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1、第2单元 交流放大电路,第一部分 任 务 导 入, 交流放大电路是模拟电子技术的最基本电路，广泛应用于各个领域。 例如，图2-1所示为由2只三极管构成的低电压调频（FM）无线话筒电路。, 该电路的工作频率在88108MHz，工作距离在1015m，采用1.5V的低压供电，适用于无线话筒、摄像机远距离语音拾取及传送电路等。,图2-1 低电压调频无线话筒电路,第二部分 相 关 知 识,2.1 基本交流放大电路的组成和原理,2.1.1 组成交流放大电路的基本原则 1三极管工作在放大状态 要使三极管工作在放大状态，就是要使其发射结处于正向偏置状态，集电结处于反向偏置状态。 也就是说，要给放大电路一个合适
2、的工作状态，即对NPN型管应使UBE0，UBC0。,2保证信号畅通, 信号应能够从放大电路的输入端加到三极管上，经过放大后又能传给下一级或传给负载。,3设置合理的静态工作点, 为了保证放大电路的正常工作，必须在没有外加信号时，使三极管不仅处于放大状态，还要有一个合适的工作电压和电流，通常称为合理地设置静态工作点。 根据以上这几条原则就可以组成各种类型的交流放大电路，或者检验一个电路是否能正常放大。,2.1.2 基本交流放大电路的组成原理,1共发射极放大电路 共发射极放大电路是三极管放大器中最常用的一种电路，放大的是较小的电流或电压信号。, 图2-3（a）所示为一种最简单的单管共发射极放大电路。
3、 输入端接交流信号源ui，输出电压为uo。 电路中各元器件的作用如下。,图2-3 最基本的共发射极放大电路,（1）三极管VT1, VT1是放大电路中的放大元器件，是一种NPN型三极管（对于PNP型三极管，为保证集电结为反向偏置，发射结为正向偏置，EC和EB的极性应与图2-3（a）所示相反）。, 利用它的电流放大作用，在集电极获得放大电流，该电流受输入信号控制。 如果从能量观点来看，输入信号的能量是较小的，而输出的能量是较大的，但这不是说放大电路把输入的能量放大了。, 能量是守恒的，不能放大，输出的较大能量是来自于EC（直流电源）。 也就是说，输入信号通过VT1的作用，去控制EC所供给的能量，以
4、便在输出端得到一个能量较大的信号。 从这个意义上讲，VT1可以说是一种控制器件。,（2）集电极电源EC, EC一方面保证VT1集电结处于反向偏置，以使三极管起到放大作用；另一方面它又是放大电路的能源。 EC一般为几伏到几十伏。,（3）集电极负载电阻RC, 集电阻负载电阻RC简称集电极电阻，用于将VT1集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电压的放大。 RC的电阻值一般为几千欧到几十千欧。,（4）基极电阻Rb与电源EB, 基极电阻RC与基极电源EB用于使VT1发射结处于正向偏置，并提供数值适当的基极电流IB，以使放大电路得到合适的工作点。 RC的阻值一般为几十千欧到几百千欧。,（5）耦合电容C1
5、与C2, 耦合电容C1与C2既起隔直流又起交流耦合作用。 C1用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路，而C2则用来隔断放大电路与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系，互不影响。, 另一方面又起交流耦合作用，保证交流信号畅通无阻地经过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。 通常要求耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路，因此电容值要取得较大，对交流信号其容抗近似为零。, C1和C2的电容值一般为几微法到几十微法（低频范围内），用的是电解电容器，连接时应注意其极性。,（6）共发射极放大电路的改进, 在图2-3（a）所示电路中，用了2个直流电源EC和EB。
6、 实际上EB可以省去，再将Rb改接成如图2-3（b）所示，由EC单独供电，发射结仍是正向偏置，仍可以产生合适的基极电流IB（Rb的阻值要相应调整）。,图2-4 基本共射极放大电路的习惯画法,（7）电路的习惯画法,2共集电极放大电路, 如果将图2-4所示共发射极放大器的信号输出从集电极改为发射极，如图2-5（a）所示，就成了共集电极基本放大电路，也叫射极跟随器或射随输出器。 射随输出器的输出波形如图2-5（b）所示。,图2-5 共集电极放大典型应用电路及波形图,（1）共集电极放大电路的特点, 共集电极放大电路最大的特点是输出信号与输入信号的波形同相而且幅值基本相同。 也就是uoui，Au=uo/
7、ui=1（Au为电压放大倍数），即输出信号的相位与幅度都跟随输入信号，这就是其名称的由来。, 虽然电压信号没有被放大，但输出的电流信号却可以比输入电流信号大得多，总的信号功率仍然得到了放大。,图2-6 具有自举电容的共集电极放大电路,（2）共集电极放大电路的适用场合, 共集电极放大电路只需极小的输入电流信号就可以进行放大，并带动较大的负载，输出较大的电流信号，因此经常用作多级放大电路的第一级和最末级。 作多级放大电路的输入级。 作多级放大的输出级。,3共基极放大电路, 如果将图5-11所示共发射极放大电路的信号输入从基极改为发射极，如图2-7（a）所示，就成了共基极放大电路。 此时输入电压ui
8、加在发射极和基极之间，输出电压uo从集电极和基极两端取出，故基极是输入、输出的公共端。,图2-7 共基极放大典型应用电路及波形图, 共基极放大电路的典型特点是电压放大倍数在数值上与共射极基本电路相同（即共基极放大电路输出信号的波形与输入同相而电压幅值放大了许多，见图2-7（b），电流放大倍数近似等于1，输入电阻低，输出电阻高等。,4需要说明的问题,2.2 交流放大电路的分析方法, 确定静态工作点，求出在没有输入信号的状态下，电路各处的直流电压和直流电流数值。 计算放大电路在有输入信号时的放大倍数等。,2.2.1 交、直流等效电路的画法,1直流通路的画法 直流通路是放大电路在直流电源EC作用下的
9、直流电流通路，是静态分析所依据的电路。 以图2-8（a）所示电路为例，画直流通路时，可视电容C1与C2为开路，其他不变，得到的直流通路如图2-8（b）所示。,2交流通路的画法, 交流通路是在信号源ui作用下所形成的电流通路，是动态分析所依据的电路。 以图2-8（a）所示电路为例，画交流通路时，可视电容C1与C2为短路，电源也短路，其他不变，得到的交流通路如图2-8（c）所示。,图2-8 单管基本交流放大电路的直流与交流等效简化电路,2.2.2 图解分析法, 图解法不但可以分析放大器的交流特性，也可以求得静态工作点。 在分析放大电路中的电压、电流波形的变化情况，特别是分析非线性失真，确定最大不失
10、真输出幅度时，就会经常用到图解法。,1作直流负载线, 以共发射极单管放大电路见图2-9（a）为例，来说明直流负载线的做法。 对输出回路进行图解分析的目的就是要求出ICQ和UCEQ的数值。, 直流负载线是对应直流通路的，为便于分析，将图2-9（a）所示电路画成直流通路如图2-9（b）所示，再由该图画出图2-9（c）所示的“分割”电路，虚线即为分割线。,图2-9 直流负载线作法用电路图,2确定工作点, 三极管静态工作点中的IBQ值一般采用近似计算公式得到，即 IBQ=（ECUCEQ）/RB （2-2） 然后再在输出特性曲线上得到Q点，如图2-10（c）所示。,3确定工作点举例, 在图2-9（a）所
11、示电路中，已知VT1的输出特性曲线如图2-11所示，试用图解法求静态工作点。,（1）在输出特性曲线上作负载线, 设UCE=0时，得IC=7.5/3=2.5（mA），得B点坐标（0，2.5）。 设UCE=7.5V时，IC=0，得A点坐标（7.5，0）。 连接A与B两点后，即可得到直流负载线，如图2-11中所示。,图2-11 确定工作点举例用输出特性曲线,（2）求IBQ, 利用近似公式得： IBQ= (7.50.7)/1200.06(mA)=60A 则IB=60A的这条输出特性曲线与直流负载线的交点，就为静态工作点Q。, 从该点向下画垂直点画线，就可得到UCEQ=2V。 从Q点向左画水平点画线，即
12、可得到ICQ=1.9mA。,4需要说明的问题 5作交流负载线 作交流负载线通常分为不接输出负载电阻RL和接输出负载电阻RL时2种情况。,（1）不接输出负载RL, 当图2-9（a）所示电路不接输出负载RL时，如图2-9（b）所示，放大器的交流通路和直流通路是一样的，且交流负载RL就等于直流负载RC。 因此，交流负载线与直流负载线处于重合状态。,（2）接输出负载RL, 当图2-9（a）所示电路接上输出负载RL时，由于耦合电容C2隔直流的作用，对放大电路的静态值不产生影响，故静态工作点和直流负载线不会因接上RL而产生变化。 但对放大器的交流通路影响较大。, 当图2-9（a）改画成图2-12（a）所示
13、交流等效电路时，从中可看出，接入RL后的交流总负载为 RL=RC/RL= RCRL/(RC+RL),图2-12 交流等效电路及画交流负载线示意图,6画各极电压、电流波形, 这里以图2-9（a）所示电路为例，来介绍各极电流、电压波形的画法。,（1）根据ui由输入特性画出ib的波形, 首先在输入特性曲线上，根据IBQ=60A向上作一条水平点划线，如图2-13（a）所示，即可在粗黑曲线上得到一点Q，从这一点向下垂直画点划线，即可在uBE水平轴上得到uBEQ。 这就是静态工作点Q的坐标，即Q（IBQ，UBE），如图2-13（a）所示。, 再根据输入电压ui的波形画出相应的基极电流ib的波形。, 设ui
14、=30sintmV，如图2-13（b）所示，则加在三极管VT1的b-e结间的电压为 uBE=UBEQ+ui=(650+30sint)mV （2-8） 这样，在ui的控制下，会使iB在IBQ的基础上叠加一个按同样规律变化的交流电流ib。, 当t=0时，ui=0，由式（2-8）知 uBE=UBEQ=650mV 相应的iB=IBQ=60A，对应在输入特性曲线（见图2-13（a）上就是Q点。, 当t=T/4时，uI=Uim=30mV，对应在输入特性曲线（见图2-13（a）上，Q点变到A点，iB变化到IBQ+ Ibm =60+20=80A。 这样，在图2-13（c）所示的iB-t坐标系中，在t=T/4的
15、地方标上iB的数值80A。, 采用同样的方法，可以逐点求出对应于不同输入电压瞬时值时的基极电流，最后用黑粗线将各点连接好，即可得到图2-13（c）所示的iB的波形。, 由图2-13可见，iB是在IBQ的基础上随ui的变化而变化的，而且它们的变化规律是一样的，这样在输入特性曲线上确定出基极电流变化的幅度为20mA。 因此，这时的基极电流iB是在IBQ的基础上叠加一个正弦分量20sintmA。,图2-13 根据ui由输入特性画iB波形示意图,（2）根据iB由输出特性画出iC和uCE的波形, 将交流负载线和输出特性曲线结合在一起，就可以画出iC和uCE的波形。, 首先作直流负载线，并确定静态工作点Q
16、，接着用前面介绍的方法作交流负载线。 根据图2-9（a）所示的参数RC=3k，RL=0.91k，可求得 RL= RC/RL=30.91/(3+0.91)0.7（k）, 根据上面学过的计算公式，可求得图2-14（b）中的线段MN所代表的电压值为 UMN=ICQRL =1.90.7=1.33（V） 由式（2-7）可得 uCE= UCEQ+ ICQRL =2+1.33=3.33（V） 即N点的坐标（3.33V，0）。, 这样，只要连接N点与Q点并延长就得到交流负载线。 再根据输入信号由输入特性确定iB的变化范围，如图2-13所示。, 根据基极电流的交流分量画iC、uCE波形，具体方法是根据某一时间t的iB数值，找出对应于这个iB的iB-uCE曲线和
