分立元件组成的基本放大电路

电工电子技术福建工程学院2013年陈佳新主编

周理陈炳煌卢光宝鄢仁武编第7章分立元件组成的基本放大电路7.2射极输出器7.1共发射极放大电路7.3差分放大电路7.4互补对称功率放大电路7.5场效应晶体管放大电路2模拟电子电路中的晶体三极管通常都工作在放大状态，它和其他元件构成了各种用途的放大电路，而基本放大电路又是构成各种复杂放大电路和线性集成电路的基本单元。将微弱的电信号（电压、电流、功率）增强以满足负载需要的电路称为放大电路。晶体管低频放大电路有共发射极、共集电极和共基极3种组态。最常用的小信号低频交流放大电路多采用共发射极接法。37.1共发射极放大电路

7.1.1电路组成及电压放大原理

1．放大电路基本工作情况

放大电路未加输入信号ui时的工作状态称为静态，加入ui后的工作状态称为动态。当输入信号ui不为0时，产生动态的基极电流iB、集电极电流iC；iC的变化使管压降uCE产生变化，管压降的变化量就是输出动态电压uo，从而实现了电压放大。直流电源UCC为输出提供了所需能量。4

2．放大电路的组成元件及其作用

UCC是放大电路的能源，晶体管VT是放大电路的核心元件。

RC是集电极负载电阻，将电流变化转换为电压变化，实现电压放大作用。基极电阻RB使晶体管有合适的静态工作点。耦合电容C1、C2起隔直流通交流的作用。在实际应用中，将基极和集电极两个电源合并成一个，同时简化电路的画法，如图所示。5

7.1.2放大电路的静态分析放大电路的静态分析就是确定静态工作点，用Q（IB、IC、UCE）表示。

1．由放大电路的直流通路确定静态工作点画出共发射极放大电路的直流通路，由电路可得由式可近似估算静态工作点。在晶体管导通后，硅管UBE约为0.6～0.7V（锗管约为0.2～0.3V）。62．由图解法求静态工作点Q

（1）用输入特性曲线确定IBQ和UBEQ

由输入回路，晶体管输入特性曲线，有用作图法，则两曲线的交点就是静态工作点Q，Q点坐标就是静态时的基极电流IBQ和基-射极间电压UBEQ。基极电流的大小影响静态工作点的位置。若IBQ偏低，则静态工作点Q靠近截止区；若IBQ偏高，则Q靠近饱和区。7

（2）用输出特性曲线确定ICQ和UCEQ

由输出回路，以及晶体管的输出特性曲线，有作图法得静态工作点Q，Q点的坐标就是静态时晶体管的集电极电流ICQ和集-射极间电压UCEQ。87.1.3放大电路的动态分析动态分析就是对放大电路中信号的传输过程、放大电路的性能指标等问题进行分析讨论。微变等效电路法和图解法是动态分析的基本方法。9

1．信号在放大电路中的传输与放大（1）无输入信号时，晶体管的电压、电流都是直流分量。有输入信号后，都在静态值的基础上叠加一个交流分量。瞬时值是变化的，但方向始终不变，即均为脉动直流量。（2）输出uo与输入ui频率相同、反相，且uo幅度大。即共发射极放大电路具有“倒相”的作用。

2．微变等效电路法（1）晶体管的微变等效电路即晶体管在小信号（微变量）的情况下工作在特性曲线直线段时，将晶体管（非线性元件）用一个线性电路来代替。10在小信号作用下，静态工作点Q邻近工作范围内的曲线可视为直线，两变量的比值称为晶体管的输入电阻，即工程中低频小信号下的rbe可用下式来估算由晶体管的特性曲线求rbe、和rce11晶体管的输出电阻rce，即简化后的晶体管的微变等效电路12（2）共射放大电路的微变等效电路对于图示的共射放大电路，将交流通路中的晶体管用微变等效电路来代替，可得共射放大电路的微变等效电路。13

3．动态性能指标的计算（1）电压放大倍数Au

设输入为正弦信号，用相量法计算，可列出

Au为复数，反映了输出电压与输入电压之间的大小和相位关系，负号表示共射放大电路的输出电压与输入电压相位相反。当放大电路输出端开路时，可得空载时的电压放大倍数Auo

则14在实际应用中，RB

rbe，所以ri≈rbe。（3）输出电阻ro

一般输出电阻越小越好。输出内阻就是从放大电路输出端看进去的戴维宁等效电路的等效内阻。采用外加电源法时，则有（2）放大电路的输入电阻ri

一般输入电阻越高越好。由等效电路可知计算输出电阻的另一种方法是假设放大电路负载开路（空载）时的输出电压为，接上负载后的输出电压为，则15【例7.1.1】在图示的共射放大电路中，已知UCC=12V，RB=300kΩ，RC=4kΩ，RL=4kΩ，RS=100Ω，晶体管的=40。（1）估算静态工作点；（2）计算电压放大倍数；（3）计算输入电阻和输出电阻。解（1）估算静态工作点。由直流通路得（2）计算电压放大倍数。由交流通路和微变等效电路可得16（3）计算输入电阻和输出电阻。由，得17

7.1.4静态工作点的稳定（a）分压式偏置共射放大电路（b）直流通路（c）交流通路（d）含CE

的微变等效电路（e）不含CE

的微变等效电路RB=RB1//RB218

1．静态工作点的稳定原理晶体管参数随温度变化对工作点的影响，设法使IC在温度变化时能维持恒定，则静态工作点就可以得到稳定。（1）利用RB1、RB2的分压式偏置为基极提供一个固定电压。（2）在发射极串接电阻RE，当温度发生变化时起稳定作用。由于RE的存在，使得uo减小，造成Au的减小，故在RE两端并联一个旁路电容CE。

2．静态工作点分析由分压式偏置放大电路的直流通路得则19

3．动态分析（1）电路中接交流旁路电容CE③输出电阻

ro=RC

①电压放大倍数

（2）电路中不接交流旁路电容CE

对于交流信号而言，RE保留在电路中②输入电阻①电压放大倍数②输入电阻③输出电阻

ro=RC

20

【例7.1.2】在分压式偏置共射放大电路中，已知UCC=24V，RB1=33kΩ，RB2=10kΩ，RC=3.3kΩ，RE=1.5kΩ，RL=5.1kΩ，晶体管的=66，设RS=0。（1）估算静态工作点；（2）计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻；（3）当RE两端未并联旁路电容时，计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解（1）估算静态工作点21（2）由微变等效电路得输出电阻

ro=RC=3.3kΩ

电压放大倍数输入电阻（3）当RE两端未并联旁路电容时，由微变等效电路得输出电阻

ro=RC=3.3kΩ

电压放大倍数输入电阻227.1.5多级放大电路

1．多级放大电路的组成

2．多级放大电路的级间耦合耦合方式是指信号源和放大器之间、放大器中各级之间、放大器与负载之间的连接方式。常用的耦合方式有3种：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。阻容耦合应用于分立元件多级交流放大电路中；放大缓慢变化的信号或直流信号则采用直接耦合的方式；变压器耦合在放大电路中的应用逐渐减少。23由于后级的输入电阻就是前级放大电路的负载电阻，因此计算各级电压放大倍数时必须考虑后级的输入电阻对前级的负载效应。多级放大电路的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积。若多级放大电路的级数为n，则总的电压放大倍数为24

3．阻容耦合放大电路两级间的连接通过电容C2将前级的输出电压加在后级的输入电阻上（即前级的负载电阻）。由于电容有隔直作用，每一级的静态工作点各自独立。多级放大电路的静态和动态分析与单级放大电路一样。只能放大交流信号。25【例7.1.3】图示为一阻容耦合两级放大电路，其中RB1=300kΩ，RE1=3kΩ，RB2=40kΩ，RC2=2kΩ，RB3=20kΩ，RE2=3.3kΩ，RL=2kΩ，UCC=12V。晶体管VT1和VT2的

=50，UBE=0.7V。各电容容量足够大。（1）计算各级电路的静态工作点；（2）计算Au、ri

和ro。（a）放大电路（b）直流通路26第一级解（1）由各级直流通路计算其静态工作点。

第二级27

（2）由两级放大电路的微变等效电路有

（c）微变等效电路放大电路第二级的输入电阻就是第一级的负载电阻，有28则各级电压放大倍数总的电压放大倍数输入电阻输出电阻29

7.2射极输出器

（a）共集电极放大电路（b）直流通路（c）交流通路由直流通路可确定静态值，有

7.2.1静态分析由交流通路可见，射极输出器为共集电极放大电路。307.2.2动态分析

1．电压放大倍数

由射极输出器的微变等效电路及电压放大倍数的定义得可以看出，射极输出器的电压放大倍数恒小于1，但接近于1。输出电压紧紧跟随输入电压的变化而变化，因此，射极输出器也称为电压跟随器。则31

2．输入电阻3．输出电阻外加电源法来计算输出电阻有输出电阻32

7.3差分放大电路差分放大器也称为差动放大器。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路，又是集成运算放大器的基本组成单元。

7.3.1静态分析抑制零点漂移的过程

差分放大电路利用电路的对称性、采用双端输出的方式抑制零点漂移，又利用发射极公共电阻RE的作用抑制每个三极管的零点漂移，稳定静态工作点。即使采用单端输出，零点漂移也能得到有效抑制。337.3.2动态分析（1）共模输入在两个管的基极加上一对大小相等、极性相同的共模信号（ui1=ui2），称为共模输入。输出电压uo=ΔuC1-ΔuC2=0。（2）差模输入在两个管的基极加上一对大小相等、极性相反的差模信号（ui1=-ui2），输出电压Δuo=ΔuC1-（-ΔuC2）=2ΔuC1。（3）差动输入（任意输入）当两个输入信号中既有共模信号又有差模信号时，称为差动信号。可以分解为一对共模信号和一对差模信号的组合。

差分放大电路可以抑制共模信号，放大差模信号。347.4互补对称功率放大电路

互补对称功率放大电路有两种形式：采用单电源及大容量电容器与负载和前级耦合，而不用变压器耦合的互补对称电路，称为OTL（OutputTransformerLess）无输出变压器互补对称功率放大器；采用双电源不需要耦合电容的直接耦合互补对称电路，称为OCL（OutputCapacitorLess）无输出电容耦合互补对称功率放大器。下面将对OCL电路做重点讨论。7.4.1对功率放大电路的基本要求功率要大、效率要高、合理地设置功率放大电路的工作状态、失真要小。35

3种功放电路：甲类、甲乙类、乙类。甲类状态，效率很低；乙类状态，效率较高，但负半周截止，波形严重失真；甲乙类状态，有助于提高效率，但存在波形失真。由此可以看出，提高效率的途径是降低静态工作点。三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态，降低了静态工作电流，但存在失真问题，即交越失真。推挽电路和互补对称电路较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。36

1.电路的组成及工作原理图示OCL互补对称功率放大电路，由一对特性及参数完全对称、类型却不同（NPN和PNP）的两个晶体管组成的射极输出器电路。7.4.2OCL互补对称功率放大器静态时，两管均未设置直流偏置，两管处于乙类。动态时，VT1、VT2在正、负半周交替导通，互相补充，故称为互补对称电路。37

2.交越失真及其消除方法工作在乙类状态的互补电路，由于发射结存在“死区”，使输出波形在正、负半周交接处出现失真，称为交越失真。图示电路中，为了克服交越失真，静态时，给两个管子提供较小的能消除交越失真所需的正向偏置电压，使两管均处于微导通状态，因而放大电路处在接近乙类的甲乙类工作状态，因此称为甲乙类互补对称电路。383.输出功率及转换效率（1）输出功率Po

设输入信号为正弦波，输出电压幅度为Uom，则（2）电源提供的功率PE

电源电压与平均电流的乘积，即

PE=UCCIdc

输入信号为正弦波时，每个电源提供两个电源提供的总功率为（3）转换效率

OCL互补对称功率放大电路的转换效率最高可达78.5%。39

7.4.3OTL互补对称功率放大器电路中放大元件仍是两个不同类型但特性和参数对称的晶体管，其特点是由单电源供电，输出端通过大电容量的耦合电容CL与负载电阻RL相连。

OTL电路的工作原理与OCL电路基本相同。动态时，VT1、VT2在正、负半周交替导通，互相补充。40

7.5场效应晶体管放大电路与晶体管放大电路相对应，场效应晶体管放大电路有共源极、共漏极和共栅极3种接法。下面仅对低频小信号共源极场效应晶体管放大电路进行分析。7.5.1共源极放大电路静态分析

图示为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管放大电路。电路结构和晶体三极管共射极放大电路类似。其中源极对应发射极，漏极对应集电极，栅极对应基极。41由于场效应管的栅极电流为零，所以RG中无电流通过，两端压降为零。可得栅极电位为

参数选取得当，可使UGS为负值。在UGS(off)≤UGS≤0的范围内，可计算ID为联立上式，可求得直流工作点ID、UGS，而427.5.2共源