第二章 放大电路的分析基础
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1 第二章 放大电路分析基础
引言
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。
（一） 课程内容
1 放大电路的工作原理。
2 放大电路的静态分析。
3 放大电路的动态分析，三种基本组态放大电路。
4 稳定静态工作点的偏置电路。
5 多级放大电路。
（二） 教学基本要求
1 理解放大电路的组成原则。
2 理解静态、动态、直流通路、交流通路的概念及放大电路主要动态
指标的含意。
3 熟悉放大电路的静态和动态分析方法。
4 了解放大电路非线性失真产生的原因及消除方法。
5 会计算三种组态放大电路的静态工作点和动态指标Au 、 ri 、 r0 等。
6 了解多级放大电路的耦合方式及其特点和熟悉多级放大电路的指标计算。
（三） 本章重点
1 放大电路的工作原理。
2 三种组态放大电路的静态和动态指标的计算。 2 第二章 第 2.1 节 放大电路工作原理
布置作业:
引言
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。
§2.1放大电路工作原理
2．1．1放大电路的组成原理
以共发射极放大电路为例
一．放大电路的组成：
输入回路（基极回路）
输出回路（集电极回路） 3
上图是常见的电容耦合共射放大器电路, 我们将它分成7个部分, 每部分作用如下:
(1) 信号源: Us为开路电压, Rs为内阻。
(2) 输入耦合电容C1: 其作用是隔断信号源与晶体管之间的直流联系; 对信号频率而言,
其容抗足够小, 可视为短路, 因而信号可顺利地通过, 起到耦合信号(传送交流)的作用。
(3) 偏置电路: 这是一种最简单的偏置电路, 只有一个偏流电阻Rb。它的作用是使晶体管有一个合适的基极直流电流。
(4) 晶体管V和集电极电阻Rc: 晶体管是放大器的核心, 起电流控制作用。Rc保证合适的工作状态, 并从Rc上取出信号电压。
(5) 输出端耦合电容C2: 用于隔断晶体管与负载RL的直流联系, 对交流短路。
(6) 放大器负载RL。
(7) 电源电压EC
二．放大电路的组成的原则：
第一, 要有直流通路, 即保证发射结处于正向偏置, 集电结处于反向偏置, 使晶体管工作在放大区, 以实现电流控制作用。
第二, 要有交流通路, 即待放大的输入信号能加到发射结上, 以控制三极管的电流, 而且放大了的信号能从电路中取出。
电容器C1和C2作用相同，即：
(1) 传递交流信号 对信号频率而言，其容抗足够小，可视作短路，从而保证信号可以顺利地通过，即起到耦合信号的作用，所以常称作耦合电容。
(2) 隔断直流 电容器可以隔断电路中不必要的直流成分以免互相影响，因此C1和C2也称为隔直电容。
耦合电容容量较大，一般采用电解电容器，而电解电容分正负极，接反就会损坏。
2．1．2 直流通路和交流通路
当输入信号为零时，电路只有直流电流；当考虑信号的放大时，我们应考虑电路的交流通路。所以在分析、计算具体放大电路前，应分清放大电路的交、直流通路。
一．放大电路交、直流通路的区分原则：
由于放大电路中存在着电抗元件，所以直流通路和交流通路不相同。在分析、计算具体的放大电路之前, 应分清直流通路、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。
＋uceibic＋RbRS＋①－＋＋－RSUSC1RbRcC2RLUo＋iCiBuBEEC②③④⑤⑥⑦USRCRL(b)(c)(a)～＋－VRCIC＋UCEECRbV～－ubeuCEIB＋－－UBE－＋－＋＋ 4 基本共发射极电路的交、直流通路。
二．放大电路的工作状态及分析：
静态：是指无交流信号输入时（vi= 0 或 ii= 0），电路中的电流、电压都不变的状态，也称直流工作状态。
电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC和UCE （或IBQ、ICQ和UCEQ）表示。
直流分析：又称为静态分析，主要是确定放大电路中的静态值（电路的直流工作状态），即基极直流电流IB；集电极直流电流IC；集电极与发射极间的直流电压UCE。
动态：是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。也称交流工作状态。
由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含交、直流两个分量。
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。
三．例：判断所示电路是否具有电压放大作用。
图(a)由于C1隔直流作用, 无输入直流通路。
图(b)由于C1的旁路作用使得输入信号电压无法加入。
图(c)由于没有Rc, 只有信号电流, 无信号电压输出, 或者说输出信号电压无法取出。
图(d)发射结没有正向偏置电压。 所以均无电压放大作用。 RbRcC1C2－ ECRbRcC1C2－ ECRbC1C2＋ ECRbC1C2＋ EC(d)(c)(b)(a)Rc＋＋＋＋＋＋＋＋ 5
2．1．3 放大电路的信号及常用符号
由于放大器电路中既有直流成分又有交流成分, 因而晶体管的各极电流、电压都有瞬时值、 直流分量和交流分量之分。
一．信号及符号
uBE(小写字母、大写下标)——基极到发射极电压的瞬时值; 即实际的物理信号。
UBE(大写字母、大写下标)——基极到发射极电压的直流成分; 或uBE中的直流成分；
ube(小写字母、小写下标)——基极到发射极交流电压的瞬时值; uBE中的交流成分；
Ube(大写字母、小写下标)——基极到发射极交流电压复数量简化表示, 也表示ube的有效值;
Ubem——ube的峰值或振幅。
二．信号的图示及数学表达式式
可以清楚地表示出它们的含义：
§2.2 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，而三极管要保证工作在放大区，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，如何计算出一个放大电路的直流工作状态，是本节讨论的主要问题。
直流工作状态的计算又称为静态分析，主要要确定放大电路的直流工作点，又称静态工作点，简称Q点（Quiescent adj.静止的）。即基极直流电流IB；集电极直流电流IC；集电极与发射极间的直流电压UCE。它可通过公式求出，也可以通过作图的方法求出。
2.2.1 解析法确定静态工作点
采用该方法，必须已知三极管的 值。
已知晶体管的参数β, 根据直流通路, 可以估算出放大电路的工作点。
直流通路：耦合电容可视为开路。
一. 求IB
首先由基极回路求出静态时基极电流IBQ:
由于三极管导通时，UBE变化很小，可视为常数。一般地
硅管 UBE＝0.6～0.8V 取0.7V
锗管 UBE＝0.1～0.3V 取0.2V
当UCC、Rb已知，可求出IBQ
二. 求IC
根据三极管各极电流关系, 可求出静态工作点的集电极电流ICQ：
BQCQII BEBEBEbeBEBEmbeBEBEuUutUUutUUusin2sinuBEUBEubeubemOtRC+UCCVRB+UCEQ－+UBEQ －ICQIBQbBECCBQRUUI 6 三. 求UCE
再根据集电极输出回路可求出UCEQ
CCCCCEQRIUU 四．例
估算图2 - 2放大电路的静态工作点。设UCC=12 V, Rc=3kΩ, Rb=280kΩ, β＝５０。
解
2．2．2、图解法确定静态工作点
图解法是通过作图对各极电流、电压进行分析的一种方法。采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。
分析方法为: 画出直流通路, 分别写出输入、输出回路的外特性方程, 在输入、输出特性曲线上作出外特性曲线, 交点即为静态工作点。
分析对象是直流通路，分析的关键是作直流负载线。
一．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
uCE=UCC-iCRc, 作出直流负载线。
2) 由基极回路求出IBQ
3) 找出iB=IBQ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点坐标的电流、电压值即为所求。
二．【例】
如下图电路，已知Rb=280kΩ，Rc=3kΩ，Ucc=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
uCE=UCC－iCRc
iC=0，uCE=UCC=12V，得M点；uCE=0，iC=UCC/Rc=12/3=4mA，得N点；连接MN，即得直流负载线。
AmA..RUUIbBECCBQ400401028070123 直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点，即为Q点，从图上可得ICQ=2mA，UCEQ=6V。 VUmAIAmAICEQCQBQ63212204.05040040.02807.0120QICQUCEQicECRciB＝ IBQuCEEC斜率为－1Rc
