电子教案-《模拟电子技术》(王连英)电子教案、习题解答-第3章 电子课件

图3.2.1（b）所示电路，是以NPN型三极管为核心器件 构成的基本共射放大电路。直流电源VCC通过基极偏置电阻Rb 使T的发射结处于正向偏置，并产生基极直流电流IB；通过集 电极负载电阻Rc使T的集电结处于反向偏置，以保证三极管工 作在放大状态。改变Rb和Rc的大小，即可设置电路的静态工 作点，改变三极管的工作状态。
静态时，耦合电容C1、C2处于开路状态，因信号源（电 压源）内阻Rs较小，所以，C1和C2两端的电压分别为VBEQ和 VCEQ。
所求解的静态工作点Q如图3.2.2（b）所示。
【案例分析3.2.1】小信号共射电压放大电路如图3.2.1（b） 所示，三极管的β＝80，VBEQ＝0.7V，VCES＝0.3V，VCC＝ 12V，Rc＝2.4kΩ。试分析在下列两种情况下，电路的静态工 作点，并说明三极管的工作状态。
（2）由基极－发射极输入回路求取IBQ，有式 当VCC>>VBEQ时，则
由于VCC和Rb选定后，IBQ（偏流）即为固定值，所以图 3.2.1 （b）所示电路又称为固定偏流放大电路，调节Rb的大 小（固定VCC），即可改变静态工作点Q的参数。
（3）由于三极管工作在放大状态，则
（4）由集电极－发射极输出回路可得
信号源、负载和直流电源不是放大电路的本体，但在分析 放大电路的性能时，它们的参数对放大电路的性能会产生影响， 它们与放大电路之间的耦合方式也会影响放大电路的工作，因 此在分析放大电路性能时也将它们作为放大电路的一个组成部 分来考虑。
基本放大电路
由三极管（或场效应管或集成运算放大器）、电阻器及电容 器等元器件构成的二端口网络，其输入端口接信号源，输出端口 接负载，如图3.1.1（c）所示。图中各电压、电流的正方向是按 照二端口网络的习惯规定标出的。在放大电路输入端口和输出端 口之间有一个公共端“0”，用来作为零电位参考点，称作放大电 路的“地”，用符号“⊥”表示。
电压增益 电流增益 功率增益
Av（dB）＝20lg｜Av｜ Ai（dB）＝20lg｜Ai｜ Ap（dB）＝10lg｜AP｜
2、输入电阻 如图3.1.2所示，从放大电路输入端口看进去的等效电阻， 称为输入电阻Ri，定义为输入电压vi与输入电流ii之比，即 对于信号源来说，Ri就是它的等效负载
可幅接想电值近见压的，，放大且输大小i入i值电，电愈路R阻小i愈的R，i大R的即i≈，大∞放信。小大号决电源定路内了从阻放信R大号s上电源的路汲压从取降信的愈号电小源流，吸愈v取小i与信。vs号理愈
2、放大电路的组成
放大电路组成框图如图3.1.1（a）所示。
信号源
所需放大的电信号，它可以是把非电信号物理量变换为电信 号的传感器，也可以是前一级电子电路的输出信号，它们都可以 等效为图3.1.1（b）所示的电压源或电流源电路，其中Rs为它们的 源内阻，vs、is分别为理想的电压源和电流源，且vs＝isRs。
放大电路对于信号源电压的放大倍数（源电压放大倍数）为
因此，Ri愈大，Avs和Av愈接近。 3、输出电阻 如图3.1.2所示， v'o为等效信号源电压，它等于负载RL开 路时，放大电路输出端口的开路电压。Ro是在信号源短路 （vs＝0，但保留Rs）和负载开路（RL＝∞）的条件下，由输 出端口看进去的等效电阻。当定量分析放大电路的输出电阻 Ro时，如图3.1.3所示，可在放大电路的输出端口接入一测试 信号源电压vt，相应地产生一测试电流it，于是可得放大电路 的输出电阻为
输出信号在每一瞬间的变化都与输入信号成线性关系，输出信 号中包含的信息与输入信号完全相同，既不减少任何原有信息， 也不增加任何新的信息，只是改变输入信号幅度或功率的大小， 输出信号是输入信号的重现，除了幅值增大外，输出信号的任何 变形都被认为是产生了失真。因此，放大电路中的有源器件（三 极管、场效应管或集成运算放大器）必须工作在线性区，根据有 源器件的工作状态，可以判断放大电路是否会产生失真。
（1）Rb＝270 kΩ （2）Rb＝120 kΩ
分析、求解：
在大多数放大电路中，总是直流工作电源和交流信号源 同时作用。直流通路和交流通路是为了分析放大电路而引入 的概念。直流电源决定静态工作点，需用直流通路求解。交 流信号源为电路提供动态信号，电压放大倍数，输入电阻、 输出电阻等效动态参数，是交流输入信号作用的结果，需用 交流等效电路求解。
1、静态（直流工作状态） 电V便C于路E可当说中以输明的在入此电其信时压特号的、性v电电i＝曲压流0线和都时上电是，确流直放定值流大一与量电个。Q路点点放处，的大于该对电静点应路态称关中或为系三直静，极流态常管工工将的作作上I状B点、述态QI四E。。、个此为IC电时和， 量工小写作功成点率。 锗IBQ管工、约程IC为Q上、0，V.2VBVEB。QEQ和放可V大以CE电近Q，路似并设地称置取为静为静态常态工量工作，作点小点的功参目率数的硅，，管简是约称使为静放0.态7大V， 电路中的三极管在对输入信号进行放大的过程中始终工作在放大区 域。因此，设置合适的静态工作点是放大电路进行不失真放大的必 备条件。
1、放大倍数
放大电路的输出量（vo、io、Po）与输入量（vi、ii、Pi）之 比，称为放大倍数，是衡量放大电路放大能力的重要指标。根
据输出与输入所取的物理量不同，放大倍数可以是
电压放大倍数 Av＝vo/vi 电流放大倍数 Ai＝io/ii 功率放大倍数 Ap＝Po/Pi 工程上常用分贝（dB）来表示放大倍数，称为增益，定义为
必须注意，以上所讨论的放大电路的输入电阻和输出电 阻不是直流电阻，而是在线性应用情况下的交流动态电阻， 用R关o符。不号仅R与带放有大小电写路字的母参下数标有的关i和，oR来i还表与示R。L有一关般；情R况o还下与，RRs有i和
4、通频带 放大电路的放大倍数是频率的函数，即
放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应称为频率响应， 或的频关率系特，性称，为式幅中频，特性Av；（（f）f表）示表电示压放放大大电倍路数 输的出幅电值压与与频输率入f 电压之间的相位差与频率f的关系，称为相频特性。
的0.7H0表7倍示时；，当对信应号的频信率号下频降率，称使为源下电限压截放止大频倍率数，下用降f为L表Av示sm 。 f用HB与Wf L表之示间，的即频率范围（中频区）称为放大电路的通频带，
3.2 基本共射放大电路及基本分析方法
3.2.1 基本共射放大电路的组成及工作原理 图3.2.1所示电路，是以NPN型三极管（图中用符号T表示） 为核心器件构成的基本共射放大电路。直流电源VCC通过基极 偏置电阻Rb使T的发射结处于正向偏置，并产生基极直流电流 IB；通过集电极负载电阻RC使T的集电结处于பைடு நூலகம்向偏置，以保 证三极管工作在放大状态。另外，Rc可以将集电极电流的变 化转换为电压的变化，送到放大电路的输出端。电容C1和C2 是耦合电容，其作用是隔离直流，传送交流。放大电路设计时 要求C1和C2相对于待放大的交流信号的容抗要小到可以忽略 不计，即可视为短路；对于直流信号，C1和C2相当于开路， 具有隔断直流信号的作用。
一般来说，上述有源线性二端口网络中均含有电抗元件，
不过，在放大电路的实际工作频段（通常将这个频段称为中频 段），这些电抗元件的影响可以忽略，工程上常用电阻性的网 络等效。在线性电阻网络中，输出信号除了幅值或极性有所变 化外，应是输入信号的重现，为了使符号具有普遍意义，各电 量统一用瞬时值表示。
为了衡量放大电路的性能，常引出以下几个主要指标参数。
另外，也可以用实验的方法获得Ro的数值。具体方法是分 别在放大电路的输出端口测得开路电压v'o和带负载时的输出 电压vo，则
放大电路实际输出电压的关系式为
力。所可谓见带，负放载大的电能路力输，出是电指阻放Ro大的电大路小输决出定量了随它负带载负变载化的的能 程愈度接。近显v'o然，，电R路o带愈负小载，的输能出力电愈压强vo。受负载RL的影响愈小，vo
示。显然，发射极是输入回路与输出回路的公共端（称 为“地”，用“⊥”表示），所以称为共发射极（简称 共射）放大电路。
3.2.2 放大电路的两种工作状态
从图3.2.1所示基本共射放大电路的工作原理分析中可知， 当交流输入信号vi经C1耦合输入放大电路时，交流量即叠加在 电路的直流量上，电路中的电量（电压或电流）中既包含有
直流量，又包含有交流量，为直流量与交流量共存的状态。
其中，直流量是放大电路工作在直流状态（静态）时，电路 直流电源VCC作用的结果；交流量是放大电路工作在交流状态 （动态）时，电路由交流输入信号vi作用的结果。在分析和设 计放大电路时，常将直流分析（静态分析）和交流分析（动
态分析）分开进行，即直流分析时，将交流信号源置零，交 流分析时，将直流电源置零，并且在符号上加以区别，用IB、 IC、VBE、VCE表示直流量，用ib、ic、vbe、vce表示交流量，用 iB、iC、vBE、vCE表示瞬时值总量，即直流量与交流量的叠加。
负载
放大电路的驱动对象，它可以是下一级的电子电路，也可 以是电信号转换为非电信号的换能器件。它们可能是纯电阻性 的，也可能是电容性的或电感性的阻抗，为了分析问题方便起 见，或者说为了突出主题，一般都把负载用一纯电阻RL来等效。
直流电源
用以供给放大电路工作时所需能量的外电源，其提供的能 量一部分转换为输出信号输出，另一部分消耗在放大电路中的 耗能元件上。
3.1.2 放大电路的主要性能指标
任何放大电路都可以看成为一个两端口的网络，如图3.1.2 所的示输。入图电中压，，vii为s为输正入弦电信流号；源R电i表压示，将R放s是大源电内路阻看，作v信i为号放源大负电载路 时为的输等出效电电压阻，，io为称输为出放电大流电；路v的‘o和输R入o是电将阻放；大RL电为路负看载作电信阻号，源vo 时载的）等时效的源输电出压电和压源，内v’o阻＝，Av这ovi个，等Av效o称源为电放压大为电负路载的R开L开路路电（压空放 大倍数；这个等效源内阻就是放大电路的输出电阻Ro。