《基本放大电路》【教学版1】.ppt

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理学院应用物理系主讲/设计/制作：

谭诚臣E-mail:

第第22章章基本放大电路基本放大电路2.2共发射极放大电路共发射极放大电路2.3放大电路的放大电路的静态分析静态分析2.5静态工作点的稳定静态工作点的稳定2.4放大电路的放大电路的动态分析动态分析2.1放大电路的基本概念放大电路的基本概念2.6理想的集成运算放大器理想的集成运算放大器理学院应用物理系主讲/设计/制作：

谭诚臣E-mail:

2.1放大电路的基本概念放大电路的基本概念基本基本放大电路：

由一个晶体管与相应元件组成的放大电路。

放大电路：

由一个晶体管与相应元件组成的放大电路。

1.1.作用：

放大微弱信号，使输出信号的幅度得到放大，能量得到加强；作用：

放大微弱信号，使输出信号的幅度得到放大，能量得到加强；2.2.输出信号不能失真输出信号不能失真；3.3.输出信号的能量来自直流电源，是经过晶体管的控制转换而来的。

输出信号的能量来自直流电源，是经过晶体管的控制转换而来的。

微弱输入小微弱输入小信号信号ui幅度大大增强幅度大大增强的输出信号的输出信号u0放大电路的核心：

晶体管，必须放大电路的核心：

晶体管，必须保证晶体管工作在放大区！

保证晶体管工作在放大区！

uiu0放放大大电电路路理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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单级放大器的虚拟仿真波形：

从波形可以看出：

输出信号峰峰值从波形可以看出：

输出信号峰峰值4.136V，输入信号峰峰值，输入信号峰峰值39.970mV，放大了放大了100多倍！

图中还可以看出，输入输出波形相位相差多倍！

图中还可以看出，输入输出波形相位相差180。

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放大器的组态：

由于晶体管只有三个电极，组成放大器需要四个端子，因此，晶体管必然有一个电极公用，共有六种组合。

u0uibceu0uibecu0uibec共射组态共射组态共集组态共集组态共基组态共基组态对共射对共射（CE）组态组态:

基极基极输入输入,集电极输出集电极输出,共用发射极；共用发射极；对共集对共集（CC）组态组态:

基极基极输入输入,发射极输出发射极输出,共用集电极；共用集电极；对共基对共基（CB）组态组态:

发射极发射极输入输入,集电极输出集电极输出,共用基极。

共用基极。

只有这三种组合具有放大作用！

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放大电路的组成放大电路的组成:

1.1.晶体管：

必须工作在放大状态，即晶体管：

必须工作在放大状态，即必须有合适的偏置必须有合适的偏置2.2.输入回路：

应使输入信号能有效地耦合到晶体管的输输入回路：

应使输入信号能有效地耦合到晶体管的输入端入端,以便产生基极电流；以便产生基极电流；3.3.输出回路：

将放大了的电流信号输出回路：

将放大了的电流信号转变转变成负载所需要的形成负载所需要的形式，以便有效地输出给负载。

式，以便有效地输出给负载。

注意：

负载不是放大电路的必须组成部分。

注意：

负载不是放大电路的必须组成部分。

放大电路的放大电路的结构框图如图结构框图如图:

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（1）

（1）电压放大倍数电压放大倍数定义为：

定义为：

（2）

（2）电流放大倍数电流放大倍数定义为：

定义为：

放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标1.1.放大倍数放大倍数（增益增益）：

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电压增益：

电流增益：

互阻增益：

互导增益：

其他放大倍数（增益）：

源电压放大倍数源电压放大倍数定义为：

定义为：

信号源内阻使放大倍信号源内阻使放大倍数降低。

数降低。

信号源的信号源的理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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2.2.输入电阻输入电阻RiRi的定义：

的定义：

信信号号源源Vi+-UsRsRi放放大大电电路路输入电阻越大，放大电路得到的信号输入电阻越大，放大电路得到的信号Vi越大，因此，越大，因此，输输入电阻衡量的是放大器从信号源获得信号大小的能力。

入电阻衡量的是放大器从信号源获得信号大小的能力。

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3.3.输出电阻输出电阻Ro因此，输出电阻是衡量放大器因此，输出电阻是衡量放大器带负载能力的带负载能力的，RRoo越小，放越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。

大电路带负载的能力越强，反之则差。

定义：

roUoRLUo理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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步骤：

1.所有的电源置零所有的电源置零（将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源）。

2.加压求流法加压求流法:

UI方法一：

计算法方法一：

计算法（根据定义根据定义）输出电阻的求法：

输出电阻的求法：

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方法二：

测量法方法二：

测量法1.测量开路电压。

测量开路电压。

UoroUo2.测量接入负载测量接入负载RL后的输出电压。

后的输出电压。

roUoRLUo步骤：

步骤：

3.计算：

计算：

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4.4.通频带通频带放放大大电电路路的的增增益益AA（ff）是是频频率率的的函函数数。

在在低低频频段段和和高高频频段放大倍数都要下降。

当段放大倍数都要下降。

当AA（ff）下降到中频电压放大倍数下降到中频电压放大倍数AA00的的1/1/时所对应的频率，即时所对应的频率，即通频带的定义通频带的定义ffLL称为称为下限截止频率下限截止频率ffHH称为称为上限截止频率上限截止频率通频带通频带BWBW：

BW=fBW=fHH-ffLLffHH理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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一、共发射极放大电路的组成这种组态是应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：

3DG6管管RBUBBC1+RCUCCC2+放大电路的核心元放大电路的核心元件件三极管三极管耦合电容耦合电容基极电阻基极电阻基极电源基极电源集电极电阻集电极电阻集电极电源集电极电源耦合电容耦合电容上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。

2.2共发射极放大电路共发射极放大电路理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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单电源供电的共射放大电路如下，各部分的作用分别为：

晶体管在放大电路晶体管在放大电路中起以小控大的能中起以小控大的能量控制作用量控制作用向放大电路提供能向放大电路提供能量，并保证晶体管量，并保证晶体管工作在放大区工作在放大区基极偏置电阻基极偏置电阻的作用是为放大的作用是为放大电路提供合适的电路提供合适的基极电流基极电流IIBB。

有极性电解电有极性电解电容的作用是隔容的作用是隔离直流、让输离直流、让输入交流信号顺入交流信号顺利通过。

利通过。

有极性电解电容的作有极性电解电容的作用是隔离直流和让放用是隔离直流和让放大的交流信号顺利输大的交流信号顺利输出。

出。

RC的作用是将放大的集电极电流的作用是将放大的集电极电流转换成晶体管的输出电压。

转换成晶体管的输出电压。

3DG6管管RBC1+RCC2+UCC理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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3DG6RBC1+RCC2+UCCcebuiu0ibiCuCEiBIB基极固定偏置电流基极固定偏置电流放大后的集电极电流放大后的集电极电流iC通过通过RC将放大的将放大的电流转换为放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。

晶体管电压输出。

uCE经经C2滤掉了直流滤掉了直流成分后的输出电压成分后的输出电压信号电流和基极信号电流和基极固定偏流的叠加固定偏流的叠加显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。

uit0输入交流信号电流输入交流信号电流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCu0t0反相！

输入信号电压输入信号电压三三.共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理iC=iBuCE=UCC-iCRCuce=-iCRC隔断隔断直流直流理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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四、静态波形分析四、静态波形分析UBEIBICUCE无输入信号无输入信号（ui=0）时时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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UBEIB无输入信号无输入信号（ui=0）时时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？

有输入信号有输入信号（ui0）时时uCE=UCCiCRCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO五、动态波形分析：

五、动态波形分析：

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放大电路的分析方法放大电路的分析方法分析方法分析方法静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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静态：

当当放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。

）时的工作状态。

所用电路：

放大电路的所用电路：

放大电路的直流通路直流通路。

（UBEQ,IBQ）、（UCEQ,ICQ）分析目标：

分析目标：

确定放大电路的静态值（确定放大电路的静态值（IBQ;ICQ；UCEQ）即静态工作点即静态工作点Q：

分析方法：

估算法、图解法。

分析对象：

各极电压电流的各极电压电流的直流分量直流分量。

画法原则：

1.电容电容C：

开路：

开路2.电感电感L：

短路：

短路3.电阻电阻R：

保留：

保留4.直流电源：

保留直流电源：

保留2.3放大电路的静态分析放大电路的静态分析理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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练习：

画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q（IB、IC、UCE）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE电阻保留电阻保留在原位置在原位置电阻保留电阻保留在原位置在原位置直流电源保留直流电源保留在原位置在原位置保留在保留在原位置原位置理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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一、一、用估算法确定静态值用估算法确定静态值2.2.由输入回路求由输入回路求IBQ：

+UCCRBRCT+UBEUCEICIBUCC=IBQRB+UBEQUCEQ=UCCICQRC1.1.画直流通路画直流通路3.3.由输出回路求由输出回路求ICQ、UCEQ：

ICQ=IBQ理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路例例：

求静态工作点：

求静态工作点已知硅管导通时已知硅管导通时VBE0.7V，=40，其它参数如图，其它参数如图，根据直流通路则有：

根据直流通路则有：

（0.7V,40uA）和和（5.6V，1.6mA）理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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单级放大器静态的虚拟仿真：

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练习：

试画出下图的直流通路，求出练习：

试画出下图的直流通路，求出Q点点C2C1CERC3DG6cbeRE+UCCRBI1IB图（图（a）图（图（b）C2C1RC3DG6cbe+UCCRfIBC1理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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（aa）电路的静态工作点求法：

）电路的静态工作点求法：

当电路不同时，计算静态值的公式也不同。

由由KVL可得：

可得：

由由KVL可得：

可得：

IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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RbRCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K330K4K15V=50直流通路直流通路RbRCVCC330K4K15V=50Re0.5K例：

电路如图所示，求例：

电路如图所示，求Q点。

点。

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直流通路直流通路RbRCVCC330K4K15V=50Re0.5K根据根据KVR列出方程，解得：

列出方程，解得：

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练习：

画出下列电路的直流通路并求出练习：

画出下列电路的直流通路并求出QQ点点提示：

提示：

C2C1CERC3DG6cbeRE+UCCRB2RB1I2理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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Q点求解过程：

点求解过程：

（估算法估算法）直流通路：

直流通路：

C2C1CERC3DG6cbeRE+UCCRB2RB1I2UCE=UCC-IC（RC+RE）VB理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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Rb1RCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K68K4K15VRb212K=40Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例：

参数如图，求例：

参数如图，求Q点。

点。

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Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCCRb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例：

参数如图，求例：

参数如图，求Q点（点（等效电路法等效电路法）。

）。

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Rb2.25V10.2KVBB根据戴维南定理：

根据戴维南定理：

例：

参数如图，求例：

参数如图，求Q点。

点。

Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCC理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCC例：

参数如图，求例：

参数如图，求Q点。

点。

Rb2.25V10.2KVBBRb2.25V10.2KVBB理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCCRb2.25V10.2KVBB例：

参数如图，求例：

参数如图，求Q点。

点。

列方程解得：

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单级放大器静态的虚拟仿真：

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估算法求估算法求Q点的大致步骤：

点的大致步骤：

1.画出直流通路（注意画法原则）画出直流通路（注意画法原则）2.标出各支路电流标出各支路电流3.写出晶体管的电流放大公式写出晶体管的电流放大公式ICQ=IBQ4.列出输入、输出回路方程列出输入、输出回路方程5.解方程，求出解方程，求出IBQ、ICQ、UCEQ理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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+_UCE+_BEUIBICVBBRbRVCCC二、二、用图解法（几何作图法）确定静态值用图解法（几何作图法）确定静态值1.肢解电路：

肢解电路：

分别将电路的输入、输出回路分为线性部分和非线性部分分别将电路的输入、输出回路分为线性部分和非线性部分线性部分线性部分线性部分线性部分非线性部分非线性部分负载方程负载方程特性曲线特性曲线UBE=VBB-IBRbIB=f（UBE,UCE）UCE=VCCICRCIC=f（UCE,IB）理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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+_UCE+_BEUIBICVBBRbRVCCC+_BEUIBIC+_UCEUBE=VBB-IBRb输入：

IB=f（UBE,UCE）UCE=VCCICRC输出：

IC=f（UCE,IB）二、二、用图解法确定静态值用图解法确定静态值详细分解电路：

详细分解电路：

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+_BEUIBVBBRb+_BEUIBUBE=VBB-IBRbIB=f（UBE,UCE）二、二、用图解法确定静态值用图解法确定静态值2.2.输入电路图解：

输入电路图解：

iBuBEVBB/RbVBBIBQUBEQQ与纵轴与纵轴的交点的交点与横轴与横轴的交点的交点确定静态工作点：

确定静态工作点：

UBE=VBBIBRbIB=f（UBE,UCE）即即：

Q（IBQ、UBEQ）理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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+_UCEICRVCCCIC+_UCEUCE=VCCICRCIC=f（UCE,IB）二、二、用图解法确定静态值用图解法确定静态值3.输出电路图解：

输出电路图解：

ICUCEVCCRCVCCQIBQ基极基极电流电流UCEQICQQ（UCEQ,ICQ）只有只有IBQ对应的交点对应的交点才是才是Q点点直流负载线上交点有多个直流负载线上交点有多个理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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输出直流输出直流负载线的特点：

负载线的特点：

1.过两点过两点M和和N，M（VCC,0）N（0,VCC/RC）NM2.斜率斜率k=-1/RC3.和和IBQ线相交于线相交于Q点点ICUCEQIBQ理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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静态的图解分析法全景图：

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图解法求图解法求Q点的步骤：

点的步骤：

1.1.首先画出晶体管的输入、输出特性曲线首先画出晶体管的输入、输出特性曲线2.2.画出直流通路画出直流通路3.3.写出外电路的直流方程写出外电路的直流方程4.4.求出求出IIBQBQ（一般采用近似计算法）（一般采用近似计算法）5.5.在特性曲线上画出负载线（外电路的直流方程）在特性曲线上画出负载线（外电路的直流方程）6.6.直流负载线和直流负载线和IIBQBQ线的交点就是线的交点就是QQ点点7.7.直接读出直接读出QQ点的坐标点的坐标UUCEQCEQ、IICQCQ即可。

即可。

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讨论：

当讨论：

当RB、RC、UCC等参数变化时，等参数变化时，Q点的变化情况点的变化情况:

VCCUCE/VIC/mAO

（1）当当RB增大时：

增大时：

由由IB=VCC/RB知，当知，当RB增加增加时，时，IB减少。

直流负载线不减少。

直流负载线不变，变，Q沿负载线下移；沿负载线下移；

（2）当当RC增大时：

增大时：

直流负载线斜率变化直流负载线斜率变化Q沿特性曲线左移；沿特性曲线左移；（3）当当VCC增大时：

增大时：

对对IB=VCC/RB知，知，VCCIB斜率不变，但向右平移。

斜率不变，但向右平移。

QIBQ理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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画法原则：

1.电容电容C：

短路：

短路2.电感电感L：

断路：

断路3.电阻电阻R：

保留：

保留4.直流电源：

接地直流电源：

接地动态：

动态：

信号输入信号输入uuii00时的工作状态。

时的工作状态。

所用电路：

放大电路的放大电路的交流通路交流通路。

求放大倍数求放大倍数AAuu、输入电阻、输入电阻rrii、输出电阻、输出电阻rroo、分析、分析波形波形失真，动态范围、最大不失真输出电压等；失真，动态范围、最大不失真输出电压等；各极电压和电流的交流分量。

各极电压和电流的交流分量。

找出找出AAuu、rrii、rroo等等与电路参数的关系，为设计打与电路参数的关系，为设计打基础。

基础。

分析目的分析目的:

分析对象：

分析方法：

微变等效电路法，图解法。

2.4放大电路的动态分析放大电路的动态分析理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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交流通路画法练习：

L开路开路C短路短路R保留保留+Vcc对地短路对地短路CERC+VCCRB1RB1RCcbeRLRB2TRSuSC2C1RE输入信号源输入信号源放大电路放大电路负载负载直流电源视为直流电源视为对对“地地”短路短路电容相当于电容相当于“交流短路交流短路”RB1相当于接相当于接于基极与于基极与“地地”之间之间RC相当于接相当于接于集电极与于集电极与“地地”之间之间理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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一、微变等效电路分析法一、微变等效电路分析法适用范围：

适用范围：

以直代曲，把非线性电路转化为线性电路以直代曲，把非线性电路转化为线性电路:

基本思路：

小信号小信号在静态工作点附在静态工作点附近小范围内近小范围内参照参照H参数等效电路法参数等效电路法基本方法：

基本方法：

把非线性的晶体管等效成线性电路把非线性的晶体管等效成线性电路分析目的：

分析目的：

求解电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、上下限截止频率、求解电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、上下限截止频率、通频带等通频带等缺缺点：

点：

无法观察到波形的输出和失真情况等无法观察到波形的输出和失真情况等理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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一、微变等效电路分析法一、微变等效电路分析法适用范围：

适用范围：

以直代曲，把非线性电路转化为线性电路以直代曲，把非线性电路转化为线性电路:

基本思路：

小信号小信号11、晶体管的微变等效电路、晶体管的微变等效电路当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。

小范围内可近似线性化。

UBEIB

（1）

（1）输入回路输入回路Q输入特性输入特性晶体管的晶体管的输入电阻输入电阻晶体管的输入回路晶体管的输入回路（B（B、EE之间之间）可用可用rrbebe等效代替等效代替:

IBUBEO在静态工作点附在静态工作点附近小范围内近小范围内理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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一、微变等效电路分析法一、微变等效电路分析法适用范围：

适用范围：

以直代曲，把非线性电路转化为线性电路以直代曲，把非线性电路转化为线性电路:

基本思路：

小信号小信号11、晶体管的微变等效电路、晶体管的微变等效电路UBEIB

（1）

（1）输入回路输入回路Q输入特性输入特性晶体管的输入回路晶体管的输入回路（B（B、EE之间之间）可用可用rrbebe等效代替等效代替:

IBUBEOibBCEube+-ibube+-rbeBE理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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（2）

（2）输出回路输出回路rce愈大，恒流特性愈好因愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。

阻值很高，一般忽略不计。

晶体管的输出电阻：

输出特性输出特性ICUCEQ晶体管的电流放大系数：

晶体管的电流放大系数：

晶体管的输出回路晶体管的输出回路（C、E之间之间）可用可用一受控电流源一受控电流源ic=ib等效代替，即由等效代替，即由来确定来确定ic和和ib之间的关系。

之间的关系。

O理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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（2）

（2）输出回路输出回路输出特性输出特性ICUCEQ晶体管的电流放大系数：

晶体管的电流放大系数：

OicCEuce+-icibuce+-EC晶体管的晶体管的CC、EE之间可用一受控电流源之间可用一受控电流源iicc=iibb等效代替等效代替理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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ibicicBCEibib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替等效代替晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic=ib等效代等效代替替理学院应用物理系主讲/设计/制作：

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3DG6管管RBC1+RCC2+VCC微变等效电路法分析共发射极放大电路：

微变等效电路法分析共发射极放大电路：

RBRCuiuORL+-ibic共发射极放大电路共发射极放大电路交流通路交流通路直流电源视为直流电源视为对对“地地”短路短路电容电容“交流

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