第2章小信号放大电路mm

第2章基本放大电路2.1基本放大电路的概念及工作原理2.2基本放大电路的静态分析2.5功率放大器和差动放大电路简介2.3基本放大电路的动态分析2.4共集电极放大电路2.6放大电路中的负反馈

掌握放大电路的基本构成及特点，理解基本放大电路静态工作点的设置目的及其求解方法；熟悉非线性失真的概念；初步掌握运用微变等效电路法求解电路的电压放大倍数、电路的输入电阻和输出电阻；了解多级放大电路的常用耦合方式。技术能力上要求掌握示波器、信号发生器、电子毫伏表等常用电子仪器的使用方法；具有对共射放大电路进行静态工作点调试的能力；掌握基本放大电路安装、调试的工艺技能。任务导入2.1基本放大电路的概念及工作原理

放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。

所谓“放大”，是指将一个微弱的电信号，通过某种装置，得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实质是电路对电流、电压或能量的控制作用。扬声器负载输入信号源扩音器中放大电路的组成为放大器提供能量的直流电源RS+－US放大电路+－u0i0话筒送来的微弱音频信号ui放大电路微弱输入小信号uiuO幅度大大增强的输出信号uO

放大电路的放大作用，实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输入信号的作用则是控制这种转移，使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。

放大电路的核心元件是晶体管，因此，放大电路若要实现对输入小信号的放大作用，必须首先保证晶体管工作在放大区。

晶体管工作在放大区的外部偏置条件是：其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源，并配以合适的偏置电路来实现的。

电子技术中以晶体管为核心元件，利用晶体管的以小控大作用，可组成各种形式的放大电路，基本放大电路的形式分以下三种组态：＋

u0－＋

ui－bce＋

u0－＋

ui－bec＋

u0－＋

ui－bec共射组态放大电路共集电组态放大电路共基组态放大电路

无论放大电路的组态如何，其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。

基本放大电路的核心元件是晶体管，放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶体管的电流放大作用显然无法完成。必须在放大电路中设置直流电源，并保证晶体管工作在线性放大区。（1）核心元件晶体管必须发射结正偏，集电结反偏；（2）输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电路，以保证晶体管的以小控大作用；（3）输出回路的设置应保证晶体管放大后的电流信号能够转换成负载需要的电压形式；（4）不允许被传输小信号放大后出现失真。1.放大电路的组成原则2.共射放大电路的组成及各部分的作用

共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：3DG6管RBUBBC1+RCUCCC2+放大电路的核心元件——三极管输入回路耦合电容基极电阻基极电源集电极电阻为放大电路提供能量的直流电源输出回路耦合电容

上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。

实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，各部分的作用分别如下：晶体管的作用是把放大电路输入的小电流进行放大，并控制能量转移向放大电路提供能量，保证晶体管的放大作用。

基极偏置电阻的作用是为放大电路提供合适的静态工作点，保证晶体管工作在放大区。输入耦合电容的作用是通交隔直。一方面防止放大电路内直流部分对输入的影响，另一方面让输入交流信号顺利通过。输出耦合电容的作用是隔离放大电路内部的直流和让放大的交流信号顺利输出。集电极电阻的作用是将放大后的集电极电流转换成电路所需的电压输出。3DG6管RBC1+RCC2++UCC3DG6RBC1+RCC2++UCCcebuiuoibiCuCEiBIB基极固定偏置电流放大后的集电极电流

iC通过RC将放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。uCE经C2滤掉了直流成分后的输出电压信号电流和基极固定偏流的叠加显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。uit0输入交流信号电流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCuOt0反相！输入信号电压3.共射放大电路的工作原理

需放大的信号电压ui通过C1转换为放大电路的输入电流，与基极偏流叠加后加到晶体管的基极，基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用控制集电极电流iC变化；iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即：uCE=UCC-iCRC

放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采用大写英文字母。例如：基极电流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；总量用iB表示。由上式可看出：当iC增大时，uCE就减小，所以uCE的变化正好与iC相反，这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分，耦合到输出端的交流成分即为输出电压uo。若电路参数选取适当，uo的幅度将比ui幅度大很多，亦即输入的微弱小信号ui被放大了，这就是放大电路的工作原理。

输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。直流分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。C1+C2+ICUBE放大电路的直流通道UCE3DG6RBRC＋UCCcebIC=βIBUCE=UCC－ICRCIB=RBUCC-UBE直流下耦合电容C1、C2相当于开路，由直流通道求工作点上的IB：IB由图可得由晶体管放大原理可求得IC：由图又可求得工作点上UCE：式中ICRC前面的负号表示输出电压与集电极电流IC反相。1.放大电路静态分析的估算法2.2基本放大电路的静态分析分析UBE(V)IB0.5V0.7V死区uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t4

此时ui小于死区的部分将无法得到传输，只有大于死区的部分才能转换成电流ib通过晶体管。由于输入信号大部分无法通过晶体管，ib电流波形与ui波形完全不一样了，造成输入信号输入时严重的“截止失真”。输入信号电压波形假如不设置静态工作点不设置静态工作点行吗？结论：为保证传输信号不失真地输入到放大器中得到放大，必须在放大电路中设置静态工作点。

利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法称为图解法。其分析步骤一般为：2.用图解法确定静态工作点a.按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：uBEiBiCuCEb.画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。由放大电路的直流通道可得：UCEICIEIBUBERBRC＋UCCcebUCE=UCC－ICRC令UCE=0，可得：IC=UCC/RC令IC=0可得：UCE=UCCICUCEUCCRCUCC连接两点作出直流负载线c.确定静态工作点只有IBQ对应的交点才是Q点QIBQ直流负载线上交点有多个ICIEIBUBEUCERBRC＋UCCceb已知放大电路直流通道中UCC=10V，RB=250kΩ，RC=3kΩ，β=50，试求该放大电路的静态工作点Q。解IB=37.2μA所以静态工作点Q：IC=1.86mAUCE=4.42V例注意：计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！固定偏置的放大电路存在很

温度T↑→Q点↑→IC↑→UCE↓→VC↓ICUCEQ

若温度上升，将造成输出特性曲线上移。静态工作点Q随之上移Q'如果VC<VB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。分析上述固定偏置共射放大电路有哪些不足？大的不足。例如当晶体管所处环境温度升高时，晶体管内部载流子运动加剧，因此将造成放大电路中的各参量将随之发生变化。为不失真地传输信号，实用中需对上述电路进行改造。分压式偏置的共发射极放大电路可通过反馈环节有效地抑制温度对静态工作点的影响。2.3

基本放大电路的动态分析放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态分析时，放大电路的输入是微弱的小信号；放大电路内部各电压、电流均按交流量分析；输出的则是被放大的输入信号。动态分析就是要求解有信号输入时放大电路的输入电阻ri、输出电阻ro及电压放大倍数Au等指标。1.共射放大电路的主要动态指标

输入电阻ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为减轻信号电压源负担，总希望ri大些。另外较大的输入电阻ri，也可降低信号源内阻RS的影响，使放大电路获得较强的输入电压。在共射放大电路中，由于RB比rbe大得多，ri近似等于rbe，一般只有几百欧至几千欧，即共射放大器的输入电阻的阻值比较低。输入、输出电阻对放大器有何影响？对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大电路输出电阻ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，则放大电路的带负载能力就越强。而共射放大电路的输出电阻ro在通常只有几千欧至几十千欧，因此输出电阻较大。共射放大电路的电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数β、动态输入电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由前分析可知，共射放大电路的Au很大，因此被广泛应用于多级放大电路的中间级。CE＋RC+UCCRB1RB1RCcbeRLRB2T＋RSuS－C2＋C1＋RE分压式偏置共发射极放大电路输入信号源放大电路负载电源为0时可视为“地”电容相当于“交流短路”RB1相当于接于基极与“地”之间RC相当于接于集电极与“地”之间分压式偏置共发射极放大电路的交流通道

由于发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共发射极组态的放大电路。2.共射放大电路的交流通路3.微变等效电路法微变等效电路法就是在满足小信号条件下，将晶体管线性化，把放大电路等效为一个近似的线性电路，然后应用线性电路的求解方法求出ri、ro、Au的方法。RB1RCcbeRB2T

一般情况下，由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。βibibRB1RCRB2rbe晶体管的微变等效电路。其中rbe是晶体管输入端的等效电阻，受控电流源相当晶体管的集电极电流。显然微变等效电路反映了晶体管电流的以小控大作用。图中：晶体管交流输入等效电阻RB1RCRB2rbe共射电压放大器的微变等效电路法βibib晶体管的微变等效电路iiuiuoi0=0iC基极电流集电极电流放大电路的输入电压和电流放大电路的输出电压和电流电路交流等效输入电阻：ri=rbe//RB1//RB2由于小信号电路有RB1和RB2>>rbe，所以

ri≈rbe

显然交流等效输出电阻：ro=RC电路中电压放大倍数：若电路接入负载，则电路的电压放大倍数：微变等效电路的画法说明共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为：式中负号反映了输出电压与输入电压的反相关系显然，放大电路带上负载后，其电压放大倍数将降低。负载越大，RL'等效电阻越小，放大倍数下降越多。

共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大，因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。

共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多，说明这种放大电路的带负载能力不强。图示电路，已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试分析求解交流参数ri、ro、Au。前面例题已经解出其静态工作点例解画出其微变等效电路，RB1RCRB2rbe动态分析如下：微变等效电路βibibRB1RCRB2rbeRe动态分析：

显然电路中加了交流反馈电阻Re后，电路中的电压放大倍数进一步降低了。共射放大电路中含有交流反馈电阻的动态分析思考与问题1、下图中设UCC和RC为定值，当基极电流增加时，IC能否成正比地增加？最后接近何值？此时UCE=？当基极电流减小时，IC又如何变化？最后达到何值？这时的UCE约等于多少？ic(mA)uCE(V)UCEQUCCQ2Q1UCCRC80μA60μA40μA20μAIB=0

说一说下图所示各电路能否放大交流信号？为什么？C2＋C1＋RCT+UCCRB2uiuO(a)C2＋C1＋RCTRE+UCCRB2RB1uiuO(d)C2＋C1＋RCT+UCCRB1uiuO(b)C2＋C1＋RCT+UCCRB2RB1uiuO(c)不能！不能！不能！不能！VB=UCC，饱和失真VB=UBE，截止失真NPN管的电路，电容极性接反。PNP管的电路，电源、电容极性均接反。试述放大电路输出电阻的概念。为什么总希望放大电路的输出电阻r0尽量小一些呢？

你会做吗？电压放大倍数的概念是什么?电压放大倍数是如何定义的？共发射极放大电路的电压放大倍数与哪些参数有关？

试述放大电路输入电阻的概念。为什么总是希望放大电路的输入电阻ri尽量大一些？

思考与问题何谓放大电路的动态分析？动态分析分析步骤？你能否说出微变等效电路法的思想？

RCC2＋CE＋C1＋对固定偏置的放大电路进行改造。3DG6cbeRBRE+UCCRB2RB1分压电阻射极反馈电阻射极旁路滤波电容为稳定工作点Q而添加的负反馈环节分压电阻

分压式偏置的共发射极放大电路由于设置了反馈环节，因此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。4.分压式共射放大电路静态工作点的估算分压式共射放大电路稳定Q点作用说明RCC2＋CE＋C1＋3DG6cbeRE+UCCRB2RB1

此电路就是能够抑制温度影响而引起静态工作点变化的分压式偏置的共发射极电压放大电路。

这种分压式偏置的共发射极基本放大电路需要满足I1I2的小信号条件。

在满足I1I2>>IB的小信号条件下，当温度发生变化时，虽然也要引起IC的变化，但对基极电位没有多大影响。实际模拟电子线路中，设计流过RB1和RB2支路的电流远大于基极电流IB，因此可近似把RB1和RB2视为串联，串联可以分压，根据分压公式可确定基极电位：分压偏置共射放大电路静态工作点估算

直流分析时，此电路需满足I1≈I2>>IB的小信号条件。C2＋C1＋CE＋RC3DG6cbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBVB显然VB的大小与温度无关。分压式偏置共射放大电路的直流通道

偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合：I1≈I2>>IB的条件。在小信号条件下，IB可近似视为0值。

忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：

上述分析步骤，就是分压式偏置的共发射极电压放大电路求解静态工作点的估算法。显然，基极电位VB的高低对静态工作点影响非常大。UBERCβcbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBVBIEICUCE分压偏置共射放大电路静态工作点估算已知图示电路UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试估算静态工作点。（1）用估算法计算静态工作点例解ICUCE

基极电位VB的高低对静态工作点Q的影响

设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位VB选择偏高或偏低时，Q点随之上移或下行。设VB较高时：Qibuo

Q点的上移造成放大过程中信号的一部分进入饱和区，发生饱和失真，集电极电流上削波。

放大电路输出电压同样产生饱和失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈下削波。结论：

输入信号波形iCVB值大Q点高，饱和失真！ICUCE

基极电位VB设置较低时对Q点的影响

VB设置的高低，取决于两个基极偏置电阻的数值选择，当RB1太大时，VB值就会较低，引起静态工作点Q下行：Qib

输入信号波形

Q点下行造成放大过程中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，集电极电流呈下削波。iCuo

放大电路输出电压同样产生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈现上削波。结论：VB值小Q点低，截止失真！工作点Q的分析动画演示放大电路中各电压、电流的符号有何规定?

放大电路的基本概念是什么？放大电路中能量的控制与变换关系如何？

说明共发射极电压放大器输入电压与输出电压的相位关系如何？

如果共发射极电压放大器中没有集电极电阻RC，能产生电压放大吗？思考与问题基本放大电路的组成原则是什么？以共射组态基本放大电路为例加以说明

放大电路中为什么要设置静态工作点？静态工作点不稳定对放大电路有何影响？

你会做吗？放大电路的失真包括哪些？如何消除失真？两种失真下集电极电流的波形和输出电压的波形有何不同？

影响静态工作点稳定的因素有哪些？其中哪个因素影响最大？如何防范？

静态时耦合电容C1、C2两端有无电压？若有，其电压极性和大小如何确定？

思考与问题能否说出RE和CE在放大电路中所起的作用。电容CE在电路中起何作用？+UCCCERERB1RB2C2RC＋C1＋T＋cbe

电容CE的作用：交流通路中，射极电容将反馈电阻短路，则Au不受影响。如果把射极电容去掉，对电路会产生何影响？如果把射极电容CE去掉，交流通道反馈电阻RE仍起作用，则IE减小，rbe增大，负载不变情况下，电压放大倍数Au降低。动态分析的方法通常采用微变等效电路法。1.电路的组成2.4共集电极放大电路TRBREuoui＋UCCC1+RLC2+

观察左图，可见共集电极放大电路的特点是：晶体管的集电极直接与直流电源UCC相接，负载接在发射极电阻两端。显然，电路的输入极仍为基极，输出极却是发射极。直流通道TRBRE＋UCCIBICIEUBE2.静态工作点3.动态分析显然，集电极为输入、输出回路共同的交流“地”端，因此称之为共集电极放大电路。TRBREuoui交流情况下UCC=0，相当于“地”电位C1+RBC2+RB相当于接在基极与“地”之间耦合电容C1、C2相当于短路微变等效电路βibibRLRBrbeREuiuo求电路的电压放大倍数Au

通常(1+β)RL'>>rbe，故式中分子小于约等于分母，即共集电极放大电路的Au小于和约等于1。因Au为正值，说明ui与uo相位相同；又因ui≈uo，说明电路中的电压并没有被放大。但是，电路中ie=(1+β)ib，说明电路仍有电流放大和功率放大作用。此外，uo是由射极输出的，因之共集电极放大电路又称为“射极输出器”。求电路的输入电阻ri求电路的输出电阻ro

射极输出器的ri较大，通常可达几十千欧至几百千欧。显然，射极输出器的ro较小，仅为几十欧至几百欧。射极输出器的用途①电压放大倍数小于1约等于1，即uo跟随ui变化。②输入电阻较高。③输出电阻较低。

射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用于多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。用作输入级时，其高输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。2.3.4电路特点和应用实例

射极输出器与共发射极放大器相比，有何特点？

射极输出器的发射极电阻RE能否像共发射极放大器一样并联一个旁路电容CE来提高电路的电压放大倍数？为什么？思考与问题

射极输出器的电压放大倍数等于和略小于1，是否说明该组态放大电路没有放大能力？

2.5功率放大器和差动放大电路扩音系统功率放大电压放大信号提取

被放大后的模拟信号在推动实际负载时需要较大的功率，能完成此任务的器件就是功率放大器

。

例执行机构何谓功率放大器？功率放大器的作用：

用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。

1.功率放大器的分类功率放大器按工作状态一般可分为：①甲类放大器：这种功放的工作原理是输出器件晶体管始终工作在传输特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动，这种功放失真小，但效率低，约为50%，功率损耗大，一般应用在家庭的高档机较多。②乙类放大器：两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半个周期内导通，另半个周期内截止。该类功放效率较高，约为78%，但缺点是容易产生交越失真。③甲乙类放大器：兼有甲类放大器音质好和乙类放大器效率高的优点，被广泛应用于家庭、专业、汽车音响系统中。按功能放大器的分类①前级功放：主要作用是对信号源传输过来的节目信号进行必要的处理和电压放大后，再输出到后级放大器。②后级功放：对前级放大器送出的信号进行不失真放大，以强劲的功率驱动扬声器系统。除放大电路外，还设计有各种保护电路，如短路保护、过压保护、过热保护、过流保护等。前级功放和后级功放一般只在高档机或专业的场合采用。③合并式放大器：将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用范围较广。

目前功放的发展趋势倾向于采用无输出变压器的OTL功率放大电路和无输出电容的OCL功率放大电路。2.功率放大器的特点及技术要求

功率放大器的特点①由于功放电路的主要任务是向负载提供一定的功率，因而输出电压和电流的幅度足够大；②由于要求输出信号幅度大，通常使三极管工作在极限应用状态，即三极管工作在接近饱和区与截止区的工作状态，因此输出信号存在一定程度的失真。③功率放大电路在输出功率的同时，三极管消耗的能量也较大，因此三极管的管耗和散热问题不能忽视。④功率放大电路工作在大信号运用状态，因此只能采用图解法进行估算。对功率放大器的主要技术要求（1）效率尽可能高（2）具有足够大的输出功率（3）非线性失真尽可能小（4）散热条件要好

功放通常工作在大信号情况下，所以输出功率和功耗都较大，效率问题突显。我们期望在允许的失真范围内尽量减小损耗。

为获得最大的功率输出，要求功放管工作在接近“极限运用”状态。选用时应考虑管子的三个极限参数ICM、PCM和U(BR)CEO。

处于大信号工况下的管子不可避免地存在非线性失真。但应考虑在获得尽可能大的功率输出下将失真限制在允许范围内。

功放管工作在“极限运用”状态，因而造成相当大的结温和管壳温升。散热问题应充分重视，应采取措施使功放管有效地散热。3.功率放大电路中的交越失真图示为乙类功率放大电路ui/V

ωt00.6-0.6u0/V

ωt00.6-0.6过零处的交越失真

电路中两个管子在信号周期内交替工作，各自产生半个周期的信号波形。由于两管工作时存在死区与一般电压放大器相比，功放电路在性能要求上有什么不同点？

何谓“交越失真”？哪种电路存在“交越失真”？如何克服“交越失真”？

能说出甲类、乙类和甲乙类三种功放电路的特点吗？

思考与问题4、抑制零漂的放大电路

直接耦合的多级放大电路，当输入信号为零时，由于温度的变化、电源电压的波动以及元器件老化等原因，使放大电路的工作点发生变化，这个不为零的、无规则的、持续缓慢变化量会被直接耦合的放大电路逐级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动，这种现象称为零点漂移，简称零漂或温漂。uOt0零漂有时会把有用信号淹没（1）零漂现象（2）差动放大电路

为了抑制“零漂”，必须采用相应措施，其中最有效的措施就是采用差动放大电路。

差动放大电路的组成

差动放大电路由两个对称的共射基本放大电路组成。其中VT1、VT2是两个特性完全相同的晶体管，两管基极信号电压ui1、ui2大小相等、相位相反。差模信号

差动放大电路这种双端输入方式称为差模输入方式，所加信号称为差模信号，差模信号是放大电路中需要传输和放大的有用信号，用uid表示，数值上等于两管输入信号的差值：uid=ui1－ui2

两个输入端信号之间的差值实际上就是加在多级放大电路输入级的信号电压，信号电压的差值只要不为零时才能进行放大和传输。显然，差动放大电路放大的是两个输入端信号的差值，所以又称为差分放大电路。共模信号

温度变化、电源电压波动等引起的零漂电压，折合到放大电路输入端，相当于在放大电路输入端加了“共模信号”，外界电磁干扰对放大电路的影响也相当于在输入端加上了“共模信号”。可见，所谓的共模信号对放大电路是一种干扰信号。