1第3章

分立元件基本電路3.1共發射極放大電路3.2共集電極放大電路3.3分立元件組成的基本門電路主要內容23.1共發射極放大電路主要內容3.1.1電路組成3.1.2靜態分析3.1.3動態分析3.1.4靜態工作點的穩定3.1.5頻率特性3由NPN管組成的共射極放大電路如圖所示T+UCCRCRBC1C2++uiuo1.晶體三極管T各元件的作用：放大元件，工作在放大區，即發射結正向偏置，集電結反向偏置。2.集電極電源UCC一是保證三極管工作在放大區；二是放大電路的能源。4.集電極負載電阻RC是將集電極電流的變化轉化為電壓的變化，以實現電壓放大。3.基極電阻RB

RB和UCC使發射結處于正向偏置，并提供適當的靜態基極電流IB。IB稱為偏置電流，RB稱為偏置電阻。5.耦合電容C1、C2（隔直電容）

C1和C2是傳遞交流，隔斷直流；以免各級靜態工作點相互影響；使用電解電容時，應注意正負極不能接錯。輸入端輸出端輸入回路輸出回路3.1.1

電路組成IB“地”端零電位點4T+UCCRCRBC1C2++uiuo輸入信號ui=0時的狀態，稱為靜態。電路中只有直流電壓和電流，要保證三極管工作在放大區。放大電路的靜態放大電路的動態有輸入信號ui時的狀態，稱為動態。電路中既有直流電壓和電流，又有交流信號，要求對交流信號進行不失真的放大。iBiCuCE放大電路符號：直流信號用大寫字母、大寫下標表示，如IB、UCE；交流信號用小寫字母、小寫下標表示，如ib、uce；交、直流疊加的信號用小寫字母、大寫下標表示，如iB、uCE。+++---3.1.1

電路組成βIBiBibttt0005放大電路工作過程輸入信號ui加在放大電路的輸入端，經C1耦合到晶體管T的基極，產生基極電流iB；iB的變化經T放大后得到集電極電流iC，iC在RC上產生壓降iCRC；而集電極電壓uCE=UCC-iCRC，經隔直電容C2傳送到輸出端成為交流輸出電壓uo；uo的幅值比ui大，實現電壓放大的目的。3.1.1

電路組成T+UCCRCRBC1C2++uiuoiBiCuCE+++---β6放大電路的分析方法概述放大電路的分析包括靜態分析和動態分析。靜態分析——計算靜態時的電壓和電流。目的是：選擇合適的靜態工作點，使放大器處于較佳的工作狀態。動態分析——計算電壓放大倍數，輸入、輸出電阻，輸出是否失真等。放大電路的分析方法有圖解法和近似計算法。

圖解法——利用晶體管的輸入和輸出特性曲線，通過作圖的方法分析放大電路的靜態和動態。

近似計算法——在一定的條件下，忽略次要因素，利用等效電路，通過分析計算，求出結果。7T+UCCRCRBC1C2++uiuo

1.圖解法：放大電路如圖，畫出放大電路的直流通路、及三極管的特性曲線。UCCRCRBIBICUCEuCEiCuBEiBUCCUBEIB2.估算法：靜態工作點Q為：直流負載線輸入電路中+-+--++3.1.2

靜態分析UCC-++--UBEUCC輸出電路中偏置線ICUCEIBQBQC靜態工作點靜態工作點Q指：IB、IC、UCE的值直流通路可見，Q點主要由RB決定;故RB稱為偏置電阻。調整RB可是放大電路工作在放大區.得到QB點得到QC點iBiC+-uCE00β8uBEiB(μA)1.圖解法：具體分析步驟如下（1）根據輸入電壓ui在輸入特性曲線上求基極電流iBQ1Q2QIBUBEuiuBEibiB設直流分量交流分量直流分量交流分量

畫出輸入特性曲線及信號波形如圖，由圖得ωtωtωtωt3.1.3

動態分析TRCRBC1C2++uiuo--+++UCCiB9uCEiC(mA)Q（2）根據iB在輸出曲線上求iC和uceiCQ1Q2ibuCEuo=uce畫出輸出特性曲線及負載線，得直流分量交流分量交流分量直流分量輸出電壓uce與輸入電壓ui反相，所以，該放大電路是反相放大器輸出電壓為：

電壓放大倍數為：

即ωtωtωtωtωt3.1.3

動態分析TRCRBC1C2++uiuo--+++UCCiB10動態分析結論：uCEiCQQ1Q2（1）當ui=0時，電路中只有直流量；當輸入ui后，電路中各電量是在靜態值上疊加了一個交流分量。（2）輸出電壓uo是與ui同頻率的正弦量，且uo>ui，電壓放大倍數為：（3）電流ib、ic與ui同相，而輸出電壓uo與輸入電壓ui反相，所以共發射極放大電路具有倒（反）相作用。截止失真飽和失真無失真飽和失真是因IB太大引起；截止失真是因IB太小引起。ωtωtωtuo3.1.3

動態分析（4）若Q點過高，如Q1點，輸出會出現飽和失真。增大RB可消除飽和失真.0NM（5）若Q點過低，如Q2點，會出現截止失真。減小RB可消除截止失真.icib11畫出交流通路和微變等效電路，如圖RCRBuouiibic（1）電壓放大倍數，即+-+-3.1.3

動態分析2.微變等效電路分析法：步驟如下T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEuce+-βRCRBrbeBCE-+-+或因為所以當放大電路接入負載電阻RL時，如圖RLRLRL即，接上負載后，電壓放大倍數下降。其中所以12（2）輸入電阻3.1.3

動態分析T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRCRBrbeBCE-+-+因為

定義為：放大電路輸入電壓變化量與輸入電流變化量之比，用ri表示，即所以輸入電阻為：RLRL13（3）輸出電阻3.1.3

動態分析T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRCRBrbeBCE-+-+從放大電路的微變等效電路的輸出端看，它是一個電流源和一個電阻RC的并聯，而RC就是兩端網絡的等效電阻。

定義為：對負載來說，放大電路輸出端相當于一個有源兩端網絡，這個兩端網絡的等效電阻就是放大電路的輸出電阻，用ro表示所以，輸出電阻為：RLRL輸出電阻ro的測量方法：RSAu-+-+RLriro+-放大電路的等效電路如圖，輸入端加正弦電壓信號，測得空載輸出電壓為Uo′，接入負載RL測得輸出電壓為Uo，則故：14（4）當信號源有內阻RS時的電壓放大倍數3.1.3

動態分析T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRSAu-+-+電路如圖，信號源電壓為uS，內阻為RS對信號源而言，放大器可以看成一個等效電阻ri，用相量表示的等效電路如圖。RLRLRSuS+-riro+-其中因為所以所以，放大電路對信號源的放大倍數為：即，對信號源電壓的放大倍數為小于輸入端的放大倍數。15放大電路的分析應用舉例[例題3.1.1]

放大電路如圖所示，求(1)靜態工作點;（2)無負載RL和有負載時的電壓放大倍數；(3)電路的輸入電阻ri和輸出電阻ro。解：（1）放大電路靜態工作點Q（2）電壓放大倍數無RL時有RL時(3)ri、roT+UCCRCRBC1C2++uiuo470kΩ3kΩ+12VRL--++5.1kΩ其中其中16放大電路對靜態工作點的要求①靜態工作點要合適。②靜態工作點要穩定。3.1.4

靜態工作點的穩定影響靜態工作點穩定的主要因素是溫度①當溫度升高時，ICBO(ICEO)將明顯增加，特別是鍺管。②當溫度升高時，發射結壓降UBE將減小。③當溫度升高時，β將增大。

總之，溫度升高時，ICBO、β、UBE的變化結果將使IC增大，Q點移向飽和區，可能引起放大電路出現失真，這種現象稱為工作點漂移。為了保證工作點穩定，常采用分壓式偏置電路。T+UCCRCRBC1C2++uiuo--++iBiC+-uCEβRLuCEiCUCCICUCEIBQC017T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+電路如圖，RB1、RB2構成偏置電路，RB1稱為上偏置電阻，RB2稱下偏置電阻，RE為發射極電阻，CE為發射極旁路電容。直流通路如圖1.電路的基本特點①由RB1、RB2組成偏置電路T+UCCRCRB1RB2RE原理圖ICIEI1I2IBUCE直流通路選擇合適的參數，使基極電位可見，UB由RB1、RB2、UCC決定，與三極管無關，可認為UB基本不受溫度的影響。②引入RE，以限制IC的變化usRS+++---+-uCEiB+-3.1.4

靜態工作點的穩定即UBUB182.穩定工作點的原理當某種原因使IC的增加，穩定過程如下：溫度升高→IC↑→UE

↑→UBE↓→IB

↓IC↓圖中，RE越大穩定性能越好；但RE大，使UE增大，導致UCE減小，使放大電路動態范圍變小。RE上并聯電容CE，它對交流信號相當于短路，CE稱為旁路電容，它消除了RE對交流分量的影響。3.1.4

靜態工作點的穩定T+UCCRCRB1RB2REICIEI1I2IBUCE直流通路+-這種通過電路的自動調節作用，以抑制電路工作狀態變化的技術稱為負反饋。該電路是通過電阻RE將發射極電流IE的變化反饋至輸入電路的，這種反饋稱為電流負反饋。故該電路稱為分壓式電流串聯負反饋偏置電路。UB193.電路參數的選擇為得到較好的穩定效果，必須使：一般取：硅管：I1=（5～10）IB鍺管：I1=（10～20）IBUB=3～5VUB=1～3V

設計電路時，要綜合考濾，根據以上條件，確定各電阻值。3.1.4

靜態工作點的穩定T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+T+UCCRCRB1RB2RE原理圖ICIEI1I2IBUCE直流通路usRS+++---+-uCEiB+-UB20分壓式偏置放大電路應用舉例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+[例題3.1.2]電路即參數如圖,求(1)靜態工作點;(2)電壓放大倍數;(3)輸入、輸出電阻。47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80解:(1)靜態工作點，畫出直流通路+-+-+UCCRCRB1RB2REICIEI1I2IBUCE根據戴維寧定理，基極回路的等效電路如圖，其中+-UBR'BREIEUBIB+-列KVLUBE+-21分壓式偏置放大電路應用舉例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80靜態工作點的近似計算法+-+-+UCCRCRB1RB2REICIEI1I2IBUCE根據直流通路，求基極電位UB+-UB

與用戴維寧定理計算結果（IB=0.0162mA，IC=1.30mA，UCE=4.83V)比較，相差不大，這是常用的計算靜態工作點的方法。因為，一般IB<<I1，所以得直流通路22畫出微變等效電路如圖，得(2)電壓放大倍數(3)輸入電阻、輸出電阻RLRCRB2rbeRB1-+-+riro分壓式偏置放大電路應用舉例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-23[例題3.1.3]

將上題中RE分成RE1和RE2兩部分，求Au、ri、ro。直流通路(Q點)不變，微變等效電路如圖：分壓式偏置放大電路應用舉例RLRCRB2rbeRB1RE1++--T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RE1CE47kΩ22kΩ3.3kΩ2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-RE2200ΩIB=0.0162mA，IC=1.30mA，UCE=4.83V微變等效電路如圖24兩種電路結果比較：靜態工作點不變分壓式偏置放大電路應用舉例T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RE1CE47kΩ22kΩ3.3kΩ2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-RE2200ΩIB=0.0162mA，IC=1.30mA，UCE=4.83VT+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=80+-+-動態參數比較上圖下圖結論：下圖電壓放大倍數雖然降低了，但輸入電阻ri提高了；不僅能穩定靜態工作點，還能使電壓放大倍數穩定性提高；電阻RE1對直流、交流信號均有電流串聯負反饋作用。RE2僅對直流有負反饋作用25T+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RE1CE47kΩ22kΩ3.3kΩ2kΩ5.1kΩ12Vβ=160+-+-RE2200ΩT+UCCRCRB1C1C2++uiuoRLRB2RECE+47kΩ22kΩ3.3kΩ2.2kΩ5.1kΩ12Vβ=160+-+-上圖Au的相對變化量：當β改為160時,兩電路電壓放大倍數比較β=160時，晶體管發射結等效電阻rbe為：下圖Au的相對變化量：上圖電壓放大倍數Au為：下圖電壓放大倍數Au為：β=80時，rbe=1.81kΩ即，下圖Au的穩定性高261.概念：把放大電路的放大倍數和相位移隨頻率的變化關系稱為放大電路的頻率特性。幅頻特性：放大倍數的大小與頻率之間的關系，即因為當放大電路輸入信號頻率在一定范圍內時，電壓放大倍數與信號頻率無關.但實際上，對一個放大電路而言，當輸入信號頻率過低或過高時，放大倍數都會降低，輸出與輸入的相位也會發生變化，即放大電路對不同頻率的信號的放大倍數和相位移是不相同的。3.1.5

頻率特性相頻特性：放大倍數的相位移與頻率之間的關系，即故。頻率特性分為幅頻特性和相頻特性272.幅頻特性:在中頻段，電壓放大倍數最大且近似為一常數|Aum|。

在低頻段，電壓放大倍數要下降。因為，耦合電容的容抗增加，使信號在傳遞過程中產生損失。

在高頻段，電壓放大倍數也要下降。因為，晶體管極間電容和電路的分布電容的容抗減小，使晶體管的電流放大倍數β下降。另外，多級放大電路的通頻帶窄；直接耦合的放大電路低頻特性好。當頻率過低或過高時，單管放大電路的輸出與輸入信號的相位差不再是180°。阻容耦合放大電路的幅頻特性如圖，可見:3.1.5

頻率特性3.相頻特性:|Aum||Au|fLfHfBW180°270°90°ff下限頻率上限頻率通頻帶283.2共集電極放大電路主要內容3.2.1電路組成3.2.2靜態分析3.2.3動態分析3.2.4多級放大電路29單管共集電極放大電路如圖，由于信號是從發射極輸出，所以也稱為射極輸出器。由于射極輸出器具有獨特的特點，所以在放大電路中得到廣泛應用。3.2.1

電路組成RBRSRERLC1C2+UCC+-+-RBRERLRS+-+-+-+-交流通路如圖，由于集電極C是輸入、輸出回路的公共端，因此稱為共集電極電路。射極輸出器電路原理圖交流通路30直流通路畫出直流通路如圖由直流通路的輸入回路得所以由直流通路的輸出回路得電路原理圖RBRE+UCCIBICIEUBEUCE+-+-3.2.2

靜態分析RBRSRERLC1C2+UCC+-+-+-31由于輸出電壓和輸入電壓基本相同，故稱它為射極跟隨器1.電壓放大倍數畫出交流微變等效電路，得可見：①射極輸出器的電壓放大倍數小于1，而近似等于1，即但：②輸出電壓與輸入電壓同相。RBRSRERLC1C2+EC+-+-RBRERLRSrbeCBE+-+-3.2.3

動態分析+-+-32由于射極輸出器輸入電阻很高，所以，常用于多級放大電路的輸入級，以減小放大器對信號源的影響。2.輸入電阻ri由交流微變等效電路，得所以通常，RB很大，且β>>1，所以射極輸出器的輸入電阻很高，可達幾十千歐到幾百千歐；因為故射極輸出器輸入電阻與負載RL有關，與共射極電路不同。RBRERLRSrbeCBE+-+-3.2.3

動態分析+-333.輸出電阻ro輸出電阻按有源兩端網絡等效電阻的求法得到，等效電路如圖，可見其中：是RBRERLRSrbeCBE+-+-+-3.2.3

動態分析RSRBRErbeBEC+-由基極折算到發射極回路的等效電阻。可見，射極輸出器的ro很小（幾十到幾百歐）顯然：因為：所以：求得34射極輸出器特點電壓放大倍數小于1，但近似等于1，輸出與輸入近似相等，稱為跟隨器。輸入電阻大，多用于多級放大電路的輸入級。輸出電阻小，多用于輸出級，擴大帶負載能力。利用輸入電阻大，輸出電阻小的特點，可用于隔離級。射極輸出器具有電流放大作用，常用功率放大器。3.2.3

動態分析35射極輸出器應用舉例例電路參數如圖，求（1）靜態工作點；（2）Au、ri、roRBRSRERLC1C2+UCC12V200kΩ2kΩ2kΩ100Ωβ=60解：（1）靜態工作點；（2）Au、ri、ro微變等效電路如圖+--RBRERLRSrbeCBE+-+-+36多級放大電路的方框圖多級放大電路基本概念第1級第2級末前級(輸出級)末級電壓放大功率放大輸入輸出多級放大電路由輸入級、中間級、末前級、輸出級組成輸入級——要求有較高的輸入電阻，以減小對信號源的影響。中間級——要求有較高電壓放大倍數，以提高靈敏度。末前級——也稱推動級，為電壓放大級與功率放大之間的耦合。輸出級——要求輸出較大的功率，以推動負載正常動作。37放大電路各級之間的連接方式，稱為耦合常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合。對耦合電路的要求：耦合電路應能保證各級具有合適的靜態工作點；耦合電路不能引起信號失真；應盡量減小信號在耦合電路上的損失。阻容耦合電路最為常用多級放大電路基本概念383.4分立元件

組成的基本門電路主要內容3.4.1二極管與門電路3.4.2二極管或門電路3.4.3晶體管非門電路39門電路：是一種開關電路，它的輸入與輸出之間存在一定的因果關系，即邏輯關系。如果把輸入信號看作“條件”，把輸出看作“結果”，則當條件具備時，結果就會發生，所以門電路是一種邏輯電路。門電路中的信號(邏輯狀態)：是高、低電平，即高電位，和低電位。常用符號0和1來表示。門電路基本概念邏輯體制：根據用0或1表示高電平或低電平的不同，分為兩種邏輯體制，即正邏輯和負邏輯。正邏輯：用1表示高電平，用0表示低電平。（本書用）負邏輯：用1表示低電平，用0表示高電平。基本邏輯關系有三種：與邏輯、或邏輯、非邏輯；基本門電路有三種：與門、或門、非門。用它們的組合可得多種復合門電路40（1）電路結構，如圖，下圖是簡化畫法輸入輸出電位關系3.4.1

二極管與門電路+UAR+-+-+-

分析時用正邏輯，邏輯0表示低電平，電位為0V，邏輯1表示高電平，電位為3V，忽略二極管正向壓降。UBUCCD1D2FABUF-R+UCCD1D2FAB&與門電路圖與門電路簡化圖與門圖形符號(二輸入與門)FAB（2）工作原理及邏輯功能5V3kΩ輸入輸出UA(V)UB(V)UF(V)000030300333輸入輸出ABF000010100111二輸入與門邏輯狀態表（3）與邏輯輸入、輸出函數表達式或也稱為邏輯乘41（1）電路結構，如圖輸入輸出電位關系3.4.2

二極管或門電路R-UCCD1D2FAB≥1或門電路圖或門圖形符號(二輸入或門)FAB（2）工作原理及邏輯功能輸入輸出UA(V)UB(V)UF(V)000033303333輸入輸出ABF000011101111二輸入或門邏輯狀態表（3）或邏輯輸入、輸出函數表達式注意：與和或的概念是相對的，有條件的。以上關系是在正邏輯體制下得到的，所以稱為正邏輯與門（簡稱正與門）、正邏輯或門（正或門）。如用負邏輯，則正與門是一個負或門；正或門是一個負與門。也稱為邏輯加-5V42電路結構如圖，當采用正邏輯時，它是一個“或門”，電位關系、邏輯狀態表如下輸入輸出電位關系正、負邏輯的區別R-UCCD1D2FAB輸入輸出UA(V)UB(V)UF(V)000033303333輸入輸出ABF000011101111二輸入或門邏輯狀態表-5V電路結構不變，當采用負邏輯時，它是一個“與門”，電位關系不變，邏輯狀態表如下輸入輸出ABF111100010000二輸入與門邏輯狀態表43（1）雙極晶體管非門電路結構，如圖圖中晶體管工作在開關狀態。當T飽和時，UCE≈0，輸出為低電位，即UF≈0V；當T截止時，IC≈0，輸出為高電位，即UF≈UCC。RC+UCCTFRB1A1非門電路圖非門圖形符號FA集電極飽和電流為IB比IBS大得越多，晶體管飽和程度就越深。RB2-UBB

當輸入為低電平時，為確保T處于截止狀態，基極回路中設置了負電源-UBB，使發射結處于反向偏置。

當輸入為高電平時，為確保T處于飽和狀態，條件是基極電流IB要大于臨界飽和基極電流IBS，即臨界飽和基極電流為晶體管飽和的條件為3.4.3

晶體管非門電路44RC+UCCTFRB1A1非門電路圖非門圖形符號FA（2）工作原理及邏輯功能輸入輸出AF0110非門邏輯狀態表（3）非邏輯輸入、輸出函數表達式RB2-UBB當輸入低電平0時，T截止，輸出為高電平1；當輸入高電平1時，T飽和，輸出為低電平0。這種“結果與條件處于相反狀態”的邏輯關系稱為非邏輯。非門電路滿足非邏輯關系，故非門稱為反相器。3.4.3

晶體管非門電路45RC+UCCTFRB1A[例題3.4.1]電路如圖，飽和時UBES=0.7V，UCES≈0V，截止時IC≈0；設輸入低電平UIL=0V，輸入高電平UIH=3V，試分析晶體管的輸出狀態。基極電流為RB2-UBBUBE<0，晶體管可靠截止，UF≈UCC=5V，輸出為高電平。解：（1）輸入A端為低電平0時2.7kΩ10kΩ1kΩ-5V5Vβ=30（2）輸入A端為高電平1時，基極等效電路如圖，應用戴維寧定理RC+UCCTF1kΩUBO5