51 -0.98 Au 表达式 数值 -136 0.993 136 ri 表达式 rbe rbe+（1+β）Re rbe/（1+β） 数值 1.1kΩ 154kΩ 21.6Ω ro 表达式 Rc Rc 数值 3 kΩ 80.4 Ω 3 kΩ 用途及特点 Ai和|Au|均较大；输出电压与输入电压反相；ri和ro适中，应用广泛。 |Ai|较大，但Au<1，输出电压与输入电压同相；ri高；ro低。可用作输入级、输出级以及起隔离作用的中间级。 Ai<1，但Au较大，输出电压与输入电压同相；ri低；ro高。用于宽带放大或作为恒流源。 设β=50，rbe=1.1kΩ，rce=∞， Rc=3 kΩ，Re=3 kΩ，Rs=3 kΩ，RL=∞

  23. iC I'B2 IB2 Q' I'BQ Q IBQ I'B1 IB1 0 uCE 饱和失真 第四节 静态工作点的稳定及偏置电路 半导体器件是一种对温度十分敏感的器件，温度上升时反映在如下几个主要方面： ①反向饱和电流ICBO增加，穿透电流ICEO=(1+β)ICBO也增加。反映在特性曲线上就是使特性曲线上移。 ②射—基电压UBE下降，在外加电压和电阻不变的情况下，使基极电流Ib上升。 ③使三极管的电流放大倍数β增大，使特性曲线间距增大。 综合起来，温度上升，将引起集电极电流IC增加，使静态工作点随之变化（提高）。静态工作点提高会导致饱和失真。如何能做到温度升高IC保持不变呢？采用电流负反馈稳定电流。

  24. +UCC Rc I Rb2 C2 + C1UB + IBUE RL Uo Rs + UiIR Rb1Re Us - IECe - - 为了保证静态点稳定，应满足如下两个条件： （1）保持UB不变 （2）保持UE恒定 T IERe UBE IE IE

  25. Rc Rb UCC UBBRe + + RsIbrbeβIb + UiRb2 Rb1RcRLUo Us - - - 估算公式： 精确计算，用戴维南等效电路计算输入回路：

  26. +UCC Rc I Rb2 C2 + C1UB + IBUE RL Uo Rs + UiIR Rb1Re Us - IECe - - 例：UCC=24V,Rb1=20kΩ,Rb1=60kΩ, Re=1.8kΩ， Rc=3.3kΩ,β=50。估算工作点。 例：两个放大电路，已知β=50，r’bb=200Ω，UBEQ=0.7V，电路的其他参数见图。 （1）分别求两放大电路的放大倍数和输入、输出电阻； （2）若三极管β值都增大一倍，分析静态工作点发生怎样变化？ （3）若三极管β值都增大一倍，两电路放大倍数如何变化？

  27. 5kΩ +UCC=12V 50kΩRc I Rb2 C2 + C1UB 5kΩ + IBUE RL Uo 20k UiIR Rb1 2.7k - IEReCe - +UCC=12V 560kΩ 5kΩ Rb Rc C2 + + C1 uiRL Uo 5k - - 静态工作点计算：

  28. + + IbrbeβIb UiRb Rc RL Uo - - + + Ib rbeβIb Ui Rb1 Rb2 Rc RL Uo - - 动态分析计算。两个放大电路的静态工作点ICQ的值相同，所以 当β值由50增大100时。静态工作点变化情况 当β值由50增大100时。放大倍数的变化情况

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