(4)--第5章 放大电路基础电路与电子技术.ppt

第第5章章 放大电路基础放大电路基础l5.1 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理l5.2 图解分析法图解分析法 l5.3 计算分析法计算分析法l5.4 放大电路的三种接法放大电路的三种接法l5.5 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路l5.6 场效应管场效应管放大电路放大电路l5.7 多级放大电路多级放大电路l5.8 放大器的通频带放大器的通频带 l放大电路的功能及性能指标放大电路的功能及性能指标l共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成 l放大电路的工作原理放大电路的工作原理5.1 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理 （1）放大电路功能简介放大电路功能简介 放大电路是放大信号的一种装置。它的功能是放大电路是放大信号的一种装置。它的功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）放大到将微弱的电信号（电压、电流、功率）放大到所需要的数值，从而使电子设备的终端执行元所需要的数值，从而使电子设备的终端执行元件（如继电器、扬声器、仪表等）有所动作或件（如继电器、扬声器、仪表等）有所动作或显示。显示。图图5-1是放大电路功能的方框图。是放大电路功能的方框图。1.放大电路的功能及性能指标放大电路的功能及性能指标 放大电路功能简介放大电路功能简介放放大大器器RsusRLVS开关开关图图5-1放大电路的功能框图放大电路的功能框图信号源信号源负载负载直流电源直流电源向放大器提供向放大器提供输入的电信号输入的电信号提供放大提供放大所需能源所需能源提供足够的放大能提供足够的放大能力并尽可能减小失力并尽可能减小失真真终端执终端执行元件行元件 l 放大电路的主要性能指标有：放大电路的主要性能指标有：放大倍数放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻最大不失真输出电压幅值最大不失真输出电压幅值非线性失真系数非线性失真系数通频带通频带最大输出功率和效率等最大输出功率和效率等 放大电路的性能指标放大电路的性能指标 2.共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成usuo共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路RsRbVBBVTRcVCCRLuiuBEiEiBiCbceuCE输入回路输入回路输入回路输入回路放大电路组放大电路组成的原则成的原则l发射结正偏，集发射结正偏，集电结反偏；保证电结反偏；保证VT处于放大区。处于放大区。l输入信号得到足输入信号得到足够的放大和顺利够的放大和顺利地传送。地传送。三极管三极管VT：实现电流放实现电流放大。大。VBB、VCC:确保确保 三极管三极管工作在放大工作在放大状态状态Rb:为放大为放大电路提供静电路提供静态工作点态工作点将将VT集电极集电极电流的变化电流的变化转变为电压转变为电压变化，以实变化，以实现电压放大现电压放大3.放大电路的工作原理放大电路的工作原理无输入信号（无输入信号（ui=0）时放大电路的工作情况）时放大电路的工作情况n假设：负载假设：负载RL开路，信号源为理想电压源，即开路，信号源为理想电压源，即Rs=0,ui=us。l当当输输入入信信号号ui=0时时，称称放放大大电电路路的的工工作作状状态态为为静静态态。电电路路如如图图(a)所示。所示。放大电路放大电路的静态也就的静态也就是它的直流是它的直流状态。这个状态。这个电路叫电路叫直流直流通路，或称通路，或称直流偏置电直流偏置电路路RbIBICIEVCCUBEUCERCIRcVBBui=0+(a)ui=0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+有输入信号（有输入信号（ui0）时放大电）时放大电路的工作情况路的工作情况l在静态的基础上，给放大电路加上交流输入信号在静态的基础上，给放大电路加上交流输入信号ui，如图，如图(b)所示。这时放大电路的工作状态称为所示。这时放大电路的工作状态称为动态动态。VT用不同的符号来表示不同性质的电量用不同的符号来表示不同性质的电量l总瞬时值：符号小写，下标大写，如总瞬时值：符号小写，下标大写，如iB。l交流分量瞬时值：符号、下标均小写，如交流分量瞬时值：符号、下标均小写，如ib。l交流有效值：交流有效值：Ib。l交流幅值：交流幅值：Ibm。l交流分量的复数形式：交流分量的复数形式：l直流分量：符号、下标均大写，如直流分量：符号、下标均大写，如IB。ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况设输入信号设输入信号ui为正弦信号为正弦信号晶体管基晶体管基-射极电压瞬射极电压瞬时值为：时值为：据上式据上式 画出画出uBE的波形的波形RbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+VTiBuBEQiBuBEuBEttt/2/2 3/23/2220000UBEIBIB+IbmIB-Ibm(a)(b)(c)(d)UBEui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l由由iB 求求iC。晶体管工作在放大区，则集电极电流。晶体管工作在放大区，则集电极电流iC为：为：在负载电阻在负载电阻RL开路的情况下开路的情况下当当输输入入信信号号ui=0时时，iC的的交交流流分分量量 为为 0，则则 iC=IC，对对 应应 的的uCE=UCE=VCC-ICRc。因因此此上上式式可以写成可以写成RbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况uce=-Ucemsint=Ucemsin(t-180)。-180相移来表示相位相反。相移来表示相位相反。从从图图(b)电电路路中中可可知知，输输出出端端瞬时电压瞬时电压uO=uCEuO=UCE+Ucemsin(t-180)共射极放大电路的输出信共射极放大电路的输出信号电压号电压uO与输入电压与输入电压ui反反相，或者说相位差相，或者说相位差180。VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形uit0lui的的波形波形VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形ubet0luBE的的波形波形uBEt0UBEt0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形ibt0liB的的波形波形iBt0IBt0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形ict0liC的的波形波形iCt0ICt0VTRbiBiCiEVCCuBEuCERCiRcVBBui+(b)ui0uO+ui0 时放大电路的工作情况时放大电路的工作情况l各处波形各处波形luCE的的波形波形uCEt0UCEt0ucet0仿真仿真VT重要概念：重要概念：l ui=0时时静静态态。直直流流电电源源和和Rb、Rc共共同同确确定定IB、UBE、IC、UCE，确保晶体管工作在放大区。，确保晶体管工作在放大区。l ui 0时时动动态态。电电路路中中的的iB、iC、uBE和和uCE都都随随ui的变化而变化。信号：的变化而变化。信号：ui uo实现电压放大。实现电压放大。l 动动态态时时，交交直直流流共共处处一一体体。是是在在直直流流分分量量的的基基础础上上叠叠加加一一个个交交流流分分量量。且且直直流流量量始始终终大大于于交交流流分量的幅值。分量的幅值。l 共共射射电电路路中中，交交流流分分量量ui 与与uo反反相相位位。直直接接耦耦合合放放大大电电路路：电电路路与与信信号号源源和和负负载载电电阻阻RL之之间间是是通过电阻或导线直接连接的。通过电阻或导线直接连接的。5.2 图解分析法图解分析法 l图图解解分分析析法法：利利用用晶晶体体管管的的特特性性曲曲线线以以及及负负载载线线等等，用用作作图图的的方方法法直直接接描描绘绘出出各各有有关关的的电电压压、电流波形；电流波形；l计计算算分分析析法法：是是将将晶晶体体管管简简化化成成线线性性等等效效电电路路，然然后后对对整整个个放放大大电电路路进进行行计计算算，求求出出各各有有关关的的电压、电流值。电压、电流值。l以共射放大电路为典型进行分析。以共射放大电路为典型进行分析。1.用图解法分析静态工作情况用图解法分析静态工作情况Rb+_VCCVTRCVBBui+_(a)共射极放大电路共射极放大电路uol静态时常用直流量静态时常用直流量IB、UBE、IC和和UCE来描述晶来描述晶体管的静态工作情况。体管的静态工作情况。lIB、UBE可以在输入特可以在输入特性确定一点；性确定一点；IC、UCE在输出特性上确定一点。在输出特性上确定一点。该点就称为静态工作点。该点就称为静态工作点。l静态工作点通常用静态工作点通常用Q表表示，示，Q点坐标为点坐标为IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。l用图解法来分析静态的用图解法来分析静态的目的：目的：确定确定Q点。点。l用图解法求静态用图解法求静态 工作点的步骤：工作点的步骤：画出直流通路画出直流通路lui=0V即可。即可。Rb+_VCCVTRCVBBuCE+_uBEiCiB+ui_1.用图解法分析静态工作情况用图解法分析静态工作情况 利用输入特性曲线来确定利用输入特性曲线来确定IBQ和和UBEQl列输入回路方程。列输入回路方程。Rb+_VCCVTRcVBBuBE+_(b)uCEiCiBVBB=iBRb+uBEl写输入特性曲线方程写输入特性曲线方程iB=f(uBE)|uCE=常数l求解，即为求解，即为IBQ、UBEQl由由VBB=iBRb+uBE 得得l斜率为斜率为-1/Rb。取两点。取两点(0,VBB/Rb)及及(VBB,0)，在坐标系中画出这条线。，在坐标系中画出这条线。iBuBE0(a)UBEQIBQMNVBB/Rb-1/RbQl该线称为静态负载线，或该线称为静态负载线，或直流负载线直流负载线(Static Load Lines)，它与输入特性的，它与输入特性的交点交点Q就是静态工作点。就是静态工作点。lQ点的坐标就是静态时的点的坐标就是静态时的基极电流基极电流IBQ和基和基-射极间射极间电压电压UBEQ 利用输入特性曲线来确定利用输入特性曲线来确定IBQ和和UBEQ 利用输出特性曲线确定利用输出特性曲线确定UCEQ及及ICQl列列输输出出回回路路及及输输出出特特性性曲曲线方程：线方程：iC =f(uCE)|iB=常数常数VCC=iCRc+uCEl方程方程VCC=iCRc+uCE 可写成斜截式方程可写成斜截式方程l取两点取两点(0,VCC/Rc)，(VCC,0)，连成直线。，连成直线。Rb+_VCCVTRcVBBuBE+_(b)uCEiCiB iC0uCE(b)IBQ-1/RcVCCVCC/RcQHLUCEQICQ该线称为输出特该线称为输出特性的直流负载线，性的直流负载线，交点交点Q就是就是静态静态工作点工作点。利用输出特性曲线确定利用输出特性曲线确定UCEQ及及ICQ2.用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况l输输入入交交流流信信号号ui0，此此时时电电路路中中各处为直流与交流的叠加。各处为直流与交流的叠加。利用输入特性画出利用输入特性画出iB和和uBE波形波形l设输入信号设输入信号ui=Uim sint(mV)l从输入回路可列出方程：从输入回路可列出方程：VBB+ui=iBRb+uBE=取两点取两点（VBB+ui，0）和和（0，（，（VBB+ui）/Rb）Rb+_VCCVTRCVBBui+_uo图解法求图解法求uBE及及iB波形波形iB(A)uBE(V)00QVBB-1/Rbui(V)Uim2tiB(A)IBQ+IbmIBQIBQ-Ibm02tuBE(V)t20UbemIBQVBB+UimVBB-Uim 利用输出特性画出利用输出特性画出iC和和uCE波形波形l当当ui0时时，有有VCC=iCRc+uCE，其其中中iC与与uCE既既有有直直流分量又有交流分量。流分量又有交流分量。l它它反反映映了了瞬瞬时时电电量量之之间间的的关关系系，故故称称为为动动态态负负载载线线或交流负载线或交流负载线(Dynamic Load Lines)。l由输入特性曲线已得到由输入特性曲线已得到iB的波形，且有的波形，且有 VCC=iCRc+uCE 取取两两点点（VCC，0）和和（0，VCC/Rc）iC=f(uCE)|iB=常数常数 多条曲线。多条曲线。图解法求图解法求uCE和和iCiC(mA)tuCE(V)0QiB(mA)IBQ+IbmIBQ-IbmIBQ20QQiC(mA)ICQ+IcmICQ-IcmICQt20UCEQuCE(V)2tUcem03.电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响l由前面讨论已知由前面讨论已知l如如果果改改变变电电路路参参数数Rc、Rb、VBB、VCC就就会会改改变静态工作点。变静态工作点。Rc对对Q点的影响点的影响l假设假设Rc阻值改变时，其他参数不变。由式阻值改变时，其他参数不变。由式l Rc1/Rc VCC/Rc 负载线与曲线的交负载线与曲线的交点右移。点右移。在图在图(b)中，设原有的直流负载线为中，设原有的直流负载线为HL。l Rc 静态工作点左移。静态工作点左移。iC(mA)Q(b)电路参数对输出特性上电路参数对输出特性上Q点的影响点的影响uCE(V)MVCC(L)H0iB=60AiB=50AiB=40AiB=30AiB=20AiB=10AQ1减小减小Rc阻值阻值 Rb对对Q点的影响点的影响l假设假设Rb阻值改变时，其他参数不变。由式阻值改变时，其他参数不变。由式l Rb1/Rb VBB/Rb 静态工静态工作点上移（饱和区）。作点上移（饱和区）。l Rb 静态工作点下移（截止区）。静态工作点下移（截止区）。l如如Rb减小，减小，IBQ增大，则交增大，则交点将由原来的点将由原来的J点上移到点上移到I点，点，静态工作点静态工作点Q将移到将移到Q2点。点。uBE(V)(a)电路参数对输入特性上电路参数对输入特性上Q点影响点影响iB(A)0QJKIQ2IBQ增大，假设从增大，假设从20A增到增到30AiC(mA)Q(b)电路参数对输出特性上电路参数对输出特性上Q点的影响点的影响uCE(V)MVCC(L)H0iB=60AiB=50AiB=40AiB=30AiB=20AiB=10AQ1Q2 4.非线性失真非线性失真l波波形形失失真真：信信号号经经放放大大电电路路放放大大以以后后，输输出出波形与输入波形不完全一致。波形与输入波形不完全一致。l非非线线性性失失真真(Nonlinear Distortion)：由由于于晶晶体管特性曲线非线性引起的波形失真。体管特性曲线非线性引起的波形失真。l非非线线性性失失真真主主要要与与静静态态工工作作点点的的位位置置和和输输入入信号的幅值大小有关。信号的幅值大小有关。l两两种种主主要要的的非非线线性性失失真真：截截至至失失真真和和饱饱和和失失真。真。截止失真截止失真l条条件件：静静态态工工作作点点设设置置偏偏低低，输输入入信信号号ui的的幅幅值相对比较大。值相对比较大。l结结果果：iB、iC、uCE的的波波形形出出现现“削削顶顶”失失真真，见见 图图。这这 种种 失失 真真 称称 为为 截截 止止 失失 真真 (Cutoff Distortion)。l消消除除截截止止失失真真的的方方法法：提提高高Q点点位位置置（如如减减小小Rb的阻值）；减小的阻值）；减小ui的幅值。的幅值。截止失真截止失真iC(mA)iC(mA)iB(A)iB(A)uCE(V)uCE(V)uBE(V)uBE(V)ui(V)uBEQQ2QIBQIbmQQ1Q2tttt00000t(a)从输出特性分析截止失真(b)从输入特性分析截止失真 饱和失真饱和失真条件：静态工作点设置偏高，输入信号ui的幅值相对比较大。结果：iC、uCE的波形出现“削顶”失真这 种 失 真 称 为 饱 和 失 真（SaturationDistortion）。消除饱和失真的方法：降低Q点位置（如Rb或Rc）；减小ui的幅值。t饱和失真饱和失真iCiCuCEuCEiBQ2QQ1t0005.最大输出电压幅值最大输出电压幅值 l最最大大输输出出电电压压幅幅值值:指指放放大大电电路路在在电电路路参参数数已已确确定定的的条条件件下下，输输出出端端不不发发生生饱饱和和失失真真和和截截止止失失真真时时的的最最大大输输出出信信号号电电压压的的幅幅值值，记记作作Uomax。这这是是放放大电路的一个重要性能指标。大电路的一个重要性能指标。l工工作作点点下下移移至至F点点时时便便进进入入截截止止区区，将将发生截止失真。发生截止失真。l工工作作点点上上移移至至R点点时时便便进进入入饱饱和和区区，将将发生饱和失真。发生饱和失真。lUF是是受受截截止止失失真真限限制制的的交交流流信信号号分分量量的的最最大幅值。大幅值。lUR是是受受饱饱和和失失真真限限制制的的交交流流信信号号分分量量的的最最大幅值大幅值。5.最大输出电压幅值最大输出电压幅值uCEIBQUCEQURUFUCESQRF MICQ-1/Rc0交流负载线5.最大输出电压幅值最大输出电压幅值uCEIBQUCEQURUFUCESQRF MICQ-1/Rc0交流负载线UR=UCEQ-UCESl对对于于小小功功率率硅硅管管，UCES一一般般取取0.51V，为为了了留留有有一一定定余量常取为余量常取为1V。l所所以以既既不不发发生生饱饱和和失失真真，又又不不发发生生截截止止失失真真的的条条件件下下，uCE的的交交流流分分量量的的最最大大幅幅值值应应当当是是UR与与UF之中的最小值。即之中的最小值。即Ucemax=minUR，UFl对对于于图图5-6(a)的的共共射射极极放放大大电电路路，输输出出电电压压uO就就等等于于uCE，其其中中输输出出信信号号电电压压uo就就等等于于uce，那那么么该该电路的最大输出电压幅值为电路的最大输出电压幅值为Uomax=minUCEQ-UCES，ICQRC5.最大输出电压幅值最大输出电压幅值l衡衡量量放放大大电电路路不不发发生生饱饱和和失失真真和和截截止止失失真真时时的的输输出出电电压压值值的的另另一一术术语语是是输输出出动动态态范范围围，记记为为UP-P。它表示最大输出电压的峰。它表示最大输出电压的峰-峰值。显然峰值。显然UP-P=2Uomax l在在电电路路条条件件一一定定的的情情况况下下，将将静静态态工工作作点点设设置置得得使使UR=UF，这这时时放放大大电电路路有有最最大大的的输输出出电电压幅值压幅值Uomax，或者说有最大的输出动态范围。，或者说有最大的输出动态范围。5.最大输出电压幅值最大输出电压幅值1.共集电极放大电路共集电极放大电路5.4 放大电路的三种接法放大电路的三种接法 UIRbVBBReRLUO+UO+VCC(a)放大电路+_+_VTRbReRLUIUOb+_+_ecVT(b)交流通路 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算l画出图画出图(a)中放大电路的直中放大电路的直流通路。流通路。UIRbVBBReRLUO+UO+VCC(a)放大电路+_+_VT+VCCVBBRbReRLVTIBQIEQ(b)直流通路 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算l画出图画出图(a)中放大电路的直中放大电路的直流通路。流通路。+VCCVBBRbReRLVTIBQIEQ(b)直流通路 性能指标的分析计算性能指标的分析计算l画出共集电极电路的微变等效电路。画出共集电极电路的微变等效电路。l根据电路来计算性能指标。根据电路来计算性能指标。UIRbII+_微变等效电路RbReRLUIUOb+_+_ecVT交流通路rbeIBIBebcIOUOReRL+_ 电压放大倍数电压放大倍数 RL=Re/RLl电电压压放放大大倍倍数数是是小小于于1的的，输输出出信信号号电电压压UO与与输输入信号电压入信号电压UI同相。同相。UIRbII+_微变等效电路rbeIBIBebcIOUOReRL+_ 输入电阻输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Rol输入电阻输入电阻Rirbe+(1+)(Re/RL)b2IIiRIUR+=DD=RiRiUIRbII+_rbeIBIBebcIOUOReRL+_Io=IE+IReIE=(1+)IBl输出电阻输出电阻RobbeOBRrUI+D=DUIRbII+_微变等效电路rbeIBIBebcIOUOReRL+_IReIEl在大多数情况下都有在大多数情况下都有 从上式可见，共集电极放大电路具有很小的输出电阻，一般为几欧姆至几百欧姆。l输出电阻输出电阻Ro 电流放大倍数电流放大倍数 l根据微变等效电路可得根据微变等效电路可得 l尽尽管管共共集集电电极极放放大大电电路路的的Au小小于于1，不不能能放放大大电电压压信信号号，但但这这种种放放大大电电路路可可以以放放大大电电流流信信号号，放大功率。放大功率。UIRbII+_微变等效电路rbeIBIBebcIOUOReRL+_ 跟随范围跟随范围 l共共集集电电极极放放大大电电路路的的动动态态范范围围称称为为跟跟随随范范围围。它应为输出电压幅值的两倍。它应为输出电压幅值的两倍。Ucemax=minUCEQUCES，ICQRLl式中式中RL=Re/RL。l只只从从幅幅值值大大小小来来考考虑虑，即即Uomax=Ucemax。l因此跟随范围因此跟随范围Up-p=2Uomax=2UcemaxuCEIBQiCUCEQUFURUCESQRFICQ0Re/RL-1VCC共集电极放大电路的特点共集电极放大电路的特点l电电压压放放大大倍倍数数小小于于1。输输出出信信号号电电压压UO与与输输入入信号电压信号电压UI同相。同相。l电电流流放放大大倍倍数数可可大大于于1，具具有有电电流流放放大大和和功功率率放放大的能力。大的能力。l输输入入电电阻阻大大，向向信信号号源源取取的的电电流流小小。输输出出电电阻阻小，带负载能力强。小，带负载能力强。例例5-2l在图在图(a)所示射极跟随器中，已知晶体管的所示射极跟随器中，已知晶体管的=100,UBE=0.6V。求：。求：计算计算Aus，Ri和和Ro；若负载若负载RL开路，再计算开路，再计算Aus。Rb1Rb2ReRLUsUO+UO+VCC(a)放大电路+_+_VT60k40k1003k3k(+9V)Rs解：解：l首首先先画画出出图图(a)的的放放大大电电路路的的直直流流通通路路如如图图(b)。再再应应用用戴戴维维南南定定理理得得到到化化简简的的等等效效直直流流通通路路如如图图(c)。从从中可以计算出中可以计算出IEQ和和rbe。Rb1Rb2ReRL+VCC(b)直流通路VTRsABRbUBAReRL+VCC(c)化简后得等效电路VTIBQIEQ 例例5-2Rb=Rb1/(Rb2+Rs)=60/(40+0.1)24(k)IEQ=(1+)IBQ 1.71(mA)RbUBAReRL+VCC(c)化简后得等效电路VTIBQIEQ 例例5-2l画出图(a)电路的微变等效电路如图所示。UOIBIBRb2Rb1ReRLRiRirbeIIIOUIUI+_RsUs+_Rb1Rb2ReRLUsUO+UO+VCC(a)放大电路+_+_VTRs 例例5-2列出下列各式列出下列各式:UO=(1+)IB(Re/RL)Ri=rbe+(1+)(Re/RL)=1.8+1011.5=153.3kUI=IB rbe+(1+)(Re/RL)UOIBIBRb2Rb1ReRLRiRirbeIIIOUIUI+_RsUs+_ 例例5-2Ri=Rb2+(Rb1/Ri)=40+(60/153.3)=83.12(k)l根据根据Ro的定义画出计算的定义画出计算Ro的等效电路。的等效电路。例例5-2Rb2Rb1ReRorbeIBIBIOUO计算Ro等效电路+_RsUs+-例例5-2当当RL开路时开路时Ri=rbe+(1+)Re=3.14+1013=306.14(k)例例5-2Ri=Rb2+Rb1/Rbe+(1+)Re=90.2(k)这个例题说明：共集电极放大电路带负载能力强，常作为多级放大电路的输出级。例例5-22.共基极放大电路共基极放大电路l图图(a)是一个共基极放大电路。是一个共基极放大电路。ReRcRLUI+_VEEVCCVT+_UO+UO(a)放大电路ReRcRL UI+_UOecb+-(b)交流通路 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算 如图所示为共基极放大电路的直流通路。如图所示为共基极放大电路的直流通路。RLReRcVEEVCCVTICQIEQIRc直流通路IBQUE=0UBE由上述各式可以确定电路的静态工作点。由上述各式可以确定电路的静态工作点。ReRcVEEVCCVTICQIEQIRc直流通路IBQ 静态工作点的分析计算静态工作点的分析计算 性能指标的分析计算性能指标的分析计算l画画出出共共基基极极放放大大电电路路的的微微变变等等效效电电路路。根根据据电电路来计算性能指标。路来计算性能指标。ReRcRL UI+_UOecb+-交流通路 UIReRcRL+_UIrbe+_UO(b)微变等效电路IIIEIBIBIORiRo+_ URe 电压放大倍数电压放大倍数 l由微变等效电路可得由微变等效电路可得 UO=IB(Rc/RL)UI=IERe+IBrbe式中RL=Rc/RL。UIReRcRL+_UIrbe+_UO(b)微变等效电路IIIEIBIBIORiRo+_ URe 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 l输输出出电电阻阻的的计计算算用用直直接接观观察察的的方方法可得法可得Ro=Rc UIReRcRL+_UIrbe+_UO(b)微变等效电路IIIEIBIBIORiRo+_ URe 电流放大倍数电流放大倍数 UIReRcRL+_UIrbe+_UO(b)微变等效电路IIIEIBIBIORiRo+_ URe共基极放大电路具有如下特点：共基极放大电路具有如下特点：l电电压压放放大大倍倍数数较较大大，输输出出信信号号电电压压UO与与输输入信号电压入信号电压UI同相。同相。l电流放大倍数小于电流放大倍数小于1。l输输入入电电阻阻较较低低，输输出出电电阻阻与与共共发发射射极极放放大大电电路一样为路一样为Rc。l共射l共集l共基Au 大，大，Uo 与与Ui反相反相Ai 大，大，Ro、Ri 适中适中Au 1Ri很大、很大、Ro 很小很小Au 大，大，Uo 与与Ui同相同相Ai rbe，则，则 Ri rbe l输出电阻输出电阻Ro令令交交流流信信号号源源 ，负负载载电电阻阻开开路路(RL=)，则可以从微变等效电路的输出回路直接观察得到则可以从微变等效电路的输出回路直接观察得到Ro=Rc 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 电流放大倍数电流放大倍数 RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiIbIcIRbUo+_Ri=Rb/rbe 电流放大倍数电流放大倍数 考虑信号源内阻时的电压放大倍数考虑信号源内阻时的电压放大倍数 在Rbrbe的条件下，有 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 l应应用用图图解解法法分分析析电电路路的的最最大大输输出出电电压压幅幅值值。由由直直流流通通路路的的输输出出回回路路可可以以列列出出电压方程：电压方程：VCC=UCEQ+ICQRcl由此方程在晶体管由此方程在晶体管VT的输出特性曲线上画出的输出特性曲线上画出直流负载线，它的斜率是直流负载线，它的斜率是-1/Rc。RbRc+VCCICQIBQUBEQ+_UCEQbce+_直流通路RL=Rc/RLl由微变等效电路列出方程由微变等效电路列出方程：l据据此此方方程程画画出出交交流流负负载线，其斜率载线，其斜率-1/RL。最大输出电压幅值最大输出电压幅值 RoRLRiRsRbrbeRc+_+_UiIbUsIoIiIbIcIRbUo+_-1/RL-1/RcuCEIBQiCUCEQURUFUCESQRFICQ0Ucemax=minUR，UF而输出信号电压。故Uomax=minUCEQUCES，ICQRL 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 2.稳定工作点的放大电路稳定工作点的放大电路 l放大器要求放大器要求Q点稳定点稳定 放大器正常工作时，需要有一个合适的静放大器正常工作时，需要有一个合适的静态工作点，如在运行时，工作点不稳定，态工作点，如在运行时，工作点不稳定，则放大器的性能就不会稳定。则放大器的性能就不会稳定。l放大器静态工作点不稳定的原因放大器静态工作点不稳定的原因l环境温度的变化环境温度的变化(主要原因主要原因)l晶体管的更换晶体管的更换l电路元件的老化电路元件的老化l电源的波动电源的波动变化对变化对Q点的影响点的影响l当当温温度度升升高高时时值值增增大大，在在输输出出特特性性上上表表现现为为特特性性曲曲线线的间隔增宽。的间隔增宽。(a)变化对Q点的影响iC(mA)uCE(V)QICQ80604020iB=0A0VCCRCVCC80ICQ1Q1l在温度升高后，在温度升高后，ICQ增大，增大，UCEQ减减小。静态工作点向小。静态工作点向饱和区移动。饱和区移动。温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响804020iB=0A60Q2Q0uCE(V)4020iB=0A6080iCVCCRC(b)ICBO变化的影响l温温度度升升高高，ICQ增增大大，UCEQ减减小小，工工作作点点向向饱饱和和区区移动。移动。ICBO的变化对的变化对Q点的影响点的影响Q3IBQ0.675iBuBEIBQ0.7Q25(c)UBE变化的影响l在外电路参数不变时，在外电路参数不变时，输入回路所确定的直流输入回路所确定的直流负载线也不变。负载线也不变。l那么那么Q点移到点移到Q3点，点，IBQ将增加到将增加到IBQ的，显的，显然也要使然也要使ICQ增加。增加。l反之，温度降低将使反之，温度降低将使ICQ减小。减小。UBE变化对变化对Q点的影响点的影响l结论：结论：l综综上上所所述述，温温度度升升高高之之后后晶晶体体管管参参数数、ICBO、UBE的的变变化化都都使使ICQ增大，静态工作点向饱和区移动。增大，静态工作点向饱和区移动。l如果温度降低，则将使如果温度降低，则将使ICQ减小，静态工作点向截止区移动。减小，静态工作点向截止区移动。采取措施采取措施l为为了了稳稳定定静静态态工工作作点点，通通常常可可以以采采取取以以下下三三种种措施。措施。q还有一种是在偏置电路中采取温度补偿措还有一种是在偏置电路中采取温度补偿措施。施。q一种是将放大器置于恒温装置中但造价太高。一种是将放大器置于恒温装置中但造价太高。q另一种是在直流偏置电路中引入负反馈来另一种是在直流偏置电路中引入负反馈来稳定静态工作点。稳定静态工作点。分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路Rb=Rb1/Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQecb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQRb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l分压式电流负反馈偏置电路在设计时，适当分压式电流负反馈偏置电路在设计时，适当选择电阻选择电阻Rb1和和Rb2的阻值，使之满足下面两的阻值，使之满足下面两个条件。个条件。(Rb1和Rb2近似串联)UBQ UBEQ式中为流过基极分压电阻Rb1与Rb2的电流。UBQ不变TICQ(IEQ)(IEQRe)UBEQIBQICQUBEQ=UBQ-UEQ+VCCRcICQIEQUCEQRb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理lRe把把与与ICQ成成正正比比的的电电压压IEQRe引引回回到到输输入入回回路路，来来调调节节基基-射射极极电电压压UBEQ，从从而而稳稳定定ICQ。这这种种作用称为作用称为电流负反馈电流负反馈。l这种偏置电路称为这种偏置电路称为分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路。工作原理工作原理l根据图根据图(a)的直流偏置电路可得：的直流偏置电路可得：在在电电路路同同时时满满足足式式 ，UBQ UBEQ的条件下的条件下,那么那么lUBQ近似恒定，那么晶体管的静态工作电流近似恒定，那么晶体管的静态工作电流IEQ近似恒定。近似恒定。由式由式 可知，可知，+VCCRcICQIEQUCEQRb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l静态电流静态电流IEQ将主要由外电路的参数将主要由外电路的参数VCC、Rb1、Rb2、Re来确定，而来确定，而与晶体管参数与晶体管参数、ICBO、UBE几几乎无关乎无关。因而大大提高了静态工作点的稳定性。因而大大提高了静态工作点的稳定性。l习惯上把上面两式叫做习惯上把上面两式叫做工作点稳定条件工作点稳定条件。UBQUBEQ 工作原理工作原理l为为了了兼兼顾顾放放大大电电路路几几方方面面的的性性能能，通通常常采采用用下下列经验数据来选择电路参数。列经验数据来选择电路参数。工作原理工作原理射极偏置电路的分析计算射极偏置电路的分析计算l在在图图(a)的的射射极极偏偏置置电电路路中中，如如果果电电路路参参数数满满足足稳定条件时可以近似估算。因而可以列出稳定条件时可以近似估算。因而可以列出UCEQ=VCCICQRcIEQRe=VCCICQ(Rc+Re)+VCCRcICQIEQUCEQRb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 稳定工作点的共射极放大电路稳定工作点的共射极放大电路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路UiUo 电压放大倍数电压放大倍数 l从图从图(a)所示的微变等效电路可得所示的微变等效电路可得RL=Rc/RLIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a)微变等效电路rbe+_+_l电电路路的的电电压压放放大大倍倍数数比比固固定定偏偏置置电电路路接接成成的的共共射射极极放大电路的电压放大倍数小得多。放大电路的电压放大倍数小得多。l输输入入信信号号中中有有相相当当一一部部分分降降落落到到Re上上。仅仅有有一一部部分分加加在在基基-射射极极转转换换成成和和输输出出。射射极极电电阻阻Re越越大大，稳稳定定工作点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。工作点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。l解解决决方方法法：通通常常在在Re的的两两端端并并联联上上一一个个大大容容量量电电容容（约为几十到几百微法）。（约为几十到几百微法）。l电容电容Ce称为称为射极旁路电容射极旁路电容。电压放大倍数电压放大倍数+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路UiUoCe 电压放大倍数电压放大倍数 电压放大倍数电压放大倍数 IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb(b)有Ce时电路的微变等效电路+_+输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻l对于有旁路电容对于有旁路电容Ce的情况，的情况，从微变等效电路可得从微变等效电路可得在Rb1/Rb2rbe时Ri=Rb1/Rb2/rbeRirbel用直接观察的用直接观察的方法可知输出方法可知输出电阻电阻Ro=RcIiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb(b)有Ce时电路的微变等效电路+_+l对于无旁路电容对于无旁路电容Ce的情况，从微变等效电路可得：的情况，从微变等效电路可得：Ri=Rb1/Rb2/rbe+(1+)ReIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a)微变等效电路rbe+_+_ 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 l在计算输出电阻在计算输出电阻Ro时，如果时，如果不考虑晶体管的不考虑晶体管的rce（即认为（即认为rce），那么），那么Ro=Rc。l如果要如果要考虑考虑rce那么按照求输出电阻的方法，将信号源短接，那么按照求输出电阻的方法，将信号源短接，负载负载RL开路，输出