《电路基础》-项目5

学习目标要求1.知识要求(1)熟悉基本放大电路的组成，各元件的作用及工作原理;功率放大电路的门用，工作原理;多级放大电路的祸合方式及其特点;单级和多级放大电路的频全响应。(2)理解放大电路设置静态工作点的必要性;分压式偏置电路稳定静态工门点设计要求;放大电路中容易出现的失真问题及消除措施。(3)掌握基本放大电路静态工作点估算分析法;动态分析的微变等效分析法射极输出器的特点、应用及相关计算。2.能力要求(1)学会放大电路测量和调试的方法。(2)会使用简单放大电路。返回课时分配理论学时8+技能训练4返回5.1放大电路概述5.1.1放大的概念在生产实践和科学研究中，需要利用放大电路对微弱的信号放大，以便进行观察、测量和利用。例如，电视机天线收到的信号只有微伏级，必须经过放大后才能进行处理用来推动扬声器和显示器。所谓放大，从表面上看是将信号由小变大，实质上是通过晶体管的控制作用，把直流电转换为交流电输出，是能量转换的过程。放大电路(放大器)的作用就是将微弱的电信号不失真(在许可范围内)地加以放大。下一页返回5.1放大电路概述5.1.2放大电路的组成和分类1.放大电路的组成放大电路一般由放大器件、输入信号源、输出负载、直流电源和相应的偏置电路等部分组成。其中，放大器件是放大电路的核心，放大器件可以是双极型三极管、场效应管，也可以是多个管子或集成器件，入们习惯把只有一个放大器件(三极管或场效应管)的放大电路称作基本放大电路。输入信号源为放大电路提供电压输入信号或电流输入信号，其来源不同，例如，将声音变换为电信号的话筒，将图像变换为电信号的摄像管等。上一页下一页返回5.1放大电路概述输出负载就是执行器件，在输出信号的作用下完成各种具体的功能，例如，扬声器发出声音;直流电源和相应的偏置电路用来为放大器件(例如晶体三极管)提供静态工作点，以保证放大器件工作在线性放大区，直流电源同时还是整个电路和输出信号的能量来源。

2.放大电路的分类(1)为了达到一定的输出功率，放大器往往由多级基本放大电路组成。放大电路一般可分为电压放大和功率放大两种，电压放大器的作用主要是把信号电压加以放大;功率放大器除了要求输出一定的电压外，还要求输出较大的电流以驭动执行部件。上一页下一页返回5.1放大电路概述(2)根据放大信号的不同，放大电路又可分为交流放大器、直流放大器、脉冲放大器等。(3)三种组态:由于双极型三极管和场效应管有三个电极，小信号三极管或场效应管基本放大电路，有三种不同的连接方式(或称三种组态)。三极管基本放大电路有共(发)射极接法、共集电极接法和共基极接法，这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的公共端，而构成不同的放大电路，其中共(发)射极接法最为常用;场效应管基本放大电路有共源极接法、共漏极接法和共栅极接法，这三种接法分别以源极、漏极、栅极作为输入回路和输出回路的公共端，而构成不同的放大电路，其中共源极接法最为常用。上一页下一页返回5.1放大电路概述5.1.3放大电路的分析方法放大电路中既有直流信号又有交流信号，而电路中往往存在电感、电容等电抗性器件，直流信号和交流信号流经的路径是不一样的。直流信号通过的路径称为直流通路，交流信号通过的路径称为交流通路。在分析放大电路时，为了简便起见，往往把直流分量和交流分量分开处理，这就需要分别画出它们的直流通路和交流通路。在画直流通路和交流通路时，应遵循下列原则:上一页下一页返回5.1放大电路概述(1)对直流通路，电感可视为短路，电容可视为开路;(2)对交流通路，若直流电压源内阻很小，则其上交流压降很小，可把它看成短路;电容、电感器件视具体情况而定，若交流压降很小，可把它看成短路。放大电路分析包括两个方面的内容，根据直流通路分析直流工作情况(静态分析)以及根据交流通路分析交流工作情况(动态分析)。静态分析就是确定静态工作点，动态分析就是计算放大电路在有信号输入时的放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等。常用的分析方法有两种:图解法和微变等效电路法。上一页下一页返回5.1放大电路概述5.1.4放大电路的主要性能指标分析放大器的性能时，必须了解放大器有哪些性能指标。由于放大电路中既有直流成分又有交流成分，因而晶体管的各极电流、电压都有瞬时值，包含直流分量和交流分量，为了规范表示，下面以基极电流为例，介绍各种符号的含义。上一页下一页返回5.1放大电路概述其他电流、电压、功率等参量与此相同。放大器有一个输入端口，一个输出端口，所以从整体上看，可以把它当作一个有源二端口网络，各种小信号放大器都可以用图5.1所示的组成框图表示。图中u代表输入信号电压源的等效电动势，代表内阻。u、和

分别为放大器输入信号电压和电流的交流值,R,为负载电阻，u}。分别为放大器输出信号电压和电流的交流值。衡量放大器性能的指标很多，现介绍输入、输出电阻、放大倍数、频率失真和非线性失真等基本指标。上一页下一页返回5.1放大电路概述1.输入电阻和输出电阻(1)输入电阻在不考虑电抗性器件的情况下，定义放大器输入端信号电压对电流的比值为输入电阻，即对于输入信号源，，是负载，一般用恒压源时，总是希望输入电阻越大越好，因为可以减小输入电流，减小信号源内阻的压降，增加输出电压的幅值。

上一页下一页返回5.1放大电路概述(2)输出电阻r。对于输出负载R,，可把放大器当作它的信号源。在不考虑电抗性器件的情况下，放大器可以等效为一个电压源和一个电阻串联或者一个电流源和一个电阻并联，该电阻就是输出端的等效电阻，称为放大器的输出电阻，如图5.1中的，。r}是在放大器中的独立电压源短路或独立电流源开路、保留受控源的情况下，从R,两端向放大器看进去所呈现的电阻。因此假如在放大器输出端外加信号电压U，计算出由U产生的电流l}，则上一页下一页返回5.1放大电路概述当用恒压源时，放大器的输出电阻越小越好，就如同希望电池的内阻越小越好一样，因为可以增加输出电压的稳定性，改善负荷性能。注意，以上公式中所用的电压和电流值均为交流有效值，若考虑电抗性器件，输入电阻和输出电阻将是阻抗。2.放大倍数上一页下一页返回5.1放大电路概述放大倍数又称为增益，用来衡量放大器放大信号的能力。规定放大器输出量与输入量的比值为放大器的放大倍数，有电压增益、电流增益、功率增益等。

(1)电压放大倍数定义放大器输出信号电压有效值与输入信号电压有效值的比值为电压增益用Al。即上一页下一页返回5.1放大电路概述因此二者关系如下：(2)电流放大倍数电流放大倍数是指输出电流1有效值与输入电流1有效值之比，记为A;，即上一页下一页返回5.1放大电路概述(3)功率放大倍数功率放大倍数表示放大器放大信号功率的能力，定义为输出功率尸与输入功率尸之比，记为A，即A一尸〕/尸可以证明在实际工程上，放大倍数常常用dB(分贝)来表示，称为增益，定义如下:上一页下一页返回5.1放大电路概述3.最大输出幅度最大输出幅度表示放大器能提供给负载的最大输出电压或最大输出电流，用U},.,、表示。注意，只有输出波形在畸变的许可范围内最大输出幅度才有意义。

4.非线性失真晶体管的非线性伏安特性曲线决定了输出波形不可避免地要发生失真，称为非线性失真。当对应于某一特定频率的正弦波电压输入时，输出波形将发生畸变，含有一定数量的谐波。谐波总量与基波成分之比，称为非线性失真系数，它是衡量放大器非线性失真大小的重要指标。上一页下一页返回5.1放大电路概述5.频率失真和通频带因放大电路中有电容元件，晶体管极间也存在电容，有的放大电路还存在电感器件。因此对于不同频率的输入信号，放大器具有不同的放大能力。在工程上，一个实际输入信号包含许多频率分量，放大器不能对所有频率分量进行等增益放大，那么合成的输出信号波形就与输入信号不同。这种波形失真称为放大器的频率失真。频率失真是一种线性失真。放大倍数随信号频率而变化，相应的增益是频率的复函数，我们将幅值随ω变化的特性称为放大器的幅频特性，其相应的曲线称为幅频特性曲线;相角随ω变化的特性称为放大器的相频特性，其相应的曲线称为相频特性曲线。上一页下一页返回5.1放大电路概述一般来说，频率太高或太低放大倍数都要下降，只是在某一频率段才较高，且基本保持不变，设定此时放大倍数为一Atlll，当发大倍数下降为一A一/万时，所对应的频率分别称为上限频率f和下限频率f.。下限频率之间的频率范围称为放大器的通频带，用八表示，fbw-f1一电压放大倍数—A}ci—与频率的关系可用图5.2所示的曲线表示。通频带是一个十分重要的指标，要把这种失真限制在允许值范围内，则放大器频率响应曲线中平坦部分的带宽应大于输入信号的频率宽度。上一页下一页返回5.1放大电路概述6.最大输出功率Pn和效率η放大器的最大输出功率是指它能向负载提供的最大交流功率，用tuex表示。放大器的输出功率是通过晶体管的控制作用，把直流电转换为交流电输出的，我们规定放大器输出的最大功率与所消耗的直流电源功率PI之比为放大器的效率η，即如何提高功率放大器的效率，将在以后的功率放大器中进行详细讨论。以上只是对放大器的常用技术指标作一些简单讨论，除上述指标外，还有其他一些技术指标，例如噪声系数、信噪比、抗干扰能力、防震性能、重量和体积等方面。上一页下一页返回5.1放大电路概述【思考题】(1)简述放大电路中直流电源的作用。(2)简述放大电路的主要参数。上一页返回5.2双极型三极管基本放大电路5.2.1单管共射放大电路的基本组成和工作原理基本放大电路通常是指由一个晶体管构成的单级放大电路。根据输入、输出回路公共端所接的电极不同，实际有共射极、共集电极和共基极三种基本(组态)放大器。下面以最常用的共射电路为例来说明放大器的一般组成原理。1.基本组成及元器件的作用共射极放大电路如图5.3所示。电路中各元件的作用如下:下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(1)U二为直流电源(集电极电源)，其作用是为整个电路提供能源，保证三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。(2)R,为基极偏置电阻，其作用是为基极提供合适的偏置电流。(3)R为集电极负载电阻，其作用是将集电极电流的变化转换成电压的变化。(4)晶体管VT具有放大作用，是放大器的核心。不同的管子，具有不同的放大性能，并且有不同接法，但都必须保证管子工作在放大状态，产生放大作用的外部条件是，发射结为正向偏置，集电结为反向偏置。图5.3中，基极偏置电阻R,,集电极负载电阻R}.直流电源U}.晶体管VT构成固定偏流电路将晶体管偏置在放大状态。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(5)图中用内阻为R的正弦电压源U为放大器提供输入电压U、。输入信号通过电容C;加到基极输入端，放大后的信号经电容Cz由集电极输出给负载R。电容C,,C称为隔直电容或锅合电容其作用是隔直流通交流，即在保证信号正常流通的情况下，使交直流相互隔离互不影响。按这种方式连接的放大器，通常称为阻容锅合放大器。(6)符号“土”为接地符号，是电路中的零参考电位，本电路输入回路、输出回路都以射极为共同端，因此是共射极放大电路。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路2.直流通路和交流通路放大电路的定量分析主要包含两个部分:一是直流工作点分析，又称为静态分析，即在没有信号输入时，估算晶体管的各极直流电流和极间直流电压;二是交流性能分析，又称动态分析，即在有交流输入信号作用下，确定晶体管在工作点处各极电流和极间电压的变化量，进而计算放大器的各项交流指标，主要求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻三项性能指标。所谓直流通路，是指当输入信号u;一。时，在直流电源U二的作用下，直流电流所流过的路径。在画直流通路时，电路中的电容开路，电感短路。图5.3所对应的直流通路如图5.4(a)所示。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路所谓交流通路，是指在信号源u的作用下，只有交流电流所流过的路径。画交流通路时，图5.3放大电路中的祸合电容容抗很小，近似看为短路;由于直流电源U二的内阻很小，对交流变化量几乎不起作用，故可看作短路。图5.3电路的交流通路可画成如图5.4(b)所示。3.单管共射放大电路的工作原理在图5.3所示基本放大电路中，我们只要适当选取R,,,和U二的值，三极管就能够工作在放大区。下面我们以图5.3为例，分析放大电路的工作原理。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(1)无输入信号时，放大器的工作情况在图5.3所示的基本放大电路中，在接通直流电源U二后，当u;=0时，通过基极偏流电阻R,为晶体管提供发射结正偏电压U晶体管基极就有正向偏流1,流过，由于晶体管的电流放大作用，那么集电极电流寿一皿l，显然，晶体管集电极一发射极间的管压降为U}u:一U二一方此时，放大电路处于直流工作状态，称为静态。这时的发射结正偏电压Ulll、基极电流l,;、集电极电流1。和集电极发射极电压U二用Um:Q.loQ.表示，分别叫静态电压和静态电流。它们在三极管特性曲线上所确定的点就称为静态工作点，习惯上用Q表示。静态分析的日的就是通过直流通路分析放大电路中的静态工作点。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路图5.3所示放大电路所对应的直流通路如图5.4(a)所示，利用图5.4(a)可比近似估算其静态工作点。首先由图5.4(a)基极回路求出静态时基极电流Ilt:UI与二极管正向导通电压近似相等，三极管导通时，UI变化很小，可以近似认为是常数，对于小功率晶体管一般有上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路根据三极管各极电流关系，可求出静态工作点的集电极电流1c}再根据集电极输出回路可求出U二注意，上述求静态工作点的方法是假设晶体管工作在放大区的，若按照此法计算的Uc}太小，接近0或负值时(原因可能是R,太小)，说明集电结失去正常的反向电压偏置，晶体管接近饱和区或已经进入饱和区，这时β值将逐渐减小，或根本无放大作用，i}.尽i,不再成立，集电极电流和电压由外回路决定。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路以上分析的是晶体管为NPN型的情况，晶体管为PNP型的分析方法与NPN相同，但要注意电源和电流、电压的极性。上述直流通路只是偏置电路的一种，称为固定偏置电路，偏置方法还有多种，其他偏置方法在5.2.3探讨。(2)输入交流信号时的工作情况当在放大器的输入端加入正弦交流信号电压u时，电路中各电极的电压、电流都是由直流量和交流量叠加而成的，此时的工作状态又称为动态。工作过程如下:上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路u通过三极管的控制作用去控制三极管的2o，进而控制集电极电流补，在负载R},R,上形成压降使晶体管输出电压发生变化，最后经过C:的隔直输出交流电压u电路中各电极的电压、电流波形如图5.5所示，把输出电压u。和输入信号电压u进行对比，我们可以得到如下结论:①直流量和交流量共存于放大电路中。②输出电压和输入信号电压的波形相同，相位差为180˚，并且输出电压幅度比输入电压大。即共射极放大电路是反相放大器。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路4.放大电路组成原则通过上述实际电路分析可以看出，用晶体管组成放大器时应该遵循如下原则:(1)要有直流通路，并保证合适的直流偏置。必须将晶体管偏置在放大状态，并且要设置合适的工作点。工作点不合适，会造成输出波形失真。当输入为双极性信号(如正弦波)时，工作点应选在放大区的中间区域;在放大单极性信号(如脉冲波)时，工作点可适当靠向截止区或饱和区。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(2)必须设置合理的信号通路，即交流通路。当信号源以及负载与放大器相接时，一方面不能破坏已设定好的直流工作点，另一方面应尽可能减小信号通路中的损耗。(3)待放大的输入信号必须加到晶体管的基极发射极回路，因为u,;,对介有极为灵敏的控制作用。只有将输入信号加到基极发射极回路，使其成为控制电压u,;的一部分，才能得到有效地放大。(4)要保证变化的输入电压能产生变化的输出电流，变化的输出电流能转换为变化的输出电压，而且放大了的信号能从电路中取出。实际中，若输入信号的频率较高(几百赫兹以上)，采用阻容祸合则是较好的连接方式。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路【例5-1】估算图5.3放大电路的静态工作点。设U二=12V,R,.=3k},R,,=280k},上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路

【例5-2】判断图5.6所示电路是否具有电压放大作用。解:图(a)由于C;的隔直流作用，无输入直流通路。图(b)由于C;的旁路作用使得输入信号电压无法加入。图(c)由于没有Rc只有信号电流，无信号电压输出，或者说输出信号电压无法取出。图(d)发射结没有正向偏置电压。所以图5.6所示电路均无电压放大作用。5.2.2放大电路的分析方法上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路放大电路的分析常采用图解法和微变等效电路法。所谓图解法，就是利用晶体管的特性曲线以及电路伏安曲线，通过作图来确定静态工作点和放大倍数等;微变等效电路法就是在很小的变化范围内，把放大器件等效为线性器件，然后根据线性电路确定有信号输入时的放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等。图解法优点是直观，物理意义清楚，但过程烦琐，不易进行定量分析，在计算交流参数时比较困难，本节只介绍微变等效电路法，微变等效电路法适应于小信号放大器。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路用微变等效电路代替放大电路中的三极管，使复杂的电路计算大为简化。对不同的使用范围和不同的计算精度，可以引出不同的等效电路。下面仅介绍工程上常用的简化等效电路，其他请参阅有关资料。

1.三极管的简化微变等效电路

(1)三极管的输入回路等效静态工作点Q附近的小范围内，输入特性曲线可认为是一直线，如图5.7(a)所示。忽略△u}对输入特性的影响，从输入端b、e看，在小信号情况下，三极管就是一个线性电阻，即动态输入电阻上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(2)三极管的输出回路等效如图5.7(a)电路所示，当u},一定时，△补与△

成正比。忽略△u,对输出特性的影响，即△i〔与△

之比，称为三极管的电流放大倍数，即上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路综上所述，非线性的三极管可近似为线性元件，它的b与e之间为一个电阻rn}}c之间为一个受控电流源尽

，因此可画出晶体管的线性等效电路如图5.7(b)所示。我们称图5.7(b)为简化的三极管等效电路，在微小信号作用下的小动态范围内以及在合适的静态工作情况下，简化的三极管电路基本能反映实际电路的工作情况，足以满足工程计算的要求，本书分析以简化电路为准。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(3)三极管输入动态电阻，

的计算根据PN结伏安关系式及三极管的内部等效电阻，可近似得出b、e间的动态电阻其中，为基区的体电阻，，的阻值对于不同类型的三极管相差是较大的，高频大功率一般为几十欧姆，低频小功率三极管一般为几百欧姆，低频小功率三极管常取300Ω进行运算，则上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路2.单管共射放大电路的微变等效分析在三极管简化微变等效电路的基础上，以图5.8(a)单管共射放大电路为例讨论放大电路的微变等效分析方法。在交流情况下，由于直流电源内阻很小，常常忽略不计，故整个直流电源可以视为短路，电路中的祸合电容C;和C:在一定的频率范围内容抗很小，也可以视为短路，再将三极管简化微变等效电路替代放大电路中的三极管，就可以得到如图5.8(b)所示的放大电路微变等效电路。根据图5.8(b)等效电路，可以求电路的输入电阻，、输出电阻，和电压放大倍数A等技术指标。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(1)输入电阻从输入回路，可得输入电阻一般情况下，RI,W，所以，，、，(2)输出电阻r}由于当U=0时，1l,=0，从而受控源皿b-}}电流源作为开路，所以输出电阻为注意，因，常用来考虑带负载R,的能力，所以，求，

时不应含R,，应将其断开。(3)电流放大倍数A上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路由等效电路图5.8(b)可得，电流放大倍数为若不考虑R,在输入端的分流作用和负载R}.,R,在输出端的分流作用，则l;1,,,l}}l}.一皿}，电流放大倍数为β。(4)电压放大倍数A输入电压U一I,,Y，输出电压U〔〕一一皿,,，所以A一U〔〕/U一一解o./r。即上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路式中，R',,=R刀凡=R凡/(R,.}凡)，若负载开路，R',,明显看出，带载时的电压放大倍数小于空载时的电压放大倍数。式中，负号表示输出电压和输入电压反相。(5)源电压放大倍数A从输入回路，可得上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路

3.提高电压放大倍数的措施我们总希望一个电压放大电路的电压放大倍数足够大，以便获得所要求的输出电压。那么，A的大小和电路元件的参数及静态工作点有何关系呢?下面，根据式A一一胆'/，}来进行分析。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路(1)R增加，R‘,增加，则A增大。但是，当R增大到一定程度，使得R’,,}R,时，再增大R值对提高A就没有作用了。另外，R过大，易产生饱和失真。(2)增加β(如换管)，在1}不变时，A有所增大，但不明显。这是因为β增大时，，也随着增大的缘故，特别在，较小的时，这种增大作用更是微乎其微.。(3)I}增加，A增大。由(5-17)式可知，当y增大(即y增大)，，减小，因而A士增大。在几较小时，寿增加，A增加较明显。但儿过大，易产生饱和失真，同时，将增大功耗。在输出动态范围和功耗允许的情况下，提高静态工作点是增大A的有效措施。下一页返回上一页5.2双极型三极管基本放大电路5.2.3静态工作点稳定电路合适稳定的静态工作点是保证放大电路质量的重要前提，放大电路只有设置了合适的静态工作点Q，才能不失真地放大交流信号，因此，设置直流偏置电路非常重要。放大电路中常见的直流偏置电路主要有固定偏置式电路、带射极电阻的固定偏置式电路、分压偏置式电路以及电流源偏置电路等几种。下面仅介绍分压偏置式电路。1.电路参数及温度对静态工作点的影响(1)非线性失真和最大输出幅度上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路对一个放大电路而言，要求输出波形的失真尽可能地小。但是，由于三极管的非线性和静态工作点位置的不合适，将不可避免的出现非线性失真。静态值设置不当引起的失真有饱和失真和截止失真两类，饱和失真和截止失真都是由于晶体管工作在特性曲线的非线性区所引起的，因而叫作非线性失真。适当调整电路参数使Q点合适，可降低非线性失真程度。①截止失真上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路Q点设置过低，在输入电压负半周的部分时间内，动态工作点进入截止区，引起输入、输出波形发生失真，称作“截止失真”。对于NPN管的共射极放大器，当发生截止失真时，其输出电压波形的顶部被限幅在某一数值上，因此，又称为顶部失真。这种失真可通过减小基极偏置电阻R,;来消除。②饱和失真Q点设置过高，则在输入电压正半周的部分时间内，动态工作点进入饱和区，这种失真称作“饱和失真”。当发生饱和失真时，其输出电压波形的底部将被限幅在某一数值上，因此，又称为底部失真。这种失真可通过增大基极偏置电阻R,;来消除。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路③最大输出幅度通过以上分析可知，由于受晶体管截止和饱和的限制，放大器的不失真输出电压有一个范围，其最大值称为放大器输出动态范围。应以二失真小者为准。(2)电路参数及温度对静点的影响直流电源、电阻的波动以及三极管的温度特性都会影响静态工作点Q，尤其，温度变化的影响更是必须考虑。这就要求直流偏置电路不仅能提供合适的静态下作点Q，而且要对各种因素造成的不稳定起到抑制作用。具体影响请自己分析。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路2.具有稳定静态工作点作用的偏置电路图5.4(a)所示的固定偏置式电路，电路结构简单，但静态工作点不稳定。当温度变化或更换管子引起β、1}-改变时，由于外电路将I,;基本固定，所以管子参数的改变都将集中反映到IcQU(I的变化上。结果会造成工作点较大的漂移，甚至使管子进入饱和或截止状态。分压式偏置电路如图5.9所示。由图可知，基极电阻R,,,,可将基极电位U固定，增强rUo;}对1}}的调节作用，有利于Q点的进一步稳定。由图5.9可得上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路所以要稳定工作点，应使U,恒定，并且不受Ulll的影响，因此要求基极电位UI固定，使它与1,无关，且远大于Uo。为确保U,固定，应满足流过R,,,,的电流1,,1:远大于I,;，这就要求Ri,,,R的取值愈小愈好。但是Ri,,,R过小，将增大电源U二的损耗，因此要二者兼顾。通常选取上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路对硅管，通常选取U,;=3一}V;；对锗管，通常选取U,;=1-}-3在上述条件满足的前提下，可得上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路对图5.9所示静态工作点，可按(5-26)~(5-30)式进行估算。5.2.4共集和共基放大电路三极管放大电路的三种组态所采用偏置电路相似，上述具有稳定工作点作用的偏置电路对其他两种组态同样适用。下面我们对三极管的共集和共基放大电路进行定性分析。1.共集放大电路上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路分压式偏置共集电极放大电路如图5.10(a)所示。图中采用分压式稳定偏置电路使晶体管工作在放大状态。具有内阻R的信号源U从基极输入，信号从发射极输出，而集电极交流接地，作为输入、输出的公共端。由于信号从射极输出，所以该电路又称为射极输出器。根据图5.10(a)可估算静点，用三极管简化等效电路，替代三极管，可得到交流等效电路如图5.10(b)所示，根据图5.10(b)可计算交流指标。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路分析可知，共集极放大电路是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1(且输出电压与输入电压同相)的放大电路。共集极放大电路常用来作输入级、输出级，也可作为缓冲级，用来隔离它前后两级之间的相互影响。2.共基放大电路图5.11(a)给出了共基极放大电路。图中Rm,Rnz,R和构成分压式稳定偏置电路，为晶体管设置合适而稳定的工作点。信号从射极输入，由集电极输出，而基极通过旁通电容C,交流接地，作为输入、输出的公共端。按交流通路画出该放大器的交流等效电路如图5.11(b)所示。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路根据图5.11(b)分析知，共基极放大电路是一个具有低输入电阻、同相电压放大的放大电路(无电流放大)，频率特性好，常用在高频电路中。

3.三种组态放大器性能比较共射极电路既有电压增益，又有电流增益，所以应用最广，常用作各种放大器的主放大级。但作为电压或电流放大器，它的输入和输出电阻并不理想一即在电压放大时，输入电阻不够大且输出电阻又不够小;而在电流放大时，则输入电阻又不够小，且输出电阻也不够大。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路共集极电路有电流增益，电压同相跟随，输入电阻大、输出电阻小，常作为多级放大电路的输入级、输出级、中间缓冲级，功率放大电路中，常用作推挽输出级。共基极电路无电流放大作用，电压同相放大，输入电阻小、输出电阻大，频率特性好，常作为宽频放大和高频放大器使用。上一页下一页返回5.2双极型三极管基本放大电路【思考题】(1)放大电路中，输出波形产生非线性失真的原因是什么?如何抑制?(2)怎样画三极管的等效电路?为什么c、e间可以用受控电流源替代?(3)三极管可以作为电流源用吗?(4)试分析带有发射极电阻Rc的固定偏置电路稳定静态工作点的过程。(5)三极管的三种组态电路有何特点?上一页返回5.3MOS管放大电路由于场效应管具有输入电阻高的特点，它适用于作为多级放大电路的输入级，尤其对高内阻的信号源，采用场放管才能有效地放大。根据输入、输出回路公共端选择不同，场效应管放大电路有共源、共漏和共栅三种组态。场效应管与晶体三极管比较，源极、漏极、栅极相当于发射极、集电极、基极，即S}c,D}c,G}b。本节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电路。下一页返回5.3MOS管放大电路5.3.1MOS管放大电路的偏置电路1.偏置电路为保证放大器的性能，与三极管放大电路一样，场效应管放大电路同样要设置合式的静态工作点。MOS管放大电路有自偏压、分压式2种常用偏置电路。偏置方式在场效应管放大电路中，由于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管uc;s=时，存在导电沟道，故可采用自偏压方式，如图5.12(a)所示。而对于增强型MOS-FET，则一定要采用分压式偏置方式，如图5.12(b)所示，分压式偏置方式同样适于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管。上一页下一页返回5.3MOS管放大电路图5.12(a)中，V是N沟道结型场效应管(耗尽型MOS场效应管也可以)，凡是栅极电阻，将R压降加至栅极;R漏极电阻，将漏极电流转换成漏极电压，其影响电压放大倍数;R、源极电阻，利用漏极电流在其上的压降，为栅源极提供偏压，因此，又称为自偏压电阻。图5.12(b)中，场效应管是N沟道增强型，凡}.Ru栅极分压电阻，让栅极获得合式的工作电压，凡,,R与图5.12(a)同。图5.12偏置电路对共源、共漏和共栅三种组态同样适用。上一页下一页返回5.3MOS管放大电路2.静态估算对于自偏压方式，栅源回路直流负载线方程为对于分压偏置方式，栅源回路直流负载线方程为已知场效应管的电流方程及栅源直流负载线方程，联立求解即可求得工作点。例如:耗尽型场效应管的电流方程为将(5-32)式与(5-33)联立求解即可求得分压偏置方式工作点。上一页下一页返回5.3MOS管放大电路5.3.2共漏和共源放大电路的动态分析前面对场效应管偏置电路进行了探讨，下面对共源极和共漏极场效应管放大电路进行交流分析。1.场效应管的低频小信号微变等效电路场效应管在低频小信号时，可不考虑极间电容，并可以在静态工作点附近把特性曲线作为直线。因为场效应管栅源电阻r}很大，故栅源间看成开路，其等效电路如图5.13(a)所示。由于栅流i};=，所以输入回路等效电路可以不画出。可见，场效应管低频小信号等效电路比晶体管的还简单。图5.13(a)中上一页下一页返回5.3MOS管放大电路通常，d较大，u,、对

的影响可以忽略，工程常用图5.13(b)所示简化等效电路。2.共源放大电路分压式偏置方式共源放大器电路如图5.14(a)所示，为了不使分压电阻凡;、R,:对放大电路的输入电阻影响太大，通过R,与栅极相连，栅极电阻R,:用来提高输入电阻。C,,C:为隔直祸合电容，电容C、将R交流短路，不使其影响交流参数。用图5.13等效电路，替代场效应管，可画出低频小信号等效电路如图5.14(b)所示。由图5.14(b)可知上一页下一页返回5.3MOS管放大电路上一页下一页返回5.3MOS管放大电路电容C开路情况，其等效电路如图5.15所示。由图5.15分析可知上一页下一页返回5.3MOS管放大电路【例5-3】在图5.14所示电路中，已知U=20V,凡。=l0其场效应管参数：试求该电路的静态参数和动态指标解:(1)求静态参数，由图5.14(a)电路可知上一页下一页返回5.3MOS管放大电路上一页下一页返回5.3MOS管放大电路3.共漏放大电路分压式偏置方式共漏放大电路如图5.16(a)所示，为了不使分压电阻凡;、凡

对放大电路的输入电阻影响太大，通过R,:与栅极相连，栅极电阻R,:用来提高输入电阻，C,,C:为隔直锅合电容。图5.16(a)的低频小信号等效电路如图5.16(b)所示，(b)中未画出输入回路。根据等效电路，可知共漏极放大电路是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1(且输出电压与输入电压同相)的放大电路。其作用与共集极放大电路相似。上一页下一页返回5.3MOS管放大电路5.3.3共漏和共源MOS管放大电路的比较场效应管共源放大电路有电压放大作用，并且是反相放大，其输出电阻较小，共源放大电路与三极管共射放大电路性能和作用相似，但其输入电阻远高于三极管，放大能力低于三极管;场效应管共漏放大电路同相电压跟随，其输出电阻最小，共漏放大电路与三极管共集放大电路性能和作用相似，但其输入电阻远高于三极管;场效应管共栅放大电路同相电压放大，其输入电阻最小，输出电阻较小，共栅放大电路与三极管共基放大电路性能和作用相似，但其放大能力低于三极管。上一页下一页返回5.3MOS管放大电路由于场效应管的跨导较小，当组成放大电路时，在相同的负载电阻下，电压放大倍数比双极型三极管低。但场效应管放大电路具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定性较好、功耗低等优点，在集成电路中，得到了广泛应用。【思考题】1.增强型MOS管能否使用自给栅偏压偏置电路来设置静态工作点?2.各种场效应管外加电压极性有什么不同?3.共源极和共漏极两种组态电路各有什么特点?上一页返回5.4功率放大器多级放大电路中的输出级都要驭动一定的负载，为使负载能够正常工作，输出级必须有足够大的输出功率，这种用来放大功率的放大级称为功率放大电路。输出功率、效率以及失真是功率放大电路更为关心的问题，本节重点探讨互补对称功率放大电路。5.4.1功率放大电路概述1.功率放大器的特点及要求下一页返回5.4功率放大器功率放大电路与电压放大器的区别是，电压放大器一般是多级放大器的前级，它主要对小信号进行电压放大，主要技术指标为电压放大倍数、输入阻抗及输出阻抗等。而功率放大电路则是多级放大器的最后一级，它要带动一定负载，如扬声器、电动机、仪表、继电器等，所以，功率放大电路要求获得一定的不失真输出功率，具有一些独特的问题和要求。(1)输出功率要足够大功率放大器应给出足够大的输出功率尸

以推动负载工作。为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。上一页下一页返回5.4功率放大器为此，它们常常工作在大信号状态，接近极限工作状态，要以不超过管子的极限参数((I}V,,f,'认u:)为限度。这就使得功放管安全工作成为功率放大器的重要问题。(2)效率要高功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率尸与直流电源供给电路的直流功率P,之比，用η表示，即上一页下一页返回5.4功率放大器功率放大器要求高效率地工作，一方面是为了提高输出功率，另一方面是为了降低管耗。直流电源供给的功率除了一部分变成有用的信号功率以外，剩余部分变成晶体管的管耗PcCPc=P,。管耗过大将使功率管发热损坏。所以，对于功率放大器，提高效率也是一个重要问题。输出功率和效率是功放的两个重要指标。实际应用中，通常采取增大直流电源和改善器件散热条件的措施来提高输出功率;通常采取改变功放管的工作状态和选择最佳负载的措施来提高效率。上一页下一页返回5.4功率放大器(3)非线性失真要小为提高输出功率，功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件，在大信号工作状态下，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区造成输出波形的非线性失真。功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。在实际应用中，有些设备对失真问题要求很严，因此，要采取措施减小失真，是功率放大器的又一个重要问题。(4)保护及散热问题

上一页下一页返回5.4功率放大器由于功放管承受高电压、大电流，相当部分功率消耗在功放管的集电结上，结温和管亮涓庶合杏得很高。因而功放管的保护及散热问题也应重视。功率放大电路中的三极管通常工作在大信号状态，工作点的动态范围大，因此在进行分析时，通常采用图解法来分析放大电路的静态和动态工作情况。2.功率放大器的分类(1)功率放大器一般是根据功放管工作状态的不同(或功放管导通时间的长短)进行分类的。一般可分为甲类、乙类、甲乙类及丙类4种功率放大器。上一页下一页返回5.4功率放大器①甲类工作状态当输入为正弦信号的情况下，在整个周期内晶体管都处于导通状态，称为甲类工作状态，甲类工作状态又称为A类工作状态。这种电路的优点是输出信号失真较小(前面讨论的电压放大器都工作在这种状态)，缺点是三极管有较大的静态电流寿

，这时管耗尸大，电路能量转换效率低。计算知道，甲类工作状态的效率低于50%。②乙类工作状态在正弦信号的一个周期中，晶体管只导通半个周期，而在另外半个周期晶体管截止，称为乙类工作状态。上一页下一页返回5.4功率放大器乙类工作状态又称为B类工作状态。由于三极管的静态电流I}Q=，所以能量转换效率高，它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性失真大。③甲乙类工作状态它是介于甲类和乙类之间的工作状态，晶体管的导通时间大于半个周期，但小于一个周期，称为甲乙类工作状态。甲乙类工作状态又称为AB类工作状态。甲乙类放大电路可以有效克服乙类放大电路的失真问题，且能量转换效率也较高，目前使用较广泛。上一页下一页返回5.4功率放大器④丙类工作状态丙类工作状态下，晶体管导通时间小于半个周期，丙类工作状态又称为C类工作状态。在相同激励信号作用下，丙类功放集电极电流的流通时间最短，一个周期平均功耗最低，而甲类功放的功耗最高。分析表明，理想情况下，甲类功放的最高效率为50%，乙类功放的最高效率为78.5%，丙类功放的最高效率可达85%~90%。上一页下一页返回5.4功率放大器在低频功率放大电路中，采用前三种工作状态，如在电压放大电路中，采用甲类，功率放大电路采用甲乙类或乙类。至于丙类功放要求特殊形式的负载，不适用于低频，常用于高频领域或特殊振荡器中。(2)功放电路效率与负载的选择也有关系，互补对称电路一般对负载的范围要求较为严格，当负载与电路匹配性差时，将对输出功率和效率有严重影响。为了解决这个矛盾，常采用变压器祸合互补推挽功放，通过变压器的阻抗匹配，可以选择最佳负载，利于提高输出功率和效率。上一页下一页返回5.4功率放大器但变压器笨重、体积大、消耗有色金属，并且低频和高频特性差，放大电路引入反馈后易产生自激，所以目前的发展趋势是无输出变压器的功率放大电路。根据采用电源不同，又分为双电源和单电源互补对称功率放大电路两类，其中，双电源互补对称功率放大电路又称为OCL功率放大电路，单电源互补对称功率放大电路又称为OTL功率放大电路。本节主要介绍互补对称式功率放大电路。上一页下一页返回5.4功率放大器5.4.2OCL互补对称功率放大电路1.乙类电路及原理低频功放采用乙类或甲乙类工作状态可以提高效率。但功放管处于乙类或甲乙类工作状态时，将产生严重的非线性失真。为解决此矛盾，我们选用两只特性完全相同的异型晶体管，使它们都工作在乙类或甲乙类状态。两只晶体管轮流工作，一只晶体管在输入信号正半周导通，另一只晶体管在输入信号负半周导通，这样两管交替工作，犹如一推一挽，在负载上合成完整的信号波形。这就是互补对称功率放大电路，又称为推挽功率放大电路。上一页下一页返回5.4功率放大器双电源乙类互补对称功放，既可保持静态时功耗小，又可减小失真，电路如图5.17所示。VT;为NPN型管，VT:为PNP型管，两管参数对称。两管的基极和射极应对接在一起，基极接输入信号，射极接输出信号，电路工作原理如下。(1)静态分析当输入信号u;。时，两三极管都工作在截止区，此时IoQ寿},1均为零，负载上无电流通过，输出电压u}=

上一页下一页返回5.4功率放大器不难看出，在输入信号u的一个周期内，VT,,VT:管轮流导通，而且衣;、流过负载的方向相反，从而形成完整的正弦波。由于这种电路中的三极管交替工作，即一个“推”，一个“挽”，互相补充，故这种电路又称为互补对称推挽电路。上一页下一页返回5.4功率放大器2.电路指标分析互补对称功率放大电路，可求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率P}、管耗p}、直流电源供给的功率P,和效率η(1)输出功率只输出功率用输出电压有效值和输出电流有效值的乘积来表示(或用管子中变化电流、变化电压的有效值表示)。考虑饱和压降U、时，U们一U〔〔上一页下一页返回5.4功率放大器一般情况下，输出电压的幅值U、总是小于电源电压U值，0<ξ<1。当忽略饱和压降U时，即ξ=1，输出功率最大，输出功率只n可按下式估算:(2)直流电源的供给功率P,:为直流电源与平均电流的乘积，根据积分运算可得上一页下一页返回5.4功率放大器由以上分析可知，乙类工作状态下，电源供给的直流功率不是恒定不变的，而是随着输入信号大小而变化。输入信号小时，电源供给的直流功率也小;输入信号大时，电源供给的直流功率也大。所以，乙类工作状态效率较高。上一页下一页返回5.4功率放大器(3)效率η电极效率是集电极输出功率与电源供给功率之比，即表明，乙类推挽功率放大器的集电极效率与电源电压利用系数ξ成正比。当ξ=1时，U},=U}.，效率η最高，即上一页下一页返回5.4功率放大器式(5-46)是乙类功率放大器理想情况下的极限效率，实际乙类功放的效率一般在60%左右。(4)集电极功率损耗尸直流电源的供给功率与输出功率的差值就是消耗在三极管上的功率，即由上式可求出当时，三极管消耗的功率最大，其值为上一页下一页返回5.4功率放大器单个管子的最大消耗为式(5-48)可用来作为选择功率管的依据。例如，若要求P},;,x=1，则只要选用集电极功耗P}},2W的晶体管即可。通过以上分析计算可知，输出功率和管耗都是输出电压的函数。在输出功率最大时，所对应的管耗并不是最大。当ξ=0.636时，即U}=0.636U时，管耗最大。上一页下一页返回5.4功率放大器通常必须按照以下要求选择三极管参数;(1)每只三极管的最大允许管耗P二必须大于0.2只;(2)考虑到VT:导通时，u},.,z，此时，uc具有最大值，且约等于2U}。因此，应选用Ucmz>cu:o的管子;(3)通过三极管的最大集电极电流为U二./，选择三极管的Ic应高于此值。3.交越失真及甲乙类(1)交越失真上一页下一页返回5.4功率放大器图5.17所示乙类互补对称电路效率比较高，但存在交越失真问题。这是因为三极管输入特性曲线有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，而图5.17中两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲线的截止点上，没有基极偏流。当输入信号一u小于开启电压时，VT;、V都截止，两管电流均为零，无输出信号;在刚大于开启电压的很小范围内，补;、变化很慢，输出信号非线性严重。这样，在两管交替工作前后，在负载上产生的波形和输入正弦波形相差较大，如图5.18所示。这种乙类推挽放大器所特有的失真称为交越失真。上一页下一页返回5.4功率放大器(2)甲乙类双电源互补对称电路采用甲乙类互补对称电路，可以克服交越失真问题。为了消除交越失真，可分别给两只晶体管的发射结加适当的正向基极偏压，让两只晶体管各有一个较小的电流1}流过。这样，既可以消除交越失真，又不会对效率有很大的影响。甲乙类互补对称电路的常用形式如图5.19所示。对于图5.19(a)，是利用二极管的正向压降为VTR,VT提供所需的正向偏压，即上一页下一页返回5.4功率放大器上述偏置方法的偏置电压不易调整，实际中，经常采用图5.19(b)电路，电路中，VT,,R,,R组成的U,:倍压电路为VT,,VT管提供所需偏压。由图5.19(b)可知设流入VT管的基极电流远小于流过R,,R:的电流，则可忽略VT管基极电流几

，则lo,}lo，于是可以得到VT,,VT管上的偏置电压为上一页下一页返回5.4功率放大器因此，利用VT管的Ulll:基本为一固定值(0.6~0.7V)，只要适当调节R,,Rz的比值，就可改变VT,,VT管的偏压值。这种方法常称为Ull扩大电路，在集成电路中经常用到。甲乙类电路的分析与计算与乙类基本相同，但是由于引入了静态偏置电路，功耗有所增加，效率略有降低。以上讨论的互补对称推挽电路，由于采用正负两组电源供电，当无输入信号时，适当调节，可保证静态输出电位为零，负载R,可直接连到功放电路输出端，不需要输出祸合电容，因此这种电路又称OCL(OutputCapacitorLess)电路。上一页下一页返回5.4功率放大器5.4.3OCL互补对称电路双电源互补对称功率放大电路由于静态时输出端电位为零，负载可以直接连接，不需要祸合电容，因而它具有低频响应好、输出功率大、便于集成等优点。但实际应用中，如收音机、扩音机等，常采用单电源供电，双电源互补对称功率放大器使用起来会感到不便，这是其不足之处。如果采用单电源供电，只需在双电源互补对称功率放大电路两管发射极与负载之间接入一个大容量电容C即可。这种形式的电路无输出变压器，而有输出耦合电容，简称为OTI电路(OutputTransformerless)，如图5.20所示。图5.20(a)为乙类OTI，图5.20(b)为甲乙类OTL。上一页下一页返回5.4功率放大器图5.20(a)电路中，管子工作于乙类状态。静态时因电路对称，两管发射极e点电位为电源电压的一半U二/，负载中没有电流。电容C两端电压也稳定在U二/，作为电源使用。动态时，在输入信号正半周，VT;导通，VT截止，VT;以射极输出的方式向负载R,提供电流p一补;，使负载R,上得到正半周输出电压，同时对电容C充电;在输入信号负半周，VT;截止，VT:导通，电容C通过VT.,凡放电，VTz也以射极输出的方式向R,提供电流八一介

，在负载R,上得到负半周输出电压。电容器C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，即补;与补:大小相等，必须保持C上电压恒为U二/不变，也就是C在放电过程中其端电压不能下降过多，因此，C的容量必须足够大。上一页下一页返回5.4功率放大器为保证功率放大器良好的低频响应，电容C一般按下式选择式中，八为放大器所要求的下限频率。图5.20(a)电路的管子工作于乙类状态，同样存在交越失真，为消除交越失真，实际电路多采用图5.20(b)电路。图5.20(b)中，VT,,VT管子工作于甲乙类状态。VT:组成激励级，工作在甲类放大状态。VT,,VT组成互补功放级，输出端通过大电容C与负载R,相接。由VT:的静态电流在二极管VD,,VD两端产生的电压为VT,,VT:提供正向偏置电压，以消除交越失真。上一页下一页返回5.4功率放大器调整激励级VT:的静态工作点，可使VT,,VT两管静态时发射极电压为Ucc/电容C两端电压也稳定在U二./，这样两管的集、射极之间如同分别加上了U}}.和-U二的电源电压。由于C容量很大(大于200μF)，其充放电时间常数远大于信号的半个周期，所以在两管轮流导通时，电容器两端电压基本不变，近似等于U。因此VT,,VT:两管的等效电源电压为U}.}，这与正负两组电源供电情况是相同的。上一页下一页返回5.4功率放大器由上述分析可知，单电源互补对称电路的工作原理与正、负双电源互补对称电路的工作原理相似，不同之处只是最大输出电压幅度由U降为U二./，因此，单电源互补对称电路的输出功率、效率、功耗以及三极管的参数等的计算方法与双电源互补对称电路完全相同，只要将OCL电路式中的U二改为U二./，就可用于单电源互补对称功率放大器。这里不再重复，请自行推出该电路的最大输出功率的表达式。与OCL电路相比，ＯＴＬ电路少用了一个电源，但由于输出端的锅合电容容量大，则电容器内铝箔卷绕圈数多，呈现的电感效应大，它对不同频率的信号会产生不同的相移，输出信号有附加失真，这是OTL电路的缺点。上一页下一页返回5.4功率放大器5.4.4复合管互补对称电路电路在互补对称功率放大电路中，如果负载电阻较小，并要求得到较大的功率，则电路必须为负载提供很大的电流，为此，必须提高三极管的β值;另外，为了保证信号正、负半周的对称放大，要求两互补三极管必须匹配，NPN和PNP两种异型大功率管，实现起来比较困难，而同类型管子则容易挑选。为此，通常在电路中采用复合管接法来实现上述要求。上一页下一页返回5.4功率放大器1.复合管复合管是由两个或两个以上三极管按一定的方式连接而成的，复合管又称为达林顿管。复合管可以由同类型三极管构成，也可以由不同类型三极管构成，复合管的连接形式共有四种，如图5.21所示。其中图(a),(b)是由两只同类型三极管构成的复合管，图(c),(d)是由不同类型三极管构成的复合管。组成复合管时要注意几点:①串接点的电流必须相同;②所加电压必须保证所有管子e结和c结同样偏置;③并接点电流的方向必须保持一致。上一页下一页返回5.4功率放大器观察图5.21可以看出，复合管的类型取决于第一只三极管。这是因为复合管的基极电流2等于第一个管子的2y，所以复合管的性质取决于第一个晶体管的性质。若第一个管子为PNP，则复合管也为PNP，反之为NPN。例如，图5.21中，VT;为NPN型，则复合管就为NPN型。输出功率的大小取决于输出管VTz,VT是大功率三极管。下面计算复合管的电流放大系数β以及发射结等效电阻Y}。设三极管UT1.U的电流放大系数分别为R}.，发射结等效电阻分别为llll对对于同型复合由图5.21(a)可得上一页下一页返回5.4功率放大器上一页下一页返回5.4功率放大器图5.21(b)可以得出同样的结论。对于异型复合，由图5.21(c)可得图5.21(d)可以得出同样的结论上一页下一页返回5.4功率放大器综合以上分析，可以得出如下结论:(1)复合管的极性取决于第一只三极管。(2)输出功率的大小取决于输出管。(3)若VT和VT.,管的电流放大系数为R},R则复合管的电流放大系数R}R}·

(4)同型复合管和异型复合管发射结等效电阻差别很大，异型复合管发射结等效电阻就是第一只三极管的等效电阻，在实用中，要注意区别。

上一页下一页返回5.4功率放大器复合管虽有电流放大倍数高的优点，但它的穿透电流较大，且高频特性变差。这是因为，复合管中的第一只晶体管的穿透电流会进入晶体管被放大，致使总的穿透电流比单管穿透电流大得多。为了减小穿透电流的影响，常在两只晶体管之间并接一个泄放电阻R，如图5.22所示，R的接入可将VT;管的穿透电流分流，R越小，分流作用越大，总的穿透电流越小。当然，R的接入同样会使复合管的电流放大倍数下降。上一页下一页返回5.4功率放大器2.复合管互补对称功率放大电路利用图5.21(a),(b)形式的复合管代替图5.19(a)中的VT;和VT.管，就构成了采用复合管的互补对称输出级，如图5.23所示。它可以降低对前级推动电流的要求。不过其互补功率放大器要求两个输出管性能对称匹配。图5.23电路中，直接为负载凡提供电流的两个末级对管VTz,VT的类型截然不同。VT:为NPN管，VT为PNP管，在大功率情况下，两者很难选配到完全对称。所以，用复合管构成代替图5.19中的VT;和VT.,管时，希望输出管都用NPN管，因为NPN管的性能一般比PNP管好。上一页下一页返回5.4功率放大器NPN管采用图5.21(a)电路，PNP管采用图5.21(d)电路，则可得出复合管互补对称电路的另一种形式，如图5.24所示。这样，承受大电流的管子均用大功率NPN管，因此比较容易配对。这种电路被称为准互补对称电路。图中凡;和凡2是为了分流反向饱和电流而加的电阻，目的是提高功放的温度稳定性，同时还能为复合管提供一个合适的静态工作点。上一页下一页返回5.4功率放大器【思考题】(1)简述甲类、乙类、甲乙类的工作特点。(2)对功率放大电路和电压放大电路的要求有何不同?(3)简述OCL和ＯＴＬ功率放大电路的工作原理。上一页返回5.5多级放大电路在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。多级放大电路由输入级、中间级以及输出级组成，如图5.25所示。输入级应考虑如何与信号源配合，输出级应考虑如何满足负载的要求，中间级应考虑如何保证放大倍数足够大。其中，输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大，以推动负载工作。根据实际要求，各级放大电路可以是共射、共基、共集组态的任意一种，但都必须满足技术指标的要求，输出级一般是大信号放大器，本节只讨论由输入级到中间级组成的多级小信号放大器。下一页返回5.5多级放大电路5.5.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中，我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式。而级与级之间祸合时，必须满足:①耦合后各级放大电路仍具有合适的静态工作点;②保证前级输出信号尽可能不衰减地传输到后级的输入端;J耦合后多级放大电路的性能指标必须满足实际的要求。一般常见的祸合方式有阻容耦合、变压器耦合及直接耦合三种形式。下面以三极管放大电路为例，分别介绍三种耦合方式。下一页返回上一页5.5多级放大电路1.阻容耦合阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容，如图5.26(a)所示。第一级的输出信号通过电容器C:和第二级的输入端相连接。图5.26(b)是其直流通路。阻容耦合放大电路具有以下特点:(1)电容器隔直流、通交流，各级的直流工作点相互独立，互不影响，设计、调试和分析方便。(2)只要耦合电容选得足够大，则较低频率的信号也能由前级儿乎不衰减地加到后级，实现逐级放大。(3)体积较小、重量较轻。下一页返回上一页5.5多级放大电路(4)因电容对交流信号具有一定的容抗，在信号传输过程中，会受到一定的衰减，尤其对于变化缓慢的信号容抗很大，不便于传输，对直流信号无法传输。(5)在集成电路中，制造大容量的电容很困难，所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。所以，阻容祸合只适用于分立元件组成的电路，在多级中频交流放大电路中应用广泛。

2.变压器耦合下一页返回上一页5.5多级放大电路变压器祸合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合，如图5.27所示。将VT;的输出信号经过变压器T;送到VT:的基极和发射极之间。VT:的输出信号经T,耦合到负载R,上。R,,,和Ri,z}.分别为VT;管和VT:管的偏置电阻，

和Rnz}.分别为VT;和VTz确定静态工作点。G:是Ri,z;和Ri,的旁路电容，用于防止信号被偏置电阻所衰减。阻容耦合放大电路具有以下特点:下一页返回上一页5.5多级放大电路(1)由于变压器通过磁路，把初级线圈的交流信号传到次级线圈，直流电压或电流无法通过变压器传给次级，因此各级直流通路相互独立，静态工作点互不影响。(2)变压器在传输信号的同时还能够进行阻抗、电压、电流变换。(3)频率特性比较差。(4)变压器耦合体积大，笨重等，不能实现集成化应用，一般只应用于低频功率放大和中频调谐放大电路中。下一页返回上一页5.5多级放大电路3.直接耦合为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响，也可以把级与级之间直接连接起来或者经电阻等能通过直流的元件连接起来，这种连接方式称为直接耦合。图5.28是一种简单的两级直接耦合，两级之间直接用导线连接起来。直接祸合电路中没有大电容和变压器，电路简单，体积小，便于集成，低频特性好，既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢的信号。由于直接耦合放大器可用来放大直流信号，所以也称为直流放大器，它在集成电路中得到广泛的应用。但是直接耦合也存在静态工作点相互牵制以及零点漂移现象两个问题，如果不加以解决，电路将无法正常工作。现讨论如下:下一页返回上一页5.5多级放大电路(1)静态工作点相互牵制。由于失去隔离作用，使前、后级直流电路相通，静态工作点相互牵制、相互影响，不利于分析和设计。静点相互牵制同时还会导致三极管各极电位移动，甚至进入饱和区而无法正常工作。(2)零点漂移现象。由于温度变化等原因，使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零的现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的，零点漂移的大小主要由温度所决定。

下一页返回上一页5.5多级放大电路通过上述分析，在采用直接祸合的多级放大电路时，必须解决静态工作点相互影响和零点漂移两个问题，以保证各级各自有合适的稳定的静态工作点。零点漂移问题的解决方法常用的主要措施有:采用高稳定度的稳压电源;采用高质量的电阻、晶体管，其中晶体管选硅管(硅管的1。比锗管的小);采用温度补偿电路;采用特殊形式的负反馈电路;采用调制解调方法;采用差动式放大电路等等。下一页返回上一页5.5多级放大电路4.共电源藕合的弊端和措施在多级放大器中，各级由同一直流电源供电，由于直流电源存在交流内阻R,R上产生的交流压降将被耦合到放大器的输入端。这种通过直流电源内阻将信号经输出端向各级输入端的传诀称为共电耦合。如果传送到某一级输入端的电压与输入信号源在该级输入端产生的电压有相同的极性，那么该级的合成输入电压便增大，使放大器输出电压增大，而增大了的输出电压通过共电耦合加到输入端的电压也增大，使输出电压进一步增大，如此循环下去将产生振荡。下一页返回上一页5.5多级放大电路这样，就破坏了放大器对信号的正常放大作用。为了消除共电耦合的影响，我们应加强电源滤波，在放大器各级电源供电端接入RC滤波元件，接入C后，直流电源内阻R上的信号电压被旁路滤除。5.5.2多级放大电路的分析

1.静态分析多级放大电路的静态分析与单管放大电路相似，同样是根据放大电路的直流通路去分析，但是，三种祸合方式的分