第7章 基本放大电路
【基本要求】理解晶体三极管的基本构造和工作原理；理解晶体三极管的放大、饱和、截止三种工作状态以及电流放大作用；理解共射极单管放大电路的基本结构和工作原理；掌握几种基本放大电路的分析计算以及多级放大电路的分析计算。
【重点】晶体三极管的放大、饱和、截止三种工作状态以及电流放大作用；共射极单管放大电路的基本结构和工作原理；几种基本放大电路的分析计算：静态工作点的估算和动态指标的近似计算；多级放大电路的分析计算。
【难点】晶体三极管的三种工作状态以及电流放大作用；几种基本放大电路的近似计算；多级放大电路的近似计算。
7.1基本理论
7.1.1 晶体三极管
1. 要使三极管起放大作用，发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置，这是放大的外部条件。因此，采用NPN型或PNP型三极管联接放大电路时，一定要注意集电极电源EC和基极EB极性的正确联接。
另外，要使三极管起放大作用，基区必须做得很薄，基区的掺杂浓度必须远小于发射区的掺杂浓度，这是放大的内部条件。对于NPN型三极管来说，这样才可以大大减少自由电子与空穴在基区复合的机会，使从发射区扩散过来的电子绝大部分到达集电区。
2. 三极管的输入特性 常数与二极管的伏安特性相似，也有死区电压。
三极管的输出特性 常数是一族曲线，可分为放大区、截止区和饱和区。
IB， 近在输出特性曲线上近于水平的部分是放大区。放大区具有恒流特性，且IC =
似为常数。此时发射结处于正偏，集电结处于反偏。
IB = 0的曲线以下的区域是截止区，IC近似为零，发射结和集电结均处于反偏。
当UCE 当三极管工作在放大区时，其具有电流放大作用。 3. 三极管的几个主要参数 和交流电流放大系数 的含义不同 （1）直流电流放大系数 直流电流放大系数 交流电流放大系数 。 但在输出特性曲线近于平行等距的情况下，二者相差不大，近似估算时，常取 ，它（2）集电极反向饱和电流ICBO和穿透电流ICEO两者的关系为 们随温度升高而增大，影响三极管的稳定性。两者越小越好。 （3）三极管的极限参数主要有3个 当 下降到额定值的三分之二时所对应的集电极电流为最大允许电流ICM，IC超过ICM 不一定会损坏三极管，但以降低 值为代价。 集电结上允许的最大功率损耗称为集电极最大允许耗散功率PCM 。在安全工作情况下，集电极耗散功率PC应满足PC=ICUCE≤PCM。 当UCE大于集-射极反向击穿电压U(BR)CEO时，ICEO将大幅度上升，管子将被击穿。 由极限参数ICM 、PCM、U(BR)CEO共同确定三极管的安全工作区。 4. 接在电路中的三极管类型可以通过测量它的各个管脚的电位来判别 NPN型：集电极电位最高，发射极电位最低；PNP型：发射极电位最高，集电极电位最低。 硅管：基极电位与发射极电位大约相差0.6V或0.7V；锗管：基极电位与发射极电位大约相差0.2V或0.3V。 7.1.2 本放大电路的组成 教材图7.12是共射极放大电路的简化图，其中交流信号从基极输入，集电极输出，发射极是输入和输出的公共端，故称共发射极接法。要求会画电路，明白各个元件的作用，并对各个元件有数量级概念。 在放大交流信号时，输入端和输出端接有耦合电容C1和C2，其作用是隔断直流而让交流畅通。因此它们的容抗对该交流信号的频率而言，应该很小，其上的交流电压降可忽略不计，即可视为短路。但耦合电容上有直流电压，故用的是极性电容器，联接时必须注意极性，应使电容的正极与直流电压的高电位端相连，负极与低电位端相联。 7.1.3 放大电路的静态分析 静态是当放大电路没有输入信号时的工作状态。静态分析是要确定放大电路的静态值IB、UBE、IC和UCE；其中UBE对硅管而言，可设为0.6V或0.7V，是已知的。静态值可用放大电路的直流通路来确定。画直流通路时，电路中的电容可视为开路。计算时，往往可将UBE略去，得出估算值。 也可用图解法确定静态值，其步骤如下：给出三极管的输出特性曲线作直流负载线由直流通路求出偏流IB由IB对应的输出特性与直流负载线的交点得出静态工作点Q 找出对应Q点的静态值IB 、IC 、UCE。 RB 、RC及UCC对直流静态值都有影响，一般通过改变RB的阻值来调节静态共工作点。 7.1.4 放大电路的动态分析 动态是当放大电路有输入信号时的工作状态。动态分析是在静态值确定后分析电压电流交流分量的传输情况，并计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等。 1. 交流电压放大倍数 其中 称为交流 是三极管的动态输入电阻， 负载。 电压放大倍数关系式中的负号表明基本放大电路的输出电压uo与输入电压ui反相。 2. 输入电阻和输出电阻 （1）输入电阻和输出电阻都是交流等效电阻，不能当做直流电阻来计算。 （2）区别三极管和放大电路的输入电阻和输出电阻，两者不能混淆。 输入电阻： 式中的rbe是三极管的输入电阻，ri是放大电路的输入电阻。 输出电阻： 式中的rce是三极管的输出电阻，其值较高，常略去不计。注意，输出电阻ro不包括负载电阻RL。 （3）要了解放大电路的输入电阻和输出电阻对放大电路工作性能的影响，以及通常要求输入电阻高一些，输出电阻低一些的道理。 3. 动态分析的图解法 （1）按照ui iCuo的信号传输顺序来分析，可以清楚地看到放大电路的 ib 电压和电流（iB、uBE、iC和uCE）都含有直流分量和交流分量。 这里需要说明一点，在交流通路中标的是交流分量的参考方向，它们的方向和极性是交变的。但要注意，这是分析方法，并不是在三极管中电流可以两个方向流动。因为交流分量是叠加在直流分量上的，对总电压和总电流（iB、uBE、iC和uCE）来讲它们只是大小上的变化，方向和极性是不变的。 （2）如果工作范围合适，当输入电压ui为正弦量时，各个交流分量都是正弦量，输出电压uo也是正弦量，不产生失真。且ui、ib和iC同相，而uo和ui反相。 （3）当静态工作点偏高或偏低时会产生饱和或截止失真，信号幅度过大时也会产生失真，这些有图解法都很直观。 图解法作图麻烦，精度差，但是直观全面，对交流放大电路各个交流分量的传输、相位、失真一目了然，有利于正确理解。 7.1.5 分压式偏置放大电路 静态工作点调整合适以后，应保持稳定，以保证良好的放大效果，避免非线性失真。固定偏置放大电路受环境温度变化影响，会产生静态工作点漂移。要想克服这一缺点，必须对电路加以改进。常用的是分压式偏置放大电路。 应理解和掌握以下几点： 1. 只有满足I2 >>IB和VB >>UBE 两个条件，静态工作点才能基本稳定； 2. 稳定工作点的原理。当温度升高时，ICBO、? 、UBE的变化导致集电极电流IC和射极电流IE增大，射极电阻RE上的电压VE也随之增大。由于基极电位VB为分压电路所固定，所以UBE随VE的增大而减小，因此IC随温度的升高而增大部分可被IB减小导致的IC减小部分相抵消，静态工作点基本保持不变，即 可见，这种电路能稳定工作点的实质，是利用射极电阻的作用来抑制集电极电流的变 化而使静态工作点基本不变。 3. 电路静态和动态值的计算。 7.1.6 射极输出器 1. 特点：交流电压放大倍数接近1，且略小于1；输出电压与输入电压同相；输入电阻高；输出电阻低。 2. 用途：由于输入电阻高，可减小对信号源电流的吸收，减轻信号源的负担，因此常用作多级放大器的输入级；由于输出电阻低，带载能力强，因此也常作为多级放大电路的输出级；利用其高输入电阻、低输出电阻以及放大倍数接近于1的特点，射极输出器也常被用作隔离级，以隔离前后级电路之间的相互影响。 7.1.7 多级放大电路 放大电路的输入信号一般情况下都很微弱，单级放大电路往往不能满足要求，常需要将若干个单级放大电路组合成多级放大电路。 多级放大电路的静态工作点可独立分析。进行动态分析时要注意，后级的输入电阻就是前级的负载电阻，而前级就是后级的信号源，其输出电阻就是后级的信号源内阻。各级放大电路的电压放大倍数可单独计算，总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。 7.2 典型例题分析 例7.1 试判断图7.1所示各电路能否放大交流信号？为什么？应如何改进？ 解：（a）不能放大交流信号。没有设置偏置电阻，不能产生偏流IB，应该设置偏置电阻RB。 ?UCCRCC2RB?UCCC2VT C1VT C1（a） （b） ?UCCRB?UCCRBRCC2VT RCC2C1uS C1（c） （d） ?UCC?UCCRBRBC1RCC2RCC2VT C1VT （e） （f） 图7.1例7.1图 （b）不能放大交流信号。集电极没有设置电阻，不能将晶体管放大的电流转换成电压放大，应该设置集电极电阻RC。 （c）不能放大交流信号。偏置电阻通过导线直接接地，使发射结被短路，应该将该段导线去掉。 （d）不能放大交流信号。交流信号被C1短路，应将C1接于偏置电阻与基极联结点的左侧。 （e）不能放大交流信号。静态时，C1相当于断路，偏置电流无法流入基极。应将C1 接于偏置电阻与基极联结点的左侧，并交换正负极。 （f）不能放大交流信号。该管为PNP管，电源UCC、C1 、C2极性接反，应将UCC、C1 、C2反接。 例7.2 在图7.2中晶体管是PNP型锗管。（1）UCC和C1 、C2的极性如何？在图中标出；（2）设UCC = ?12V，RC = 3kΩ，β=75，如果要将静态值IC调到1.5mA，问RB应调到多大？（3）在调整静态工作点时，如不慎将RB调到零，对晶体管有无影响？为什么？通常采取何种措施来防止发生这种情况？ 解：（1）在PNP型晶体管的放大电路中UCC和C1 、C2的极性与NPN型晶体管的放大电路中UCC和C1 、C2的极性相反。如图7.3所示。 （2） Ω Ω
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