第四章三极管放大电路

三极管最基本的作用是放大，把微弱的电信号放大成一定强度的信号，实际是将电源的能量转换成信号的能量。

放大的概念:
放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。
放大的实质:
用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。

对放大电路的基本要求：
1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。
2. 尽可能小的波形失真。
另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。

4.1 共射基本放大电路
4.1.1 电路图如下，共发射极放大电路，交流输入U_s，输出U₀ 直流通路+交流通路，叠加原理

4.1.2 各元件器的作用
（1）集电极电阻Rc--将变化的电流转变为变化的电压Uce=Ucc-Ic*Rc。
（2）基极电阻Rb--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。
（3）耦合电容C1 、C2 --隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。

4.1.3 直流通路-静态分析

如上图为共射放大的直流通路，即没有交流输入的情况。(对直流信号，电容C可看作开路)。
直流通路用来计算静态工作点Q ( I_BQ 、 I_CQ 、 U_CEQ )：
I_BQ=（Ucc-Ube）/Rb---Ube=0.7V或忽略不计
I_CQ=β*I_BQ---三极管在放大状态下的关系
U_CEQ=Ucc-I_CQ*Rc---波形中心电平
设置合适的Q点：
(1) 使放大电路工作在合适的状态，静态是动态的基础。
(2) 使放大电路的放大信号不失真；
(3) 具体方法是调节R_B的阻值；
直流负载线：
当I_C=0(即三极管不导通)，则Uce=Ucc；
当Uce=0(即Ic最大)，则I_C=Ucc/Rc。得到如下图
由I_B确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点

例已知：U_CC=12V，R_C=4k，R_B=300k，β=50。估算静态工作点。

非线性失真

如果Q设置不合适，晶体管交流信号作用下，容易进入截止区或饱和区，将造成非线性失真。

若Q设置过高，晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。
Q设置过高，就是I_B过大，也就是I_C过大，Uce(U_CE=Ucc-I_CQ*Rc)就过小，就容易(触底)进入饱和状态。Uce很小，所以底部被削了部分。记忆法：保底消费
解决办法是减小I_B电流。

若Q设置过低，晶体管进入截止区工作，造成截止失真。
Q设置过低，就是I_B太小，也就是I_C过小，Uce(U_CE=Ucc-I_C*Rc)就过大，就容易(触顶)进入截止状态。Uce很大，所以顶部被削了部分。
解决办法是加大I_B电流。

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。

4.1.4 交流通路-动态分析

动态：放大电路有信号输入（ui≠0）时的工作状态。

动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。

分析方法：微变等效电路法（又称小信号分析法），图解法。

（a）晶体三极管;（b）晶体三极管的微变等效

r_be在几百欧到几千欧的范围。例如：
Ib=0.1mA 则r_be=560欧；Ib=0.01mA 则r_be=2.7K欧

有交流信号输入(ui ≠ 0)时的波形情况

交流通路画法：将电容和电源短路，其它不变。

(1)电压放大倍数Au的计算
输出电压与输入电压的比值叫电压放大倍数。

式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。
当放大电路输出端开路(未接RL)时，Au=-βRc/r_be

(2)输入电阻 ri=R_B//r_be ≈r_be (因为一般R_B>>r_be)(3)输出电阻 r_o=R_c （输出电阻不包含负载R_L）

例4-1：已知如图所示的电路参数。
求(1)负载接入与断开时的电压放大倍数Au，
(2)输入电阻ri、输出电阻r_o；

练习
已知NPN管的β=100，rbe=1.3K。求：
（1）静态工作点；
（2）电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

4.2 分压式偏置电路

前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。
为此需要改进，办法是采用分压式偏置电路，如下图，在基极增加Rb2电阻，发射极增加Re和Ce（交流无阻）。此电路特点：

（1）基极电位稳定
I1=I2+Ib，因为Ib相对I1、I2很小，所以 I1≈I2>>Ib，
I1≈I2=Ucc/(Rb1+Rb2)
Ub=I2*Rb2=Ucc*Rb2/(Rb1+Rb2) ----Ucc分压面来，电位基本恒定，不随温度变化。

（2）静态工作点稳定
利用发射极电阻Re来获得反映电流Ie变化的信号，再反馈到输入端，实现工作点的稳定，这个电阻叫负反馈电阻。其过程如下

Ic≈Ie=Ue/Re=(Ub-0.7)/Re 集电极电流基本恒定，不随温度变化。

（3）静态工作点计算

Ub=Ucc*Rb2/(Rb1+Rb2)
Ic≈Ie=Ue/Re=(Ub-0.7)/Re
Ib=Ic/β
Uce=Ucc-Ic(Rc+Re)

（4）放大倍数及输入输出电阻

(1)电压放大倍数Au的计算

(2)输入电阻 ri=R_B1//R_B2//r_be ≈r_be (因为一般R_B>>r_be)
(3)输出电阻 r_o=R_c（输出电阻不包含负载RL）

例4-2

练习题

4.3 射极输出器

因从发射极输出，所以称射极输出器，又叫射随器。
4.3.1 直流工作点-静态分析

IbRb+Ube+IeRe=Ucc
IbRb+Ube+Ib(1+β)Re=Ucc       // Ie=Ib(1+β) =Ib+Ic ，Ic=β*Ib
Ib[Rb+（1+β）Re]=Ucc – Ube // 提公因式Ib，并将Ube移到右边。
Ib=（Ucc – Ube）/ (Rb+（1+β）Re)

Uce+IeRe=Ucc
Uce=Ucc-IeRe

4.3.2 交流通路-动态分析

（1）电压放大倍数Au的计算
U_o=Ie*RL’= (1+β)Ib*RL’     其中RL’=Re//RL，Ie=(1+β)Ib
Ui=Ib*Rbe+Ie*RL’= Ib*Rbe+(1+β)Ib*RL’=Ib*[Rbe+(1+β)Ib*RL’]
所以A_u=U_o/U_i=(1+β)RL’/[Rbe+(1+β)Ib*RL’]
特点：放大倍数小于1，约等于1。输出与输入同相。

（2）输入电阻
ri’=Ui/Ib=Rbe+(1+β)*RL’ 其中RL’=Re//RL

ri=Rb//ri’
特点：输入电阻大（几十千到几百千欧），对信号源影响小。
（3）输出电阻
根据戴维南等效电阻的求法，移除负载，将电压源短路。并把电阻合并，得如下

Uo=-Ib*R Io=-Ie=-(1+β)Ib 所以R’=Uo/Io=R/(1+β)
Ro=Re//R’

特点：输出电阻小（几十~几百欧），带负载能力强。
射极输出器的应用
1. 因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的初级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。
2. 因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。
3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au≈1 的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。