《大型养路机械电子电路技术基础》培训教材

1、第五章 放大电路基础放大电路也称放大器，其作用是将微弱的电信号进行放大，它是组成各种电子电路的基础，应用十分广泛。对放大电路的主要要求有两个方面：第一是要具有一定的放大能力，放大后的输出信号电压（电压放大器）或输出信号功率（功率放大器）达到要求；第二是失真要小，即放大后输出信号的波形应尽可能保持与输入信号波形一致。放大器的种类很多，按照信号的频率划分，可分为低频放大器、中频放大器、高频放大器和直流放大器等。本章通过对低频电压放大器（信号频率从 20 Hz200 kHz）的介绍，来了解放大电路的一些基础知识。首先介绍简单的三极管放大电路的组成和工作原理，然后讨论三极管放大电路静态工作点变动的原因

2、及其影响，并介绍静态工作点稳定的电路。放大电路往往是由多个单级放大电路组成的，本章还将介绍多级放大电路常用的三种耦合方式，以及放大器频率特性的概念和负反馈放大器。第一节 共发射极基本放大电路一、电路组成uiuo图5.1 单管放大电路图 5.1 所示是简单的单管共发射极放大电路。电路左边aa¢两点间为输入端，要放大的输入交流信号ui加于输入端；右边bb'两点间为输出端，输出放大后的交流信号 uo 到外接负载RL。电路以发射极作为输入和输出的公共电极，所以属于共发射极电路。1. 电路元件的作用（1）三极管 V 的作用它是放大电路的核心元件，利用它的电流放大作用可放大输入信号。即将

3、微小的基极电流变化量转换成较大的集电极电流变化量，反映三极管的电流控制作用。（2）基极电源和偏置电阻 Rb的作用电压为 UBB的基极电源通过 Rb 给三极管发射结加正向偏置电压。在 UBB一定时，Rb 的作用是保证三极管处于合适的直流工作状态，即通过调节 Rb 的数值，可使在无输入信号（ui0）时，加于三极管发射结的直流电压UBE和直流电流 IB（简称偏流）达到合适的数值。所以 Rb 又常称为偏流电阻。通常 Rb 的数量级为101102 kW。（3）集电极电源和集电极电阻Rc的作用电压为 UCC 的集电极电源通过Rc 给集电结加反向偏置电压，UCC一定时，Rc 可以在无输入信号时，使三极管的集

4、电极直流电压 UCE达到合适的数值。此外，Rc还将集电极电流的变化量转换为集电极电压的变化量，也就是通过 Rc 把三极管的电流放大特性转化为电压放大特性。Rc数量级为102103 W。（4）耦合电容C1、C2的作用C1和C2分别接于放大电路的输入端和输出端，它们有如下两点作用： 隔断直流，即隔断放大电路与信号源、放大电路与负载的直流通路，使电路的直流工作状态不受信号源和负载的影响。 耦合交流，即输入的交流信号ui可以通过 C1加于三极管基极到发射极间；输出交流信号uo可以通过C2输出给负载电阻RL。在低频放大电路中，耦合电容的容量较大，为 550 mF，一般采用电解电容，在电路中连接时要注意它

5、的极性。2. 电路简化和习惯画法图 5.1 所示电路中用两个直流电源（UCC 和 UBB）供电，这在实用上是不方便的。由于UCC 和 UBB的负极是连在一起的，所以可以用一个电源供电。在图 5.1 中，当选用 UBB 等于UCC 时，则p、s两点等电位，将p、s两点进行连接，即可省一组电源，如图 5.2 所示。UBB提高到UCC的数值后，只需相应提高Rb的数值，就可以使发射结获得合适的正向偏压。在电路中，通常还把输入回路和输出回路的公共端称为“地”（实际并不一定接到大地，往往接机壳或底板），并把“地”当作零电位，作为电路中其余各点电压的参考点。电路中各点的电位如无特殊注明，都是指该点对“地”的

6、电位。在图 5.2 中，UCC 负极接地，所以在图中可以只标出它的极性和大小，不再画出电源的符号，如图 5.3 所示。这是电子电路中的习惯画法，后面将经常采用这种画法。 图5.2 单电源供电的单管放大电路 图5.3 单管放大电路的习惯画法二、电压、电流符号和正方向的规定放大电路工作时，三极管各极电压和电流都是变化量，每一时刻电压、电流的数值称为瞬时值，这个瞬时值又包括直流分量和交流分量。为了清楚地表示瞬时值、直流分量和交流分量，以下通过电压、电流符号的大小写和下角标的大小写加以区别，如表 5.l 所示。电压和电流的正方向是相对而言的，为了便于分析，一般规定：不论是电压的瞬时值、直流分量或交流分

7、量，都以“地”为参考点（零电位）；电流不论是瞬时值、直流分量或交流分量，都以流入晶体管的基极和集电极为电流正方向。表5.1 三极管各极电压和电流的瞬时值、直流分量和交流分量的表示方法下 标大 写小 写电压或电流符号小 写瞬 时 值iB iC uBE uCE交 流 分 量ib ic ube uce大 写直 流 分 量IB Ic UBE UCE交流有效值（或最大值）Ib (Ibm) Ic (Icm)Ube(Ubem) Uce(Ucem)三、单管放大电路的工作原理下面分两种情况讨论电路的工作原理：一是无输入信号，电路处于静止状态（ui0，静态）时的情况；二是加入ui，放大电路进入交流工作状态（动态）

8、时的情况。1. 静止状态（1）直流通路与静态工作点在放大电路没有输入信号（ui0）时，UCC通过Rb和 Rc加到晶体三极管，使管子产生直流的基极电流 IB、集电极电流 IC，并呈现直流的发射结电压 UBE 和集电极发射极间电压UCE。由于 ui0时，电路中的电流、电压都是不随时间变化的直流量，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称静态。静态时三极管的基极直流 IB、UBE，集电极直流IC、UCE的数值，与晶体三极管输入、输出特性曲线上一点 Q 相对应，如图 5.4 所示。Q 点称为放大电路的静态工作点。为了表明 IB、IC、UBE、UCE是对应于 Q 点的静态值，分别将它们写作 IBQ、IC

9、Q、UBEQ、UCEQ。OOUBEQuBEuCEUCEQIBIBQ （a）输入特性曲线 （b）输出特性曲线图5.4 静态工作点的表示放大电路未加输入信号时，由于电容的隔直作用，不会有直流电流通过耦合电容 C1、C2，所以 C1、C2对直流而言可视为开路，电路的直流通路如图 5.5 中实线部分所示。在静态时，电容 C1 充电后两端加上直流电压，数值等于三极管基极对地电压 UBEQ；同样，C2两端也加上直流电压，数值等于集电极对地电压 UCEQ。在设计电路时，C1 和 C2 的容量均选得足够大，这样加入交流信号后，电容两端的直流电压数值将基本不变。ui0图5.5 放大电路的直流通路（2）静态工作点

10、的计算放大电路的静态工作点指的是放大电路在静态时二极管的电压和电流值。由图 5.5 可知，基极直流回路由 UCC、Rb、三极管基极和发射极组成，所以，静态直流电流为 （5.1）由于发射结是正向偏置，UBEO 很小，对于硅管约为 0.7 V，锗管则约为 0.3 V，当满足UCC>>UBEQ时，可取 （5.2）式（5.2）表明，在 UCC 和 Rb 确定之后，静态基极电流（偏流）IBQ 近似为一固定值，因此常把这种电路称为固定偏置放大电路。由于晶体管的电流放大作用，对应于静态基极电流IBQ，集电极电流ICQ应为ICQbIBQ （5.3）从图 5.5 可看出，集电极直流回路为 UCC、R

11、c、三极管集电极和发射极所组成，所以UCEQUCCICQRc （5.4）根据以上各式，就可以估算出放大电路的静态工作点。由于集电极电压 UCEQ是直流电压，不能通过隔直流电容器 C2，所以静态时输出端的电压uo0。例 5.1 在图 5.3 中，已知Rb135 kW，UCC6 V，Rc1 kW。三极管 V 是 NPN 型硅管，b50。求该放大电路的静态工作点。解 IBQ0.044（mA）44（mA）ICQbIBQ50×0.0442.2（mA）UCEQUCCICQRc62.2×13.8（V）例 5.2 在图 5.3 所示放大电路中，UCC24 V，三极管 b50，已选定静态工作

12、点为ICQ1 mA，UCEQ8 V，试计算Rb和Rc之值。解 IBQ0.02（mA）20（mA）Rb1 220（kW）Rc16（kW）（3）静态工作点的意义通过控制IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ的数值，可使静态工作点位于放大区（见图 5.4），输入交流信号不失真地放大。如果静态工作点安排不合适，放大器将不能正常工作。如在图 5.6（a）中，由于 Rb没有接UCC，所以UBEQ、IBQ、ICQ 几乎为零，UCEQUCC。由图 5.6（b）所示输入特性曲线可见，这时静态工作点位于 O 点（截止区）。输入信号 ui 加入后，uBEui。在ui的负半周，晶体管的发射结反向偏置，因此没有基极电流产生

13、。在ui的正半周，如果ui幅度很小，不超过输入特性曲线截止区电压，晶体管的基极电流、集电极电流仍近似为零（如图中当ui波形为虚线情况时），即放大电路对小信号失去放大作用。 （a）放大电路 （b）输入特性曲线图5.6 静态工作点的意义IBQ IBQ uBE uBE uBEQ图5.7 正确安排静态工作点，信号不失真放大如果输入信号的幅度足够大（如图中 ui 波形为实线情况时），也只有在ui的正半周，才使基极电流产生相应的变化。从图中可见，这时的基极电流的波形与ui有很大差别，ui是一个正弦波，而 iB 是一系列脉冲波，产生了严重的非线性失真。在这种情况下，输出信号 uo与输入信号ui必然产生严重的

14、失真，放大器不能正常工作。为了避免放大电路产生严重的失真，就必须正确地安排静态工作点，即在无信号时就应预先给发射结加一个正向偏压 UBEQ，使晶体管有一静态基极电流IBQ，如图 5.7 所示。这样，随 ui 变化的 iB始终处于放大区内，在ui的整个周期内，三极管均不会截止，从而避免了放大电路产生失真。由此可见，1 个放大电路，为了不失真地放大交流信号，必须安排合适的静态工作点，使晶体管处于合适的直流工作状态，以保证放大电路的正常工作。2. 交流工作状态从以上分析知道，输入信号电压 ui0 时，放大电路处于静止状态，在这个基础上加入输入信号 ui 后，则放大电路进入交流工作状态，简称动态。此时

15、，电路中的电压、电流随输入信号作相应变化。（1）动态时三极管各极电压和电流的波形在图 5.8 所示电路中，设输入信号为一幅度很小的正弦波，即：uiUimsin图5.8 放大电路加入ui的情况则三极管各极电压和电流的波形如图 5.9 所示。ui iC图5.9 放大电路中各点波形加入ui后，三极管基极发射极间的瞬时电压uBE为电容C1 两端电压和ui的叠加，由于耦合电容取值较大，使得在ui正、负交变时 C1 两端电压保持 UBEQ 基本不变，所以 uBE 等于 UBEQ 与 ui 的叠加，即uBEUBEQuiUBEQUimsin() （5.5）这是一个只有大小变化而没有正、负变化的单向脉动直流，如

16、图 5.9（b）所示。随 uBE 的增大和减小，基极电流iB也相应增大和减小，故iB也是单向脉动直流，如图 5.9（c）所示。这时的基极电流iB是由两个电流成分叠加而成，一个是由UCC和 Rb 所决定的静态直流 IBQ（直流分量），另一个是由ui引起的交流电流 交流分量，ibIbmsin，即iBIBQibIBQIbmsin （5.6）由于 iCiB，iB的微小变化能使iC产生较大的变化。这时的集电极瞬时电流也是单向脉动直流，也可以看成是两个电流的叠加，一个是静态直流（直流分量 ICQ），另一个是交流电流（交流分量，iCIcmsin），即iCICQIcmsin （5.7）其波形如图 5.9（d）

17、所示。随 iC 的变化，在 Rc两端产生的压降uR也是一个单向脉动直流电压，由直流（直流分量）和交流（交流分量）两个电压叠加，即uRURQURmsin其波形如图 5.9（e）所示。由集电极回路可知，集电极瞬时电压uCE为uCEUCCuRUCCURQURmsin因为 UCEQUCCICQRcUCCURQ，所以集电极瞬时电压uCE也是一个单向脉动电压，即uCEUCEQURmsinUCEQuceUCEQUcemsin （5.8）其波形如图 5.9（f）所示。由于 uCE 的直流成分 UCEQ 被耦合电容 C2 隔断，因此，只有交流成分可以通过 C2 到达输出端，成为放大电路的输出信号电压 uo，即u

18、ouceUcemsin （5.9）其波形如图 5.9（g）所示。由图 5.9 和式（5.9）可以看出，共发射极放大电路输出信号电压 uo 与输入信号电压 ui的相位相反。这是因为 ui 正半周时使 iB 和 iC 增大，Rc 上的压降增大，从而使集电极电压的瞬时值uCE减少，uo为负半周。反之，当 ui 为负半周时，uCE增大，uo 为正半周。共发射极放大电路输出电压uo与输入电压ui反相的这种现象，称为倒相作用。（2）放大电路的放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的技术指标。当在放大器的输入端加入需要放大的信号时，将在放大器的输出端输出已放大的信号电压uo和信号电流io，并作用在负载上。因

19、此，放大器的放大能力可以用三种放大倍数来表示，即电压放大倍数 Au、电流放大倍数 Ai、功率放大倍数 AP，它们的定义式是： （5.10）式中，Uo、Ui、Io、Ii为正弦信号的有效值。（3）放大电路的交流通路 RL图5.10 放大电路的交流通路当有交流信号输入时，放大电路中各极电压和电流均为直流分量和交流分量的叠加。由于电路的电抗元件对两个分量呈现的阻抗是不同的，所以放大电路就有直流通路和交流通路之分。直流通路前面已经介绍过，下面介绍交流通路。在图 5.8 所示放大电路中，由于直流电源和耦合电容对交流电流的阻抗很小，可以把它们近似看成对交流分量短路，因此可画成如图 5.10 所示的交流通路。

20、由图可见，输入回路中有iiiRbib （5.11）其中 ib 经过晶体管放大，形成集电极电流的交流分量 icbib。在输出回路中有：iciRcio （5.12）集电极电阻 Rc 和负载电阻 RL 都接在集电极和地之间，两者并联，称为交流负载电阻，用表示，即。在静态时，放大电路工作于直流情况，因此静态工作点的计算必须按直流通路考虑；在动态时，交流分量之间关系的分析（如放大倍数的计算等）则必须按交流通路考虑。第二节 静态工作点的稳定通过前面的讨论知道，静态工作点 Q 的位置是否合适，对放大电路是很重要的，它不仅关系到是否产生波形失真，而且对放大倍数、输入电阻等参数也有很大影响。所以，在设计和调试放

21、大器时必须安排一个合适的静态工作点，并且要保证静态工作点的位置稳定。放大器在工作时环境温度、电路参数的变化和电源电压的波动等影响都会使静态工作点的位置变化，从而影响放大器的正常工作。其中温度变化是影响静态工作点稳定的主要原因。下面通过固定偏置单管放大电路，讨论温度变化对静态工作点的影响。一、温度变化对静态工作点的影响由于三极管内部载流子的运动受温度的影响，所以当环境温度变化时，其参数均会发生变化。如温度升高时，IBQ 将随温度的升高而增大，故 ICQbIBQICEQ 也将随温度的升高而增大。为了稳定静态工作点，除了选用质量好的三极管以外，还应采用具有稳定作用的偏置电路。二、分压式电流负反馈偏置

22、电路图5.11 分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路是晶体管电路中应用最广泛的偏置电路，图 5.11 所示是具有这种偏置电路的单管放大电路。其偏置电路由分压电阻 Rbl、Rb2，发射极电阻 Re，发射极旁路电容 Ce 等四个元件组成。各元件的作用为：Rbl和 Rb2组成分压电路，以供给三极管所需的基极电压。Re用以实现电流负反馈的电阻。静态发射极电流 IEQ 流过 Re 产生电压降 UEQ，加于输入回路而起负反馈作用。因为 IEQICQ，所以 UEQ 与 ICQ 成正比，故称为电流负反馈。Ce容量较大，对于交流信号相当于短路，用以消除交流信号在 Re上产生的负反馈作用，以避免减小放

23、大倍数。1. 静态工作点的稳定原理在研究静态工作时，应使用电路的直流通路，如图 5.12 所示。图5.12 图5.11的直流通路在直流电源 UCC 作用下，形成各极直流电流 IBQ、ICQ、IEQ，分压电阻 Rb1、Rb2上的电流分别为 Il和 I2。由于Il=I2IBQ，因此适当选用 Rb1、Rb2的阻值，使满足I2>>IBQ时，则有I1I2，并且有这时基极对地的直流电压为 Rb2 两端电压 UBQ，表达式为UBQI2Rb2UCC （5.13）由式（5.13）可见，UBQ 只与外电路参数有关，而与晶体三极管无关，所以 UBQ 不随温度变化，当 UCC、Rbl、Rb2 选定后，UB

24、Q 也就确定了。电路稳定静态工作点的物理过程如下：当某种因素造成静态工作点变化，如温度上升使静态工作点上移，ICQ 增大，静态工作点 Q 的位置上移，则 IEQ 在 Re 电阻上的压降 UEQ 也增大。由于基极电位 UBQUBEQUEQ是固定的，所以随 UEQ 增大将使 UBEQ 减小，从而使 IBQ减小，进而使 ICQ 减小，Q 点位置趋向原来位置，这就起到自动调节作用，最终使 Q 点位置基本稳定。这一稳定过程，可用符号表示如下，即：TI CQIEQUEQUBEQIBQICQ上述将输出回路的电流变化，反映到输入回路，从而使之作相反的变化的方式称为电流负反馈。在后面还将对负反馈作详细介绍。2.

25、 静态工作点的计算具有分压式电流负反馈偏置的放大电路，在元件参数已知时，静态工作点 Q 近似计算方法如下： 静态基极电压 UBQ。UBQUCC （5.14） 静态集电极电流ICQ。ICQIEQ （5.15） 静态管压降UCEQ。UCEQUCCICQ RcIEQ ReUCCICQ (RcRe) （5.16） 静态基极电流IBQ。IBQ （5.17）例 5.3 在图 5.11 电路中，已知 UCC24 V，三极管 3DG6 的 b100，Rc3.3 kW，Re1.5 kW，Rb133 kW，Rb210 kW。试求静态工作点 ICQ、UCEQ、IBQ。解 （V）（mA）UCEQUCCICQ(RcRe

26、)243.3×(3.31.5)8.2（V）（mA）33（mA）第三节 多级放大器一、多级放大器的概念1. 多级放大器的组成实际应用的放大器通常都是多级的，即把几个单级放大器适当连接起来构成的放大器。这是因为要把一个微弱的信号放大到能够推动负载（电动机转动、扬声器发声等），靠一级放大是不够的。图 5.13 所示是一个完整的多级放大器的方框图。 Rs us RL图5.13 多级放大器方框图多级放大器的末级，也称为功率输出级，它的任务是输出足够大的信号功率去推动负载。前置级的作用是把微弱的信号加以放大（一般是电压放大），有时前置级由几级组成。末前级（又称推动级或激励级）的作用是：如果负载要

27、求信号功率较大，那么功率输出级的输入功率（或称推动功率）也较大，前置级直接推动末级有困难，所以用末前级把前置级的信号加以放大后，再去推动末级。前置级属于小信号放大，末前级和功率输出级（尤其是功率输出级）则工作于大信号情况。2. 级间耦合方式多级放大器中，级与级之间的连接称为级间耦合。对级间耦合电路的基本要求如下： 必须保证放大器各级有合适的静态工作点。 必须保证被放大的信号顺利地由前级传送到后级。电子技术中，常用的级间耦合方式有：阻容耦合、变压器耦合和直接耦合。前两种耦合方式中，各级的静态工作点是独立的，互不影响。而直接耦合方式会引起静态工作点的相互影响，必须综合考虑。（1）阻容耦合 us R

28、s图5.14 两级阻容耦合放大电路所谓阻容耦合，就是利用电阻和电容元件将两个单级的放大器连接起来，组成多级放大器，如图 5.14 所示。输入信号 ui 经第一级放大后从三极管 V1 的集电极输出，通过电容 C2加到第二级放大器的输入电阻上，即信号是利用电阻和电容传递的，故称阻容耦合。阻容耦合方式的优点如下： 前级的输出信号通过电容耦合到后一级，适当地选取电容数值，可以保证交流信号顺利耦合到下一级。 电容具有隔直作用，所以使各级直流通路互不相通，各级的静态工作点是彼此独立的，因此静态工作点的设计计算比较简单。 电容器具有体积小、质量小、成本低的优点。由于具有以上优点，所以阻容耦合电路得到广泛的应

29、用。但是，阻容耦合方式不适合传送变化极为缓慢的信号，因为这种信号通过电容会受到较大的损耗，至于直流信号则根本不能通过耦合电容。（2）变压器耦合图 5.15 所示为变压器耦合两级放大电路。输入交流信号 ui 经第一级 V1 放大后，交流信号电流ic1通过变压器 Tl的互感作用，在次级感应出信号电压并加到 V2的输入端，经第二级放大后由输出变压器 T2传送到负载 RL。由于变压器不传送直流量，所以各级静态工作点也是独立的。变压器耦合方式的一个重要特点是具有阻抗变换作用，例如通过变压器可以方便地将负载电阻变换成放大器所需求的最佳负载值。变压器耦合的缺点是质量和体积较大，成本高，也不能传送变化缓慢的信

30、号或直流信号。（3）直接耦合直接耦合方式是不经过电抗元件，将前级的输出端和后级的输入端直接（或经过电阻）连接起来的电路，如图 5.16 所示。直接耦合放大电路，不仅能放大交流信号，也能放大直流信号。但是，直接耦合方式各级的直流电路互相沟通，各级的静态工作点互相影响。 Rs us 图5.15 变压器耦合两级放大电路 图5.16 直接耦合方式直接耦合电路适宜于集成化产品，在直流放大器和集成电路中广泛应用。3. 多级放大器的电压放大倍数（1）多级电压放大倍数在多级放大器中，前一级的输出信号电压就是后一级的输入信号电压，如图 5.17 所示。因此，多级放大器的总电压放大倍数Au等于各级电压放大倍数的乘

31、积，即 （5.18）AunUo (n1)图5.17 多级电压放大倍数（2）放大器的增益用放大倍数的对数形式表示放大器的放大能力叫做增益。习惯上人们有时也将放大倍数称为增益。放大器的增益有功率增益、电压增益和电流增益。功率增益 Gp10lgAp （5.19）电压增益 Gu20lgAu （5.20）电流增益 Gi20lgAi （5.21）增益的单位为分贝，以 dB 表示。例如某放大器的电压放大倍数 Au100，则其电压增益为Gu20lgAu20lgl0040（dB）。放大器的放大倍数用对数表示时，可以简化运算。例如计算多级放大器的电压增益时，有：Gu20lgAu20lg(Au1Au2Aun)20l

32、gAu120lgAu220lgAunGu1Gu2Gun将乘法运算变化为加法运算，使计算简化。将放大倍数用对数表示的另外一个原因是：人的感觉，如人耳对声音、眼睛对图像亮度的感觉是与声音强度、图像亮度的对数成比例。二、放大器的频率特性前面分析放大器时，都假设输入信号为单一频率的正弦波，但实际上放大器要放大的输入信号往往包含有多个频率分量的正弦波。也就是说，信号通常都占有一定的频带。例如，声音信号所包含的频率范围约为 20 Hz20 kHz。作为放大声音的放大器就应该让 20 Hz20 kHz 范围内的各种频率成分均得到放大，否则，会引起信号波形产生失真。这种失真称为频率失真，不同于由三极管的非线性

33、产生的非线性失真。放大器的频率特性包含有幅频特性和相频特性。幅频特性反映的是放大器的电压放大倍数的大小随频率的变化关系；相频特性反映的是输出电压与输入电压相位差与频率的关系。1. 单级阻容耦合放大器的频率特性理想的放大器对不同频率的信号的放大特性相同。但是实际上，放大电路中不可避免地存在电抗元件，由于它们在不同频率下的电抗值不同，因而使放大器对不同频率信号的放大效果不完全一致。图 5.18 所示为单级阻容耦合放大器的频率特性。由图 5.18（a）所示幅频特性可以看出，在信号频率不高也不低的一段范围内，放大倍数基本不变，此时的电压放大倍数若用 Aum表示，则 Aum 可视为一个常数。满足 Au(

34、)Aum 的这一频率范围称为放大器的中频段。从图 5.18（b）所示的相频特性可以看出，放大器输出电压 uo 与输入电压相位相差180°。（a）幅频特性（b）相频特性图5.18 单级阻容耦合放大电路的频率特性当信号频率低于中频段时，放大倍数Au随频率的降低而减小，这一频率范围称为放大器的低频段。在低频段，uo与ui的相位差不止180°，而是超前一个角，称为附加相移。阻容耦合放大器影响低频段频率特性的原因是：由于当频率降低时，耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大而不可忽略，耦合电容和旁路电容产生交流压降，造成放大倍数下降和附加相移。频率越低，放大倍数下降得越多，越大。当信号频率

35、高于中频段时，放大倍数Au随频率的升高而下降。这一频率范围称为放大器的高频段。在高频段，uo 与 ui 的相位差不到 180°，而是滞后一个。在高频段造成电压放大倍数下降和附加相移的原因是：随频率的升高三极管的值减小，以及电路的分布电容的影响。通常规定，当放大器电压放大倍数下降到中频放大倍数 Aum 的时，所对应的低频频率和高频频率，分别称为下限频率fL（也称为下限截止频率）和上限频率fH（也称为上限截止频率）。fH与fL之间的频率范围称为放大器的通频带（或称带宽），以BW表示，即BWfHfL （5.22）通频带表征放大电路对不同频率输入信号的适应能力，是放大电路的主要技术指标之一。

36、通频带越宽，表示放大器工作的频率范围越大。2. 多级放大器的通频带（a）一级放大器幅频特性（b）二级放大器幅频特性（c）两级放大器幅频特性图5.19 两级放大器的幅频特性多级放大器的通频带总是比单级的通频带窄。图 5.19 为两级放大器的幅频特性。假设两级的幅频特性相同，如图 5.19（a）、（b）所示，其上限频率为 fH1，下限频率为 fL1，则图 5.19（c）所示为这两个单级放大器组成的两级放大器的幅频特性曲线。由式（5.18）可知，两级放大器的放大倍数为AuAu1Au2两级放大器在中频段的放大倍数为AumAum1Aum2在两级放大器的上、下限频率处的放大倍数为Au10.707Aum1&

37、#215;0.707Aum20.5Aum这说明总的频率特性在高、低频段比单级时下降得更快，即 fHfH1，fLfL1。也就是说，多级放大器的通频带比单级放大器要窄。第四节 负反馈放大电路在本章第二节中已经讨论了应用直流负反馈稳定静态工作点的问题，当在放大电路中引入交流负反馈时，可以改善放大电路的一系列性能。本节讨论交流负反馈。一、负反馈的基本概念1. 什么叫反馈将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的电路回送到输入回路的过程称为反馈，有反馈的放大电路称为反馈放大电路。如果送回输入回路的信号（称为反馈信号）有削弱原来输入信号的作用，使放大器的净输入信号减小，导致放大电路的放大倍

38、数减小，这种反馈称为负反馈；反之，反馈信号起加强原输入信号的作用，使放大电路的净输入信号增大，则为正反馈。负反馈虽然使放大电路的放大倍数减小，但却换来了放大电路性能的改善。正反馈可以提高放大电路的放大倍数，但放大电路中的其他性能则往往因引进正反馈而变坏，所以正反馈在放大电路中很少应用。2. 负反馈放大电路的基本关系式 Xf图5.20 负反馈放大电路示意方框图负反馈放大电路就电路结构而言，可分成两个组成部分：一个是无负反馈作用的放大电路部分，称为基本放大电路；另一个是反馈电路（或称反馈网络），其示意方框图如图 5.20所示。图中 Xi 表示输入信号，Xo 表示输出信号，Xf 为反馈信号，X

39、9;i 表示基本放大电路的净输入信号，它由输入信号 Xi 与反馈信号 Xf 之差决定，即：X'iXiXf。A 为基本放大电路的放大倍数，它表示净输入信号X'i 经基本放大电路正向传输（即图中自左至右传输）至输出端所得到的放大倍数；F 为反馈网络的反馈系数，它表示输出信号 Xo经反馈网络反向传输（即图中自右至左传输）到输入端的程度。通常将基本放大电路的放大倍数称为负反馈放大电路的开环放大倍数，把负反馈放大电路的放大倍数称为闭环放大倍数。由 ，得 Xo整理后得或 （5.23）式（5.23）即为负反馈放大电路的基本关系式。它表明了开环放大倍数 A 与闭环放大倍数 Af 之间的关系，即

40、放大电路引入负反馈后的放大倍数 Af 是未加负反馈时放大倍数 A 的。通常将（lAF）称为反馈深度。反馈深度是一个很重要的量，因为它表示引入负反馈后，放大倍数减小的程度，同时负反馈对于放大电路各方面性能影响的程度，也都取决于反馈深度。当（1AF）>>1时，称为深度负反馈。由式（5.23）可知，对于深度负反馈有 （5.24）式（5.24）说明，在深度负反馈时，闭环放大倍数与基本放大电路的放大倍数无关，仅取决于反馈网络的反馈系数F。如果反馈网络是纯电阻性的，那么 F 是常数，所以 Af 也是一个常数，使负反馈放大电路有很高的稳定性。例5.4 已知某一负反馈放大电路的开环放大倍数 A10

41、4，当反馈系数F1% 时，求闭环放大倍数。解 反馈深度为1AF1104×101则闭环放大倍数为因为 (1AF) 101>>1，所以可用式（5.24）近似计算：3. 负反馈放大电路的类型按照图 5.20 组成负反馈放大电路时，根据反馈网络在放大电路的输入端采用的不同连接方式，可分为不同的反馈类型。（1）电压反馈和电流反馈从反馈放大电路的输出端来看，根据反馈网络在输出回路与负载 RL 是并联还是串联的情况，可分为电压反馈和电流反馈。如图 5.21（a）所示，反馈网络与负载 RL 并联，反馈信号取自输出电压 Uo，或者说反馈信号与输出电压成正比，这种方式称为电压反馈。若反馈网络

42、与负载 RL 串联，反馈信号取自输出电流 Io（或 Ic），或者说反馈信号与输出电流成正比，则这种方式称为电流反馈，如图 5.21（b）所示。 （a）电压反馈 （b）电流反馈图5.21 电压反馈与电流反馈（2）并联反馈和串联反馈从反馈放大电路的输入端看，根据反馈网络在输入回路与信号源是并联还是串联的情况，可分为并联反馈和串联反馈。如图 5.22（a）所示，反馈网络与信号源并联，反馈电流 If 与输入信号电流 Ii 共同作用于基本放大电路的输入端，这种连接称为并联反馈。对于并联负反馈，反馈电流 If 削弱输入电流 Ii，使净输入电流（基本放大电路的输入电流）减小，即 。若反馈网络与输入信号源串联

43、时，反馈电压 Uf 与输入信号电压 Ui 共同作用于基本放大电路的输入端，这种连接方式称为串联反馈，如图 5.22（b）所示。对于串联负反馈，反馈电压 Uf 削弱输入电压 Ui，使净输入电压（基本放大电路的输入电压）减小，即。 Rs （a）并联反馈 （b）串联反馈图5.22 并联反馈与串联反馈综上所述，根据采用电压还是电流反馈，串联还是并联反馈，实际的负反馈放大电路可以有四种不同的类型，分别称为电压并联负反馈、电压串联负反馈、电流并联负反馈和电流串联负反馈，分别如图 5.23（a）、（b）、（c）、（d）所示。 （a）电压并联负反馈 （b）电压串联负反馈 （c）电流并联负反馈 （d）电流串联负

44、反馈图5.23 四种基本类型的负反馈方框图4. 反馈的判别不同类型的反馈对放大电路的影响是不同的，因此要掌握反馈的性质（正反馈还是负反馈）和类型的判断方法，才能正确分析和合理使用反馈电路。首先判定放大电路中有无反馈。这可根据电路中是否存在沟通输出回路与输入回路的中间环节来确定。其次判别反馈类型。这先根据反馈信号的来源区别电压反馈和电流反馈：电压反馈的反馈网络在输出回路与负载 RL 并联，反馈信号取自输出电压；电流反馈的反馈网络在输出回路与负载 RL 串联，反馈信号取自输出电流。然后根据反馈网络与信号源的连接形式区别串联反馈和并联反馈：串联反馈作用于基本放大电路输入端的为 Ui 和 Uf；并联反

45、馈作用于基本放大电路输入端的为 Ii 和 If。在判断反馈究竟是电压反馈还是电流反馈时，通常采用所谓“短路法”，即假想地把反馈放大电路的输出端交流短路（使交流负载为零，Uo0），看此时反馈信号是否消失。如果反馈消失则为电压反馈，反之则为电流反馈。在判断串联反馈还是并联反馈时。也可假想地将放大电路的信号输入端短路（即使 Ui0）。若此时反馈信号仍能加到基本放大电路输入端，则为串联反馈，否则为并联反馈。反馈性质的判别，通常采用瞬时极性法，即假定反馈放大电路的输入端的输入电压 Ui对地瞬时极性为正，然后根据三极管各电极电压瞬时极性和电流瞬时流向的关系，确定反馈信号的极性，从而判断是正反馈还是负反馈。

46、5. 基本类型负反馈放大电路反馈类型和性质的判断（1）电流串联负反馈的判断和性质 反馈分析。图5.24 电流串联负反馈在图 5.24 中，首先判定有无反馈。由图可见，在发射极串接的电阻 RF 既属于输入回路又属于输出回路，是沟通两个回路的中间环节，因此，这里是利用 RF 起反馈作用的。其次判别反馈类型。由于发射极交流电流 Ie 流过 Rf，产生压降 UfIeRfIcRf，反映了 Ic的大小，并被反送到输入回路影响 Ube，所以 Uf 是反馈信号。因为 UfIcRf与 Ic 近似成正比，若将 RL 短接时，虽然 Uo0，但反馈信号 Uf0，可见属于电流反馈。在输入回路，反馈电压Uf和输入电压Ui

47、串联共同作用于三极管的发射结，即 UbeUiUf，所以是串联反馈。最后判别反馈性质。当假定输入端瞬时对地电压极性为正时，基极交流电流Ib的瞬时流向为流入基极，则发射极电流Ie流出发射极，在 Rf上的交流压降 Uf的极性为上正下负，这时三极管的净输入信号电压UbeUiUf ，即 Uf 削弱了 Ui，所以是负反馈。综上可见，该电路通过 Rf引入的是电流串联负反馈。 电流负反馈稳定输出电流。电流负反馈的反馈信号取自输出电流，因此，具有稳定输出电流的作用，下面结合图 5.24所示电流串联负反馈电路说明。假定在图中更换了一个 b 值较大的三极管，看反馈是如何起作用的。从图中可以看出，当输入信号 Ui 一

48、定时，如果 b 增大，则集电极交流电流Ic将随着增加，反馈电压 Uf 也随之增加，其结果使三极管净输入电压 UbeUiUf减小，Ib 随之减小，从而使 Ic 趋近于原来的数值，其反馈过程如下：IcUfUbeIbIc由此可见，这种电流串联负反馈电路具有稳定输出电流的作用。后面将要讨论的电流并联负反馈电路，同样具有稳定输出电流的作用。即不管输入端的反馈方式是串联还是并联，只要是电流负反馈，就能稳定输出电流。（2）电压串联负反馈的判断和性质 反馈分析。图 5.25 所示为两级阻容耦合放大电路。电路中除Re1对V1产生本级电流串联负反馈外，接在 V2 输出和 V1 输入回路的 Rf 为反馈元件，形成第

49、二级对第一级的反馈。通常将这种后级到前级的反馈称为级间反馈（或越级反馈），以区别于本级反馈。判别反馈类型。放大电路的输出电压 Uo 经 Rf 在 Rel 上产生反馈电压 Uf，若将输出端交流短路使 Uo0，则 Uf 0，第二级对第一级的级间反馈消失，可见反馈取自输出电压，是电压反馈；在输入回路，反馈电压 Uf 与输入电压 Ui 串联，共同作用于三极管 V1 的发射结，所以是串联反馈。判别反馈性质。设输入端输入信号电压 Ui 对地瞬时极性为正，经过两级共发射极放大电路后，Uo 瞬时极性为正。Uo 通过 Rf在 Rel 上产生的电压 Uf 对地也为正，使UbeUiUf。Uf削弱了原输入电压，故图

50、5.25 所示电路为电压串联负反馈。图5.25 电压串联负反馈 电压负反馈稳定输出电压。电压负反馈的反馈信号取自输出电压，因此，具有稳定输出电压的作用，下面结合图 5.25所示电压串联负反馈电路说明。假定在Ui为某一固定值时，由于管子参数或负载变化使输出电压 Uo 减小，则 Uf 也要随之减小，结果将使放大电路的净输入信号UiUf增大，使Uo随之回升到接近原来的数值，这个过程可简单表示如下：RLUoUf UbeUo可见，这种电压串联负反馈电路具有稳定输出电压的作用。后面要讨论的电压并联负反馈电路，同样具有稳定输出电压的作用。也就是说，不管输入端的反馈方式是串联还是并联，只要是电压负反馈，就能稳

51、定输出电压。（3）电压并联负反馈的判断和性质图 5.26 所示为具有电压并联负反馈的放大电路。 静态直流分析。该电路的直流偏置电路是一种具有静态工作点稳定作用的电路。电路中发射结的正向电压由集电极电压 UCEQ 提供，其静态基极电流为图5.26 电压并联负反馈电路 （5.25）由式（5.25）可见，偏流值随 UCEQ 而变。如当温度升高时，ICQ 增加，则 Rc 上的压降也随着增加，故 UCEQUCC(ICQIBQ)Rc便减小，从而使基极电流 IBQ 自动减小，ICQ 趋于稳定。这个稳定过程表示如下TICQUCEQIBQICQ由 ICQ 变化引起 UCEQ 变化，通过 Rf反过来作用于输入端影

52、响 IBQ 的大小，促使 ICQ 稳定，这种过程是直流负反馈过程。因为反馈是取自输出电路的集电极电压 UCEQ，故称为直流电压负反馈偏置电路。 交流反馈分析。由图 5.26 所示电路可见，输出回路与输入回路之间接有电阻 Rf，所以电路存在反馈。当输入信号时，输出电压 Uo 经 Rf 反馈到输入回路，即反馈信号取自输出电压；在输入端，反馈电流 If 与输入电流Ii共同作用于三极管的基极，故可断定为电压并联反馈。在图中，当输入端对地瞬时电压极性为正时，输出电压Uo对地应为负，这样使流过 Rf的交流电流If的瞬时方向为由基极流向集电极，即反馈电流 If 削弱了原输入信号电流 Ii，使IbIiIf ，所以图 5.26 所示电路为电压并联负反馈。（4）电流并联负反馈的判断和性质图 5.27 所示为两级直接耦合放大电路。电路中，由于 Re2两端未并联旁路电容，除对第二级本级产生电流负反馈外，还通过 Rf、C（隔直通交）支路对前