城市轨道交通电工电子技术单元7 交流放大电路

单元7交流放大电路

单元学习目标

1.掌握共射级放大电路的结构及个元件的作用2.了解三极管放大电路的微变等效3.掌握三极管放大电路的分析方法4.掌握分压式偏置电路稳定了解工作点的原理5.了解多级放大电路的分类及特点6.掌握反馈的判断和对电路的影响7.掌握功率放大电路的工作原理

基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。图7-1放大电路的结构

放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大电路的结构如图7-1所示。一.

共射极基本放大电路

1.共射极基本放大电路的组成放大电路的组成原则：(1).放大电路的核心元件晶体管工作在放大状态，即要求其发射结正偏、集电结反偏。(2).输入回路的设置应当使输入信号耦合到晶体管的输入电极，并形成变化的基极电流IB，进而产生晶体管的电流控制关系，变成集电极电流IC的变化。(3).输出回路的设置应当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).信号通过放大电路时不允许出现失真。图7-2单管共射级放大电路

2.各元器件的作用

(1).晶体管V—晶体管是放大电路的核心元件。利用其基极小电流控制集电极较大电流的作用，使输入的微弱电信号通过直流电源UCC提供能量，获得一个能量较强的输出电信号。(2).集电极电源UC—是为放大电路提供能量，二是保证晶体管的发射结正偏，集电结反偏。交流信号下的UCC呈交流接地状态，UCC的数值一般为几伏至几十伏。(3).集电极电阻RC

—RC的阻值一般为几千欧至几十千欧。其作用是将集电极的电流变化转换成晶体管集、射极间的电压变化，以实现由放大电路负载上获得电压放大的目的。(4).固定偏置电阻RB

—RB的阻值一般为几十千欧至几百千欧。主要作用是保证发射结正向偏置，并提供一定的基极电流IB，使放大电路获得一个合适的静态工作点。(5).耦合电容C1和C2—隔离直流通过交流耦合电容对规定频率范围内的交流输入信号呈现的容抗极小，可近似视为短路。3.放大原理

在输入信号为零时，直流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电流和直流集电极电流，并在三极管的三个极间形成一定的直流电压。由于耦合电容的隔直流作用，直流电压无法到达放大电路的输入端和输出端。当输入交流信号通过耦合电容C1和C2加在三极管的发射结上时，发射结上的电压变成交、直流的叠加。图7-3波形图

二.

放大电路的分析

放大电路的工作状态分为交流和直流状态，分别称为“动态”和“静态”。静态—输入信号等于0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态—输入信号不等于0时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。分析方法常用的有计算法、图解法和微变等效电路法。1.静态分析

当放大电路没有输入信号，即ui=0时的工作状态称为静态。静态分析的主要任务是确定放大电路的静态值（直流值）IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ。这些静态值的大小反映了静态时放大电路的工作情况，被称作“静态工作点”值。“静态工作点”值关系到放大电路能否正常实现放大及放大质量的好坏，合适的“静态工作点”值是放大电路提供正常放大的必备条件。(1).直流通路及画法直流通路：是指放大电路中直流电流流过的路径。它是进行“静态工作点”值估算的基础。图7-4共射极基本放大电路的直流通路(2).静态工作点的估算由图7-4共射极基本放大电路的直流通路，有

则基极电流因硅管的UBEQ为0.7V，锗管为0.3V，一般情况下，UCC＞＞UBEQ，忽略UBEQ时，则有集电极电流集电极发射极电压

利用在三极管输入特性和输出特性曲线上绘图的方法，确定静态工作点，解出各静态值。具体步骤：（1）由公式求解出IBQ，静态工作点必定位于静态基极电流IBQ所对应的输出特性曲线上；（2）由集电极输出回路，列直流负载方程式UCE=UCC－ICRC(3).静态工作点的图解法在输出特性曲线X轴及Y轴上确定两个特殊点UCC和UCC/RC，即可画出直流负载线；（3）直流负载线与输出特性曲线上所对应的静态基极电流IBQ相交一点Q，即为静态工作点。于是可得到Q点在X轴上的数值UCEQ，在Y轴上的数值ICQ。如图7-5所示。图7-5静态工作点图解法

一般在放大电路中，均是小信号工作，不会进入饱和区和截止区，只要静态工作点合适，不必考虑失真问题。但在大信号运用时，或工作点设置不正确，会产生失真，为了具体研究三极管工作的动态范围或失真的情况，才需要在输出特性曲线上进行作图。2.动态分析

当放大电路有输入信号，即ui≠0时的工作状态称为动态。动态分析就是分析信号在电路中的传输情况，即分析各个电压、电流随输入信号变化的情况。(1).交流通路及画法

交流信号在放大电路中的传输通道称为交流通路。画交流通路的原则是在信号频率范围内，电路中耦合电容C1、C2的容抗XC很小，可视为短路；直流电源的内阻一般很小，可忽略，视为短路。按此原则画出图7-2电路的交流通路如图7-6所示。图7-6共射极基本放大电路的交流通路

(2).微变等效电路分析法图7-7微变等效电路在此处引入晶体管输入电阻的计算公式：则图7-6的微变等效电路如图7-8所示。图7-8放大电路等效电路电压放大倍数

输入电阻指从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输出电阻指放大器信号源短路、负载开路，从输出端看进去的等效电阻，定义为

例7-1如图7-2所示的电路中，若UCC=12V，RB=200kΩ，RC=2kΩ，负载电阻RL=2kΩ，β=50，试用近似估算法求：

(1)静态工作点；(2)输入电阻、输出电阻；(3)空载和有载时的电压放大倍数。解：(1)(2)(3)空载时有载时图7-9工作点对放大波形的影响3.单管放大电路的波形测试

(1).波形的非线性失真饱和失真由于放大电路的工作点达到了三极管特性曲线的饱和区而引起的非线性失真。截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管特性曲线的截止区而引起的非线性失真。(2).放大电路的最大不失真输出幅度

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位，并且要有合适的交流负载线。三.分压偏置电路及静态工作点的稳定

1.温度对静态工作点的影响半导体器件对温度非常敏感，当温度升高，三极管的电流放大系数β和穿透电流ICEO都会加大；在相同的发射结电压UBE下，基极电流IB也会加大。

稳定静态工作点有两种方法：采用恒温设备利用分压式偏置电路实现2.分压偏置放大电路为了稳定静态工作点，一般取I1＞＞IBQ，静态时有

UB=UCCRB2/(RB1+RB2)当UCC

、RB1、RB2确定后，UB也就基本确定，不受温度影响。假设温度上升，使三极管的基极电流IC增大，发射极电流IE也增大，IE在发射极电阻RE上产生的压降UE也增大，使三极管发射结上的电压UBE=UB-UE减小，从而使基极电流IB减小，又导致IC减小。其工作过程可以描述为：温度T↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓

图7-10分压式偏置电路图7-11直流通路(1).静态分析IEQ=ICQ=（UB-UBE）/RE

IBQ=ICQ/β

UCEQ=UCC-ICQ（RC+RE）(2).动态分析图7-12交流通路图7-13交流通路的微等效电路四.

多级放大电路

多级放大器级与级之间的连接方式称为耦合

阻容耦合耦合方式变压器耦合

直接耦合1.直接耦合放大电路

直接耦合的各级静态工作点相互影响，并且存在零点漂移现象。零点漂移是指当输入信号为零时，在输出端出现的不规则信号。这种现象会使输出信号产生失真。由于零点漂移信号是变化缓慢的信号，所以阻容耦合和变压器耦合具有抑制零点漂移的作用。图7-14直接耦合放大电路图7-15阻容耦合放大电路2.阻容耦合放大电路

阻容耦合放大电路如图7-15所示，这种方式的特点是通过电容将前后级的直流隔开，避免静态工作点的相互影响；但对于频率较低的信号电容容抗较大，所以阻容耦合多级放大器不能用于放大缓慢变化的信号，更不能放大直流信号；由于集成电路中无法制作大容量的电容而使阻容耦合电路无法集成化。五.

放大电路中的负反馈

在三极管放大电路中，由于三极管是非线性器件等各种原因，信号在放大传递的过程中不可避免的会产生失真。为了进一步改善放大器的工作性能，满足实际应用的需要，在放大电路中引入负反馈。1.负反馈的概念

反馈就是在电子系统中把输出回路的电量（电压或电流）馈送到输入回路的过程。存在两类反馈：一是使输出信号增强的反馈，称为正反馈；二是使输出信号减弱的反馈，称为负反馈。基本放大电路反馈电路由组成

反馈网络

图7-16负反馈放大器其中xi表示输入信号，

xf表示反馈信号，

xd表示净输入信号，

xo表示输出信号。放大器的开环放大倍数：A

=xo/xd反馈网络的反馈系数：F

=xf/xo2.负反馈放大电路的分类图7-17负反馈放大电路的反馈形式反馈的分类及判别方法(1).直流反馈和交流反馈直流反馈放大电路的直流量，可以稳定放大电路的静态工作点。交流反馈影响放大电路的交流量，可以改善放大器的动态性能。判别方法：画电路的直流通路和交流通路判断。若反馈仅存在于直流通路，则为直流反馈；若反馈仅存在于交流通路，则为交流反馈；若反馈既存在于直流通路，又存在于交流通路，则为交、直流并存的反馈。换言之，直、交流反馈的判断一般看反馈环节中有、无电容，根据电容的“通交隔直”特点来判断。(2).电压反馈和电流反馈电压反馈是指反馈信号取自输出电压或输出电压的部分。电流反馈是指反馈信号取自输出电路的电流。判别方法：①负载短路法：令uo=0，若反馈信号消失，则为电压反馈；若反馈信号依然存在，则为电流反馈。②结构判断法：除公共地线外，若输出线与反馈线接在同一点上，则为电压反馈；若输出线与反馈线接在不同点上，则为电流反馈。(3).串联反馈和并联反馈串联反馈是反馈信号与外加输入信号以电压的形式相叠加（比较），即反馈信号与外加输入信号二者相互串联。并联反馈是反馈信号与外加输入信号以电流的形式相叠加（比较），即两种信号在输入回路并联。判别方法：①反馈节点短路法：令uf=0，若输入信号仍能送入开环放大器中，则为串联反馈；若输入信号被短路，则为并联反馈。②结构判断法：除公共地线外，若反馈信号与输入信号接在同一点上，则为并联反馈；若反馈信号与输入信号接在不同点上，则为串联反馈。(4).正反馈+和负反馈-正反馈是经过反馈后，使输入量的变化得到加强，或者从输出量来看，使输出量变化变大。正反馈常常使系统的工作不稳定。负反馈是经过反馈后，使输入量的变化被削弱，或者从输出量来看，使输出量变化变小。负反馈可以改善电路的性能。判别方法：瞬时极性法：假设输入信号的变化处于某一瞬时极性（用符号馈或+表示），沿闭环系统，逐步标出放大器各级输入和输出的瞬时极性。之后按以下方法判别正、负反馈。对串联反馈：若ui与uf同极性，为负反馈；若ui与uf反极性，为正反馈。对并联反馈：若ii与if相对于反馈节点同流向，为正反馈；若ii与if相对于反馈节点流向相反，为负反馈。例7-2电路如图7-18所示，试判断电路的反馈类型。解：设基极输入信号ui的瞬时极性为正，则发射极反馈信号uf的瞬时极性亦为正，发射结上实际得到的信号ube（净输入信号）与没有反馈时相比减小了，即反馈信号削弱了输入信号的作用，故可确定为负反馈。因ui与uf相串联，所以是串联反馈；又因令uo=0，反馈信号依然存在，则为电流反馈。所以此电路为电流串联负反馈。图7-18例7-2

3.射极输出器射极输出器是典型的负反馈放大器图7-19射极输出器(1).射极输出器的特点a.电压倍数近似等于1。b.输出电压和输入电压同相。c.输入电阻大，输出电阻小。(2).射极输出器的应用

a.用作多级放大电路的输入级。输入电阻很大，对信号源的影响很小。b.用作多级放大电路的输出级。输出电阻很小，可以提高带负载能力。c.用作多级放大电路的中间级。射极输出器具有电压跟随的作用，输入电阻很大，对前级的影响小；输出电阻小，对后级的影响也小，所以，用作中间级起缓冲、隔离作用。4.负反馈对放大电路性能的改善

(1).降低放大倍数(2).提高放大倍数的稳定性(3).减小非线性失