晶体管放大电路

2、晶体管放大电路原理2.1 晶体管和FET 的工作原理2.1.1晶体管和FET 的放大工作的理解晶体管和FET 的放大作用：晶体管或FET 的输入信号通过器件而出来，晶体管或FET 吸收此时输入信号的振幅信息，由电源重新产生输出信号，由于该输出信号比输入信号大，可以看成将输入信号放大而成为输出信号。

这就是放大的原理。

2.1.2晶体管和FET 的工作原理1、双极型晶体管的工作原理晶体管内部工作原理：对流过基极与发射极之间的电流进行不断地监视，并控制集电极-发射极间电流源使基极-发射极间电流的β倍的电流流在集电极与发射极之间。

就是说，晶体管是用基极电流来控制集电极-发射极电流的器件。

电源电源输入输出输出（a ）双极型晶体管(以NPN 型为例) （b ）FET （以N 型JFET 为例）A被基极电流控制的电流源检测基极电流的电流计集电极（输出端）基极（输入端）发射极（公共端）双极型晶体管的内部原理2、FET 的工作原理FET 内部工作原理：对加在栅极与源极之间的电压进行不断地监视，并控制漏极-源极间电流源使栅极-源极间电压的g m 倍的电流流在漏极与源极之间。

就是说，FET 是用栅极电压来控制漏极-源极电流的器件。

2.1.3分立元件放大电路的组成原理放大电路的组成原理（应具备的条件）1放大器件工作在放大区（三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；结型FET 与耗尽型MOSFET 可采用自偏压方式或分压式偏置或混合偏置方式，增强型MOSFET 则一定要采用分压式偏置或混合偏置 方式）即要保证合适的直流偏置； （2）：输入信号能输送至放大器件的输入端； （3）：有信号电压输出。

判断放大电路是否具有放大作用，就是根据这几点，它们必须同时具备。

2.1.4晶体管放大电路的直流工作状态分析（以晶体管电路为例）直流通路：在没有信号输入时，估算晶体管的各极直流电流和极间直流电压，将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。

它又被称为静态分析。

直流工作点：又称为静态工作点，简称Q 点。

在进行静态分析时，晶体管放大电路主要是求基极直流 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 。

FET 放大电路主要是求栅源电压U GS ， 漏极直流电流I D ，漏极与原极间的直流电压U DS 。

1、公式法计算Q 点 1)共e 接法I B =(U CC -U BE )/R B I C =βI B U CE =U CC -I C R CV被栅极电压控制的电流源检测栅极电压的电压计漏极（输出端）栅极（输入端）源极（公共端）FET 的内部原理自偏压式共射极接法在I 1》I B 时，可认为I 1≈I 2，于是CCU B RB R B R BU212+≈EBEBE C R U U I I -=≈)(E C C CC CE R R I U U +-=I B =I C /β2)共b 接法U CC =I B R B +U BE +I E R E = I B R B +U BE + (1+β)I B R EI C = I B β)(E C C CC CE R R I U U +-=CCU B RB R B R B U212+≈EBEB EC R U U I I -=≈)(E C C CC CE R R I U U +-=I B =I C /β3)共c 接法U CC =I B R B +U BE +I E R E = I B R B +U BE + (1+β)I B R EE C CC CE R I U U -= I C = I B βCCU B RB R B R B U 212+≈＋－－＋＋－U o U i U sR s R B2＋C 1R EC E ＋R LU CCR CR B1＋C 2(a )分压式共射极接法I 1I 2I C I B I E分压式共基接法自偏压式共基接法自偏压式共集接法EBEB EC R U U I I -=≈ E C CC CE R I U U -=I B =I C /β2、图解法计算Q 点三极管的电流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线表示，可以在特性曲线上，直接用作图的方法来确定静态工作点。

用图解法的关键是正确的作出直流负载线，通过直流负载线与i B =I BQ 的特性曲线的交点，即为Q 点。

读出它的坐标即得I C 和U CE 图解法求Q 点的步骤为：1）：通过直流负载方程画出直流负载线， 2）：由基极回路求出I B3）：找出i B =I B 这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q 点。

读出Q 点的坐标即为所求。

共射极放大电路 为例2.1.5 FET 放大电路的直流工作状态分析 1、解析法已知电流方式及栅源直流负载线方程，联立求解即可求得工作点。

如：SD GS GSoff GS DSS D R i u U U I i -=-=2)1(将下式代入上式，解一个i D 的二次方程，有两个根，舍去不合理的一个根，留下合理的一个根便是I DQ 。

2、图解法画出N 沟道场效应管的转移特性如图所示。

对于自偏压方式，栅源回路直流负载线方程为S D GS R i u -=在转移特性坐标上画出该负载线方程如图(a)所示。

分别求出JFET 的工作点为Q 1点，耗尽型MOSFET 的工作点为Q 2点，而与增强型MOSFET 转移特性则无交点。

对于混合偏置方式，栅源回路直流负载线方程为BEQ C输入回路直流偏流线，求I BQCEQ CEC 输出回路直流负载线 ，求I CQ 、U CEQGS(a )GS(b )R G1＋R G2G2U DD 图解法求直流工作点(a)自偏压方式；(b)混合偏置方式t u i tu BE U BE Qi B t I B Q i C t I C Q u CE U CE Q0000S D DD G G G GS R i U R R R u -+=212画出该负载线如图(b)所示，对于三种不同类型的场效应管的工作点分别为Q ′1、Q ′2及Q 3。

这里要特别注意的是，对JFET ，R G2过大，或R S 太小，都会导致工作点不合适，如图(b)虚线所示。

2.1.6晶体管放大电路的交流工作状态分析（以共射极晶体管电路为例）1、图解法交流图解分析是在输入信号作用下，通过作图来确定放大管各级电流和极间电压的变化量。

此时，放大器的交流通路如图所示。

由图可知，由于输入电压连同U BEQ 一起直接加在发射结上，因此，瞬时工作点将围绕Q 点沿输入特性曲线上下移动，从而产生i B 的变化，如图所示。

瞬时工作点移动的斜率为 :LCE C k u i k '-=∆∆=1画出交流负载线之后，根据电流i B 的变化规律，可画出对应的i C 和u CE 的波形。

在图中，当输入正弦电压使i B 按图示的正弦规律变化时，在一个周期内Q 点沿交流负载线在Q 1到Q 2之间上下移动，从而引起i C 和u CE 分别围绕I CQ 和U CEQ 作相应的正弦变化。

由图可以看出，两者的变化正好相反，即i C 增大，u CE 减小；反之， i C 减小，则u CE 增大。

交流负载线的特点：(1)必须通过静态工作点(2)交流负载线的斜率由R"L 表示(R"L =R c //R L )交流负载线的画法（有两种）：1）先作出直流负载线，找出Q 点；作出一条斜率为R"L 的辅助线，然后过Q 点作它的平行线即得。

（此法为点斜式）2）先求出U CE 坐标的截距（通过方程U"CC =U CE +I C R"L ） 连接Q 点和U"CC 点即为交流负载线。

（此法为两点式）根据上述交流图解分析，可以画出在输入正弦电压下，放大管各极电流和极间电压的波形，如图所示。

观察这些波形，可以得出以下几点结论： 1)放大器输入交变电压时，晶体管各极电流的方向和极间电压的极性始终不交流通路i BI B Q ti BI B Qu BE u BEti i BminQU BE Q(a )放大器的交流图解分析-----输入回路的工作波形Qi Ci Bmax i Bmini CI C Qttu CE u CEU CCU CE QI C Q R L′I C QU CCR C交流负载线k ＝－R C ′1Q 1Q 2I B Q(b )A放大器的交流图解分析输出回路的工作波形2)晶体管各极电流、电压的瞬时波形中，只有交流分量才能反映输入信号的变化，因此，需要放大器输出的是交流量。

3)将输出与输入的波形对照，可知两者的变化规律正好相反，通常称这种波形关系为反相或倒相。

2、微变等效电路法采用微变等效电路法的思想是：当信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。

根据导出的方法不同，晶体管交流小信号电路模型可分为两类：一类是物理型电路模型，它是模拟晶体管结构及放大过程导出的电路模型，它有多种形式，其中较为通用的是混合π型电路模型；另一类是网络参数模型，它是将晶体管看成一个双端口网络，根据端口的电压、电流关系导出的电路模型，其中应用最广的是H 参数电路模型。

不论按哪种方法导出的电路模型，它们都应当是等价的，因而相互间可以进行转换。

2.1.6晶体管放大电路的非线性失真分析（以共射极晶体管电路为例）在使用放大电路时，一般是要求输出信号尽可能的大，但是它要受到三极管非线性的限制。

有时输入信号过大或者工作点选择不恰当，输出电压波形就会产生失真。

这种失真是由于三极管的非线性引起的，所以它被称为非线性失真。

1、输入信号过大引起的非线性失真它主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性的间距不匀，当输入又比较大时，就会使I b 、U ce 和I c 的正负半周不对称，即产生非线性失真。

如图所示 2、工作点不合适引起的失真当工作点设置过低，在输入信号的负半周，工作状态进入截止区，从而引起I b 、U ce 和I c 的波形失真，称为截止失真如图所示当工作点设置过高，在输入信号的正半周，工作状态进入饱和区，此时I b 继续增大而I c 不再随之增大，因此引起I c 和U ce 的波形失真，称为饱和失真。

如图所示由于放大电路有失真问题，因此它存在最大不失真输出电压幅值U om 。

最大不失真输出电压是指：当工作状态一定的前提下，逐渐增大输入信号，三极管还没有进入截止或饱和时，输出所能获得的最大电压输出。

当电压受饱和区限制时CES CEQ om U U U -= ，当电压受截止区限制时LCQ om R I U '= 2.1.7晶体管偏置电路晶体管在放大应用时，要求外电路将晶体管偏置在放大区，而且在信号的变化范围内，管子始终工作在放大状态。