晶体管及其小信号放大 (2)

§2 单级小信号放大电路 §2 .1 放大电路的性能指标 放大电路是一个双口网络。从端口特性来 研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特 §2 单级小信号放大电路 §2 .1 放大电路的性能指标 信号源 负载 放大电路是一个双口网络。从端口特性来 研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特 性的等效电路。

一、电压放大倍数Au 电流增益 电压增益（电压放大倍数） 互导增益 互阻增益

二、输入电阻ri 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。 Ii Au ~ US Ui

三、输出电阻ro 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。 Au ~ US ~ ro US'

输出电阻Ro 的获得 方法一：计算 步骤： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。 I 2. 加压求流法。 U

RL 方法二：测量。 步骤： 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。 ro ro Uo' Us' ~ Us' ~ Uo 3. 计算。

放大倍数随频率变化曲线 四、通频带 f Au Aum 0.7Aum fL 下限截止频率 fH 上限截止频率 通频带： fbw=fH–fL

注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

符号规定 UA uA ua 大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、大写下标，表示全量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。 uA ua t

§ 2.2 单级晶体管共射放大电路 共射放大器 以共射放大器为例讲解工作原理 三极管放大电路有三种形式 共基放大器 共集放大器

2.2.1 共射放大电路的基本组成 +EC RC C2 C1 T RB uo 输出 输入 ui EB 放大元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T uo ui 输入 输出 参考点

集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T

集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T

RB +EC EB RC C1 C2 T 使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。 基极电源与基极电阻

隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。 RB +EC EB RC C1 C2 T 耦合电容

电路改进：采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T 可以省去

单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB

2.2.2 简单工作原理 静态—— 时，放大电路的工作状态， 也称直流工作状态。 动态—— 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。 静态—— 时，放大电路的工作状态， 也称直流工作状态。 动态—— 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。

RB RC C1 C2 T IC0 ICQ IBQ ui=0时 IEQ=IBQ+ICQ +EC RC C1 C2 T 由于电源的存在IB0 IC0 ICQ IBQ ui=0时 IEQ=IBQ+ICQ

iC t 各点波形 RB +EC RC C1 C2 ui iC uC uo iB uo t iB t uC t ui t

实现放大的条件 1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。 2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。

§2.3 放大电路的分析方法 估算法 静态分析 图解法 放大电路分析 微变等效电路法 动态分析 图解法 计算机仿真

2.3.1 直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。 但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。 交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。

例： 对直流信号（只有+EC） 直流通道 RB +EC RC RB +EC RC C1 C2 T 开路 开路

对交流信号(输入信号ui) 置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RC RL ui uo 交流通路 短路 短路

2.3.2 放大电路的静态分析 一、近似估算 +EC RB RC IC UCE IB 直流通路 2.3.2 放大电路的静态分析 一、近似估算 直流通路 RB +EC RC IC UCE IB IB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。

二、图解分析

直流负载线的确定方法： 1. 由直流负载列出方程 UCE=EC－ICRc 2. 在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可 画出直流负载线。 EC 、 EC /Rc 3. 在输入回路列方程式UBE =EC－IBRb 4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是Q。 5. 得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。

2.3.3 放大电路的交流分析 一、图解法交流分析 共射极放大电路

1、接入正弦信号的工作情况 （a） 输入特性上求iB

（b）交流负载线的确定 R'L= RL∥Rc， 是交流负载电阻。 过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL 直线，该直线即为交流负载线。

（c）输出特性上求iC和uCE

通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo|  2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。

2、图解法分析波形的非线性失真 为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。

iC uCE ib 可输出的最大不失真信号 uo

a Q点过低，信号进入截止区 iC uCE 放大电路产生 截止失真 输入波形 ib 输出波形 uo

b Q点过高，信号进入饱和区 iC uCE ib 输入波形 放大电路产生 饱和失真 uo 输出波形

二、等效电路法交流分析 1 晶体管的低频小信号模型 a 输入回路 当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。 iB iB 1 晶体管的低频小信号模型 a 输入回路 当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。 iB uBE iB 对输入的交流小信号而言，晶体管相当于电阻rbe。 uBE 对于小功率三极管： rbe的量级从几百欧到几千欧。

b 输出回路 iC uCE 近似平行 所以： (1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。 iC uCE (2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。 rce的含义

ic ic uce ib ube uce ube b c e ib c 晶体管的低频小信号模型 c ib rbe rce b ib 一般忽略。 e 等效

2 放大电路的交流等效电路 交流通路 将交流通道中的晶体管用其低频模型代替 RB RC RL ui uo ui rbe ib ib ii 2 放大电路的交流等效电路 将交流通道中的晶体管用其低频模型代替 交流通路 RB RC RL ui uo ui rbe ib ib ii ic uo RB RC RL

3 电压放大倍数的计算 rbe RB RC RL 特点：负载电阻越小，放大倍数越小。

放大电路 RL RS 源增益

4 输入电阻的计算 rbe RB RC RL 电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。

5 输出电阻的计算 rbe RB RC 所以：

§2.3.4 工作点稳定的偏置电路 为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。 §2.3.4 工作点稳定的偏置电路 为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。 对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、 和ICEO 决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。 UBE Q T  ICEO

温度对UBE的影响 iB uBE 25ºC 50ºC T UBE IB IC

温度对 值及ICEO的影响 T 、 ICEO IC iC uCE Q 温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。 Q´

小结： T IC 固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。 常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点

分压式偏置电路： RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL ui uo

本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程 一、稳定工作点原理 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2 RE1 RE2 本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程 T IC UE IC IB UBE

二、静态分析 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2 RE1 RE2 直流通路

I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2 RE1 RE2 直流通路 可以认为与温度无关。 似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。

三、交流分析 +EC RB1 RC C2 C1 RL RB2 RE ui uo CE RL RB1 RB2 uo ui RC 交流通路 RL rbe RC RL R'B 交流等效电路 uo

问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？ +EC RB1 RC I1 C2 C1 IB RL I2 RB2 RE ui uo CE CE的作用：交流通路中， CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响

去掉 CE 后的交流通路和交流等效电路： rbe RC RL RE R'B RB1 RC RL ui uo RB2 RE

问题2：如果电路如下图所示，如何分析？ RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL ui uo RE2

静态分析： I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2 RE1 RE2 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL ui uo RE2 直流通路

交流分析： RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL ui uo RE2 RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 交流通路

RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 交流通路： rbe RC RL RE1 R'B 交流等效电路：

作业 5-4，5-5，5-8，5-10