完整word版放大电路的工作原理和三种基本放大组态.docx

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放大电路的工作原理和三种基本放大组态

   放大电路里通常是晶体三极管、场效应管、集成运算放大器等，这些器件也称为有源器件。

共射放大电路如图所示。

Vcc是集电极回路的直流电源，也是给放大电路提供能量的，一般在几伏到几十伏范围，以保证晶体三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置，使晶体三极管工作在放大区。

Rc是集电极电阻，一般在几K至几十K范围，它的作用是把集电极电流iC的变化变成集电极电压uCE的变化。

VBB是基极回路的直流电源，使发射结处于正向偏置，同时通过基极电阻Rb提供给基极一个合适的基极电流IBQ，使三极管工作在放大区中适当的区域，这个电流IBQ常称为基极偏置电流，它决定着三极管的工作点，基极偏置电流IBQ是由VBB和基极电阻Rb共同作用决定的，基极电阻Rb一般在几十KΩ至几百KΩ范围。

   如在输入端加上一个较小的正弦信号ui,通过电容C1加到三极管的基极，从而引起基极电流iB在原来直流IBQ的基础上作相应的变化，由于ui是正弦信号，使iB随ui也相应地按正弦规律变化，这时的iB实际上是直流分流IBQ和交流分量ib迭加后的量。

同时iB的变化使集电极电流iC随之变化，因此iC也是直流分量IC和交流分量ic的迭加，但iC要比iB大得多（即β倍）。

电流iC在电阻RC上产生一个压降，集电极电压uCE=VCC－iCRL，这个集电极电压uCE也是由直流分量IC和交流分量iC两部分迭加的。

这里的uCE和iC相位相反，即当iC增大时,uCE减少。

由于C2的隔直作用，使只有uCE的交流分量通过电容C2作为放大电路的输出电压uO。

如电路参数选择适当，uO要比uI的幅值要大得多，同时uI与uO的相位正好相反。

电路中各点的电流、电压波形如图所示。

放大电路的图解法

放大电路有三种主要分析方法：

一是图解法，二是微变等效电路法，三是计算机辅助分析法。

图解法是根据晶体管的输入和输出特性曲线，以及电路参数，在特性曲线上确定静态工作点Q的位置，并根据输入信号的波形，画出晶体管各点的电流电压波形，以及输出信号的波形。

因此图解法分析放大电路可以分为静态分析和动态分析两步来做。

   用图解法对放大电路的静态分析可分为两步，先根据输入回路的IB与UBE的关系式在输入特性曲线上确定输入回路的静态工作点Q，随后根据输出回路的IC与UCE关系式式确定输出回路的静态工作点，求出ICQ和UCEQ。

其中需要分别在输入特性图和输出图上作出直流负载线。

（a）                    （b）

图解法求静态工作点

（a）输入回路的图解法（b）输出回路的图解法

  动态工作情况分析：

首先根据uI在输入特性上求iB的波形，然后根据iB在输出特性上求iC和uCE的波形。

  要注意，放大电路中电压电流包含两个分量，一个是无输入信号时由静态工作情况决定的直流分量IBQ、ICQ、UCEQ；另一个是由输入电压引起的交流分量ib、ic和uce。

共射基本放大电路

  一个晶体三极管可以看作为一个双口有源网络，由于晶体三极管只有三个极端，因此其中必须有一个极端作输入和输出的公共端。

如果以其中发射极e作为输入和输出的公共端，基极b作为输入，集电极c作为输出，则该放大电路称为共射放大电路。

相应地以基极b作为输入和输出公共端，发射极e作为输入，集电极c作为输出的称为共基放大电路。

以集电极c作为输入和输出公共端，基极b作为输入，发射极e作为输出的称为共集放大电路。

这称为晶体三极管放大电路的三种基本放大组态。

放大电路三种基本组态

（a）共射放大电路（b）共基放大电路（c）共集放大电路

微变等效电路分析法

在放大电路输入信号电压很小时，就可以把晶体管小范围内特性曲线近似用直线来代替，从而把晶体管这个非线形元件用一个等效的线形电路来近似代替，然后利用分析线性电路的一些方法来分析晶体管的放大电路，这就是微变等效电路法的指导思想。

因此微变电路法只适用于小信号时电路分析，另外微变等效电路法只能用来求交流特性，即动态分析，不能求静态工作点，即微变的概念。

（1）晶体管的h参数及等效电路

晶体管h参数等效电路

（2）用h参数等效电路分析共射放大电路

对放大电路进行静态分析，主要是确定其静态工作点Q，即求出IBQ，ICQ，UCEQ。

对放大电路进行动态分析，主要是计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

用h参数微变等效电路分析共射放大电路

 （a）共射放大电路（b）h参数微变等效电路

静态工作点的计算

ICQ=ßIBQ

UCEQ=VCC－ICQRC

交流性能参数的计算

电压放大倍数

输入电阻

输出电阻Ro=Rc

其他基本放大电路的分析

（1）射极偏置电路

射极偏置电路能稳定静静态工作点，当温度变化或其他原因使晶体管参数变化时，其工作点能稳定在合适的位置。

这个电路是交流放大电路中最常用的一个基本电路。

能稳定工作点的射极偏置电路

（a）射极偏置电路（b）微变等效电路

静态工作点计算

交流性能计算

从上式可知，接Re以后，虽然工作点稳定提高了，但放大倍数Au下降了，而且Re越大则Au越小，如果在Re上并联一个大电容Ce，它对交流近似可看作短，使晶体管的发射极交流接地，这时与基本共射电路相同，使放大倍数不致下降，而工作仍能得到稳定。

Ri=Rb1//Rb2//Riˊ其中

Ro=Rc

（2）共集电极电路

共集放大电路信号从基极输入，从发射极输出，集电极作为输入输出的公共端。

该电路又称为射极输出器，或称射极跟随器，也是最常用的一种基本电路。

共集电极电路的特点是：

输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数小于1接近于1，主要用作输入极、输出极和极间缓冲极。

用微变等效电路分析共集放大电路

（a）共集放大电路（b）h参数微变等效电路

静态工作点计算

再由ICQ=βIBQ,UCEQ=VCC-ICQRe可求出静态工作点。

交流性能的计算

共集电路的输入电阻很大而输出电阻很小；另外它的电压放大倍数虽然小于1，但它的电流放大倍数仍较大，约为（1+β）倍。

（3）共基极电路

共基极电路的输入信号加在晶体管的发射极，输出是集电极，基极是输入输出的公共端。

用微变等效电路分析共基极放大电路

（a）共基极放大电路（b）微变等效电路

静态工作点分析

交流性能分析

 其中

与共射放大电路比较，共基放大电路的特点是：

（1）电压放大倍数数值上同相，而共基电路是正值，表明输入与输出同相；电流放大倍数共基电路是略小于1。

（2）输入电阻比共射电路小，输出电阻相同。

（3）共基电路的频率响应好，在要求频率特性高的场合多采用共基电路。

场效应管放大电路

场效应管与双极型晶体管一样能实现信号的控制，所以也能组成放大电路。

场效应管的三个极G、D、S分别与晶体管的三个极b、c、e相对应，因此从放大电路的组成上看也可以有三种基本放大组态，即共源放大电路﹑共漏放大电路﹑共栅放大电路，其中共栅放大电路因不常用。

（1）共源放大电路

与晶体管的共射放大电路相对应，由N沟道结型场效应管和MOS场效应管组成的共源放大电路分别如图（a）和（b）所示。

共源放大电路

（a）N沟道结型场效应管共源放大电路（b）MOS场效应管共源放大电路

静态分析

场效应管组成放大电路和晶体管一样，要建立合适的静态工作点，所不同是，场效应管是电压控制器件，因此它需要有合适的栅极电压。

通常场效应管的偏置电路形式有两种：

自偏压电路和分压式自偏压电路，分别如图（a）﹑（b）所示。

自偏压电路只适用于结型场效应管或耗尽型MOS管：

分压式自偏压电路既适用于增强型场效应管，也能用于耗尽型场效应管。

栅极电压：

对场效应管放大电路静态工作点的确定，可以采用图解法或公式计算，图解法的原理和晶体管相似。

用公式进行计算可通过特性方程：

或

交流分析

共源放大电路的微变等效电

Ri=（Rg1//Rg2）+Rg3

Ro=Rd

共源放大电路与共射电路形式相类似。

只是共源放大电路的输入电阻要比共射电路的大得多（Rgs通常很大），故需要高输入电阻时多宜采用场效应管放大电路。

（2）共漏放大电路

共漏放大电路是与共集放大电路类似的一种电路形式。

电路如图所示。

共漏放大电路也常称为源极跟随器或源极输出器。

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共漏放大电路

（a）共漏放大电路（b）微变等效电路

确定静态工作点时，可列出回路方程与特性方程联立求解：

交流性能分析

共漏电路的特点与共集电极电路相似，电压极放大倍数小于1，但场效应管的导跨比双极型晶体管的ß低，所以共漏电路的电压放大倍数一般比共射电路低,另外它的输出电阻也较低。

例题分析

例2.1画出图P2.1（a）所示放大电路交流通路和直流通路。

图P2.1

（a）共基放大电路（b）直流通路（c）交流通路

解：

对于直流通路，可以把电路中电容C1、C2、Cb看作为开路，这时电路如图P2.1（b）所示，即为它的直流通路。

对于交流通路，把电路中的电容C1、C2、Cb看作为短路，把直流电压源VCC也看作为短路，因这时VCC两端的交流压降（即变化量）为零。

由于Cb和VCC看作为短路，电路中的电阻Rb1、Rb2也被短路，得到如图P2.1（c）的电路，这也就是它的交流通路。

从交流通路来看，该放大电路实际上是一个共基放大电路。

例2.2共射放大电路如图P2.2（a）所示，晶体管的输出特性曲线如图P2.2（b）所示，设晶体的UBEQ=0.6V。

（1）S断开时，分别作出Rb为285KΩ和570KΩ时的静态工作点Q及Q′，并分别求出这两种情况下的最大木失真输出幅值。

（2）当S闭合，Rb=285KΩ时，作出此时的静态工作点Q〞及求最大不失真输出幅值。

图P2.2

（a）共射放大电路（b）图解法求最大不失真输出幅值

解:

（1）因为

当Rb=285KΩ时IBQ=40μAICQ=1.5IBQmA

UCEQ=6VUom≈5V

当Rb=570KΩ时IBQ=２0μAICQ=０.８mA

UCEQ=8.8VUom≈3.2V

（2）经Q点作斜率为－1/RL′（RL′＝２KΩ）的交流负载线如图P２.2（b）所示，

这时UC′=ICQRL′+UCEQ=9V　　　Uom≈3V

例2.3放大电路如图P2.3所示，设晶体管的β=20,rbbˊ=300Ω,UBEQ=0.7V,DZ为理想稳压二极管，其稳压值UZ=6V，各电容对交流均可视为短路。

（1）求静态工作点Q.

（2）求电压放大倍数Au和输入电阻Ri.

（3）若Dz极性接反，电路能否正常放大？

试计算此时的静态工作点，并定性分析Dz反接对Au，Ri的影响。

图P2.3

解:

（1）电阻R的作用是使Dz有一个合适的工作电流，Dz为理想硅稳压管，Dz两端的直流电压为6V，而交流压降为０,（动态电阻为０）。

（2）

（3）Dz反接时，Uz为硅二极管的正向压降，Uz≈0.7V，此时UBQ=1.4V，IBQ≈0.715mA,

ICQ=14.3mA，UCEQ=5V.

例2.4图P2.4所示为放大电路的交流通路，试在下列三种情况下，写出电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的表达式。

（1）U2=0，信号U1从基极输入，放大后从集电极输出。

（2）U2=0，信号U1从基极输入，放大后从发射极输出。

（3）U1=0，信号U2从发射极输入，放大后从集电极输出。

图P2.4

解:

（1）信号从晶体管的基极输入，集电极输出，发射极作为公共端，这时是共射放大电路，按共射放大电路的Au、Ri、Ro公式可得：

（2）信号从晶体管的基极输入，发射极输出，集电极作为公共端，这时是共集放大电路，　按共集放大电路的Au、Ri、Ro公式可得：

（3）信号从晶体管的发射极输入，集电极输出，基极作为公共端，这时是共基放大电路，

共基放大电路的Au、Ri、Ro按公式可得：

例2.5N沟道耗尽型场效应管共源放大电路如图P2.5（a）所示，试画出其微变等效电路。

写出电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的表达式。

设各电容对交流可视为短路。

图P2.5

（a）场效应管共源放大电路（b）微变等效电路

解：

放大电路的微变等效电路如图P2.5（b）所示。

则