电子技术基础(第二版)第2章

第2章基本放大电路2.1基本放大电路的概念及工作原理2.2基本放大电路的静态分析2.3基本放大电路的动态分析2.4共集电极放大电路2.5功率放大器和差动放大电路简介2.6放大电路中的负反馈

了解放大电路的基本概念及结构组成；熟悉低频小信号放大电路、功率放大器的工作原理；掌握静态工作点的估算法；理解反馈对放大电路性能的影响。学习目的与要求2.1基本放大电路的概念及工作原理

放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。

所谓“放大”，是指将一个微弱的电信号，通过某种装置，得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实质是电路对电流、电压或能量的控制作用。扬声器负载输入信号源扩音器中放大电路的组成为放大器提供能量的直流电源RS+－US放大电路+－u0i0话筒送来的微弱音频信号ui放大电路微弱输入小信号uiu0幅度大大增强的输出信号u0

放大电路的放大作用，实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输入信号的作用则是控制这种转移，使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。

放大电路的核心元件是晶体管，因此，放大电路若要实现对输入小信号的放大作用，必须首先保证晶体管工作在放大区。晶体管工作在放大区的外部偏置条件是：其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源，并配以合适的偏置电路来实现的。

电子技术中以晶体管为核心元件，利用晶体管的以小控大作用，可组成各种形式的放大电路，基本放大电路的形式分以下三种组态：＋

u0－＋

ui－bce＋

u0－＋

ui－bec＋

u0－＋

ui－bec共射组态放大电路共集电组态放大电路共基组态放大电路

无论放大电路的组态如何，其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。

基本放大电路的核心元件是晶体管，放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶体管的电流放大作用显然无法完成。必须在放大电路中设置直流电源，并保证晶体管工作在线性放大区。因此，放大电路必须具备的条件是：①

核心元件晶体管必须发射结正偏，集电结反偏；②

输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电路，以保证晶体管的以小控大作用；③

输出回路的设置应保证晶体管放大后的电流信号能够转换成负载需要的电压形式；④

不允许被传输小信号放大后出现失真。1.放大电路的组成原则

共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：3DG6管RBUBBC1+RCUCCC2+放大电路的核心元件——三极管输入回路耦合电容基极电阻基极电源集电极电阻为放大电路提供能量的直流电源输出回路耦合电容

上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。2.共射放大电路的组成及各部分作用

实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，各部分的作用分别如下：晶体管的作用是把放大电路输入的小电流进行放大，并控制能量转移向放大电路提供能量，保证晶体的放大作用。

基极偏置电阻的作用是为放大电路提供合适的静态工作点，保证晶体管工作在放大区。输入耦合电容的作用是通交隔直。一方面防止放大电路内直流部分对输入的影响，另一方面让输入交流信号顺利通过。输出耦合电容的作用是隔离放大电路内部的直流和让放大的交流信号顺利输出。集电极电阻的作用是将放大后的集电极电流转换成电路所需的电压输出。3DG6管RBC1+RCC2++UCC3DG6RBC1+RCC2++UCCcebuiu0ibiCuCEiBIB基极固定偏置电流放大后的集电极电流

iC通过RC将放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。uCE经C2滤掉了直流成分后的输出电压信号电流和基极固定偏流的叠加显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。uit0输入交流信号电流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCu0t0反相！输入信号电压3.

共射放大电路的工作原理

需放大的信号电压ui通过C1转换为放大电路的输入电流，与基极偏流叠加后加到晶体管的基极，基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用引起集电极电流iC变化；iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即：uCE=UCC-iCRC

放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采用大写英文字母。例如：基极电流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；总量用iB表示。

由上式可看出：当iC增大时，uCE就减小，所以uCE的变化正好与iC相反，这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分，耦合到输出端的交流成分即为输出电压u0。若电路参数选取适当，u0的幅度将比ui

幅度大很多，亦即输入的微弱小信号ui被放大了，这就是放大电路的工作原理。

输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。直流分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。C1+C2+ICUBE放大电路的直流通道UCE3DG6RBRC＋UCCcebIC=βIBUCE=UCC－ICRCIB=RBUCC-UBE直流下耦合电容C1、C2相当于开路，由直流通道求工作点上的IB：IB由图可得由晶体管放大原理可求得IC：由图又可求得工作点上UCE：式中ICRC前面的负号表示输出电压与集电极电流IC反相。1.放大电路静态分析的估算法2.2基本放大电路的静态分析分析UBE(V)IB0.5V0.7V死区uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t4

此时ui小于死区的部分将无法得到传输，只有大于死区的部分才能转换成电流ib通过晶体管。由于输入信号大部分无法通过晶体管，ib电流波形与ui波形完全不一样了，造成输入信号输入时的严重“截止失真”。输入信号电压波形假如不设置静态工作点不设置静态工作点行吗？结论：为保证传输信号不失真地输入到放大器中得到放大，必须在放大电路中设置静态工作点。

利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法称为图解法。其分析步骤一般为：2.用图解法确定静态工作点a.按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：uBEiBiCuCEb.画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。由放大电路的直流通道可得：UCEICIEIBUBERBRC＋UCCcebUCE=UCC－ICRC令UCE=0，可得：IC=UCC/RC令IC=0可得：UCE=UCCICUCEUCCRCUCC连接两点作出直流负载线c.确定静态工作点只有IBQ对应的交点才是Q点QIBQ直流负载线上交点有多个ICIEIBUBEUCERBRC＋UCCceb已知放大电路直流通道中UCC=10V，RB=250kΩ，RC=3kΩ，β=50，试求该放大电路的静态工作点Q。解IB=37.2μA所以静态工作点Q：IC=1.86mAUCE=4.42V例注意：计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！固定偏置的放大电路存在很

温度T↑→Q点↑→IC↑→UCE↓→VC↓ICUCEQ

若温度上升，将造成输出特性曲线上移。静态工作点Q随之上移Q'如果VC<VB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。分析上述固定偏置共射放大电路有哪些不足？大的不足。例如当晶体管所处环境温度升高时，晶体管内部载流子运动加剧，因此将造成放大电路中的各参量将随之发生变化。为不失真地传输信号，实用中需对上述电路进行改造。分压式偏置的共发射极放大电路可通过反馈环节有效地抑制温度对静态工作点的影响。3.

分压式共射放大电路静态工作点的估算RCC2＋CE＋C1＋对固定偏置的放大电路进行改造。3DG6cbeRBRE+UCCRB2RB1分压电阻射极反馈电阻射极旁路滤波电容为稳定工作点Q而添加的负反馈环节分压电阻

分压式偏置的共发射极放大电路由于设置了反馈环节，因此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。分压式共射放大电路稳定Q点作用说明RCC2＋CE＋C1＋3DG6cbeRE+UCCRB2RB1

此电路就是能够抑制温度影响而引起静态工作点变化的分压式偏置的共发射极电压放大电路。

这种分压式偏置的共发射极基本放大电路需要满足I1I2的小信号条件。

在满足I1I2>>IB的小信号条件下，当温度发生变化时，虽然也要引起IC的变化，但对基极电位没有多大影响。实际模拟电子线路中，设计流过RB1和RB2支路的电流远大于基极电流IB，因此可近似把RB1和RB2视为串联，串联可以分压，根据分压公式可确定基极电位：I1I2

直流分析时，此电路需满足I1≈I2>>IB的小信号条件。C2＋C1＋CE＋RC3DG6cbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBVB显然VB的大小与温度无关。分压式偏置共射放大电路的直流通道

偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合：I1≈I2>>IB的条件。在小信号条件下，IB可近似视为0值。

忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：

上述分析步骤，就是分压式偏置的共发射极电压放大电路求解静态工作点的估算法。显然，基极电位VB的高低对静态工作点影响非常大。UBERCβcbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBVBIEICUCEICUCE

基极电位VB的高低对静态工作点Q的影响

设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位VB选择偏高或偏低时，Q点随之上移或下行。设VB较高时：Qibu0

Q点的上移造成放大过程中信号的一部分进入饱和区，发生饱和失真，集电极电流上削波。

放大电路输出电压同样产生饱和失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈下削波。结论：

输入信号波形iCVB值大Q点高，饱和失真！ICUCE

基极电位VB设置较低时对Q点的影响

VB设置的高低，取决于两个基极偏置电阻的数值选择，当RB1太大时，VB值就会较低，引起静态工作点Q下行：Qib

输入信号波形

Q点下行造成放大过程中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，集电极电流呈下削波。iCu0

放大电路输出电压同样产生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈现上削波。结论：VB值小Q点低，截止失真！

通过分析可知，交流放大电路中如果不设置静态工作点，输入的交流信号就无法全部通过放大电路，造成传输过程中信号的严重失真；若静态工作点设置不合适，同样会发生传输过程中的饱和失真和截止失真。

设置合适的静态工作点显然是放大电路保证传输质量的必要条件，其设置的原则是：保证正常的输入信号不失真的输出且保证静态工作点的相对稳定。

分压式偏置的共射放大电路显然可以实现上述原则。通过选择合适的分压电阻RB1和RB2，可获得一个恰当的基极电位VB值，以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏。这样，在信号传输的过程中晶体管就会始终工作在放大区，使放大电路正常工作。电路中的反馈电阻RE则起到了稳定工作点的作用，从而抑制了由于温度变化对放大电路产生的影响。学习与归纳3.3基本放大电路的动态分析

放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态时，放大电路输入的是交流微弱小信号；电路内部各电压、电流都是交直流共存的叠加量；放大电路输出的则是被放大的输入信号。性能指标分析就是要求解有信号输入时放大电路的输入电阻ri、输出电阻r0及电压放大倍数Au等指标。CE＋RC+UCCRB1RB1RCcbeRLRB2T＋RSuS－C2＋C1＋RE分压式偏置共发射极放大电路输入信号源放大电路负载电源为0时可视为“地”电容相当于“交流短路”RB1相当于接于基极与“地”之间RC相当于接于集电极与“地”之间分压式偏置共发射极放大电路的交流通道

由于发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共发射极组态的放大电路。电容CE在电路中起何作用？+UCCCERERB1RB2C2RC＋C1＋T＋cbe

电容CE的作用：交流通路中，射极电容将反馈电阻短路，则Au不受影响。如果把射极电容去掉，对电路会产生何影响？如果把射极电容CE去掉，交流通道反馈电阻RE仍起作用，则IE减小，rbe增大，负载不变情况下，电压放大倍数Au降低。动态分析的方法通常采用微变等效电路法。微变等效电路法

微变等效电路法就是在满足小信号条件下，将晶体管线性化，把放大电路等效为一个近似的线性电路，然后应用线性电路的求解方法求出ri、r0、Au的方法。RB1RCcbeRB2T

一般情况下，由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。βibibRB1RCRB2rbe晶体管的微变等效电路。其中rbe是晶体管输入端的等效电阻，受控电流源相当晶体管的集电极电流。显然微变等效电路反映了晶体管电流的以小控大作用。图中：晶体管交流输入等效电阻RB1RCRB2rbe微变等效电路法βibib晶体管的微变等效电路iiuiu0i0=0iC基极电流集电极电流放大电路的输入电压和电流放大电路的输出电压和电流电路交流等效输入电阻：ri=rbe//RB1//RB2由于小信号电路有RB1和RB2>>rbe，所以

ri≈rbe

显然交流等效输出电阻：r0=RC电路中电压放大倍数：若电路接入负载，则电路的电压放大倍数：微变等效电路的画法说明共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为：式中负号反映了输出电压与输入电压的反相关系显然，放大电路带上负载后，其电压放大倍数将降低。负载越大，RL'等效电阻越小，放大倍数下降越多。

共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大，因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多，说明这种放大电路的带负载能力不强。图示电路，已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。（1）用估算法计算静态工作点例解2.5功率放大器和差动放大电路简介扩音系统功率放大电压放大信号提取

被放大后的模拟信号在推动实际负载时需要较大的功率，能完成此任务的器件就是功率放大器

。

例执行机构何谓功率放大器？功率放大器的作用：

用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。

差动放大电路又叫差分电路，它不仅能够有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，常被用作多级放大器的前置级。下图所示是集成运放结构示意图。差动放大电路差动输入级中间放大级输出级ui+_u0偏置电路

集成运放的输入级通常采用差动放大电路，输入级又称作前置级，是决定运放性能好坏的关键。1.功率放大器的分类（1）按工作状态分类①甲类放大器：这种功放的工作原理是输出器件晶体管始终工作在传输特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动，这种功放失真小，但效率低，约为50%，功率损耗大，一般应用在家庭的高档机较多。②乙类放大器：两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半个周期内导通，另半个周期内截止。该类功放效率较高，约为78%，但缺点是容易产生交越失真。③甲乙类放大器：兼有甲类放大器音质好和乙类放大器效率高的优点，被广泛应用于家庭、专业、汽车音响系统中。功率放大器的分类说明（2）按功能分类①前级功放：主要作用是对信号源传输过来的节目信号进行必要的处理和电压放大后，再输出到后级放大器。②后级功放：对前级放大器送出的信号进行不失真放大，以强劲的功率驱动扬声器系统。除放大电路外，还设计有各种保护电路，如短路保护、过压保护、过热保护、过流保护等。前级功放和后级功放一般只在高档机或专业的场合采用。③合并式放大器：将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用范围较广。

目前功放的发展趋势倾向于采用无输出变压器的OTL功率放大电路和无输出电容的OCL功率放大电路。2.功率放大器的特点及主要技术要求（1）效率尽可能高

（2）具有足够大的输出功率（3）非线性失真尽可能小（4）散热条件要好

功放通常工作在大信号情况下，所以输出功率和功耗都较大，效率问题突显。我们期望在允许的失真范围内尽量减小损耗。

为获得最大的功率输出，要求功放管工作在接近“极限运用”状态。选用时应考虑管子的三个极限参数ICM、PCM和U(BR)CEO。

处于大信号工况下的管子不可避免地存在非线性失真。但应考虑在获得尽可能大的功率输出下将失真限制在允许范围内。

功放管工作在“极限运用”状态，因而造成相当大的结温和管壳温升。散热问题应充分重视，应采取措施使功放管有效地散热。3.功放电路中的交越失真上图所示为乙类功率放大电路VT1RLu0＋VCC-iL+VT2iC1-VCCiC2ui-+ui/V

ωt00.6-0.6u0/V

ωt00.6-0.6过零处的交越失真

电路中两个管子在信号周期内交替工作，各自产生半个周期的信号波形。由于两管工作时存在死区“交越失真”现象说明与一般电压放大器相比，功放电路在性能要求上有什么不同点？

何谓“交越失真”？哪种电路存在“交越失真”？如何克服“交越失真”？

能说出甲类、乙类和甲乙类三种功放电路的特点吗？

检验学习结果4.差动放大电路（1）零漂现象直接耦合的多级放大电路，当输入信号为零时，由于温度的变化、电源电压的波动以及元器件老化等原因，使放大电路的工作点发生变化，这个不为零的、无规则的、持续缓慢变化量会被直接耦合的放大电路逐级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动，这种现象称为零点漂移，简称零漂或温漂。ui=0RC1R1VT1+UCCuO≠0RC2VT2R2RE2uOt0零漂有时会把有用信号淹没

为了抑制“零漂”，必须采用相应措施，其中最有效的措施就是采用差动放大电路。

（2）差动放大电路RC1RC2＋VCC＋u0－Re－VEE＋ui2－＋ui1－＋u02－＋u01－VT1VT2

差动放大电路由两个对称的共射基本放大电路组成。其中VT1、VT2是两个特性完全相同的晶体管，两管基极信号电压ui1、ui2大小相等、相位相反。①差模信号RC1RC2＋VCC＋u0－Re－VEE＋ui2－＋ui1－＋u02－＋u01－VT1VT2

差动放大电路这种双端输入方式称为差模输入方式，所加信号称为差模信号，差模信号是放大电路中需要传输和放大的有用信号，用uid表示，数值上等于两管输入信号的差值：uid=ui1－ui2

两个输入端信号之间的差值实际上就是加在多级放大电路输入级的信号电压，信号电压的差值只要不为零时才能进行放大和传输。显然，差动放大电路放大的是两个输入端信号的差值，所以又称为差分放大电路。②共模信号

温度变化、电源电压波动等引起的零漂电压，折合到放大电路输入端，相当于在放大电路输入端加了“共模信号”，外界电磁干扰对放大电路的影响也相当于在输入端加上了“共模信号”。可见，所谓的共模信号对放大电路是一种干扰信号。因此，放大电路对共模信号不仅不应放大，反而应当具有较强的抑制能力。RCRC＋VCC＋u0－Re－VEE＋ui1－VT1VT2RBRBRL＋ui1－

温度发生变化时，差动放大电路输入端相当于加了一个共模信号，此时两管对共模信号产生的电流，其变化规律相同，两管集电极电压漂移量也完全相同，从而使双端输出电压始终为零。也就是说，依靠差动放大电路的完全对称性，使两管的零漂在输出端相抵消。因此，零点漂移被抑制。RCRC＋VCC＋u0－Re－VEE＋ui1－VT1VT2RBRBRL＋ui1－“差模信号”和“共模信号”说明检验学习结果什么是零漂现象？零漂是如何产生的？采用什么方法可以抑制零漂？功放和普通放大电路相比，有何不同？对功放电路有哪些特殊的技术要求？

何谓交越失真？采取什么方法可以消除交越失真？何谓差模信号？何谓共模信号？

2.6放大电路中的负反馈

从放大电路输出回路中取出部分或全部的输出信号，通过适当的途径回送到输入端，对输入信号进行调控的过程称为反馈。基本放大电路A取样Xid叠加X0Xi反馈电路FXF

基本放大电路的净输入信号放大电路输出信号

反馈信号放大电路输入信号负反馈放大电路的方框图1.反馈的基本概念

反馈分有正反馈和负反馈两种形式：能使净输入信号增强的反馈称为正反馈；使净输入信号削弱的反馈称为负反馈。放大电路中普遍采用的形式是负反馈。

根据反馈网络与基本放大电路在输出、输入端连接方式的不同，负反馈放大电路的反馈形式可分为四种类型：1、电压串联负反馈；2、电压并联负反馈；3、电流串联负反馈；4、电流并联负反馈。2.负反馈的基本类型及其判别判断反馈类型的方法：凡反馈信号取自输出电压信号的称电压反馈；凡反馈信号取自输出电流信号的称电流反馈。凡反馈信号在输入端与输入信号相串联的称为串联反馈，凡反馈信号在输入端与输入信号相并联的称为并联反馈。反馈形式判断举例ui电压反馈电压串联负反馈u0RLFA串联反馈ui电压反馈电压并联负反馈u0RLFA并联反馈ui电流反馈电流串联负反馈i0串联反馈RLFAui电流反馈电流并联负反馈并联反馈RLFAi0

判断反馈的极性是正反馈还是负反馈采用瞬时极性法：

判断时，通常把射极旁路电容、隔直电容视为短路，把晶体管的极间电容看作开路，设在某一瞬时增量的影响下，反馈使净输入量减弱即为负反馈；反馈若使净输入量增强的则为正反馈。

需要指出的是：放大电路中的反馈都是负反馈，集成运放的线性应用中也都是采用的深度负反馈