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本章小結
第三章　基本放大電路
3.1　放大器概述
3.2　三極管基本放大電路
*3.4　共射電路圖解法
3.5　共集電極放大電路
3.3 具有穩定工作點的放大電路
　　一個放大器必須含有一個或多個有源器件，如三極管、場效晶體管等，同時還包含電阻、電容、電感、變壓器等無源元件。放大器框圖如圖所示。
3.1　放大器概述
　　（2）要具有一定寬度的通頻帶。
　　（3）非線性失真要小。
　非線性失真：在放大信號的過程中，放大了的信號與原信號相比，波形將產生畸變，這種現象稱為非線失真。
3.1　放大器概述
　　（1）要有足夠的放大倍數。放大倍數是衡量放大器放大能力的參數，放大倍數有電壓放大倍數、電流放大倍數和功率放大倍數。
3.1.1　對放大器的基本要求
　　各參數不隨時間變化，無輸入時無輸出。
　　（4）工作要穩定。
3.1.2　放大器的輸入
3.1　放大器概述
　　對輸入信號的要求：由信號源提供給放大器的電流、電壓及功率都不允許超過放大器的最大允許值。
　　放大器輸入端與前級輸出端相連接示意圖如圖所示。
　　對輸出信號的要求：由一個放大器輸出給下一級電路的電流、電壓和功率都不能超過放大器最大允許值。
3.1.3　放大器的輸出
3.1　放大器概述
　　放大器輸出端與下級輸入端相連接示意圖如圖所示。
　　三極管基本放大電路如圖所示。
　　3.2.1　基本放大電路的組成
3.2　三極管基本放大電路
　　電路中各器件的作用如下。
　　（4） VCC：集電極直流電源，為集電結提供反向偏壓。
　　（1）V：放大管，起電流放大作用。
　　（3） Rb：基極偏置電阻。一般是幾十千歐至幾百千歐。
　　（2） VBB：基極偏置電源，為發射結提供正向偏壓。
　　（5） Rc：集電極電阻。一般是幾百歐至幾千歐。
3.2　三極管基本放大電路
（8） Vs：信號源電壓；Rs ：信號源內阻。
電路中各器件的作用如下。
（6） C1、C2 ：輸入和輸出耦合電容。
（7） RL：負載電阻。
3.2　三極管基本放大電路
　　（4）用大寫字母帶小寫下標表示交流分量的有效值。
　　電路中的電壓、電流都是由直流成分和交流成分疊加而成。對直流分量和交流分量，作如下規定：
3.2.2　放大器中電流及電壓符號使用規定
　　（1）用大寫字母帶大寫下標表示直流分量。
　　（2）用小寫字母帶小寫下標表示交流分量。
　　（3）用小寫字母帶大寫下標表示直流分量與交流分量的疊加。
3.2　三極管基本放大電路
　　單電源供電的放大電路如圖所示。
　　1．靜態工作點
3.2.3　放大器的靜態工作點
3.2　三極管基本放大電路
　　靜態：放大器無信號輸入時的直流工作狀態叫靜態。
　　靜態工作點：在靜態下電流電壓共同確定的點叫靜態工作點，用 Q 表示。一般描述靜態工作點的量用 VBEQ、IBQ、VCEQ 和 ICQ 表示。
　　一個放大器的靜態工作點的設置是否合適，是放大器能否正常工作的重要條件。
　　VBEQ ：硅管一般為 0.7 V，鍺管為 0.3 V。
3.2　三極管基本放大電路
　　若 Rb 阻值適當，使 IBQ 有合適的數值，則基極的總電流IBQ+ib 始終是單方向的電流，即它只有大小的變化，沒有正負極性的變化，這樣就不會使發射結反偏而截止，從而避免了輸入電流 ib 的波形失真。
　　2．靜態工作點對放大器工作狀態的影響
3.2　三極管基本放大電路
　　1．放大電路　　
　　輸出：從集電極和發射極之間輸出
　　電路中，vBE、iB、ic、vCE 隨 vi 變化，變化作用如下：
vi→vBE→iB→iC→vCE→vo
3.2.4　放大原理
　　輸入：從基極和發射極之間輸入。
　　放大電路如圖所示。
3.2　三極管基本放大電路
　　 vi 的變化將產生變化的基極電流，使基極總電流發生變化，集電極電流在集電極電阻上產生壓降，使放大器的集電極電壓 將隨之變化。通過 C2 耦合，隔斷直流，因此輸出信號電壓 vo 也隨之變化。只要電路參數能使三極管工作在放大區，則 vo 的變化幅度將比 vi 的變化幅度大很多倍。
　　2．放大原理
3.2　三極管基本放大電路
　　2. 波形　　
　　輸出電壓與輸入電壓相位相反，又稱這種共發射極的單管放大電路為反相放大器。
3.2　三極管基本放大電路
3.2.5　直流通路與交流通路
　　放大信號中，即有直流成分又有交流成分。
　　1．直流通路的畫法
　　（1）定義：放大器的直流電流流通的回路，包括輸入直流通路和輸出直流通路。
3.2　三極管基本放大電路
　　 電路 直流通路
　　（2）畫法：將電容視為開路，其他不變。如圖所示。
　　 （2）畫法：將容量較大的電容視為短路；將直流電源視為短路，其他元件照畫。上述所示電路的交流通路如圖所示。
　　 （1）定義：放大器的交流信號電流的流通回路。包括輸入交流通路和輸出交流通路。
　　2．交流通路的畫法
3.2　三極管基本放大電路
　　1．放大器常用指標　　
　　② 電流放大倍數 Ai：
　　① 電壓放大倍數 Av：
　　③ 功率放大倍數 Ap：
3.2.6　基本放大電路的分析方法
　　（1）放大倍數
3.2　三極管基本放大電路
　　① 電壓增益Gv：
　　（2）放大器的增益　　
　　② 電流增益Gi：
　　③ 功率增益Gp：
　　增益 G：用分貝數表示放大倍數。單位為分貝(dB)。
3.2　三極管基本放大電路
　　也可視為從輸入端看進去的等效電阻。如圖所示 ri 。 ri越大，放大器要求信號源提供的電流越小，信號源的負擔越小。在電壓放大器中希望放大器輸入電阻大一些。
　　輸入電阻 ri：輸入交流電壓 vi與輸入回路產生的輸入電流 ii 之比。
　　（3）輸入電阻和輸出電阻
3.2　三極管基本放大電路
　　ro 表示放大器帶負載的能力。輸出信號時，自身損耗越小，帶負載的能力就越強，所以輸出電阻越小越好。
　　輸出電阻 ro：從放大器輸出端(不包括外接負載電阻)看進去的交流等效電阻。如上圖所示 ro 。
3.2　三極管基本放大電路
　　
　　中頻區：在一定頻率范圍內，放大器的放大倍數高且穩定，這個頻率范圍為中頻區。如圖所示。
　　上限頻率 fH：信號頻率上升到使放大倍數為中頻時的 0.707 所對應的頻率。
　　通頻帶： fL 與 fH 之間的頻率范圍稱為通頻帶。記作BW，即：BW = fH - fL 。
　　下限截止頻率 fL：信號頻率下降到使放大倍數為中頻時的 0.707 所對應的頻率。
3.2　三極管基本放大電路
　　放大器在放大不同頻率的信號時，其放大倍數是不一樣的，放大電路在不同頻率下的放大倍數如圖所示。
　　（4）通頻帶
　　2．放大器的估算法
　　（1）靜態工作點的估算
　　解:
　　[例 3-1]　圖示的放大器的直流通路中，Vcc = 12 V，三極管 = 50，其余元件參數見圖，估算靜態工作點。
A
= 50 × 60 A = 3 mA
= 12 V - 3 mA ×2 k = 6 V
3.2　三極管基本放大電路
（2）輸入電阻和輸出電阻的估算零。
　　三極管基極和發射極之間存在一個等效電阻，稱為三極管的輸入電阻，用 表示。在低頻小信號時，用下式估算。
　　① 三極管輸入電阻 rbe的估算公式
　　② 放大器的輸入電阻 ri 和輸出電阻 ro 的估算
　　一般 Rb>> rbe，所以
　　ro 的估算是從放大器輸出端(不包括外接負載電阻)看進去的交流等效電阻。
3.2　三極管基本放大電路
　　負號表示輸出電壓 vo 的相位與輸入電壓 vi 相位相反。
　　放大器輸出端外接負載電阻 RL 時，等效負載電阻
　　（3）放大器放大倍數的估算
3.2　三極管基本放大電路
　　［例 3-2］　圖示的電路中，設三極管 = 50，其余參數見圖。試求：（1）靜態工作點；（2）rbe ；（3）Av ；（4）ri ；（5）ro 。
　　解:（1）求靜態工作點
= 50 × 44.4 A = 2.2 mA
=12 V - 2.2 mA ×3 k = 5.4 V
3.2　三極管基本放大電路
　　（2） rbe
　　（3）求電壓放大倍數 AV
3.2　三極管基本放大電路
　　（4）求輸入電阻
　　（5）求輸出電阻
rO=RC=3 k
3.2　三極管基本放大電路
　　3.3.1　分壓式偏置電路的結構及工作原理
　　1．電路結構
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　Ce ：發射極旁路電容
　　Re ：發射極電阻
　　由此， VBQ 的大小與三極管的參數無關。
　　基極電壓 VBQ 由 Rb1 和Rb2 分壓后得到，即
　　Rb2 ：下偏流電阻
　　Rb1 ：上偏流電阻
　　2．工作原理
　　其中 Ce 的作用是提供交流信號的通道，減少信號的損耗，使放大器的交流信號放大能力不因而降低。
　　溫度變化時，三極管的參數將發生變化，導致工作點偏移。分壓式偏置電路穩定工作點的過程可表示為：
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　分壓式偏置電路：ICQ 先計算，再算 IBQ 最后算 VCEQ 。
3.3.2　靜態工作點的計算
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　[例 3-3]　在圖所示的兩個放大電路中，已知三極管 = 50，VBEQ = 0.7 V，電路其他參數所圖所示。
　　（1）試求兩個電路的靜態工作點；
　　（2）若兩個三極管的 = 100，則各自的工作點怎樣變化？
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　圖（a）為固定偏置電路
　　解　（1）先計算兩個電路的靜態工作點
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　圖（b）為分壓式偏置電路
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　（2）兩個三極管 = 100 時
　　可見， 增大，導致 ICQ 增大，使 VCEQ 降低
　　在圖（b）中， 增大一倍， VCEQ 不變， IBQ 減少一半。
3.3　具有穩定工作點的放大電路
3.3.3　電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻的計算
　　[例 3-4]　在圖中，已知三極管 = 50， VBEQ = 0.7 V，電路其他參數所圖所示。試計算：（1）靜態工作點；（2）電壓放大倍數 AV、輸入電阻 ri 和輸出電壓 ri 。
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　解　（1）計算靜態工作點
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　（2）計算 AV 、 ri 、 ri
= 2 k
3.3　具有穩定工作點的放大電路
　　3.4.1　圖解分析法簡介
　　直流負載線：根據，VCE = VCC- ICRC 在和的直角坐標圖上畫出相應的點，連接這些點得到一條直線，由于它代表放大器輸出部分直流通路的方程式，所以將這條線稱為直流負載線。
*3.4　共射電路圖解法
　　畫法：取 VCE = 0 時， 稱為短路電流點。IC = 0時， VCE = VCC = 12 V，稱為開路電壓點。連接該兩點成一條直線，這就是直流負載線。將直流負載線畫在晶體管的輸出特性曲線坐標內，求出IBQ ，就能決定靜態工作點。
　　1．用圖解法（直流負載線）分析靜態工作點
　　圖解分析法：運用晶體管特性曲線，通過作圖的方法來分析放大電路的方法稱為圖解分析法。
　　[例 3-5]　某一放大器電路如圖（a）所示。三極管的輸出特性曲線由（b）給出。試在輸出特性曲線上作出直流負載線，并確定靜態工作點。若圖（a）中 Rc 改為 2.5 k 其他參數保持不變，直流負載線和靜態工作點的情況又如何改變？
*3.4　共射電路圖解法
　　解　畫出放大電路的直流通路如圖（c）所示。作出靜態工作點 Q，改變 RC 后，靜態工作點為。
　　令 IC = 0，得 VCE = 20 V，即為N點。
　　令 VCE = 0，得 即為 M 點；
　　確定靜態工作點 Q
　　連接 M、N 兩點，此直流即為直流負載線。
*3.4　共射電路圖解法
　　在圖（b）中找出對應 的曲線，此曲線與直流負載線MN的交點即為放大電路的靜態工作點Q。在Q 處分別作垂線交于橫坐標、作水平線交于縱坐標可得 ， 。
　　當 VCE = 0 時， IC = 8 mA ； IC = 0 時， VCE = 20 V。作出直流負載中 M1N1 所示。由于 ，此時靜態工作點為Q 。
　　若 ，VCC= 20 V，則可得
*3.4　共射電路圖解法
　　2．用圖解法分析輸出端帶負載時的放大倍數
　　（1）交流負載線
　　畫交流負載線的步聚如下：
　　② 在軸上確定 輔助點 D 的位置，并連接 D、N 兩點，得到輔助線 DN。
　　③ 過靜態工作點 Q 作輔助線 DN 的平行線 M N 即得交流負載線。
　　① 在輸出特性曲線上作出直流負載線 MN，并確定靜態工作點 Q 的位置。
*3.4　共射電路圖解法
　　（2）輸出端帶負載時放大倍數的圖解分析
　　如圖所示。根據 iB 的變化范圍 iB3 ~ iB1 ，從圖中可得出工作點的變化范圍 Q1、 Q2 和輸出電壓的動態范圍，VCE1 ~ VCE2 所以輸出電壓的幅值VOm = VCE2-VCEQ ；若輸入信號的幅值為，則放大器的電壓放大倍數
*3.4　共射電路圖解法
3.4.2　靜態工作點對輸出波形失真的影響
*3.4　共射電路圖解法
　　如圖所示。如果靜態工作點選擇不當將會造成失真，靜態工作點與波形失真關系圖如圖所示。
　　（1）飽和失真
　　如果靜態工作點 Q 在交流負載線上位置過高如圖中 QA點，則在輸入信號幅值較大時，管子將進入飽和區，輸出電壓波形負半周被部分削除，產生“飽和失真”。
　　（2）截止失真
　　如果靜態工作點 Q 在交流負載線上位置過低如圖中 QB點，則在輸入信號幅值較大時，管子將進入截止區，輸出電壓波形正半周被部分削除，產生“截止失真”。
　　（3）非線性失真
　　非線性失真是由于三極管的工作狀態離開線性放大區，進入非線性的飽和區和截止區而產生的。
*3.4　共射電路圖解法
　　3.5.1　共集電極放大電路
3.5　共集電極放大電路
　　圖為共集電極及交直流通路。
　　 原理 直流 交流
　　被放大的信號從發射極輸出，所以又稱射極輸出器。
　　1．電路特點
　　由以上三個特點，它廣泛應用在電路的輸入級、多級放大器的輸出級或用于兩級共射放大電路之間的隔離級。
　　（1）輸出電壓與輸入電壓同相且略小于輸入電壓
　　射極輸出器的輸出信號電壓近似等于輸入信號電壓，即電壓放大倍數約等于 1，好似輸出電壓等值地跟隨輸入電壓而變化，故又稱射極跟隨器。
　　（2）輸入電阻大
3.5　共集電極放大電路
　　vI 不變， vO 幾乎不變。
　　（3）輸出電阻小
　　2．靜態工作點計算
3.5　共集電極放大電路
本章小結
　　2．單級電壓放大器的組成必須有具備放大功能的三極管，有保證三極管能正常放大的直流電源和基極偏置電路，應有將輸出電流信號轉換為電壓信號的元件—集電極電阻等。
　　1．對電壓放大器的基本要求：
　　（1）放大倍數應盡可能大些。
　　（2）信號放大時，應盡量避免失真，為此，放大器應有足夠的線性放大區。
　　3．圖解法和估算法是分析放大器的兩種基本方法，圖解法可以直觀地了解放大器的工作原理，要熟練掌握直流負載線和交流負載線的畫法，并深刻理解靜態工作點選擇不當會造成飽和失真和截止失真的道理。
　　4．放大器有共射、共集和共基電路三種基本組態。

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