第二章 放大电路分析基础

第三章放大电路实际中常常需要把一些微弱信号，放大到便于测量和利用的程度。

例如，从收音机天线接收到的无线电信号或者从传感器得到的信号，有时只有微伏或毫伏的数量级，必须经过放大才能驱动扬声器或者进行观察、记录和控制。

所谓放大，表面上是将信号的幅度由小增大，但是，放大的实质是能量的转换，即由一个较小的输入信号控制直流电源，使之转换成交流能量输出，驱动负载。

第二讲共射极放大电路§1、放大电路的组成原理1．放大电路的组成的原则是：⑴为保证三极管工作在放大区，发射结必须正向偏置；集电结必须反向运用。

⑵电路中应保证输入信号能加至三极管的发射结，以控制三极管的电流。

同时，也要保证放大了的信号从电路中输出。

耦合电容(隔直电容)的作用：使交流信号顺利通过，而无直流联系。

实际中，为了方便，采用单电源，如下左图。

习惯画法如下右图。

2．、直流通路和交流通路直流通路：电容视为开路，电感视为短路交流通路：电容和电感作为电抗元件处理，一般电容按短路处理，电感按开路处理。

直流电源因为其两端的电压固定不变，内阻视为零，故在画交流通路时也按短路处理。

放大电路的分析也包含两部分直流分析：又称为静态分析，用于求出电路的直流工作状态，即基极直流电流I B；集电极直流电流I C ；集电极与发射极间的直流电压U CE 。

交流分析：又称为动态分析，用来求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

§2 放大电路的直流工作状态放大电器核心器件是具有放大能力的三极管，而三极管要保证在放大区，其e 结应正向偏置，c 结应反向偏置，即要求对三极管设置正常的直流工作状态，直流工作点，又称静态工作点，简称Q 点。

一、解析法确定静态工作点根据放大电路的直流通路，可以估算出该放大电路的静态工作点。

求静态工作点就是求I B I C U CE 1. 求I BbBECC BQ R U U I -=由于三极管导通时，U BE 变化很小，可视为常数。

一般地 硅管 U BE ＝0.6～0.8V 取0.7V 锗管 U BE ＝0.1～0.3V 取0.2V 当U CC 、R b 已知，可求出I BQ2. 求I CBQ CQ I I β=3. 求U CEC C CC CEQ R I U U -=二、图解法确定静态工作点三极管电流、电压关系可用其输入特性曲线和输出特性曲线表示。

我们可以在特性曲线上，直接用作图的方法来确定静态工作点。

图解法求Q 点的步骤：1. 在输出特性曲线所在坐标中，按直流负载线方程C C CC CE R i U u -=,作出直流负载线。

2. 由基极回路求出I BQ3. 找出BQ B I i =这一条输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q 点。

读出Q 点的电流、电压即为所求。

【例】如下图电路，已知R b =280k Ω，R c =3k Ω，U cc =12V ，三极管的输出特性曲线也如下图所示，试用图解法确定静态工作点。

解：首先写出直流负载方程，并做出直流负载线u CE =U CC －i C R ci C =0，u CE =U CC =12V ，得M 点；u CE =0，i C =U CC /R c =12/3=4mA ，得N 点；连接MN ，即得直流负载线。

A mA ..R U U I b BE CC BQ μ400401028070123=≈⨯-=-=直流负载线与i B =I BQ =40μA 这一条特性曲线的交点，即为Q 点，从图上可得I CQ =2mA ，U CEQ =6V 。

三、电路参数对静态工作点的影响在后面我们将看到静态工作点的位置十分重要，而静态工作点与电路参数有关。

下面将分析电路参数R b 、R c 、U CC 对静态工作点的影响，为调试电路给出理论指导。

1. R b 对Q 点的影响R b ↑→I BQ ↓→工作点沿直流负载线下移 R b ↓→I BQ ↑→工作点沿直流负载线上移 2. R C 对Q 点的影响R C 的变化，仅改变直流负载线的N 点，即仅改变直流负载线的斜率。

R C ↓→N 点上升→直流负载线变陡→工作点沿i b =I BQ 这一条特性曲线右移 R C ↑→N 点下降→直流负载线变平坦→工作点沿i b =I BQ 这一条特性曲线左移3. U CC 对Q 点的影响U CC 的变化不仅影响I BQ ，还影响直流负载线，因此，U CC 对Q 点的影响较复杂。

U CC ↑→I BQ ↑→M↑→N↑→直流负载线平行上移→工作点向右上方移动 U CC ↓→I BQ ↓→M↓→N↓→直流负载线平行下移→工作点向左下方移动 实际调试中，主要通过改变电阻R b 来改变静态工作点，而很少通过改变U CC 来改变工作点。

§3 放大电路的动态分析我们讨论当输入端加入信号u i 时，电路的工作情况。

由于加进了输入信号，输入电流i B 不会静止不动，而是变化的。

这样三极管的工作状态将来回移动，故又将加进输入交流信号时的状态称为动态。

一、图解法分析动态特性通过图解法，我们将画出对应输入波形时的输出电流和输出电压的波形。

由于交流信号的加入，此时应按交流通路来考虑。

交流负载L C L R R R //'=。

在信号的作用下。

三极管的工作状态的移动不再沿直流负载线，而是按交流负载线移动。

因此，分析交流信号前。

应先画出交流负载线。

1. 画交流负载线交流负载线具有如下两个特点⑴交流负载线必通过Q 点，因为当输入信号u i 的瞬时值为零时，如忽略电容C 1和C 2的影响，则电路状态和静态相同。

⑵交流负载线的斜率由'L R 决定。

因此，按上述特点，可做出交流负载线，即通过Q 点，作一条'/LR I U =∆∆的直线，就是交流负载线。

具体作法如下：首先作一条'/L R I U =∆∆的辅助线(此线有无数条)，然后过Q 点作一条平行于辅助线的直线即为交流负载线。

由于L C L R R R //'=，所以C L R R <'，故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。

交流负载线的另外一种作法： 交流负载线也可以通过求出交流负载线在u CE 坐标的截距，再与Q 点相连即可得到。

设截距点为'CC U ，则有：''LCQ CEQ CC R I U U += 推导过程如下：''0L CQCEQ CC R I U U I U -=--=∆∆''LCQ CEQ CC R I U U =-''LCQ CEQ CC R I U U +=例：如下图所示电路，做出交流负载线。

已知R b =280k Ω，R e =3k Ω，U CC =12V ，R L =3k Ω。

解：⑴首先做出直流负载线，求出Q 点。

⑵做出交流负载线的辅助线Ω==k R R R L C L 5.1//'Ω=-=∆∆k R I U L 5.1'取ΔU =6V 可得ΔI =4mA ，连接这两点即为交流负载线的辅助线。

⑶过Q 点做辅助线的平行线，即为交流负载线。

也可以用：V R I U U L CQ CEQ CC 95.126''=⨯+=+=做出交流负载线。

2. 画输入输出的交流波形图t U u im i ωsin =t U U u U u im BEQ i BEQ BE ωsin +=+=t I I i I i bm BQ b BQ B ωsin +=+=设电路使A I bm μ20=则：)(sin 2040A t i B μω+=从图2—t U u im i ωsin =t U U u U u im BEQ i BEQ BE ωsin +=+=t I I i I i bm BQ b BQ B ωsin +=+=t I I i I i cm CQ c CQ C ωsin +=+=)sin(πω++=+=t U U u U u cem CEQ ce CEQ CEi c 、i b 、u be 三者同相，u ce 与它们的相位相反。

即输出电压与输入电压相位是相反的，这是共发射极放大电路的特征之一。

二、放大电路的非线性失真作为对放大电路的要求，应使输出电压尽可能的大，但它受到三极管非线性的限制，当信号过大或工作点选择不合适，输出电压波形将产生失真。

这些失真是由于三极管的非线性(特性曲线的非线性)引起的失真，所以称为非线性失真。

1. 由三极管特性曲线非线性引起的失真 非线性失真。

⑴输入特性曲线弯曲引起的失真。

⑵输出曲线簇上疏下密引起的失真。

⑶输出曲线簇上密下疏引起的失真。

⑷输出曲线弯曲也引起失真。

2. 工作点不合适引起的失真截止失真和饱和失真。

⑴截止失真当工作点设置过低(I B过小)，在输入信号的负半周，三极管的工作状态进入截止区。

因而引起i B、i C、u CE的波形失真，称为截止失真。

对于NPN型共e极放大电路，截止失真时，输出电压u CE的波形出现顶部失真。

对于PNP型共e极放大电路，截止失真时，输出电压u CE的波形出现底部失真。

⑵饱和失真当工作点设置过高(I B过大)，在输入信号的正半周，三极管的工作状态进入饱和区。

因而引起i C、u CE的波形失真，称为饱和失真。

对于NPN型共e极放大电路，饱和失真时，输出电压u CE的波形出现底部失真。

对于PNP型共e极放大电路，饱和失真时，输出电压u CE的波形出现顶部失真。

3．最大不失真输出电压幅值U max(或最大峰—峰U p-p)由于存在截止失真和饱和失真，放大电路存在最大不失真输出电压幅值U max (或最大峰—峰U p-p )最大不失真输出电压：当直流工作状态已定的前提下，逐渐增大输入信号，三极管尚未进入截止或饱和时，输出所能获得的最大不失真电压。

如u i 增大首先进入饱和区，则最大不失真输出电压受饱和区限制，则ces CEQ cem U U U -=如u i 增大首先进入截止区，则最大不失真输出电压受截止区限制，则'LCQ cem R I U ⋅=最大不失真输出电压值，选取其中小的一个。

三、微变等效电路微变等电路法的基本思想是：当输入信号变化的范围很小时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系基本上是线性的。

即在一个很小的范围内，输入特性输出特性均可近似地看作是一段直线。

给三极管建立一个小信号的线性模型。

这就是微变等效电路。

利用微变等效电路，可以将含三极管的放大电路，转化为我们熟悉的线性电路，然后，就可利用电路分析的有关方法求解。

1. 三极管的h 参数微变等效电路三极管处于共发射极状态时，输入回路和输出回路各变量之间的关系由以下形式表示。

输入特性： ),(CE B BE u i f u = ⑴输出特性： ),(CE B C u i f i = ⑵式中CE BE C B u u i i 、、、代表各电量的总瞬时值，为直流分量和交流瞬时值之和，即：b BQ B i I i +=，be BE BE u U u +=，c CQ C i I i +=，ce CEQ CE u U u += 用全微分形式表示C BE i u 和，则有CEI CEBE B U B BE BE du u u di i u du B QCE Q∂∂+∂∂=⑶CEI CEC B U BC C du u i di i i di B QCE Q∂∂+∂∂=⑷令CE QU BBE i u h ∂∂=11B QI CEBE u u h ∂∂=12 CE QU BC i i h ∂∂=21B QI CEC u i h ∂∂=22则：CE B BE du h di h du 1211+=CE B C du h di h di 2221+= 前已指出b BQ B i I i +=，而Bdi 代表其变化量，故b B i di =，同理有ce CE c C be BE u du i di u du ===，，当输入为正弦量并用有效值表示时，则有ce b be U h I h U 1211+=⑸ce b c U h I h I 2221+=⑹根据上两式可以画出共e 极时的三极管的微变等效电路。