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1、第2章 基本放大电路,2.1 放大电路工作原理 2.2 共射极放大电路的静态与动态分析 2.3 共集电极电路和共基极电路 2.4 场效应管放大电路 2.5 多级放大电路 2.6 放大电路的频率响应,单管放大电路是构成各种放大器的基本单元电路。本章从共发射极电路入手，阐明放大电路的组成及放大电路的工作原理。利用电子电路中最常用的分析方法图解法和微变等效电路法，分析单管共射电路的静态工作点及其动态技术指标。同时对另外两种组态共集电极电路和共基电路进行了静态和动态分析，并对3种不同组态的电路进行了对比分析。,在双极型放大电路的基础上，介绍单极型场效应管构成的放大电路，并对其进行静态和动态的分析。 由
2、两级及两级以上的放大电路组合在一起，就构成了多级放大电路。,2.1 放大电路工作原理,放大电路的用途非常广泛，无论是小的收音机、扩音器或者是大的控制设备，其中都有各式各样的放大电路，比如扩音器就是一个把微弱的声音放大的放大器。话筒将声音信号转变成微弱的电信号，经过放大电路将电源提供的能量转换为较强的电信号，驱动扬声器还原成为放大了的声音信号。,半导体三极管的基极电流对集电极电流有控制作用，场效应管的栅源电压对漏极电流也有控制作用，利用这两种器件的控制作用，可以由能量较小的输入信号来控制为电路提供能源的直流电源，使之在输出端输出较大的能量。通常将能够实现能量控制作用的器件称为有源器件，有源器件是
3、构成放大电路的核心器件。,2.1.1放大电路的组成 在图2.1(a)所示的单管共射放大电路中，NPN型三极管V是核心器件，它起着电流放大作用；UCC是集电极直流电源，它能保证集电结反向偏置，并为输出信号提供能量；RC是集电极负载电阻，它将变化的集电极电流转换为变化的集电极电压传递到放大电路的输出端；UBB是基极回路的直流电源，它保证发射结正向偏置，并通过RB给基极一个合适的偏流。电容C1和C2在这里起“隔直流、通交流”的作用，通常称它们为隔直电容或耦合电容。,图2.1单管共射极放大电路,2.1.2放大电路的主要性能指标 为了衡量一个放大器的性能，通常用若干个技术指标来定量描述。常用的技术指标有
4、电压放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、最大输出幅度、非线性失真系数、通频带、最大输出功率及效率等。下面介绍放大电路的几个主要性能指标。,1. 电压放大倍数 2. 输入电阻 3. 输出电阻 4. 最大输出幅度 5. 非线性失真系数 6. 通频带 7. 最大输出功率及效率,2.1.3直流通路和交流通路 半导体三极管或场效应管是组成放大电路的核心器件，而它们的特性曲线均是非线性的，因此，在对放大电路进行分析计算时，非线性问题是首先要解决的问题。工程上常用的解决方法有如下两种。 图解法：在承认有源器件的特性曲线为非线性的前提下，通过在特性曲线上作图的方法来求解。, 微变等效电路法：在一个微小的变化范围内，
5、把有源器件的特性曲线近似认为是线性的，由此找出其等效的线性电路及相应的微变等效参数，将非线性电路等效为相应的线性电路，从而可以应用线性电路的各种定理、定律来对放大电路进行定量分析计算。分析的过程一般是先进行静态分析（分析未加输入信号时电路中各处的直流电压和直流电流），再进行动态分析（加上交流输入信号时放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。,静态分析的对象是电路中的直流成分，动态分析的对象是电路中的交流成分，所以为了分别进行静态分析和动态分析，通常要将放大电路的直流通路和交流通路分别画出。下面看看放大电路的直流通路和交流通路在画法上有何不同。,由于放大电路中存在电抗性元件，而电抗性元件
6、的阻抗与频率有关，比如电容C，容抗大小为1/C，在信号频率很低（如直流）时，呈现出很大的阻抗，因此不允许直流信号通过（隔直流）；在信号频率较高时，只要电容值足够大，就可认为电容上的压降可以忽略不计（通交流），作短路处理。,2.2 共射极放大电路的静态与动态分析,当放大电路没有输入信号（UI=0）时，在直流电源UCC的作用下，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在静态工作情况下，半导体三极管各极的直流电压和直流电流的数值，将在半导体三极管的特性曲线上确定一个点，这个点称为静态工作点，通常用Q来表示。,当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变化的
7、状态，此时电路处于动态工作状态，简称动态。下面将对共射极放大电路的静态和动态工作情况分别进行分析。,2.2.1静态工作情况分析 对于放大电路的静态工作情况，可以近似地进行估算，也可以采用图解分析法，静态分析的对象是放大电路的直流通路。 1. 静态工作点的近似估算 2. 图解法分析静态,注意：要使一个放大器有较好的性能，设置一个合适的静态工作点是至关重要的。若工作点选择过高或过低，输出信号就很容易失真了。,2.2.2动态工作情况分析 1. 图解法分析动态 当输入端接入正弦信号时，电路将处于动态工作情况，可以根据放大电路的交流通路来进行动态情况分析。,2. 微变等效电路法分析动态 用图解法分析电路
8、的动态工作情况，虽然比较直观和形象，但不便于定量分析计算，要对放大电路进行定量的分析计算，就必须解决电路中有源器件的非线性问题。如果在一个微小的工作范围内，三极管各极电压、电流变化量之间的关系近似是线性的，从而可以把三极管这个非线性元件所组成的电路用一个等效的线性电路来代替，这个等效电路端口电压、电流的变化关系与原来三极管构造的双口网络一样。这样的线性电路称为三极管的微变等效电路。,三极管的线性等效电路有多种形式，在低频范围内应用最多的是H参数（混合参数）等效电路，见图2.6。,图2.6 H参数等效电路,放大电路的多项重要技术指标都与其静态工作点的位置有密切关系，如果静态工作点不稳定，则放大电
9、路的性能将发生改变，因此在放大电路设计时，保持稳定的静态工作点，是一个十分重要的问题。,三极管是一种对温度很敏感的元件，温度对三极管的影响主要体现在以下几个方面。 （1）温度变化对反向饱和电流ICBO的影响 （2）发射结电压UBE随温度变化的影响 （3）电流放大系数随温度变化的影响,2.3 共集电极电路和共基极电路,在前面的电路分析中，均以共射极单管放大电路为例来讨论。而三极管有3个引出电极，根据所选输入端、输出端以及公共端的不同，放大电路可以有3种基本的连接方法，这3种接法也称为3种基本组态。前面把以射极为公共端的接法称为共射组态,则其它的两种组态分别是共集组态和共基组态。下面将介绍共集组态
10、和共基组态，并对3种基本组态进行对比分析和比较，进一步了解它们的应用特点。,2.3.1共集电极电路 图2.9（a）是一个单管共集电极放大电路，由于它的输入信号连接三极管的基极，输出信号从发射极引出，集电极作为输入信号和输出信号的公共端，所以属于共集组态，又称射极跟随器。,图2.9共集电极放大电路,1. 静态分析 共集电极放大电路电压放大倍数小于1，但接近于1，且输出电压与输入电压同相，所以又叫射极跟随器；射极跟随器的输入电阻较共射形式有大大的提高，所以它对信号源的驱动电流要求很低；同时，射极跟随器的输出电阻很低，能够向负载提供的驱动电流大，故带负载能力较强。,2.3.2共基极电路 图2.10(
11、a)表示共基极放大电路的原理电路，图2.10（b）是它的等效电路，从等效电路可见，输入电压加在发射极与基极之间，输出电压加在集电极与基极之间，基极是输入和输出的公共端子，故它属于共基组态。,图2.10共基极放大电路,2.3.3 3种基本组态的比较 依照前面的分析，将共射、共集和共基3种基本组态的电路性能特点加以比较。并将这3种电路的实际应用情况做一小结。 共射电路具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，输入电阻和输出电阻值也适中，所以被广泛地用作各种低频放大器的输入级、中间级或输出级。, 共集电路的电压放大倍数虽然略小于1，但它有电流放大能力。并且由于其输入电阻很高，输出电阻很低这些特点，常常可
12、以作为连接高内阻信号源的输入级或驱动大负载的输出级，常用的功率放大电路均采用这种射随器的电路形式。, 共基电路的主要特点是它的输入阻抗特别低，三极管的发射结上的电容效应就不明显，这样信号在很宽的频率范围内变化时，电路的放大性能基本可以保持不变，所以共基组态常用于宽频带放大器中。,2.4 场效应管放大电路,2.4.1共源极放大电路 场效应管要组成放大电路和晶体管一样，要有合适的偏置电压条件，才能建立合适的静态工作点。根据场效应管的特点，可以依据单管共射电路的结构形式，组成共源极放大电路。,图2.11共源极放大电路,分析共源极放大电路。 1. 静态分析 2. 动态分析 动态分析的目的是确定放大电路
13、的一些动态性能指标，如电压放大倍数Au，输入电阻Ri及输出电阻RO等。同样，可以采用微变等效电路的方法来对场效应管构造的放大电路进行动态分析。,2.4.2 共漏极放大电路 图2.14（a）所示电路为共漏极放大电路，又称为源极输出器，与晶体管构成的射随器有相似的特点：电压放大倍数小于1但接近于1；输入电阻高；输出电阻低等。 1. 静态分析 2. 动态分析,图2.14共漏极放大电路,当然，和晶体管放大电路相似，场效应管放大电路也有3种组态，即共源、共漏和共栅组态，但共栅组态的特点是输入电阻小，而场效应管放大电路最大的优势在于其高输入电阻这点上，故共栅组态一般不常用，这里就不再介绍。,2.5 多级放
14、大电路,前面讨论的都是由单个管子构成的单级放大电路，它的放大倍数一般为几十倍，而实际应用的电子设备中，要求的电压放大倍数往往很大，因此需由若干单级放大级串接在一起，构成多级放大电路，如图2.15所示。,图2.15多级放大电路一般结构框图,在多级放大电路中，输入级经常采用具有较高输入电阻的共集电路或场效应管放大电路，且器件多采用低噪声管；中间级多由若干级共射放大电路组成，以获得较大的电压放大倍数；输出级应有一定的输出功率，因而通常采用大信号放大电路功率放大电路形式。,多级放大电路中各级之间的连接方式称为耦合方式，耦合应满足如下条件。 各级电路都应该有合适的静态工作点，以免信号失真。 前级信号尽可
15、能多地传递给后级放大器中，尽量减少信号损失。 多级放大电路中常见的耦合方式有前面介绍过的阻容耦合式，还有直接耦合式、电隔离耦合式（变压器耦合、光电隔离耦合）。,2.5.1多级放大电路的耦合方式 1. 阻容耦合方式 阻容耦合方式的多级放大电路，如图2.16所示，是通过电容和后级的输入电阻（或负载）实现前后级耦合的，耦合电容起“隔直流通交流”的作用。因此各级静态工作点彼此独立，互不影响，只要耦合电容的容量较大，前级信号就能在一定的频率范围内几乎无衰减地传送到下一级，当然此电路形式不适于放大缓慢变化的信号和直流信号，通常称其为“交流放大器”。由于大容量的电容难于集成，所以这种方式无法在集成电路中采用
16、。,图2.16阻容耦合的多级放大电路,2. 电隔离耦合方式 变压器耦合方式：两级放大电路之间通过变压器连接起来，如图2.17（a）所示，通过变压器的磁路耦合将原边的前级交流输出传送到副边作为后级的输入，如果输出级电路与负载之间采用变压器耦合形式，还可以实现阻抗变换的作用，音频功率放大电路中有时利用这一特点使负载获得尽量高的输出功率；,变压器耦合方式的多级放大电路是通过电磁电的转换实现耦合的，因此各级的静态工作点也是彼此独立，互不影响的。当然变压器耦合方式的多级放大电路也有很多缺点，比如变压器体积大，笨重且难于集成，频率特性差，并且频率太低的信号也不能通过变压器，因此，这种形式的电路目前已经很少使用。,图2.17电隔离耦合的多级放大电路,光电耦合方式：光电耦合方式是通过光电耦合器件实现的，如图2.17（b）所示。 光电耦合器件由发光二极管和光电三极管（又叫光敏三极管）构成。在光电耦合放大电路中，前级的负载就是发光二极管，前级输出电流的变化影响发光二极管的发光强弱，通过光耦合，使光电三极管输出电流也发生变化，经后级放大后，就有放大信号输出，因为光
