1、第第2章章 放大电路基础放大电路基础本章主要内容本章主要内容(1)(1)放大电路的基本组成和工作原理放大电路的基本组成和工作原理(2)(2)放大电路的静态分析和动态分析放大电路的静态分析和动态分析(3)(3)共集电极放大电路共集电极放大电路(4)(4)场效应晶体管放大电路场效应晶体管放大电路(5)(5)多级放大电路多级放大电路(6)差分放大电路差分放大电路(7)功率放大电路功率放大电路n放大电路又称放大器，它的基本功能是把微弱的电信号不放大电路又称放大器，它的基本功能是把微弱的电信号不失真地放大成较强的电信号。失真地放大成较强的电信号。n它的基本原理就是用较小的输入信号控制较大的电压或电它的基
2、本原理就是用较小的输入信号控制较大的电压或电流，从而产生增大的输出信号。流，从而产生增大的输出信号。n其实质就是用较小的能量去控制较大的能量。其实质就是用较小的能量去控制较大的能量。n实际的放大电路通常由多级组成，如图实际的放大电路通常由多级组成，如图2.1所示。所示。图图2.1多级放大器多级放大器n首先由传感器将非电形式的物理量（如温度、压力、流量首先由传感器将非电形式的物理量（如温度、压力、流量等）转换成电信号。等）转换成电信号。n由于转换后产生的电信号往往比较微弱，所以需先经过前由于转换后产生的电信号往往比较微弱，所以需先经过前几级放大电路得到足够幅度的电压信号，再经过末级功率几级放大电
3、路得到足够幅度的电压信号，再经过末级功率放大器得到较强的信号能量去推动执行元件（负载）。放大器得到较强的信号能量去推动执行元件（负载）。n常见的执行元件有扬声器、显示器、继电器及电磁阀等。常见的执行元件有扬声器、显示器、继电器及电磁阀等。n从放大器的功能上看，它可以分为从放大器的功能上看，它可以分为电压放大器电压放大器和和功率放大功率放大器器两种类型。两种类型。n从放大器的组成上看，可分为从放大器的组成上看，可分为共发射极放大电路、共集电共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路极放大电路和共基极放大电路。这三种放大电路根据各自。这三种放大电路根据各自的特点而用在不同的特点而用在不同场
4、合。2.1基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理2.1.1共发射极基本放大电路的组成共发射极基本放大电路的组成n图图2.2所示是一个共发射极基本放大电路。所示是一个共发射极基本放大电路。图图2.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路n由图可见，它是由一个晶体管、一个电源、三个电阻、两由图可见，它是由一个晶体管、一个电源、三个电阻、两个电容及相关连接线所组成的单管放大器，输入信号个电容及相关连接线所组成的单管放大器，输入信号ui经经电容电容C1加到晶体管加到晶体管T的基极，放大后的信号从集电极经电的基极，放大后的信号从集电极经电容容C2输出。输出。RL为负载电阻。为负载电阻
5、。图图2.2所示放大器中各元件的作用如下。所示放大器中各元件的作用如下。（1）NPN型晶体管型晶体管T是放大电路的核心器件，它起电流放大是放大电路的核心器件，它起电流放大作用。作用。（2）电源）电源UCC使晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏使晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，晶体管处于放大状态。置，晶体管处于放大状态。（3）集电极电阻）集电极电阻RC将集电极电流的变化转换为电压的变化，将集电极电流的变化转换为电压的变化，以实现电压放大，并对集电极电流起限制作用。以实现电压放大，并对集电极电流起限制作用。（4）基极偏置电阻）基极偏置电阻RB提供适当的基极偏置电流，使发射结提供适当的基极偏
6、置电流，使发射结正向偏置，并使放大器具有合适的静态工作点。正向偏置，并使放大器具有合适的静态工作点。（5）耦合电容）耦合电容C1和和C2起隔直流、通交流的作用。起隔直流、通交流的作用。C1用来隔用来隔断信号源与放大电路之间的直流通路，断信号源与放大电路之间的直流通路，C2用来隔断放大电用来隔断放大电路与负载之间的直流通路；而对于交流信号，由于路与负载之间的直流通路；而对于交流信号，由于C1、C2的值取得较大，交流信号在其上的压降很小，可近似看为的值取得较大，交流信号在其上的压降很小，可近似看为短路，可以通畅地传递交流信号。短路，可以通畅地传递交流信号。2.1.2 共发射极基本放大电路的工作原理
7、共发射极基本放大电路的工作原理n在图在图2.2所示放大电路中，当电路参数选得合适时，则晶所示放大电路中，当电路参数选得合适时，则晶体管工作在放大状态。此时，如果在放大电路的输入端加体管工作在放大状态。此时，如果在放大电路的输入端加上一个微小的变化电压上一个微小的变化电压ui，它经过电容，它经过电容C1传送到晶体管的传送到晶体管的基极，基极与发射极之间的电压基极，基极与发射极之间的电压uBE将跟随将跟随ui的变化而变化，的变化而变化，产生变化量产生变化量uBE。n由于晶体管的发射结处于正向偏置状态，所以当发射结电由于晶体管的发射结处于正向偏置状态，所以当发射结电压发生变化时，将使基极电流压发生变
8、化时，将使基极电流iB产生相应的变化量产生相应的变化量iB。由于晶体管的电流放大作用，基极电流的变化将引起集电由于晶体管的电流放大作用，基极电流的变化将引起集电极电流极电流iC发生更大的变化，即发生更大的变化，即iC=iB。n从电路的输出回路上看，这个集电极电流的变化将引起集从电路的输出回路上看，这个集电极电流的变化将引起集电极与发射极之间的电压电极与发射极之间的电压uC E发生相应的变化。由于发生相应的变化。由于uCE=UCC-iCRC，而，而UCC是恒定不变的直流电源，所以是恒定不变的直流电源，所以UCE的的变化刚好与变化刚好与iC的变化相反，当的变化相反，当iC增大时，增大时，uCE将相
9、应减小。将相应减小。也就是说，也就是说，uCE将跟随将跟随ui做反相变化。做反相变化。nuCE的变化量的变化量uCE经电容经电容C2传送到输出端成为输出电压传送到输出端成为输出电压uo，但但uo的幅度将比的幅度将比ui大得多，从而达到信号放大作用。大得多，从而达到信号放大作用。n被放大的输入信号加到基极和发射极组成的输入回路中，被放大的输入信号加到基极和发射极组成的输入回路中，而放大后的信号是在集电极和发射极组成的输出回路输出，而放大后的信号是在集电极和发射极组成的输出回路输出，发射极既在输入回路又在输出回路中，即发射极是两个回发射极既在输入回路又在输出回路中，即发射极是两个回路的公共端，因此
10、这种电路称为路的公共端，因此这种电路称为共发射极电路共发射极电路。2.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析n所谓所谓静态静态，是指放大电路没有交流信号输入（，是指放大电路没有交流信号输入（ui=0）时的工）时的工作状态；所谓作状态；所谓动态动态，是指放大电路有交流信号输入（，是指放大电路有交流信号输入（ui0）时的工作状态。时的工作状态。n静态分析的目的是确定放大电路的静态值静态分析的目的是确定放大电路的静态值IB、IC、UBE和和UCE，通常称这，通常称这4个数值为放大器的静态工作点，简称个数值为放大器的静态工作点，简称Q点点，并记为并记为IBQ、ICQ、UBEQ和和UCEQ。n动态分析
11、的目的是确定放大电路的电压放大倍数、输入电动态分析的目的是确定放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。阻、输出电阻等。n放大电路的静态分析有放大电路的静态分析有计算法计算法和和图解法图解法两种。两种。2.2.1计算法计算法n 对于图对于图2.2所示的基本放大电路，当其处于静态工作状态时，所示的基本放大电路，当其处于静态工作状态时，耦合电耦合电C1和和C2只起隔直作用，可视为开路，所以其直流通只起隔直作用，可视为开路，所以其直流通路如图路如图2.3所示。所示。图图2.3 共发射极放大电路的直流通路共发射极放大电路的直流通路 根据图根据图2.3，可求得基极电流，可求得基极电流IB的静态值为的
12、静态值为 IBQ=(UCC-UBEQ)/RB （2-1）在在计算法计算法中，常认为中，常认为UBEQ为已知量，对于硅晶体管，通常为已知量，对于硅晶体管，通常取取UBEQ为为0.60.8V中的某一值，如中的某一值，如0.7V；对于锗晶体管，；对于锗晶体管，通常取通常取UBEQ为为0.10.3V中的某一值，如中的某一值，如0.2V。计算时，也。计算时，也可将可将UBEQ忽略不计。忽略不计。由由IBQ可求出集电极电流的静态值为可求出集电极电流的静态值为 ICQ=IBQ （2-2）静态时集电极与发射极之间的电压为静态时集电极与发射极之间的电压为 UCEQ=UCC-ICQRC （2-3）2.2.2 图解
13、法图解法n根据晶体管的输入输出特性曲线，用作图的方法求放大电根据晶体管的输入输出特性曲线，用作图的方法求放大电路静态工作点的方法称为路静态工作点的方法称为图解法图解法。由于晶体管的静态基极电流由于晶体管的静态基极电流IBQ和发射结压降和发射结压降UBEQ既需要既需要满足回路电压方程满足回路电压方程IBQRB=UCC-UBEQ，又应与晶体管的输入，又应与晶体管的输入特性曲线相对应。特性曲线相对应。所以在输入特性曲线平面上，所以在输入特性曲线平面上，Q点是回路电压方程点是回路电压方程IBQRB=UCC-UBEQ所在直线与晶体管输入特性曲线的交点，所在直线与晶体管输入特性曲线的交点，Q点所对应的纵坐
14、标值即点所对应的纵坐标值即IBQ，横坐标值即，横坐标值即UBEQ，如图，如图2.4（a）所示。）所示。也就是说，只要在晶体管输入特性曲线平面上根据横轴上的也就是说，只要在晶体管输入特性曲线平面上根据横轴上的截距截距UCC和纵轴上的截距和纵轴上的截距UCC/RB连接直线，找到该直线与连接直线，找到该直线与输入特性曲线的交点输入特性曲线的交点Q，即可求得，即可求得IBQ和和UBEQ。图图2.4 用图解法求放大电路的静态工作点用图解法求放大电路的静态工作点n同样，晶体管的静态集电极电流同样，晶体管的静态集电极电流ICQ和集电极和集电极-发射极压降发射极压降UCEQ既要满足回路电压方程既要满足回路电压
15、方程UCEQ=UCC-ICQRC，又应与晶，又应与晶体管的输出特性曲线相对应。体管的输出特性曲线相对应。n在输出特性曲线平面上，在输出特性曲线平面上，Q点是回路电压方程点是回路电压方程UCEQ=UCC-ICQRC所在直线与晶体管对应于静态基极电流所在直线与晶体管对应于静态基极电流IBQ的输出特的输出特性曲线的交点，性曲线的交点，Q点所对应的纵坐标值即点所对应的纵坐标值即ICQ，横坐标值即，横坐标值即UCEQ，如图如图2.4（b）所示。）所示。n只要在晶体管输出特性曲线平面上根据横轴上的截距只要在晶体管输出特性曲线平面上根据横轴上的截距UCC和纵轴上的截距和纵轴上的截距UCC/RC连接直线，找到
16、该直线与对应于连接直线，找到该直线与对应于IBQ的输出特性曲线的交点的输出特性曲线的交点Q，即可求得，即可求得ICQ和和UCEQ。例例2.1在如图在如图2.2所示的放大电路中，已知电源电压所示的放大电路中，已知电源电压UCC=10V，基，基极电阻极电阻RB=250k，集电极电阻，集电极电阻RC=2.5k，晶体管的直流电，晶体管的直流电流放大倍数流放大倍数=50，晶体管的输入特性曲线如图，晶体管的输入特性曲线如图2.4（a）所示，）所示，输出特性曲线如图输出特性曲线如图2.4（b）所示。请分别用计算法和图解法求）所示。请分别用计算法和图解法求该放大电路的静态工作点。该放大电路的静态工作点。解（解
17、（1）用计算法求静态工作点：用计算法求静态工作点：nIBQ=（UCC-UBEQ）/RBUCC/RB=10V/250k=0.04mA=40AnICQ=IBQ=500.04mA=2mnUCEQ=UCC-ICQRC=10V-2mA2.5k=10V-5V=5V（2）用图解法求静态工作点：用图解法求静态工作点：n在图在图2.4（a）中，根据）中，根据UCC/RB=10V/250k=40A、UCC=10V连接直线，与输入特性曲线相交于连接直线，与输入特性曲线相交于Q点，由点，由Q点点可查得可查得IBQ40A。n在图在图2.4（b）中，根据）中，根据UCC/RC=10V/250k=4mA、UCC=10V作直
18、流负载线，与作直流负载线，与IBQ=40A的输出特性曲线相交的输出特性曲线相交于于Q点，由点，由Q点查横、纵坐标，得点查横、纵坐标，得ICQ=2mA UCEQ=5V 2.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析n放大电路输入端加上交流信号放大电路输入端加上交流信号ui后的工作状态，称为动态。后的工作状态，称为动态。动态时放大电路在直流电源动态时放大电路在直流电源UCC和交流输入信号和交流输入信号ui共同作共同作用下工作，电路中的电流用下工作，电路中的电流iB、iC和电压和电压uBE、uCE均为两个分均为两个分量的叠加（直流分量量的叠加（直流分量+交流分量），即交流分量），即iB=IB+ib （
19、2-4）iC=IC+ic （2-5）uBE=UBE+ube （2-6）uCE=UCE+uce （2-7）n其中，其中，IB、IC和和UBE、UCE是直流电源是直流电源UCC单独作用下产生单独作用下产生的电流和电压，即放大电路的静态值，称为的电流和电压，即放大电路的静态值，称为直流分量直流分量；而；而ib、ic和和ube、uce是在交流输入信号是在交流输入信号ui单独作用下产生的电单独作用下产生的电流和电压，称为流和电压，称为交流分量交流分量。n放大电路的动态分析就是在确定静态值以后分析信号的放放大电路的动态分析就是在确定静态值以后分析信号的放大和传输情况，并确定放大电路的电压放大倍数、输入电大
20、和传输情况，并确定放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等。阻和输出电阻等。n在进行放大电路的动态分析时，需采用在进行放大电路的动态分析时，需采用ui单独作用下的交单独作用下的交流通路。交流通路是表示交流分量传递路径的。流通路。交流通路是表示交流分量传递路径的。n在绘制放大电路的交流通路时，由于直流电源内阻很小，在绘制放大电路的交流通路时，由于直流电源内阻很小，可忽略不计，所以可忽略不计，所以对于交流信号而言，直流电源可视为短对于交流信号而言，直流电源可视为短路路。n耦合电容的电容值往往很大，容抗近似为零，也可视为短耦合电容的电容值往往很大，容抗近似为零，也可视为短路。路。n对于图对于图2
21、.2所示的放大电路，其交流通路如图所示的放大电路，其交流通路如图2.5所示。所示。图图2.5 共发射极放大电路的交流通路共发射极放大电路的交流通路n放大电路的动态分析方法有图解法和微变等效电路法两种。放大电路的动态分析方法有图解法和微变等效电路法两种。2.3.1 图解法的动态分析图解法的动态分析n图解法是进行放大电路动态分析的有效方法。它利用晶体图解法是进行放大电路动态分析的有效方法。它利用晶体管的输入输出特性曲线，通过作图的方法来形象直观地观管的输入输出特性曲线，通过作图的方法来形象直观地观察信号在电路中的传递过程、各路电流电压的变化情况及察信号在电路中的传递过程、各路电流电压的变化情况及放
22、大电路的工作范围等。放大电路的工作范围等。1.由输入特性曲线求由输入特性曲线求iB和和uBEn设放大电路的交流输入信号设放大电路的交流输入信号ui=Uimsint。首先，根据静态。首先，根据静态分析方法，求出放大器的静态工点（分析方法，求出放大器的静态工点（IBQ、UBEQ、ICQ和和UCEQ），），如图如图2.6所示所示。（1）在输入特性曲线上根据交流输入信号在输入特性曲线上根据交流输入信号ui求求uBE和和iBn当图当图2.2的放大电路输入端加上振幅值为的放大电路输入端加上振幅值为Uim的正弦信号的正弦信号ui后，由于后，由于C1的耦合作用，使晶体管基的耦合作用，使晶体管基射极的电压射极的
23、电压uBE在在静态值静态值UBEQ的基础上发生变化，这时的的基础上发生变化，这时的uBE为为 uBE=UBEQ+ui=UBEQ+Uimsint （2-8）nuBE是由直流分量是由直流分量UBEQ和正弦形式的交流分量和正弦形式的交流分量ui叠加而成，叠加而成，其信号波形如图其信号波形如图2.6（a）的曲线所示。）的曲线所示。n由于晶体管基由于晶体管基-射极的电压射极的电压uBE具有控制基极电流具有控制基极电流iB的作用，的作用，基极电流基极电流iB将随将随uBE的变化而发生变化，工作点的变化而发生变化，工作点Q在输入特在输入特性曲线上的性曲线上的Q1和和Q2之间移动，由此可以作出之间移动，由此可
24、以作出iB的波形，它的波形，它也是直流分量也是直流分量IB和交流分量和交流分量ib叠加而成，即叠加而成，即 iB=IBQ+ib=IBQ+Ibmsint （2-9）niB将随将随ui按正弦规律变化，其信号波形如图按正弦规律变化，其信号波形如图2.6（a）的曲）的曲线所示。线所示。（2）作交流负载线作交流负载线n当在放大电路的输出端接上负载电阻当在放大电路的输出端接上负载电阻RL后，由于电容后，由于电容C2的隔直作用，其直流负载线的斜率不变，仍为的隔直作用，其直流负载线的斜率不变，仍为-1/RC，与，与负载电阻负载电阻RL无关；但在无关；但在ui作用下的交流通路中，负载电阻作用下的交流通路中，负载
25、电阻RL与与RC并联（见图并联（见图2.5），输出端的交流负载电阻为），输出端的交流负载电阻为RL=RLRC。由交流负载电阻。由交流负载电阻RL 决定的负载线称为交流决定的负载线称为交流负载线。负载线。n由于由于RLRC，所以其交流负载线比直流负载线陡，交流，所以其交流负载线比直流负载线陡，交流负载线的斜率为负载线的斜率为-1/RL。接上负载电阻。接上负载电阻RL后的交流负载线后的交流负载线如图如图2.6（b）所示。）所示。图图2.6 用图解法分析放大电路的动态工作情况用图解法分析放大电路的动态工作情况n放大电路的负载电阻放大电路的负载电阻RL越小，交流负载线越陡；相反，越小，交流负载线越陡；
26、相反，RL越大，交流负载线越接近于直流负载线。越大，交流负载线越接近于直流负载线。n当当RL=即空载时，即空载时，RL=RC，交流负载线和直流负载线完，交流负载线和直流负载线完全重合。全重合。n直流负载线就是负载电阻无穷大即空载时的交流负载线。直流负载线就是负载电阻无穷大即空载时的交流负载线。2.由输出特性曲线和交流负载线求由输出特性曲线和交流负载线求iC和和uCEn在在iB的作用下，工作点的作用下，工作点Q随随iB的变化在交流负载线上的的变化在交流负载线上的Q1和和Q2之间移动。由之间移动。由iB的波形可以作出的波形可以作出ic的波形，如图的波形，如图2.6（b）中的曲线所示。）中的曲线所示
27、。iC也是由直流分量也是由直流分量ICQ和交流分量和交流分量ic叠加而成的，即叠加而成的，即 iC=ICQ+ic=ICQ+Icmsint （2-10）另外，由关系式另外，由关系式uCE=UCC-iCRC可知，当可知，当iB增大时，增大时，iC增大，增大，uCE反而减小；当反而减小；当iB减小时，减小时，iC减小，减小，uCE反而增大。由此可反而增大。由此可作出作出uCE的波形，如图的波形，如图2.6（b）中的曲线所示。）中的曲线所示。uCE也是由直流分量也是由直流分量UCEQ和交流分量和交流分量uce叠加而成的，即叠加而成的，即 uCE=UCEQ+uce=UCEQ-Ucemsint （2-11
28、）需要指出的是，当放大器处于动态工作状态时，由于输出需要指出的是，当放大器处于动态工作状态时，由于输出端耦合电容端耦合电容C2的隔直作用，使的隔直作用，使uCE的直流分量的直流分量UCE不能传送不能传送到输出端，只有交流分量到输出端，只有交流分量uce才能通过才能通过C2形成输出电压形成输出电压uo，即即 uo=uce=-Ucemsint=Ucemsin（t-180）=Uomsin(t-180)（2-12）n表明输出电压信号表明输出电压信号uo与输入电压信号与输入电压信号ui=Uimsint的相位的相位相反，即共射极放大电路具有电压信号的反相作用。相反，即共射极放大电路具有电压信号的反相作用。
29、3.静态工作点对输出波形的影响静态工作点对输出波形的影响n对于一个放大电路来说，要求输出波形能够正确反映输入对于一个放大电路来说，要求输出波形能够正确反映输入信号的变化，也就是要求输出波形不失真。但是，由于晶信号的变化，也就是要求输出波形不失真。但是，由于晶体管是个非线性器件，如果放大电路的静态工作点选得不体管是个非线性器件，如果放大电路的静态工作点选得不合适或者输入信号太大，则会使放大电路的工作范围超出合适或者输入信号太大，则会使放大电路的工作范围超出晶体管特性曲线上的线性区域，从而使输出波形产生畸变。晶体管特性曲线上的线性区域，从而使输出波形产生畸变。这种失真通常称为非线性失真这种失真通常
30、称为非线性失真。n如果放大器的静态工作点的位置选得过低，如图如果放大器的静态工作点的位置选得过低，如图2.7（a）中）中的的Q1点，将导致在输入信号的负半周，晶体管进入截止区点，将导致在输入信号的负半周，晶体管进入截止区工作，工作，ib、ic、uce（即（即uo）都会出现严重失真，这种失真称）都会出现严重失真，这种失真称为为截止失真截止失真。n如果放大器的静态工作点的位置选得过高，如图如果放大器的静态工作点的位置选得过高，如图2.7（b）中）中的的Q2点，将导致在输入信号的正半周，晶体管进入饱和区点，将导致在输入信号的正半周，晶体管进入饱和区工作，这时的工作，这时的ib虽然失真很小，但虽然失真
31、很小，但ic、uce的波形都会出现严的波形都会出现严重失真，这种失真称为重失真，这种失真称为饱和失真饱和失真。图图2.7 静态工作点与波形失真静态工作点与波形失真n为了使放大电路不出现失真现象，必须要设置合适的静态为了使放大电路不出现失真现象，必须要设置合适的静态工作点，静态工作点应通过调整电路参数使其大致工作点，静态工作点应通过调整电路参数使其大致设置在设置在交流负载线的中点，交流负载线的中点，以使动态工作范围尽可能大。以使动态工作范围尽可能大。n如果输入信号如果输入信号ui的幅值太大的幅值太大，虽然静态工作点的位置合适，虽然静态工作点的位置合适，放大电路也会因工作范围超过特性曲线的放大区而
32、同时产放大电路也会因工作范围超过特性曲线的放大区而同时产生截止失真和饱和失真，这时生截止失真和饱和失真，这时只能通过减小输入信号电压只能通过减小输入信号电压ui的幅度来消除失真。的幅度来消除失真。2.3.2 微变等效电路法的动态分析微变等效电路法的动态分析1.晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路n晶体管的微变等效电路就是在小信号条件下把非线性的晶体晶体管的微变等效电路就是在小信号条件下把非线性的晶体管用等效的线性电路元件来代替。小信号工作条件是将晶体管用等效的线性电路元件来代替。小信号工作条件是将晶体管线性化的先决条件。管线性化的先决条件。n所谓等效，是指从求得的线性电路的输入端和输出端看
33、进去，所谓等效，是指从求得的线性电路的输入端和输出端看进去，其伏安特性与晶体管的输入特性和输出特性基本一致。其伏安特性与晶体管的输入特性和输出特性基本一致。n晶体管可以用双口网络形式来表示，当晶体管组成共发射极晶体管可以用双口网络形式来表示，当晶体管组成共发射极接法的放大电路时，它的输入端口和输出端口接法的放大电路时，它的输入端口和输出端口如图如图2.8（a）所示。所示。图图2.8 小信号范围的晶体管输入、输出特性小信号范围的晶体管输入、输出特性（1）输入端口的微变等效电路输入端口的微变等效电路n晶体管输入端口的电压与电流之间关系由晶体管输入端口的电压与电流之间关系由图图2.8（b）的输的输入
34、特性曲线来确定。由图可见，它是非线性的。当输入小入特性曲线来确定。由图可见，它是非线性的。当输入小信号时，发射结压降的变化量信号时，发射结压降的变化量uBE很小，工作点将在静态很小，工作点将在静态工作点工作点Q附近附近AB间小范围变化，因此间小范围变化，因此可用可用AB间的直线段间的直线段近似代替近似代替AB间的曲线。间的曲线。n在该线性段内，发射结压降的变化量在该线性段内，发射结压降的变化量uBE与基极电流变化与基极电流变化量量iB成正比关系（当成正比关系（当uCE一定时），因此，输入端可以用一定时），因此，输入端可以用一个等效的线性电阻一个等效的线性电阻rbe来反映小信号变化量来反映小信号
35、变化量uBE与与iB之之间的关系，即间的关系，即 rbe=(uBE/iB)uCE=常数常数=(ube/ib)uCE=常数常数 （2-13）n rbe即为晶体管的输入电阻，它的大小等于输入特性曲线即为晶体管的输入电阻，它的大小等于输入特性曲线上上Q点切线斜率的倒数。显然，点切线斜率的倒数。显然，rbe的大小与的大小与Q点位置有关，点位置有关，Q点越高，点越高，rbe值越小，因此值越小，因此rbe是动态电阻。是动态电阻。n在实际分析放大电路时，对于低频小功率管而言，它的输在实际分析放大电路时，对于低频小功率管而言，它的输入电阻可按下式进行估算：入电阻可按下式进行估算：rbe=300+（1+）26（
36、mV）/IEQ(mA)（2-14）n式中式中IEQ为发射极静态电流值，由放大电路的静态工作点为发射极静态电流值，由放大电路的静态工作点的值确定。因此，的值确定。因此，rbe是与静态工作点有关的。此外，它是与静态工作点有关的。此外，它还与晶体管的还与晶体管的值有关。值有关。（2）输出端口的微变等效电路输出端口的微变等效电路n从图从图2.8（c）的输出特性曲线上可以看到，在静态工作点）的输出特性曲线上可以看到，在静态工作点Q附近的输出特性曲线是一族近似平行于横坐标且相互间附近的输出特性曲线是一族近似平行于横坐标且相互间隔相等的直线。这表明晶体管集电极电流变化量隔相等的直线。这表明晶体管集电极电流变
37、化量iC与管与管压降变化量压降变化量uCE几乎无关，只取决于几乎无关，只取决于iB的大小。因此，的大小。因此，当当uCE一定时，一定时，iC与与iB之比即为晶体管的交流电流放大系之比即为晶体管的交流电流放大系数数，即，即 =(iC/iB)uCE=常数常数=(ic/ib)uCE=常数常数 （2-15）n则则 ic=ib （2-16）n式中，式中，ic和和ib均为交流分量。均为交流分量。（3）晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路n综合上面（综合上面（1）和（）和（2）所述，晶体管在）所述，晶体管在Q点附近的小信号点附近的小信号微变等效电路如图微变等效电路如图2.9（b）所示，工程上也称之为）所
38、示，工程上也称之为h参数参数等效电路等效电路。n输入回路用动态电阻输入回路用动态电阻rbe等效，忽略等效，忽略uce对对ic的微弱影响，输的微弱影响，输出回路用受控恒流源出回路用受控恒流源ic=ib等效。等效。图图2.9 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路2.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路n对于图对于图2.2所示的放大电路，只要将其交流通路中的晶体所示的放大电路，只要将其交流通路中的晶体管管T用其微变等效电路代替，就可以得到整个放大电路的用其微变等效电路代替，就可以得到整个放大电路的微变等效电路，微变等效电路，如图如图2.10所示所示。图图2.10 共发射极放大电路的微变等
39、效电共发射极放大电路的微变等效电（1）电压放大倍数电压放大倍数Aun电压放大倍数又称电压增益，用电压放大倍数又称电压增益，用Au表示，它等于输出电表示，它等于输出电压压Uo与输入电压与输入电压Ui的比值，即的比值，即 Au=Uo/Ui （2-17）由图由图2.10可见：可见：Ui=Ibrbe （2-18）Uo=-IcRL=-IbRL（2-19）式中，式中，RL=RCRL=RCRL/(RC+RL)共发射极放大电路的电压放大倍数为共发射极放大电路的电压放大倍数为 Au=Uo/Ui=-IbRL/Ibrbe=-RL/rbe （2-20）式中的负号表示输出电压式中的负号表示输出电压Uo与输入电压与输入电
40、压Ui反相。反相。若放大电路未接负载电阻若放大电路未接负载电阻RL（输出端开路），则电压放大（输出端开路），则电压放大倍数为倍数为 Au=-RC/rbe （2-21）可见，接入负载后，将使电压放大倍数下降。可见，接入负载后，将使电压放大倍数下降。负载电阻负载电阻RL越小，电压放大倍数就越低。越小，电压放大倍数就越低。（2）输入电阻输入电阻rin对信号源来说，放大电路相当于它的负载，这个负载可以对信号源来说，放大电路相当于它的负载，这个负载可以用一个等效电阻来代替。这个从放大电路输入端看进去的用一个等效电阻来代替。这个从放大电路输入端看进去的交流等效电阻称为放大电路的输入电阻，通常用交流等效电阻
41、称为放大电路的输入电阻，通常用ri来表示。来表示。从图从图2.10所示的微变等效电路可以计算出所示的微变等效电路可以计算出ri:ri=Ui/Ii=Ii(RBrbe）/Ii=RBrbe （2-22）输入电阻输入电阻ri是一个动态电阻，是一个动态电阻，ri越小，放大电路从信号源越小，放大电路从信号源取用的电流越大，即信号源的负担越重。取用的电流越大，即信号源的负担越重。通常希望放大电路的输入电阻高一些。通常希望放大电路的输入电阻高一些。（3）输出电阻输出电阻ron对放大电路的负载来说，放大电路相当于它的信号源。放对放大电路的负载来说，放大电路相当于它的信号源。放大电路的输出电阻就是从负载两端向放大
42、电路的输出端看大电路的输出电阻就是从负载两端向放大电路的输出端看进去的等效电阻，通常用进去的等效电阻，通常用ro表示。表示。n输出电阻输出电阻ro的计算方法是：的计算方法是：首先把信号源首先把信号源US短路（短路（US=0）但保留其内阻但保留其内阻RS，负载电阻，负载电阻RL开路（开路（RL=），然后在输），然后在输出端外加一交流电压出端外加一交流电压U，它在输出端产生电流，它在输出端产生电流I，如图如图2.11所示，则输出电阻所示，则输出电阻ro为为 ro=(U/I)US=0,RL=（2-23）由图由图2.11可以看到，由于可以看到，由于US=0，所以，所以Ib=0，Ic=Ib=0，相当，相
43、当于恒流源支路开路，可见，放大电路的输出电阻为于恒流源支路开路，可见，放大电路的输出电阻为ro=RC。图图2.11 求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路n输出电阻输出电阻ro也是一个动态电阻，也是一个动态电阻，ro越小，放大电路带上负越小，放大电路带上负载后输出电压的下降越小，即放大电路带负载的能力越强。载后输出电压的下降越小，即放大电路带负载的能力越强。n例例2.2 在如图在如图2.2所示的放大电路中，已知电源电压所示的放大电路中，已知电源电压UCC=10V，基极电阻，基极电阻RB=250k，集电极电阻，集电极电阻RC=2.5k，负载电阻负载电阻RL=2.5k，信号源内阻，信号源内阻RS
44、=2.5k，晶体管交流，晶体管交流电流放大倍数电流放大倍数=50，试求放大电路的下列性能参数：，试求放大电路的下列性能参数：（1）RL接入和断开两种情况下的电压放大倍数接入和断开两种情况下的电压放大倍数Au；（2）输入电阻）输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro。解解 IBQUCC/RB=10V/250k=40AnIEQICQ=IBQ=5040A=2mAn则则rbe=300+(1+)26/IEQ=300+(1+50)26mV/2mA=0.963k（1）RL接入时的电压放大倍数接入时的电压放大倍数Au为为 Au=-RL/rbe=-65RL断开时的电压放大倍数断开时的电压放大倍数Au为为 Au=-R
45、C/rbe=-502.5/0.963-130（2输入电阻输入电阻ri为为 ri=RBrbe0.96k 输出电阻输出电阻ro为为 ro=RC=2.5k2.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定n 放大电路的多项性能参数与其静态工作点的位置有密切放大电路的多项性能参数与其静态工作点的位置有密切关系。如果静态工作点不稳定，则放大电路的某些性能指关系。如果静态工作点不稳定，则放大电路的某些性能指标将发生变化，因此，保持放大电路静态工作点的稳定，标将发生变化，因此，保持放大电路静态工作点的稳定，是一个十分重要的问题。是一个十分重要的问题。2.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响n在如图在如
46、图2.2所示的单电源供电的共发射极基本放大电路中，所示的单电源供电的共发射极基本放大电路中，当电源电压当电源电压UCC和基极偏置电阻和基极偏置电阻RB确定后，基极偏置电流确定后，基极偏置电流IBQ=UCC-UBE/RB也就基本固定了。这种电路结构简单，但也就基本固定了。这种电路结构简单，但在温度变化的影响下，电路的静态工作点在温度变化的影响下，电路的静态工作点Q将会发生改变。将会发生改变。n当温度升高时，晶体管的极间反向饱和电流当温度升高时，晶体管的极间反向饱和电流ICBO、ICEO及及电流放大系数电流放大系数均会增大，输出特性曲线将向上平移，静均会增大，输出特性曲线将向上平移，静态工作点态工
47、作点Q也将沿负载线上移，最终反映在集电极电流也将沿负载线上移，最终反映在集电极电流IC增大上。增大上。n如图如图2.12所示所示，输出特性曲线向上平移至虚线处，静态工，输出特性曲线向上平移至虚线处，静态工作点由作点由Q点移至点移至Q点。相反，当温度下降时，静态工作点点。相反，当温度下降时，静态工作点将下移。将下移。n可见，这种放大电路的静态工作点是不稳定的。可见，这种放大电路的静态工作点是不稳定的。n为解决这一问题，可以从放大电路的结构上采取措施，以为解决这一问题，可以从放大电路的结构上采取措施，以实现在允许温度变化的前提下，尽量保持静态工作点的稳实现在允许温度变化的前提下，尽量保持静态工作点
48、的稳定。定。图图2.12 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响2.4.2 静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路n一个能稳定静态工作点的共发射极放大电路如一个能稳定静态工作点的共发射极放大电路如图图2.13（a）所示所示。它的偏置电路是由分压电阻。它的偏置电路是由分压电阻RB1、RB2和射极电阻和射极电阻RE组组成的，称为分压式偏置放大电路。成的，称为分压式偏置放大电路。n图中图中CE是旁路电容，其容量很大，对直流信号视为开路，对是旁路电容，其容量很大，对直流信号视为开路，对交流信号视为短路，交流信号视为短路，图图2.13（b）是该电路的直流通路。是该电路的直流通路。n这种电
49、路可以根据温度的变化自动调节基极电流这种电路可以根据温度的变化自动调节基极电流IB，以消弱，以消弱温度对集电极电流温度对集电极电流IC的影响，使静态工作点基本稳定。的影响，使静态工作点基本稳定。图图2.13 分压式偏置放大电路及其直流通路分压式偏置放大电路及其直流通路1.静态工作点稳定的原理静态工作点稳定的原理（1）通过电阻）通过电阻RB1和和RB2组成分压器，使基极电位组成分压器，使基极电位UB基本固基本固定。由图定。由图2.13（b）所示的直流通路可得电流方程）所示的直流通路可得电流方程I1=I2+IB，适当选择电阻适当选择电阻RB1和和RB2的值，使之满足的值，使之满足I2IB，则有，则
50、有I1=I2+IBI2，即基极电流，即基极电流IB与与I1或或I2相比可以忽略不计。相比可以忽略不计。电阻电阻RB1和和RB2相当于串联，根据分压公式，可得晶体管基极相当于串联，根据分压公式，可得晶体管基极电位的静态值为电位的静态值为UB=RB2/(RB1+RB2)UCC该式表明当该式表明当I2IB时，晶体管基极电位时，晶体管基极电位UB只取决于电阻值只取决于电阻值RB1、RB2和电源电压和电源电压UCC，与晶体管的参数无关。，与晶体管的参数无关。当环境温度改变而引起晶体管发生变化时，当环境温度改变而引起晶体管发生变化时，UB基本不变。基本不变。（2）利用发射极电阻）利用发射极电阻RE上的电压
