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1、第七章 基本放大电路,71 共射极单管放大电路 共射极放大电路是指组成放大电路的晶体管为共射极组态，即输入信号和输出信号都经过晶体管的发射极。共射极放大电路中只有一个晶体管的称为共射极单管放大电路。711 共射极单管放大电路的组成和工作原理,712 直流通路和交流通路 放大电路工作，当无输入信号时，电路中只有直流电流；当有输入信号时，电路中既有直流电流又有交流电流。直流电流流过的路径称为放大电路的直流通路；交流电流流过的路径称为放大电路的交流通路。由于电路中存在着电抗元件，所以直流通路和交流通路不相同。在计算、分析具体的放大电路时，一定要分清交、直流通路。1直流通路直流通路的简化方法是将电抗元
2、件中的电容看作开路，电感看作短路，其他元件不变。,2交流通路交流通路的简化方法是将电抗元件中的电容看作短路，电感看作开路，其他元件不变。直流电源只能产生直流激励，在交流电路中不起作用，而其内阻很小忽略不计，作为短路处理。,图7-2 共射极单管放大电路的直流、交流通路(a)直流通路(b)交流通路,713 静态分析 放大电路的静态是指未加交流信号以前的起始状态。此时，晶体管各极直流电压和直流电流分别用UBEQ、UCEQ、IBQ和ICQ表示。由于这些数值代表着输入特性曲线和输出特性曲线上一个点的坐标，习惯上称该点为静态工作点或直流工作点，此时晶体管的各极电压和电流均在静态值的基础上变化。2静态工作点
3、的确定方法由放大电路的直流通路可确定静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ）。对静态工作点的求解，可用图解法和近似估算法。（1）近似估算法根据基尔霍夫电压定律列出图7-2（a）的回路方程：,714 动态分析放大电路有交流信号输入时的工作状态称为动态。一个放大电路的性能如何？除了要看其静态工作点的位置以外，还要看动态性能指标。放大电路的主要性能指标包括增益、输入/输出电阻、频率特性、非线性失真等。本节中主要讲解增益、输入电阻、输出电阻的求解方法。,1微变等效电路法,（1）输入电阻ri（2）输出电阻ro（3）晶体管动态输入电阻rbe（4）电压增益Au,72 分压式偏置放大电路721 分压式偏置放大电
4、路的组成 分压式偏置放大电路如图7-7所示。V是放大管；RB1、RB2是偏置电阻，RB1、RB2组成分压式偏置电路，将电源电压UCC分压后加到晶体管的基极；RE是射极电阻，还是负反馈电阻；CE是旁路电容与晶体管的射极电阻RE并联，CE的容量较大，具有“隔直、导交”的作用，使此电路有直流负反馈而无交流负反馈，即保证了静态工作点的稳定性，同时又保证了交流信号的放大能力没有降低。,图7-7 分压式偏置放大电路 图7-8 分压式偏置放大电路的直流通路,722 稳定静态工作点的原理 分压式偏置放大电路的直流通路如图7-8所示。当温度升高，IC随着升高，IE也会升高，电流IE流经射极电阻RE产生的压降UE
5、也升高。又因为UBE=UB-UE，如果基极电位UB是恒定的，且与温度无关，则UBE会随UE的升高而减小，IB也随之自动减小，结果使集电极电流IC减小，从而实现IC基本恒定的目的。如果用符号“”表示减小，用“”表示增大，则静态工作点稳定过程可表示为：要实现上述稳定过程，首先必须保证基极电位UB恒定。由图7-7可见，合理选择元件，使流过偏置电阻RB1的电流I1比晶体管的基极电流IB大很多，则UCC被RB1、RB2分压得晶体管的基极电位UB：,分压式偏置放大电路中，采用了电流负反馈，反馈元件为RE。这种负反馈在直流条件下起稳定静态工作点的作用，但在交流条件下影响其动态参数，为此在该处并联一个较大容量
6、的电容CE，使RE在交流通路中被短路，不起作用，从而免除了RE对动态参数的影响。,723 电路定量分析1静态分析,根据KVL定理可得输出回路方程,2动态分析由分压式偏置放大电路图7-7可得交流通路如图7-9所示及微变等效电路如图7-10所示。图7-9 分压式偏置电路的交流通路 图7-10 分压式偏置电路的交流微变等效电路,（1）电压放大倍数Au输入电压输出电压（2）输入电阻ri（3）输出电阻ro,73 共集电极放大电路,共集电极放大电路是一种应用非常广泛的单元电路之一。一般来说，它可用来作为多级放大器的输入级、输出级和中间级。共集电极放大电路还可用作缓冲级在电路中起阻抗匹配的作用。731 电路
7、组成及各元件的作用 图7-11（a）是共集电极放大电路的典型电路。V是放大管，RB是基极偏置电阻，RE是发射极电阻，C1、C2是耦合电容，RL是放大电路的负载，其中RE的存在起到了稳定静态工作点的作用。图7-11（b）是其直流通路，图7-12（a）是其交流通路。从交流通路可看出输入信号ui加在基极与集电极之间，输出信号uo由发射极和集电极之间取出，集电极是输入回路与输出回路的公共端，故称为共集电极放大电路。又因为输出信号是从发射极与“地”之间取出，所以此电路又称为射极输出器。,图7-11 共集电极放大电路(a)原理电路(b)直流通路,732 电路分析1静态分析根据KVL定理可列出图7-11（b
8、）的输入回路方程,基极电流IBQ 集电极电流ICQ 则集射极间电压UCEQ,2动态分析由图7-12（a）可得共集电极放大电路的微变等效电路如图7-12（b）所示。,图7-12 共集电极放大电路的交流电路(a)交流通路(b)微变等效电路,（1）电压放大倍数Au,输入电压 输出电压 通常条件下，所以Au近似等于1，且略小于1。Au是正值，表明输出电压与输入电压同相，也说明了射极跟随器的特性之一。,（2）输入电阻ri,由微变等效电路可得（3）输出电阻ro 可见共集电极放大电路的输出电阻很小，一般为几欧到几十欧，表明其带动负载的能力很强。从以上的分析中可知共集电极放大电路具有以下特点：（1）电压放大倍
9、数Au近似等于1，且略小于1，输出电压与输入电压同相。（2）电流放大倍数Ai=1+。（3）输入电阻ri很高，信号源的利用率高。（4）输出电阻ro很低，带动负载能力强。,还必须指出：共集电极放大电路的电压放大倍数虽然比共射极放大电路小得多，但是它是以降低电压放大倍数换来了其它性能的改善。如：提高输入电阻，减小输出电阻，静态工作点稳定等。,74 多级放大电路在实际应用时，放大电路的输入信号很小，而负载却要求有较大的输入信号，这就要求放大电路必须有足够的放大能力。单管放大电路的放大倍数有限，一般只有几十倍不能满足要求，为了得到较高的放大倍数，一个放大电路往往由几级组成。741 多级放大电路的组成一个
10、多级放大电路根据各级所处的位置和作用不同，大致可分为三部分：输入级、中间级和输出级，如图7-13所示。,图7-13 多级放大电路的组成框图,742 多级放大电路的性能分析1多级放大电路的静态工作点 多级放大电路中的各级放大电路的静态工作点之间是否相互影响与级间的连接方式有关。（下面讨论）2电压放大倍数 多级放大电路的总电压放大倍数Au等于各级放大电路电压放大倍数的乘积，即Au=Au1Au2Au3 在计算各级的Au1、Au2、Au3时要注意，各级放大电路的动态是互相有影响的。第一级的输出是第二级的输入，也就是说第二级的输入电阻是第一级的负载，同时第一级的输出电阻也是第二级输入电阻的一部分。所以，
11、在计算时要考虑级与级之间的影响。,3输入电阻、输出电阻多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，输出电阻就是输出级的输出电阻。在具体计算时，可用基本放大电路的公式计算。不过，有时它们还与中间级的参数有关。,743 多级放大电路的耦合方式多级放大电路级与级之间的连接方式称为耦合方式，即指放大电路输入端与信号源之间，以及放大电路输出端与负载之间的连接方式。多级放大电路的耦合方式主要有直接耦合方式、阻容耦合方式、变压器耦合方式。,1直接耦合,图7-14 直接耦合多级放大电路,2阻容耦合,图7-15 阻容耦合多级放大电路,3变压器耦合,图7-16 变压器耦合多级放大电路,从以上的分析中，可以知道三种
12、常见的耦合方式各有各的优点。直接耦合放大电路可放大交、直流信号，频率特性好，电路简单便于集成；阻容耦合放大电路只能放大交流信号，各级静态工作点相对独立便于设计调试和维修；变压器耦合放大电路能放大交流信号，并有阻抗匹配的作用，从而实现最大功率输出。三种耦合方式在要求不同的电路中，采用合适的级间耦合方式。,75 功率放大电路,在实践中，常常要求放大电路的末级能带一定的负载，如使扬声器的音圈振动发出声音、推动电动机旋转、让仪器仪表动作等，这些都需要放大电路能够输出足够的信号功率，这个末级电路称为功率放大电路，简称功放。前面所讲的放大电路均为小信号放大电路，其主要任务在于不失真地提高输入信号的电压或电
13、流的幅度，以驱动后面的功率放大电路，而功率放大电路的任务则是在信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，属于大信号放大电路。放大电路的实质都是能量转换。从能量控制观点看，电压放大电路与功率放大电路没有本质的区别，但是功率放大电路与电压放大电路所承担的任务是不同的，要求也就不同，那么讨论的主要指标就不同。功率放大器按其工作的状态分类也有多种。,751 功率放大电路的特点与主要要求1输出功率足够大2效率高3非线性失真小,752 功率放大电路的分类功率放大电路通常是根据功放管的静态工作点在负载线上位置的不同进行分类的。通常分为甲类、乙类、甲乙类，高频放大电路中还有丙类和丁类。,1甲类 甲类功率放大电
14、路的静态工作点在负载线的中点。甲类功率放大电路的功放管有较大的静态工作电流，无输入信号也有较大的管耗。有信号输入时，在整个周期内功放管都工作，若静态工作点取值恰当，则输出信号不失真。甲类功率放大电路的特点是失真小、管耗大、效率低，只适用于小信号放大，其波形如图7-17（a）所示。2乙类 乙类功率放大电路的静态工作点在负载线与截止区的交线上。乙类功率放大电路没有静态工作电流，无输入信号时功放管不工作，降低了管耗。有输入信号时，电路只对半个周期的信号放大输出，另半个周期功放管不工作没有信号输出，输出信号失真较为严重。若想得到完整的输出信号，则需要两个电路来实现。乙类功率放大电路的特点是失真大、管耗
15、小、效率高、适用于大信号放大，其波形如图7-17（b）所示,3甲乙类 甲乙类功率放大电路的静态工作点在负载线的中点与截止点之间，是介于甲类和乙类之间的功率放大电路。电路有很小的静态工作电流，无输入信号时有较小的管耗，低于甲类功率放大电路。有信号输入时，在输入信号整个周期内，甲乙类功率放大电路能对大部分输入信号进行放大，输出信号失真小于乙类功率放大电路。若想得到完整的输出信号，也需要两个电路来实现。甲乙类功率放大电路适用于大信号放大，其波形如图7-17（c）所示。,图7-17 功率放大电路的分类(a)甲类(b)乙类(c)甲乙类,753 互补对称功率放大电路 在应用中，人们需要工作效率高、波形失真
16、小的功放电路。从以上分析可知，甲类功率放大电路波形失真小，但效率低；乙类功率放大电路效率高，波形失真却很大；甲乙类功率放大电路效率虽然较高，波形失真也小，但还是无法满足实际的要求，因此出现了互补对称功率放大电路。,图7-18 互补对称功率放大电路(a)电原理图(b)波形图,前面已讲过晶体管导通需要一定的电压，即导通电压或死区电压。晶体管工作在乙类状态时，无输入信号时，电流为零；有输入信号时，只有当输入电压大于死区电压时，晶体管才导通。也就是说，当两个晶体管处于交替工作时，一只管子已经截止，而另一只管子还处于截止状态，只有当输入电压变化到大于其死区电压时管子才导通，这需要一定的时间，在这段时间内
17、，输出电压将不跟随输入信号变化，输出信号的波形发生失真，这种失真就是交越失真。交越失真波形如图7-18（b）所示。减小交越失真的办法就是使晶体管的静态电流不为零，即在晶体管的发射结加入一个略高于死区电压的静态偏压，使晶体管在静态时处于微导通状态，这样以来两个晶体管在交替工作时输出信号就比较平滑，从而减小了交越失真。,此时晶体管工作在甲乙类状态，这就是甲乙类互补对称功率放大电路。甲乙类互补对称功率放大电路能够很有效的消除交越失真，波形失真小，效率高，是应用最广的功率放大电路之一。电路如图7-19所示。,图7-19 甲乙类互补对称功率放大电路,以上介绍的功率放大电路均为分立元件的功率放大电路，随着数字电路的广泛应用以及电子设备的低功耗要求，小功率（10W以下）的功率放大电路被普遍使用，于是出现了集成功率放大电路。集成功率放大电路具有体积小，功耗低、温度稳定性好、电源利用率高、非线性失真小等优点。有的集成功率放大电路还将各种保护电路，如过流保护、过压保护、过热保护等电路集成在芯片中，提高电路的安全可靠性，使集成功率放大电路的应用越来越广泛。,
