第3章 分立元件基本电路 3.1 共发射极放大电路 3.2 共集电极放大电路 3.3 共源极放大电路 3.4 分立元件组成的基本门电路

3.1 共发射极放大电路 3.1.1 电路组成 3.1.2 静态分析 3.1.3 动态分析 3.1.4 静态工作点的稳定 3.1.5 频率特性

u0 ui 3.1.1 电路组成 集电极电阻 基极 电阻 RB RC C2 直流电源 C1 UCE UBE 输出电容 输入电容 晶体管 基极 电阻 RB RC UCE UBE + － +UCC C1 C2 ui u0 直流电源 输出电容 输入电容 晶体管

各元件的作用 晶体管：电流放大作用，发射极正偏，集电极反偏； 直流电源UCC：提供放大所需的能量； 偏置电阻RB：调节RB ，可调节基极电流； 集电极负载电阻RC：将集电极电流的变化转换成电压 的变化送到输出端； 耦合电容C1 、C2：隔直，不适用于低频电路。

3.1.2 静态分析 所谓静态是指当放大器没有输入信号（ui=0)时，电路中各处的电压电流都是直流恒定值，亦称为直流工作状态。 静态分析目的： 1）确定三极管工作状态 2）确定三极管静态工作点的合理性 静态分析内容：在直流电源作用下，确定三极管 1）基极电流IB ； 2）集电极电流IC； 3）集电极与发射极之间的电压值UCE。 静态分析方法：1）图解法； 2）估算法。

1）图解法 uBE 输入回路 iB UBEQ IBQ QB 线性 非线性 IC RB RC + IB UCE RB － UBE UCC UBEQ IBQ QB UCC UCE IC + － IB UBE RB RC 线性 非线性

直流负载线 iC 输出回路 Q ICQ uCE UCEQ UCC IB = IBQ —— RC UCC UCE IC + － IB UBE iC UCC UCE IC + － IB UBE RB RC

2）估算法 RB RC IC IB UCE UBE + － +UCC 直流通路

3.1.3 动态分析 所谓动态是指放大电路有信号输入时，电路中各处的电压电流都处于变动工作状态 。 动态分析内容：输入信号变化时，电路中各种变 化量的变动情况和相互关系。 1）电压放大倍数AU； 2）输入电阻ri； 3）输出电阻ro 。 动态分析方法：1）图解法； 2）微变等效电路分析方法。

1）图解法 输入电路 ωt

1）图解法 输出电路 iC = IC + ic uCE = UCE + uce 经电容隔直后： uo= uCE -UCE =uce

1）图解法 工作点与 波形失真 Q点过高 饱和失真 Q点过低 截至失真

2）微变等效电路分析法 u0 u0 ui ui 交流通路 交流通路：将电路中的电容和直流电源短路。 RB RC UCE UBE RL iB － ui RB RC UCE UBE + +UCC C1 C2 u0 RL iB iC u0 RB + － ui RL RC ube uce ic ib ii +

uce ube ib ic ube rbe ib ic uce 晶体管的小信号模型 uce ube ib  ib c e ＋ － ic ube b rbe e c  ib ib ic uce ＋ _ b 微变等效电路：将晶体管用小信号模型来代替。

ui rbe ib ic uo u0 _ 微变等效电路 iC RB RC ＋ iB RB RC RL UCE  ib UBE RL + － +UCC C1 C2 u0 RL iB iC +

rbe _ _ （1）电压放大倍数 ＋ 不带负载时 ＋ RB RC RL 上式说明，选择适当的参数，可使信号得到放大。 Au为负值，说明输出信号与输入信号反相，即共射极放大电路具有倒相作用。 带负载时 可见带负载使放大倍数下降。

ui rbe ib ic uo ri _ （2）输入电阻 ＋  ib RC RB RL 对信号源而言，放大电路相当于它的负载，负载电阻即为放大电路的输入电阻。 放大电路的输入电阻： 根据以上的微变等效电路：

（2）输入电阻 如右图所示，把一个内阻为RS ，源电压为US的信号源加到放大电路的输入端，由于ri的存在，实际的Ui为： US ＋ _ • RS ri ui ri是衡量放大电路对输入电压衰减程度的重要指标。

rbe ro Uo US _ （3）输出电阻 Ib RC RB ＋ RL RS 对负载而言,放大电路相当于一个具有內阻的信号源，信号源的內阻就是放大电路的输出电阻。 ro rbe Ib RC RB Uo _ ＋ RL • US RS

（3）输出电阻 U’o ＋ _ • ro RL uO IO US RS ri ui Ii 放大电路

（3）输出电阻 RS 放大电路 I • US =0 可用外加电压法 求ro ro U + － 对于前面所述的共发射极放大电路

温度升高时，静态工作点将沿直流负载线上移。 3.1.4 静态工作点的稳定 IC IB = 80μA UCC —— UCC RC IB = 60μA Q1 Q2 IB = 40μA IB = 20μA UCE 温度升高时，静态工作点将沿直流负载线上移。

静态工作点稳定的放大电路 RB2 + － ui RL RC IB T C2 C1 RB1 CE RE +UCC IC IE I1 I2

_ 静态分析 ＋ T ＵBB R’B RC IC IB RE +UCC IE UCE + RB2 RC IC IB RB1 RE +UCC VB IE + _ UE UBE

动态分析 rbe Ib Ib Ic RC RB2 RL • Uo _ ＋ Ui RB1 b e c

例题3.1.3 电路如右图所示，β=80，UBE=0.7V 试计算： （1）电压放大倍数 （2）输入电阻 （3）输出电阻

例题3.1.3 ＵBB ＋ _ R’B RC IC IB RE +UCC IE UCE + 直流等效电路 静态工作点：

例题3.1.3 晶体管输入电阻

b e 例题3.1.3 rbe Ib Ib Ic RC RB2 RL • Uo _ ＋ Ui RB1 c RE1 微变等效电路： （1）放大倍数

b e 例题3.1.3 rbe Ib Ib Ic RC RB2 RL • Uo _ ＋ Ui RB1 c RE1 r’i ri ro 微变等效电路： （2）输入电阻 （3）输出电阻

3.1.5 频率特性  2700 1800 900 幅率特性 相频特性 |Au| f o |Aum| fL fH fBW |Aum| √2

3.2 共集电极放大电路 静态分析： uS + － RL iC iB T C2 C1 RB RE +UCC RS uO

共集电极放大电路交流通路 iC iB T uO uS uO uS c e RS + RB RE RL b RS + RL C2 C1 RB － uS RB RE RL uO b e RS uS + － RL iC iB T C2 C1 RB RE +UCC uO

uO uO uS uS 动态分析： e rbe e c c 电压放大倍数 RS + RB RE RL b ib βib RS + RB RE － uS RB RE RL uO b c rbe ib βib RS + － uS RB RE RL uO b c 电压放大倍数

ri r’i e RS + － uS RB RE RL uO b c rbe ib βib ui 动态分析： 输入电阻

动态分析： 输出电阻 求ro的等效电路

例题3.2.1 已知：US= 20mV，UBE1=UBE2= 0.7V，β1=β2= 80 求：1）第一级 Au1、ri1、ro1; 2) Ui2； 3）若e、d与a、b直接相连，Ui2?

例题3.2.1 R4 + R3 T2 C3 C2 C4 +UCC RL . U0 Ui2 R6 RS + ri2 iC1 T1 C2 C1 － R3 T2 C3 C2 C4 +UCC RL . U0 Ui2 R6 RS + － ri2 iC1 T1 C2 C1 R1 R2 +UCC . US U01 iB1

例题3.2.1 （1）第一级静态电流 第二级的输入电阻ri2即为第一级的负载电阻 +UCC R1 iC1 C1 iB1 T1 C2 RS + － ri2 iC1 T1 C2 C1 R1 R2 +UCC . US U01 iB1 （1）第一级静态电流 第二级的输入电阻ri2即为第一级的负载电阻

例题3.2.1 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻

例题3.2.1 （2）信号源输出电压 第二级输入电压 （3）若e、d与a、b直接相连，则Ui2就是信号源的输出电压

共基极放大电路 基本放大电路 交流通路 电路只能放大电压信号，不能放大电流； 输出与输入同相，ri小，ro大。

3.3 共源极放大电路 3.3.1 静态分析 3.3.2 动态分析

3.3.1 静态分析 自给式偏置共源极放大电路 仅适用于耗尽型场效应管

分压式自偏置共源极放大电路 （耗尽型） 两方程联立求得ID和UGS

3.3.2 动态分析 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 微变等效电路

[例题3.3.1] 已知电路如图，且gm=2mS，UGS(off) =-2V，IDSS=0.5mA。 500k 100k 10k 15k 10μF [例题3.3.1] 已知电路如图，且gm=2mS，UGS(off) =-2V，IDSS=0.5mA。 求：(1) 静态工作点ID、 UGS、UDS (2) AU、ri、ro。 [解] (1)

联立 解得 ① ② 根据题意第①组解不符，因此静态工作点为解②

(2) 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻

3.4 分立元件组成的基本门电路 3.4.1 二极管与门电路 3.4.2 二极管或门电路 3.4.3 晶体管及场效晶体管非门电路

基本门电路概述 门电路是一种开关电路，其输入和输出之间存在一定的因果关系即逻辑关系。 在逻辑电路中，输入输出信号通常用高低电平来描述，用0和1来表示两种对立的逻辑状态。 正逻辑：1表示高电平，0表示低电平； 负逻辑：0表示高电平，1表示低电平。 基本的逻辑关系有：与逻辑、或逻辑、非逻辑； 相对应的基本门电路有：与门、或门、非门。

3.4.1 二极管与门电路 工作原理： （1）当UA=UB=0V时，D1、D2均导通，故UF=0V，即F为低电平0； （2）当UA=0V，UB=3V时，D1导通，D2截止，故UF=0V，即F为低电平0； （3）当UA=3V，UB=0V时，D1截止，D2导通，故UF=0V，即F为低电平0； （4）当UA=UB=3V时，D1、D2均截止，故UF=3V，即F为高电平1。

3.4.1 二极管与门电路 二输入与门逻辑表 二输入与门逻辑符号 输 入 输 出 A B F 1 函数表达式：

3.4.2 二极管或门电路 工作原理： （1）当UA=UB=0V时，D1、D2均导通，故UF=0V，即F为低电平0； （2）当UA、UB不全为0时，D1、D2至少有一个导通。如UA=3V时， D1导通，此时UF=UA=3V，即F为高电平1。

3.4.2 二极管或门电路 二输入或门逻辑表 二输入或门逻辑符号 输 入 输 出 A B F 1 函数表达式：

3.4.3 晶体管及场效晶体管非门电路 1. 晶体管非门电路 输入UA为低电平0时，UBE<0，晶体管发射结反偏，管子截止，输出端F为高电平1； 输入UA为高电平时，管子饱和，输出端F为低电平0。 要使得管子饱和，须满足 此时基极电流至少为 ——临界饱和基极电流 保证晶体管饱和的条件 IB≥IBS

非门逻辑表、逻辑符号及函数表达式 非门逻辑表 非门逻辑符号 输 入 输 出 A F 1 函数表达式：

例3.4.1 已知：RB1=2.7kΩ, RB2=10kΩ, RC=1kΩ, UCC=5V, -UBB=-5V, β=30, UBES=0.7V，UCES≈0V，截止时IC≈0，UIL=0V， UIH=3V；试分析管子的输出状态。 解：（1）输入UA为低电平0时 此时晶体管可靠截止，UF≈UC=5V，输出F为高电平。

（2）输入UA为高电平1时 将晶体管基极左侧作戴维宁等效 开路电压 等效电阻 基极电流 临界基极饱和电流 因IB>IBS，晶体管处于饱和，UF=UCES≈0V，F为0。

2. 场效晶体管非门电路 NMOS非门电路 工作原理： （1）当输入UA为低电平0时，使UGS<UGS(th)，管子处于截止状态，ID=0,UF=UDD；输出端F为高电平1； （2）当输入UA为高电平1时， UGS>UGS(th), 管子饱和导通，UF≈ 0，输出端F为低电平0。 故电路满足非逻辑关系。

互补型MOS非门电路 TN：增强型NMOS管，驱动管；TP：增强型PMOS管，TN的负载管。 设TN和TP的开启电压为UGSN(th)和UGSP(th) ⑴ A=0(设uA=0V)，UGSN=0< UGSN(th)，TN截止，而｜UGSP｜≈UDD>｜UGSP(th) ｜,TP导通，uF≈UDD，F=1，为高电平。 ⑵A=1(设uA=UDD)，UGSN= UDD> UGSN(th)，TN导通，而UGSP≈0V<｜UGSP(th) ｜,TP截止，uF≈0V，F=0，为低电平。 从以上分析可知，该电路具有非门的功能。 相比于NMOS非门电路，互补型MOS在工作时只有一个MOS管导通，静态功耗很小；另外因TN、TP导通电阻小，负载电容充电或放电很快，故工作速度更快。

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