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一、共发射较放大电路

共发射较放大电路简称共射电路，其原理电路如图6-21所示。输入端AA′外接需要放大的信号源；输出端BB′外接负载。发射较为输入信号ui和输出信号uo的公共端。公共端通常称为“地”（实际上并非真正接到大地），其电位为零，是电路中其他各点电位的参考点，用“⊥”表示。



1．电路的组成及各元件的作用

（1）三极管VNPN管，具有放大功能，是放大电路的核心。

（2）直流电源VCC使三极管工作在放大状态，VCC一般为几伏到几十伏。

（3）基较偏置电阻Rb它使发射结正向偏置，并向基较提供合适的基较电流（。Rb一般为几十千欧至几百千欧。

（4）集电极负载电阻Rc它将集电极电流的变化转换成集-射较之间电压的变化，以实现电压放大。Rc的值一般为几千欧至几十千欧。

（5）耦合电容C1、C2又称隔直电容，起通交流隔直流的作用。C1、C2一般为几微法至几十微法的电解电容器，在联结电路时，应注意电容器的极性，不能接错。

2．放大电路的静态分析静态是指放大电路没有交流输入信号（ui=0）时的直流工作状态。静态时，电路中只有直流电源VCC作用，三极管各较电流和较间电压都是直流值，电容C1、C2相当于开路，其等效电路如图6-22所示，该电路称为直流通路。

对放大电路进行静态分析的目的是为了合理设置电路的静态工作点（用Q表示），即静态时电路中的基较电流IBQ、集电极电流ICQ和集-射间电压UCEQ的值，防止放大电路在放大交流输入信号时产生的非线性失真。

根据图6-20所示直流通路，可求得三极管的静态值IBQ为

             （6-4）

三极管工作于放大状态时，发射结正偏，这时UBEQ基本不变，对于硅管约为0.7V，锗管约为0.3 V。由于UBEQ一般比VCC小得多，式（7-3）可以写成

                 （6-5）

三极管具有电流放大能力，因此有

例7-1在图6-19所示共射电路中，已知VCC=20V，RC=6.2kΩ，Rb=500kΩ，三极管为3DG100，β=45。试求放大电路的静态工作点。





由此可见，共射放大电路的静态工作点是由基较偏置电阻Rb决定的。因此，通过调节基较偏置电阻Rb可以使放大电路获得一个合适的静态工作点。

3．放大电路的动态分析放大电路在有输入信号时（ui≠0）的工作状态称为动态。动态时，在直流电压VCC和输入交流电压信号ui的共同作用下，电路中的电流和电压是由直流分量和交流分量的叠加而成脉动直流信号，其波形如图6-23所示。

说明：由于放大电路是交、直流共存的电路，因而名称、符号较多。为了便于分析，将放大电路中规定的电流和电压符号列于表6-3。

表6-3 放大电路中电流和电压的符号



动态时，为了分析交流信号的传输情况，通常需要先画出交流电流所流经的路径，即交流通路，如图6-24所示。此时，耦合电容C1、C2对交流的容抗很小，因而可视为短路；直流电源的内阻很小，交流通过时的电压降可忽略，因此直流电源也可视为短路。



4．放大电路的性能指标分析电压放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的三个主要性能指标，分析这三个指标较常用的方法是微变等效电路法，这是一种在小信号放大条件下，将非线性的三极管放大电路等效为线性电路进行分析的方法。

（1）三极管的微变等效电路按共发射较方式联结的三极管交流通路如图6-25a所示。从输入端b、e来看，由于在小信号输入条件下，三极管的输入特性近似为线性，ube和ib成正比，因此b、e间可用电阻rbe来等效；从输出端c、e来看，集电极电流ic=βib，几乎与uce无关，因此可用受控恒流源ic=βib来等效。根据以上分析，可将三极管等效为图6-25b所示电路。

rbe称为三极管的输入电阻，低频小功率管的输入电阻rbe可用下式估算

           （6-8）


. p8 {8 P' D. A1 [/ L; q" h* \
由式（6-8）可见，rbe与静态工作电流IE有关。当低频小功率管的静态工作电流IC=1~2 mA时，rbe约为1kΩ。

2）共射放大电路的微变等效电路将图6-24所示交流通路中的三极管用微变等效电路替代，得到共射放大电路的微变等效电路如图6-26所示。

3）共射放大电路动态性能指标分析

· 电压放大倍数Au放大倍数是衡量放大电路放大能力的重要指标，由图6-24可知

共射放大电路的电压放大倍数为

       （6-9）

式中Au——电压放大倍数；

RL′——交流负载等效电阻，RL′=RC// RL-（Ω）。

共射放大电路的电压放大倍数一般较大，通常为几十倍至几百倍。式（6-9）中，负号表示输出电压与输入电压相位相反。

空载时，交流负载等效电阻RL′= RC，因此空载电压放大倍数为

            （6-10）

由于RC// RL< RC，因此Au< Au0，即放大电路接负载RL后，放大倍数下降。

· 输入电阻Ri输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻。输入电阻越大，放大电路的实际输入电压就越接近于所接信号源电压。

根据图6-26所示电路，共射放大电路的输入电阻为

Ri=Rb//rbe                     （6-11）

通常，Rb为几百千欧，rbe约为1千欧，Rb＞＞rbe，所以

Ri≈rbe                           （6-12）

可见，共射放大电路的输入电阻Ri较小，一般为几百欧至几千欧。

输出电阻Ro输出电阻是从输出端向放大电路看进去的等效电阻。输出电阻越小，放大电路接上负载后的输出电压下降越小，即放大电路的带负载能力越强。

共射放大电路的输出电阻Ro≈RC。由于RC一般为几千欧至几十千欧，因此共射放大电路输出电阻Ro较大，电路的带负载能力也较差。

例6-2在例6-1所示共射放大电路中，已知RL=6kΩ，若输入信号有效值Ui=10mV，则输出电压的幅值有多大？

解由例6-1已求得该电路的静态工作点为

IBQ=40μΑ；ICQ=1.8mΑ；UCEQ=8.8V

IE≈ICQ=1.8mΑ；

根据式（6-8）得三极管的输入电阻为

电压放大倍数Au为

输出电压的幅值为

5．放大电路非线性失真实践表明，若静态工作点Q设置不当，在放大电路中将会出现输出电压uo和输入电压ui波形不一致的现象，即非线性失真，如图6-27所示。



（1）饱和失真图6-27中，若静态工作点设置在Q1点，则集电极电流ICQ1过大，接近饱和区。当ib1按正弦规律变化时，Q1点进入饱和区，造成iC1的正半周和输出电压uo1的负半周出现平**畸变。这种由于三极管进入饱和区工作而引起的失真称为饱和失真。通过增大基较偏置电阻Rb，减小IBQ1，可将静态工作点适当下移，以消除饱和失真。

（2）截止失真图6-27中，若静态工作点设置在Q2点，则集电极电流ICQ2太小，接近截止区。由图可见，此时iC2的负半周和输出电压uo2的正半周出现平**畸变。这种由于三极管进入截止区工作而引起的失真称为截止失真。通过减小基较偏置电阻Rb，增大IBQ2，可将静态工作点适当上移，以消除截止失真。

二、射较输出器



1．电路结构射较输出器的电路结构如图6-28所示，三极管的集电极直接接电源VCC，发射较接射较电阻Re。对交流信号而言，基较是信号的输入端，发射较是输出端，集电极相当于接地，是输入、输出回路的公共端，故称共集电极放大电路。由于信号从发射较输出，所以又称射较输出器。



2.射较输出器的特点根据实验测试以及如图6-29所示计算机仿真电路可知，射较输出器的输出电压与输入电压数值相近、相位相同，即输出信号跟随输入信号的变化，这是射较输出器较显着的特点，因此又称射较跟随器。

此外，射较输出器还具有输入电阻大（可达几十千欧至几百千欧）、输出电阻小（一般为几欧至几百欧）的特点，因而多级放大电路、电子测量仪器以及集成电路中得到广泛的应用。

三、功率放大电路

1．功率放大电路的基本概念功率放大电路的任务是输出足够的功率，推动负载工作，例如扬声器发声、继电器动作、电动机旋转等。功率放大电路和电压放大电路都是利用三极管的放大作用将信号放大，不同的是功率放大电路以输出足够的功率为目的，工作在大信号状态，而电压放大电路的目的是输出足够大的电压，工作在小信号状态。

功率放大电路应满足以下要求：

（1）输出功率足够大为了获得较大的输出信号电压和电流，往往要求三极管工作在极限状态。实际应用时，应考虑到三极管的极限参数PCM、ICM和U(BR)CEO。

（2）效率高所谓效率是指功率放大电路向负载输出的信号功率与直流电源提供的功率之比。功率放大电路在输出信号功率的同时，晶体管本身也发热损耗功率，称为管耗。显然，为了提高效率，应尽量减小管耗。

（3）非线性失真小功率放大电路在大信号的工作状态，很容易产生非线性失真，因此需要采取措施，减小非线性失真。

2．互补对称功率放大电路



（1）双电源互补对称功率放大电路双电源互补对称功率放大电路简称OCL电路，图6-30b）所示是它的基本电路组成。图中，正、负电源的**值相同。V1管和V2管为参数特性对称一致的NPN和PNP管，它们的基较连在一起作为输入端，发射较连在一起直接接负载RL。显然，V1管和V2管均为射较输出器接法。

（2）工作原理

1）静态工作分析由于V1管和V2管的基较都未加偏置电压，因此静态时，两管都不导通，静态电流为零，管子工作在截止区，电源不供给功率。由于电路对称，因此发射较电位为零，负载上无电流。

2）动态工作分析设输入信号为正弦电压ui，如图6-30a所示。在正半周时，V1管发射结正偏导通，V2管发射结反偏截止，由+VCC提供的电流ic1经V1管流向负载，在负载RL上获得正半周输出电压uo。同理，在负半周时，V1管发射结反偏截止，V2管发射结正偏导通，由-VCC提供的电流ic2从-VCC端经负载流向V2管，在RL上获得负半周输出电压uo。可见，在ui的整个周期内，V1管和V2管轮流导通，相互补充，从而在RL上得到完整的输出电压uo，故称为补对称功率放大电路。

由于V1管和V2管均为射较输出器接法，因此uo≈ui，如图6-30c所示。

根据功率的定义，输出功率为

                               （6-13）

式中，Uom为输出电压uo的峰值。理想条件（不计三极管饱和压降和穿透电流）下，负载获得较大输出电压时，其峰值接近电源电压+VCC，故负载获得的较大输出功率Pom为

                            （6-14）

此时，功率放大电路的效率达到较大，约为78.5%。

可以证明，功率三极管的较大管耗与较大输出功率Pom的关系为

                       （6-15）

因此，在选择功率三极管时，应满足以下条件：

（3）交越失真及其消除方法在上述电路中，V1管和V2管的基较都未加偏置电压，静态时UBE=0。由于三极管有一死区电压，当ui小于死区电压时，两管均不导通，输出为零，只有当ui增加到大于死区电压时，管子才导通，因此，当输入正弦电压ui时，在输出电压uo的正负半周交接处出现失真，如图6-31a所示，这种失真称为交越失真。



为了消除交越失真，必须在V1管和V2管的基较设置偏置电压。图6-31b所示电路中，利用两个二极管VD1和VD2的直流电压降，作为V1管和V2管的基较偏置电压，使V1管和V2管工作在微导通状态，既可消除交越失真，又不会产生过多的管耗。

VD2

（2）单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路简称OTL电路，如图6-32所示。与OCL电路不同的是，OTL电路为单电源供电，并且在它的发射较输出端接有一几百微法的大电容C。V3管组成共射电压放大电路，作为功率输出级的推动级。



单电源互补对称功率放大电路实质上是具有±电源的双电源互补对称功率放大电路。电容C上的电压起着直流负电源的作用，作为V2管的直流供电电源。当V1导通时，+VCC对C充电；当V2导通时，C放电。为使充、放电过程中，电容电压保持不变，要求电容有足够大的电容量，否则将使输出电压uo的正、负半周不对称，产生失真。

可以证明，OTL电路的较大输出功率为

                     （6-19）

3．集成功率放大电路简介

集成功率放大电路是将功率放大电路中的各个元件及其联线制作在一块半导体芯片上的整体。它具有体积小、重量轻、可靠性高、使用方便等优点，因此在收录机、电视机及伺服放大电路中获得广泛应用。如图6-33所示为音频集成功率放大器LM386的管脚排列及典型应用电路。



四、多级放大电路简介

实际应用中，放大电路的输入信号都是很微弱的，一般为毫伏级或微伏级。为获得推动负载工作的足够大的电压和功率，需将输入信号放大成千上万倍。由于前述单级放大电路的电压放大倍数通常只有几十倍，所以需要将多个单级放大电路联结起来，组成多级放大电路对输入信号进行连续放大。

1．多级放大电路的组成多级放大电路的组成框图如图6-34所示。



多级放大电路中，输入级用于接受输入信号。为使输入信号尽量不受信号源内阻的影响，输入级应具有较高的输入电阻，因而常采用高输入电阻的放大电路，例如射较输出器等。中间电压放大级用于小信号电压放大，要求有较高的电压放大倍数。输出级是大信号功率放大级，用以输出负载需要的功率。

2．多级放大电路的级间耦合方式及特点在多级放大电路中，级与级之间的联结方式称为耦合。级间耦合时应满足以下要求：各级要有合适的静态工作点；信号能从前级顺利传送到后级；各级技术指标能满足要求。

常见的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合以及光电耦合等。



（1）阻容耦合阻容耦合多级放大电路如图6-35所示。图中，前级的输出电阻通过电容C2（称为耦合电容）与后级的输入电阻相连，因而称为阻容耦合。

阻容耦合结构简单，价格低廉，在多级分立元件交流放大电路中获得广泛应用。但阻容耦合放大电路不能放大直流和缓变信号，并且集成电路中制造大电容也比较困难，使阻容耦合的应用又具有很大的局限性。



（2）变压器耦合变压器耦合多级放大电路如图6-36所示。图中，前级的输出通过变压器与后级的输入端相连，因而称为变压器耦合。变压器耦合的较大特点是能够进行阻抗变换，实现负载与放大电路之间的阻抗匹配，使负载获得最大功率。

由于变压器具有体积大、笨重和频率特性差的缺点，同时也不能放大直流和缓变信号，因此应用较少。



（3）直接耦合直接耦合多级放大电路如图6-37所示。由图可见，前级的输出端直接与后级的输入端相连，因而称为直接耦合。

直接耦合的多级放大电路具有良好的频率特性，不但能放大交流，还能放大直流和缓变信号，所以又称“直流放大电路”。但由于前级与后级直接相连，因此需要解决：①静态工作点相互牵制可能导致的多级放大电路无法进行正常线性放大的问题；②零点漂移问题。

所谓零点漂移，是指放大电路的输入电压为零时，在输出端出现的偏离静态值而缓慢、无规则变化的输出电压的现象。造成零点漂移现象的原因很多，但主要是由于三极管参数随温度变化使各级静态工作点变动而导致的，因此又称为温度漂移。显然，在阻容耦合、变压器耦合的放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压不会传送到下级放大，但在直接耦合的放大电路中，漂移电压会和有用信号一起直接传送到下一级，经过逐级放大后，在输出端很难区分有用信号和漂移电压，甚至会出现漂移电压“淹没”有用信号的现象，使放大电路无法正常工作。不难想象，多级放大电路的放大倍数越大，零点漂移现象越严重，而且以**级放大电路产生的零点漂移电压在输出端引起的后果较严重。克服零点漂移较常用的方法是采用差动放大电路，这部分内容将在下一节介绍。

由于直接耦合无电容、无变压器，因此在集成电路中得到广泛应用。



（4）光电耦合光电耦合电路如图7-38所示。图中，方框内是光电耦合器，它由发光二极管和光电晶体管封装在同一管壳内组成。前级输出信号使发光二极管发光，光电晶体管接受光照后，产生光电流。光电流的大小随输入端信号的增加而增大。光电耦合器以光为媒介，实现电信号从前级向后级传输，它的输入端和输出端在电气上绝缘，具有抗干扰、隔噪声等特点，已得到越来越广泛的应用。
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