《电子技术》-第二章基本放大电路

第一节基本放大电路的组成和电压放大原理一、放大电路的分类放大器的分类如下:(1)按被放大信号的幅度可分为小信号放大器和大信号放大器。

(2)按放大器的用途可分为电流放大器、电压放大器和功率放大器

(3)按构成放大器晶体管的工作状态可分为甲类放大器、乙类放大器和甲乙类放大器。

(4)按晶体管的连接方式可分为共发射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器

(5)按被放大信号的频率可分为直流放大器、低频放大器、中频放大器和高频放大器。下一页返回第一节基本放大电路的组成和电压放大原理二、基本放大电路的组成和电压放大原理

图2-1是由NPN型管组成的共射基本放大电路，它是最基本的放大电路us是信号源，Rs是信号源内阻，交流信号ui，从基极回路中输入，输出信号u0取自集电极，三极管的发射极接地，它作为输入、输出的公共端，所以这种电路称为共发射极电路(简称共射电路)下面说明图2-1中各元器件的作用。

(1)三极管T。它是放大电路的核心器件，具有放大电流的作用。

(2)基极偏流电阻RB。其作用是向三极管的基极提供合适的偏置电流，并使发射结正向偏置。上一页下一页返回第一节基本放大电路的组成和电压放大原理(3)集电极负载电阻RC,RC的作用是把三极管的电流放大转换为电压放大，如果RC=0，则集电极电压等于电源电压，即使由输入信号ui引起集电极电流变化，集电极电压也保持不变，因此负载上将不会有交流电压u0。一般RC的值为几百欧到几千欧。

(4)直流电源VCC。VCC的正极经RC接三极管集电极，负极接发射极。VCC有两个作用，一是通过RB和RC使三极管发射结正偏、集电结反偏，使三极管工作在放大区;二是给放大电路提供能源。放大电路放大作用的实质是，用能量较小的输入信号去控制能量较大的输出信号，但三极管自身并不能创造能量，因此输出信号的能量来源于电源VCC。

VCC是整个放大电路的能源，VCC的电压一般为几伏到几十伏。上一页下一页返回第一节基本放大电路的组成和电压放大原理(5)电容C1和C2。它们起“隔直通交”的作用，避免放大电路的输入端与信号源之间，输出端与负载之间直流分量的互相影响。一般C1和C2选用电解电容器，取值为几微法到几十微法。用PNP型三极管组成放大电路时，电源的极性和电解电容极性正好与NPN型电路相反。上一页返回第二节放大电路分析一、静态分析放大电路没有信号输入时的工作状态称为静态。静态时，放大电路的电流、电压值(IBQ,ICQ和UCEQ)称为静态工作点，它们在三极管输出曲线上对应一个点，称为Q点。静态时，电源VCC通过RB给三极管T的发射结加上正向偏置，用IBQ表示，产生的基极电流用ICQ表示，集电极电流ICQ表示，此时的集一射电压用UCEQ表示。图2-2为放大电路的直流通路，因为藕合电容C1和C2起隔直流作用，所以，在画放大电路的直流通路时，将C1和C2视为开路。从图中不难求出放大电路的静态值下一页返回第二节放大电路分析因为，所以：上一页下一页返回第二节放大电路分析二、动态分析放大电路有输入信号的工作状态称为动态。动态分析主要是确定放大电路的电压放大倍数Au输入电阻Ri和输出电阻Ro等。

(1)三极管简化微变等效电路在讨论放大电路的简化微变等效电路之前，需要介绍三极管的简化微变等效电路。图2-3是三极管的简化微变等效电路。

(2)放大电路的简化微变等效电路由于C1,C2和VCC(对于交流信号是相当于短路的，所以图2-1放大电路的交流通路如图2-4(a)所示。放大电路交流通路中的三极管用其简化微变等效电路来代替，便可得到如图2-4(b)所示的放大电路的简化微变等效电路(以后简称微变等效电路)。上一页下一页返回第二节放大电路分析(3)放大电路交流参数的估算①求电压放大倍数Au②求输入电阻Ri上一页下一页返回第二节放大电路分析③求输出电阻R0

放大电路对负载而言，相当于一个信号源，其内阻就是放大电路的输出电阻R0,求输出电阻R0、可利用图2-6所示电路，将输入信号源us、短路和输出负载开从输出端外加测试电压uT

，产生相应的测试电流iT，则输出电阻为:

而故上一页下一页返回第二节放大电路分析三、放大电路的图解分析法简介图解法求Q点的步骤为:(1)通过直流负载方程画出直流负载线

(2)由基极回路求出IB(3)找出iB=IB这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。读Q点的坐标即为所求。上一页下一页返回第二节放大电路分析1.用图解法分析放大电路的静态工作情况如前所述，图2-1共射基本放大电路的直流通路如图2-2所示。利用三极管的输出特性曲线，可以画出放大电路输出回路的图解分析曲线，如图2-7所示。

2.用图解法分析放大电路的动态工作情况用图解法能够直观显示出在输入信号作用下，放大电路各点电压和电流波形的幅值大小及相位关系，尤其对判断静态工作点是否合适、输出波形是否会失真等十分方便。图2-8画出了用图解法分析放大电路的动态工作情况。上一页下一页返回第二节放大电路分析3.静态工作点对输出波形失真的影响对一个放大电路来说，要求输出波形的失真尽可能小。但是，当静态工作点设置不当时，输出波形将出现严重的非线性失真。在图2-10中，静态工作点设于Q点，可以得到失真很小的ic和uce波形。但是，当静态工作点设在Q1或Q2点时，会使输出波形产生严重的失真。上一页返回第三节放大器静态工作点的稳定一、静态工作点的稳定

1.静态工作点的选择与非线性失真半导体器件对温度十分敏感，温度的变化会使静态工作点产生变化，如静态工作点选择过高会产生饱和失真等。

2.静态工作点的稳定我们知道，工作点的变化主要集中在IC的变化，要使工作点稳定，主要是使IC稳定，一般是通过反馈法来稳定工作点。反馈法有三种，最常用的是电流反馈式偏置电路下一页返回第三节放大器静态工作点的稳定二、分压式电流负反馈偏置电路

1.分压式电流负反馈偏置电路的组成由于三极管参数的温度稳定性较差，在固定偏置(基本放大电路)放大电路中，当温度变化时，会引起电路静态工作点的变化，严重时会造成输出电压失真。为了稳定放大电路的性能，必须在电路的结构上加以改进，使静态工作点保持稳定。分压式偏置放大电路就是一种静态工作点比较稳定的放大电路，如图2-11所示。上一页下一页返回第三节放大器静态工作点的稳定2.稳定静态工作点的原理下面介绍静态工作点稳定的条件。

(1)I1

≈I2>>IB则忽略IB的分流作用分压式偏置放大电路的直流通路如图2-12所示。

(2)VB>>UBE

发射极电位UEQ等于发射极电阻RE乘以电流IEQ，即三极管发射结的正向偏压上一页下一页返回第三节放大器静态工作点的稳定变化过程可以表示为

3.分压式偏置电路的计算

(1)静态分析用估算法计算静态工作点当满足I2>>I1时，I1=I2+IB≈I2,由如图2-12所示的直流通路得三极管基极电位的静态值为上一页下一页返回第三节放大器静态工作点的稳定集电极电流的静态值为基极电流的静态值为集电极与发射极之间电压的静态值为上一页下一页返回第三节放大器静态工作点的稳定(2)动态分析如图2-13所示电路为图2-11所示分压式偏置放大电路的交流通路和微变管效电路。因为在交流通路中电阻RB1与RB2并联，可等效为电阻RB，所以固定偏置电路(基本放大电路)的动态分析结果对分压式偏置电路同样适用。电压放大倍数为上一页下一页返回第三节放大器静态工作点的稳定输入电阻为输出电阻为上一页返回第四节共集电极放大电路

射极输出器又叫射极跟随器，电路如图2-16(a)所示。一、静态分析射极跟随器的直流通路如图2-16(b)所示。由图可得所以，基极电流的静态值为下一页返回第四节共集电极放大电路集电极电流的静态值为集电极与发射极之间电压的静态值为上一页下一页返回第四节共集电极放大电路二、动态分析

1.电压放大倍数如图2-17所示是图2-16(a)所示射极输出器的交流通路和微变等效电路由图2-17(b)所示的微变等效电路可得上一页下一页返回第四节共集电极放大电路式中，电压放大倍数为上一页下一页返回第四节共集电极放大电路2.输入电阻由图2-17(b)可得所以输入电阻为上一页下一页返回第四节共集电极放大电路3.输出电阻由于β一般都较大，因此，射极输出器的输出电阻很低，远远小于共发射极放大电路的输出电阻，所以它具有恒压输出特性。综上所述，射极输出器的主要特点是电压放大倍数接近于1,输入电阻高，输出电阻低。上一页返回第五节多级放大电路一、多级放大电路的藕合方式实际中常用的藕合方式有三种，即阻容藕合、直接藕合和变压器藕合。

1.阻容藕合它的连接方法是:通过电容和电阻把前级输出接至下一级输入。它的特点是:各级静态工作点相对独立，便于调整。它的缺点是:不能放大变化缓慢(直流)的信号，不便于集成。如图2-19所示为阻容藕合接法。下一页返回第五节多级放大电路2.直接藕合为了避免电容对缓慢变化信号的影响，我们直接把两级放大电路接在一起，这就是直接藕合法。它的特点是:既能放大交流信号，也能放大直流信号，便于集成，存在零漂现象。(关于它的问题我们将在以后的章节中讨论)3.变压器藕合变压器藕合主要用于功率放大电路，它的优点是可变化电压和实现阻抗变换，工作点相对独立。缺点是体积大，不能实现集成化，频率特性差。上一页下一页返回第五节多级放大电路二、多级放大电路的指标计算1.电压放大倍数Au

多级放大电路的倍数等于各级放大电路倍数的乘积，即

2.输入电阻和输出电阻对于多级放大电路来说:输入级的输入电阻就是输入电阻;输出级的输出电阻就是输出电阻。我们在设计放大电路的输入级和输出级时主要是考虑输入电阻和输出电阻的要求。上一页返回第六节差分放大电路

直接藕合放大电路的前后级之间没有藕合电容，两级之间直接用导线连接。在放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号时，必须采用直接藕合方式。在集成电路中，为了避免制造大容量电容的困难，也采用直接藕合方式直接藕合放大电路的放大原理及其分析方法与阻容藕合放大电路完全一样。因为没有藕合电容，所以直接藕合放大电路在低频段电压的放大倍数不会因信号频率的下降而降低。在高频段，晶体管的结电容以及电路中的分布电容等对信号电流的分流作用与阻容藕合放大电路一样不能忽略，所以随着信号频率的增高，电压放大倍数也会降低。下一页返回第六节差分放大电路

直接藕合似乎很简单，其实它所带来的问题远比阻容藕合严重。其中主要有两个问题需要解决:一个是前、后级的静态工作点互相影响的问题;另一个是所谓零点漂移的问题

1.前级与后级静态工作点的相互影响前级的集电极电位恒等于后级的基极电位，而且前级的集电极电阻RC同时又是后级的偏流电阻，前、后级的静态工作点就互相影响，互相牵制。因此，在直接藕合放大电路中必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又能使每一级有合适的静态工作点。常用的办法之一是提高后级的发射极电位。上一页下一页返回第六节差分放大电路2.零点漂移一个理想的直接藕合放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变(不一定是零)

抑制零漂的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。但有效且广泛采用的方法是输入级采用差分放大电路。基本差分放大电路的结构如图2-20所示。

3.信号输入当有信号输入时，对称差分放大电路(图2-20)的工作情况可以分为下列几种输入方式来分析：(1)共模输入(2)差模输入(3)比较输入上一页下一页返回第六节差分放大电路4.共模抑制比上面讨论的是理想情况，在一般情况下，电路不可能绝对对称，Ac

≠0。为了全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，引入共模抑制比，以KCMR。表示。共模抑制比定义为Ad与Ac之比的绝对值，即显然，共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。上一页下一页返回第六节差分放大电路5.差分放大电路的连接方式差分放大电路有两个输入端和两个输出端，除了前面讨论的双端输入双端输出电路以外，还经常采用单端输入方式和单端输出方式。共有4种输入输出方式的差分放大电路:双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。上一页返回第七节功率放大电路一、概述功率放大器与电压放大器相比较，电压放大器主要是放大信号电压，因而主要指标是电压放大倍数及输入输出阻抗、频率特性等。而功率放大器主要是不失真地放大信号的功率，即不但要向负载提供大的信号电压，而且要向负载提供大的电流。因此，功率放大器有如下特点。

1.输出功率足够大

2.效率要高

3.非线性失真要小下一页返回第七节功率放大电路二、功率放大电路的效率问题按照功率放大电路中三极管导通的时间不同，功率放大电路分为甲类功率放大电路、乙类功率放大电路和甲乙类功率放大电路。甲类功率放大电路是指在输入信号的整个周期内，功放管均导通，有电流流过。乙类功率放大电路是指在输入信号的整个周期内，功放管仅在半个周期内导通，有电流流过。甲乙类功率放大电路是指在输入信号的整个周期内，功放管导通时间大于半个周期而小于整个周期，如图2-21所示。由图2-21可知，在甲类功率放大电路中，如阻容藕合放大器，由于输入信号在整个周期内都通过三极管，因而放大器输出的功率和效率也就较乙类及甲乙类功率放大器低。所以，在低频功率放大电路中主要采用乙类或甲乙类功率放大电路。上一页下一页返回第七节功率放大电路三、互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路是一种典型的无输出变压器功率放大器，它是利用特性对称的NPN型和PNP型三极管在信号的正、负半周轮流工作，互相补充，以此来完成整个信号的功率放大。互补对称功率放大器一般工作在甲乙类状态。按功率放大电路中电源的情况分为双电源互补对称功率放大电路和单电源互补对称功率放大电路由于在电子电路中，常常使用单电源供电，而双电源互补对称功率放大器需要正、负两个电源，这给电子电路带来很大的不便。因此，下面以单电源供电的互补对称功率放大器为例说明互补对称功率放大电路的工作原理。图2-22就是单电源互补对称功率放大器。上一页下一页返回第七节功率放大电路1.LM386的内部电路及工作原理

LM386的内部电路如图2-23所示，它是一种音频集成功放，具有自身功耗低，电压增益可调，电源电压范围大，外接元件少等优点。与通用集成运放