第8章基本放大电路教材

8.1共射极基本放大电路的组成和工作原理

8.2放大电路的三种基本分析方法*8.3共集电极和共基极放大电路*8.4场效应晶体管放大电路

8.5多级放大电路和差动放大电路

8.6功率放大电路第8章基本放大电路学习要求1.理解共射极单管放大电路的工作原理和性能特点，掌握静态工作点的估算和简化微变等效电路的分析方法，掌握用图解法分析过放大电路的动静态特性；了解输入电阻和输出电阻的概念。2.了解共集电极和共基极放大电路的工作原理及基本特点。3.掌握放大电路中反馈极性和组态的判断，了解负反馈对放大电路性能的影响；了解正弦波发生器的工作原理和频率计算。4．了解场效应晶体管放大电路的工作原理，动静态特性。5．了解多级放大电路和差动放大电路的工作原理，动静态分析。6．了解功率放大电路的工作原理和分析方法，掌握其参数计算。

8.1共射极基本放大电路的组成和工作原理

8.1.1放大的概念和放大电路的主要性能指标Rs放大电路+–+–+–RLRiRo+–信号源负载直流电源图8-1放大电路示意图

基本放大电路一般是指由一个晶体管组成的三种基本组态放大电路。放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，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，只是经过晶体管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大电路的结构示意图见图8-1。1．放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图8-1所示。电压放大倍数定义为

电流放大倍数定义为2．

输入电阻Ri输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。如图8-1所示，Ri定义为3．输出电阻Ro输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro定义为通常，理论上是从输出端加假想电源求Ro，通过放大电路负载特性曲线求Ro。据图8-1，在带RL时，测得,开路时输出为。根据式（8-4）有放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。4．通频带放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的时，即

A(fL)=A(fH)=(8-6)相应的频率fL称为下限频率，fH称为上限频率，如图8-2所示。图8-2通频带的定义8.1.2共射组态基本放大电路的组成1．基本组成及作用共射组态基本放大电路如图8-3所示。晶体管V起放大作用，是放大电路的核心元件。它在较小的输入信号电压ui的作用下产生较小的基极电流ib，经V放大后，在集电极产生较大的电流ic流过RC，产生较大的集电极交流电压，实现以小的基极输入电流来控制大的集电极电压。负载电阻RC，RL将变化的集电极电流转换为电压输出。偏置电路UCC，Rb，RC使晶体管工作在线性区，同时UCC还给晶体管V提供电源，UCC表示对地的电位差。输入电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置，C1，C2采用5～50μF的电解电容。图8-3共射组态交流基本放大电路静态也称直流工作状态，是指在没有输入信号()时，放大电路所处的工作状态。晶体管V各级的直流电流和直流电压(IB,UBE,IC,UCE)反映放大电路静态时的工作情况。动态也称交流工作状态，是指时，放大电路所处的工作状态。放大电路建立合适的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。2.工作原理

1)静态和动态2)直流通路和交流通路直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的电路通路，用于研究静态工作点。对于直流通路，电容是为开路，电感和信号源是为短路，但信号源要保留其内阻。交流通路是交流电流流经的电路通路，用于研究动态参数。直流电源和耦合电容对交流相当于短路。因为交流电流流过直流电源时，两端没有变化量，即没有交流压降。设C1、C2足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。所以在交流通路中，可将直流电源、耦合及旁路电容短路。图8-6所示放大电路的直流通路和交流通路如图8-4所示。(a)直流通路(b)交流通路图8-4基本放大电路的直流通路和交流通路3.放大过程输入信号通过耦合电容加在晶体管的发射结，于是有下列过程：晶体管放大作用是通过将输入信号ui转变为变化的电流并通过RC转变为变化的输出电压。

8.2放大电路的三种基本分析方法

放大电路的分析有近似估算法、图解分析法和微变等效电路法三种。其中近似估算法只适合对静态分析，微变等效法只适合分析放大电路的动态性能，图解法可以分析二者。8.2.1放大电路的静态工作点的近似估算法

IB、UBE、IC和UCE这些量反映了放大电路静态时的工作状态，所以它们称为静态工作点，分别用IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ表示。在实际近似估算中UBEQ看作是已知量，对硅管来说，UBEQ=0.7V，锗管UBEQ=0.2V。以后如果不作特别说明，均认为是硅管。对这些量运用电路原理，利用代数式近似计算的方法称为近似估算法，又称解析法。如图8-3放大电路，根据直流通路图8-4a可对放大电路的静态进行计算。

ICQ=

IB(8-8)UCEQ=UCC－ICEQRC(8-9)

在测试基本放大电路时，测量三个电极对地的电位UB、UE和UC即可确定晶体管的工作状态。例8-1估算图8-3放大电路的静态工作点。设UCC=12V，Rc=3kΩ，

Rb=280kΩ，β＝50。

(8-7)

解：根据公式(8-7)、(8-8)、

(8-9)得

8.2.2放大电路的图解分析法

1.静态工作状态的图解分析法如图8-5a所示，晶体管iB~uBE关系既由晶体管的输入特性曲线确定，也满足输入回路的电压方程，即uBE=UCC-iBRb(8-10)两者的交点Q就可以确定直流值IB和UBE。式(8-10)称为输入回路的直流负载方程，由其确定的直线称为输入回路的直流负载线。同时，如图8-5a所示，晶体管iC~uCE关系由晶体管的输出特性曲线确定，也满足输出回路的电压方程，即

uCE=UCC-iCRc(8-11)式(8-11)称为输出回路的直流负载方程，由其画出的直线称为输出回路的直流负载线。uCE与iC是线性关系，只需在图上确定两点即可画出输出回路的直流负载线，与输出特性曲线交点就是Q点，对应的数值IBQ、ICQ和UCEQ就是所求的直流电流和电压。图8-5放大电路静态工作状态的图解分析由上可得出用图解法求Q点的步骤：(1)由直流负载列出方程式UCE=UCC－ICRc，在输出特性曲线所在坐标中确定两个特殊点UCC和UCC/RC，即可画出直流负载线。(2)再由基极输入回路列方程式UBE=UCC－IBRb，在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q，得到该点的IBQ。(3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线，与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求的IBQ、ICQ和UCEQ。例8-2如图8-3所示电路，已知Rb=280kΩ，RC=3kΩ，UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图8-6所示，试用图解法确定静态工作点。图8-6例8-2图解：首先写出直流负载方程，并作出直流负载线:

ic=0，

UCC=12V，得M点；uCE=0，，得N点，连接MN，即得直流负载线。然后，由基极输入回路，计算IBQ

直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点，即为Q点，从图上查出IBQ=40μA，ICQ=2mA，UCEQ=6V，与例8-1结果一致。2．放大电路的动态图解分析法(1)交流负载线交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。如图8-7所示图8-7交流负载线的画法图8-8放大电路的动态图解分析交流负载线具体做法：首先作一条的辅助线(此线有无数条)，然后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线，如图8-7所示。由于

，故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距，再与Q点相连即可得到。

连接Q点和UCC’点即为交流负载线。(2)交流工作状态的图解分析通过图8-8所示动态图解分析，可得出如下结论：ui

uBE

iB

iC

uCE

|-uo|

；由上知uo与ui相位相反，可以测量出放大电路的电压放大倍数，确定最大不失真输出幅度。(3)最大不失真输出幅度1)波形的失真截止失真是由于放大电路的工作点过低，则uO的正半周部分达到了晶体管的截止区而引起的非线性失真。饱和失真是由于放大电路的工作点过高，则uO的负半周部分达到了晶体管的饱和区而引起的非线性失真，如图8-9所示。图8-9放大器的截止失真和饱和失真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，还要有合适的交流负载线。可以由图8-8看出，Uom就是最大不失真输出幅度。8.2.3放大电路微变等效电路分析法放大电路中，晶体管是非线性元件，不能用以前学习过的线性电路的分析方法分析。而前面讨论的图解分析法，可以用来确定静态工作点、求解动态范围和分析非线性失真，但当信号很小时，作图困难。如果在这种情况下，即输入信号很小（微变量）时，晶体管的特性曲线接近直线。此时，用线性元件来等效晶体管，动态的分析就可以用线性电路的分析方法了。这个线性等效电路就被称为微变等效电路。值得注意的是微变是在直流的前提下的小信号，所以这种方法只适合分析动态性能，不能计算直流量。1.晶体管的微变等效模型晶体管可以用一个模型来代替，对于低频模型可以不考虑结电容的影响，小信号意味着晶体管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。晶体管微变等效电路如图8-10所示。图8-10晶体管微变等效电路晶体管的交流输入电阻rbe

，表示共发射极接法时，晶体管基极与发射极之间的交流等效电阻rbe=300

+(1+

)26(mV)/IEQ(mA)（8-12）

为共发射极电流放大系数，输出电流源

ib反映了晶体管的电流放大作用，说明晶体管具有电流控制电流源CCCS的特性。

2．共射组态基本放大电路微变等效电路分析法

共发射极交流基本放大电路如图8-11a所示。Rb1和Rb2系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号ui耦合到晶体管的基极。Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。交流通路如图8-11b。RC、RL相并联，处于输出回路的交流通路之中。微变等效电路如图8-11C所示。a)b)c)图8-11共发射极组态基本放大电路及其微变等效电路a)共发射极基本放大电路

b)交流通路c)微变等效电路电路的直流通路如图8-12a，用戴维宁定理进行变换后如图8-12b所示。静态计算如下：a)直流通路b)用戴维定理进行变换图8-12基本放大电路的直流通路IB=(UCC′－UBE)/[Rb′+(1+

)Re](8-13)UCC′=UCC

Rb2/(Rb1+Rb2)(8-14)Rb′=Rb1//Rb2(8-15)IC=

IBUC=UCC－ICRcUCE=UCC

－ICRc－IERe

=UCC-IC(Rc+Re)(8-16)交流计算根据图8-11b的微变等效电路，有

RL′=

Rc∥RL

输入电阻Ri电压放大倍数AuAu==－βRL’/rbe(8-17)Ri

=rbe//Rb1//Rb2≈rbe=rbb’+(1+β)26

mV/IE

=300Ω+(1+β)26mV/IE(8-18)根据图8-1和式（8-5）求输出电阻，应将图8-11b微变等效电路的输入端短路，将负载开路。在输出端加一个等效的输出电压。于是输出电阻RoRo=Rc(8-19)

*8.3共集电极和共基极放大电路

8.3.1共集组态基本放大电路共集组态基本放大电路如图8-13所示，其直流工作状态和动态分析如下。a)放大电路b)直流通路图8-13共集组态放大电路及其直流通路比较共射和共集组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是

乘以输出电极对地的交流等效负载电阻，分母都是晶体管基极对地的交流输入电阻。

(8-20)

1．直流分析共集组态基本放大电路的直流通路如图8-13b，有IB=(UCC′－UBE)/[Rb′+(1+

)Re]IC=

IBUCE=UCC－IERe=UCC－ICRe2．交流分析图8-13a)所示共集组态基本放大电路的微变等效电路如图8-14所示。1）电压放大倍数比较共射和共集组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是

乘以输出电极对地的交流等效负载电阻，分母都是晶体管基极对地的交流输入电阻。图8-14共集组态微变等效电路图8-15求Ro的微变等效电路2）输入电阻

Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+

)RL′)](8-21)//Re3）输出电阻输出电阻可从图8-15求出。将输入信号源短路，负载开路，由所加的等效输出信号Uo′可以求出输出电流I8.3.2共基组态基本放大电路图8-16共基组态放大电路图8-17共基放大电路的直流通路共基组态放大电路如图8-16所示，其直流通路如图8-17所示。直流工作状态与共射组态相同。共基极组态基本放大电路的微变等效电路如图8-18所示。图8-18共基组态微变等效电路电压放大倍数Au=

=βRL′/rbe输入电阻Ri

=

=[rbe/(1+β)]∥Re≈rbe/(1+β)(8-23)输出电阻

Ro≈Rc8.4.1共源组态基本放大电路

对于采用场效应晶体管的共源基本放大电路，可以与共射组态接法的基本放大电路相对应，只不过场效应晶体管是电压控制电流源，即VCCS。共源组态的基本放大电路如图8-19所示。与较共源和共射放大电路比较，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了。*8.4场效应晶体管放大电路a)采用结型场效应晶体管b)采用绝缘栅场效应晶体管图8-19共源组态接法基本放大电路

1．直流分析将共源基本放大电路的直流通路画出，如图8-20所示。图中Rg1、Rg2是栅极偏置电阻，R是源极电阻，Rd是漏极负载电阻。与共射基本放大电路的Rb1、Rb2，Re和Rc分别一一对应。而且只要结型场效应晶体管栅源PN结是反偏工作，无栅流，则JFET和MOSFET的直流通路和交流通路是一样的。图8-20共源基本放大电路的直流通路

根据图8-20可写出下列方程

UG=UDDRg2/(Rg1+Rg2)(8-24)

UGSQ=UG－US=UG－IDQR

(8-25)

IDQ=IDSS[1－(UGSQ/UGS（off）)]2(8-26）

UDSQ=UDD－IDQ(Rd+R)(8-27)于是可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ。2．交流分析画出图8-19电路的微变等效电路，如图8-21所示。与双极型晶体管相比，输入电阻无穷大，相当开路。VCCS的电流源s还并联了一个输出电阻rds，在双极型晶体管的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其他部分与双极型晶体管放大电路情况一样。图8-21微变等效电路

（1）电压放大倍数输出电压为

(8-28)

如果有信号源内阻RS时=－gmRL′·Ri/(Ri+RS)式中，Ri是放大电路的输入电阻。(8-29)(2）输入电阻Ri=

=Rg1∥Rg2(8-30)

（3）输出电阻为计算放大电路的输出电阻，可按双口网络计算原则将放大电路画成图8-22的形式。图8-22计算Ro的电路模型

将负载电阻RL开路，并想象在输出端加上一个电源，将输入电压信号源短路，但保留内阻。然后计算，于是Ro=

=

rds∥Rd(8-31)*8.4.2共漏组态基本放大电路1．直流分析将共漏组态接法基本放大电路的直流通路画于图8-24之中，于是有图8-23共漏组态放大电路图8-24共漏放大电路的直流通路

共漏组态基本放大电路如图8-23所示，其直流工作状态和动态分析如下。2．交流分析将图8-23的共漏放大电路的微变等效电路画出，如图8-25所示。

UG=UDDRg2/(Rg1+Rg2)(8-32)

UGSQ=UG－US=UG－IDQR(8-33)

IDQ=IDSS[1－(UGSQ/UGSoff)]2(8-34)

UDSQ=UDD－IDQR(8-35)由此可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ。图8-25共漏放大电路的微变等效电路（1）电压放大倍数

由图8-25可知

(8-36)式中RL’=

≈R//RL。

表示输入与输出同相，当gmRL′>>1时

≈1。

比较共源和共漏组态放大电路的电压放大倍数公式，分子都是gmRL’，分母对共源放大电路是1，对共漏放大电路是(1+

gmRL′)。（2）输入电阻（3）输出电阻计算输出电阻的原则与其他组态相同，将图8-23改画为图8-26。得

(8-37)

(8-38)图8-26求输出电阻的微变等效电路

8.5多级放大电路和差动放大电路8.5.1多级放大电路

1.多级放大电路概述

多级放大电路的放大倍数

(8-39)

（1）耦合形式多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。直接耦合是耦合电路采用直接连接或电阻连接。直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。电抗性元件耦合是级间采用电容或变压器耦合。有电容耦合和变压器耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。耦合电路的简化形式如图8-27所示，直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决。(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)变压器耦合图8-27耦合电路形式（2）零点漂移零点漂移是晶体管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如

V/

C或

V/min。

(3）直接耦合放大电路的构成直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时必须要加以解决的问题。1)电位移动直接耦合放大电路

如果将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直接连接，如图8-28所示。于是

UC1=UB2

UC2=UB2+UCB2＞UB2（UC1）这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻，从而无法设置正确的工作点。这种方式只适用于级数较少的电路。图8-28前后级的直接耦合

2)NPN+PNP组合电平移动直接耦合放大电路级间采用NPN管和PNP管搭配的方式，如图8-29所示。由于NPN管集电极电位高于基极电位，PNP管集电极电位低于基极电位，它们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高。图8-29NPN和PNP管组合

2．多级放大电路电压放大倍数的计算在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联，简称输入电阻法。二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端，简称开路电压法。3．变压器耦合的特点采用变压器耦合也可以隔除直流，传递一定频率的交流信号，因此各放大级的Q互相独立。变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配，以获得有效的功率传输。变压器耦合阻抗匹配的原理见图8-30a。当变压器的原端作为谐振回路使用时，为了使较小的三极管输出电阻不影响谐振回路的Q值，在原端采用抽头的方式以实现匹配。此时将U1接在a

b之就可以减轻三极管对Q值的影响。如图8-30b所示。图8-30变压器耦合的阻抗匹配原理1．概述（1）差动放大电路的组成差动放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，如图8-31所示。对称的含义是两个晶体管的特性一致，电路参数对应相等。8.5.2差动放大电路

1=

2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=

rbe

ICBO1=ICBO2=ICBO

Rc1=Rc2=

RcRb1=Rb2=

Rb图8-31差动放大电路（2）差动放大电路的输入和输出方式差动放大电路一般有两个输入端，同相输入端和反相输入端。根据规定的正方向，在一个输入端加上一定极性的信号，如果所得到的输出信号极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。如果所得到的输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相端，称为双端入；若信号仅从一个输入端加入，称为单端输入。差动放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1和C2输出称为双端输出，仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。（3）差模信号和共模信号差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号；共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。如图8-32所示。差动放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不放大。温度对晶体管电流的影响相当于加入了共模信号。差动放大器是模拟集成运算放大电路输入级所采用的电路形式。a)共模信号(b)差模信号图8-32共模信号和差模信号示意图2．差动放大电路的静态计算图8-33双电源差动放大电路差动放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差动放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源－UEE，如图8-33所示。由于接入负电源，所以偏置电阻Rb可以取消，改为－UEE和Re提供基极偏置电流。基极电流为

(8-40)由IB的计算式可知，Re对一半差动电路而言，只有2Re

才能获得相同的电压降。3．差动放大电路的动态计算（1）差模状态动态计算差动放大电路的差模工作状态分为四种：双端输入、双端输出（双--双），双端输入、单端输出（双--单），单端输入、双端输出（单--双），单端输入、单端输出（单--单）。1)差模电压放大倍数Aud双端输入差动放大电路如图8-33所示。负载电阻接在两集电极之间，ui接在两输入端之间，也可看成ui/2各接在两输入端与地之间。①双端输入、双端输出差模电压放大倍数

(8-41)这种方式适用于对称输入和对称输出，输入、输出均不接地的情况。②双端输入、单端输出差模电压放大倍数。单端输出是指某一管的集电极对地输出，若有V1管的集电极输出（如图8-34），则(8-42)图8-34双端输入单端输出双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。这种方式适用于将差动信号转换为单端输出信号。③单端输入、双端输出差模电压放大倍数。单端输入信号可以转换为双端输入，其转换过程见图8-35。

图8-35单端输入转换为双端输入右侧的Rs+rbe折算到发射极回路的值为(Rs+rbe)/（1+

）<<Re，故Re对Ie分流极小，可忽略，故

ui1=－ui2=ui/2

(8-43)这种方式用于将单端信号转换成双端差动信号，可用于输出负载不接地的情况。④单端输入、单端输出电压放大倍数(8-44)通过从V1或V2的集电极输出，可以得到输出与输入之间或反相或同相的关系。从V1的基极输入信号，从C1输出为反相；从C2输出为同相。

2)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。

(8-45)3)输出电阻

输出电阻在单端输出时(8-46)在双端输出时(8-47)（2）共模状态动态计算例如，温漂信号属共模信号，它对差动放大电路中Ic1和Ic2的影响相同。如果输入信号极性相同，幅度也相同，则是纯共模信号。如果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模信号，应分开加以计算。

1)共模放大倍数Auc

共模信号对放大电路来说也是变化量，不能视为直流量。计算共模放大倍数Auc的微变等效电路如图8-36所示。其中Re用2Re等效，这与差模时微变等效电路不同。图8-36共模微变等效电路共模放大倍数Auc的大小，取决于差动电路的对称性，双端输出时可认为等于零。单端输出时为(8-48)2)共模抑制比共模抑制比KCMR是差动放大器的一个重要指标。或

双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比(8-49)为了提高共模抑制比应加大Re。但Re加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为此可用恒流源V3来代替Re。恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差动放大电路。电路如图8-37所示。恒流源电流数值为（3）恒流源差动放大电路Ie3=(UZ-UBE3)/Re(8-50)图8-37恒流源差动放大电路8.6.1功率放大电路概述

实际应用时，要求放大电路末级输出一定的功率来驱动负载。功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使输出信号电压大和电流都要大，输出电阻与负载匹配。

在放大电路中，当输入信号为正弦波时，晶体管的工作状态可由晶体管导通时间分为如下四个状态，如图8-38所示。若晶体管在信号的整个周期内均导通，称之工作在甲类状态；若仅在信号的正半周或负半周导通，则称之工作在乙类态；若导通时间大于半个周期且小于周期，则称之工作在甲乙类工作状态；导通时间小于半个周期，则称之工作在丙类工作状态。8.6功率放大电路图8-38晶体管的四种工作状态电压放大器一般工作在甲类，晶体管360°导电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的效率不高，理论上不超过25%。（如图8-38）功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态时的工作电流，晶体管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此时虽降低了静态工作电流，但又产生了失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题，乙类工作状态在功率放大电路中就不能采用。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。8.6.2乙类互补功率放大电路1.乙类互补功率放大电路的电路组成乙类互补功率放大电路如图8-39所示。它由一对NPN、PNP特性相同的互补晶体管组成。这种电路也称为无输出电容（OutputCapacitorless

，OCL）电路。图8-39乙类互补功率放大电路2．工作原理当输入信号处于正半周时，且幅度远大于晶体管的开启电压，此时NPN型晶体管V1导通，有电流通过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。当输入信号处于负半周时，且幅度远大于晶体管的开启电压，此时PNP型晶体管V2导通，有电流通过负载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个晶体管一个正半周、一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。如图8-40a所示。a)波形图b)交越失真图8-40乙类互补功率放大电路波形的合成当输入信号很小时，达不到晶体管的开启电压，晶体管不导通。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真，如图8-40b所示。为解决交越失真，可给晶体管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。此时的互补功率放大电路如图8-41所示。a)利用二极管提供偏置电压

b)利用晶体管恒压源提供偏置图8-41甲乙类互补功率放大电路3．参数计算（1）

最大不失真输出功率Pomax设互补功率放大电路为乙类工作状态，输入为正弦波。忽略晶体管的饱和压降，负载上的最大不失真功率为(8-51)（2）

电源功率PV

直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。L2CCL2CESCCL2CESCComax22)(]2/)[(=RURUURUUP»-=-

(8-52)

显然PV近似与电源电压的平方成比例。（3）

晶体管的管耗PT

电源输入的直流功率，有一部分通过晶体管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在晶体管上，形成晶体管的管耗。显然

(8-53)LomCCπ0LomCCπ0omCCCCCCVπ2)d(sin22)d(sinπ22=RUUttRVUttIUIUP===òòwwpwwL2omLomCCoVT2π2=RURUVPPP-=-将PT画成曲线，如图8-42所示。显然，管耗与输出幅度有关，显然管耗与输出幅度有关，图8-42中画阴影线的部分即代表管耗，PT与Uom成非线性关系，有一个最大值。可用PT对Uom求导的办法找出这个最大值。PTmax发生在Uom=0.64UCC处，将Uom=0.64UCC代入PT表达式，可得PTmax为

图8-42乙类互补功率放大电路的管耗（4）

效率η当Uom=UCC

时效率最大，η=π/4=78.5％。

(8-54)对一只晶体管(8-55)(8-56)omaxomaxomaxL2CC2L2CCL2CCLCCCCL2omLomCCT4.04.08.0264.02π56.22)64.0(π64.022π2=PPPRURURURUURURUUP=-»-=-=-CComomCComomVo4ππ22

UUIUUIPP===h4．大功率晶体管输出特性曲线的分区

过电流区是由最大允许集电极电流ICM确定的，超过此值，β将明显下降。过电压区由c、e间的击穿电压U(BR)CEO所决定，超过此值，晶体管可能会被击穿。过损耗区由集电极功耗PCM所决定。图8-43晶体管的极限工作区在大功率晶体管的输出特性中，除了与普通晶体管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有过电流区、过电压区和过损耗区。它们的位置如图8-43所示。8.6.3其他类型互补功率放大电路

除了双电源的标准互补功率放大电路外，还有一些其他类型的互补功率放大电路。1．单电源互补功率放大电路图8-44单电源OTL互补功率放大电路单电源互补功率放大电路如图8-44所示。当电路对称时，输出端的静态电位等于UCC/2。为了使负载上仅获得交流信号，用一个电容器串联在负载与输出端之间。这种功率放大电路也称为OTL互补功率放大电路。电容器的容量由放大电路的下限频率确定，即(8-57)2．采用复合管的互补功率放大电路

当输出功率较大时，输出级的推动级，即末前级也应该是一个功率放大级。此时往往采用复合管，复合管有四种形式，见图8-45。复合管的极性由前面的一个晶体管决定。由NPN-NPN或PNP-PNP复合而成的一般称为达林顿管。图8-45四种类型的复合管3．BTL互补功率放大电路它是由两路功率放大电路和反相比例电路组合而成，负载接在两输出端之间。两路功率放大电路的输入信号是反相的，所以负载一端的电位升高时，另一端则降低，因此负载上获得的信号电压要增加一倍。BTL放大电路输出功率较大，负载可以不接地。图8-46BTL互补功率放大电路的方框图BTL互补功率放大电路方框图如图8-46所示。双通道功率放大电路是用于立体声音响设备的功率放大电路，一般有专门的集成功率放大器产品。它有一个左声道功放和一个右声道功放，这两个功放的技术指标是相同的，需要在专门的立体声音源下才能显现出立体声效果。有的高级音响设备一个声道分成二、三个频段放大，有相应的低频段、中频段和高频段放大器。4．

双通道功率放大电路5．集成功率放大器集成功率放大器是在集成运算放大器的电压互补输出级后，加入互补功率输出级而构成的。大多数集成功率放大器实际上也就是一个具有直接耦合特点的运算放大器，它的使用方法与集成运算放大器相同（参见第9章）。集成功放使用时不能超过规定的极限参数，极限参数主要有功耗和最大允许电源电压。集成功放要加有足够大的散热器，保证在额定功耗下温度不超过允许值。集成功放一般允许加上较高的工作电压，但许多集成功放可以在低电压下工作，适用于无交流供电的场合。此时集成功放电源电流较大，非线性失真也较大。

阅读与应用

集成功率放大器

集成功率放大器又简称为集成功放，按输出功率的大小可将集成功率放大器分为小、中、大功率放大器，其输出功率从几百毫瓦到几百瓦。按集成功率放大器内电路的不同可分为两大类：第一类具有功率输出级，一般输出功率在几瓦以上；第二类没有功率输出级（又叫功率驱动器），使用时需外接大功率晶体管作为输出级，输出功率可达十几瓦到几百瓦。

集成功放与分离元件功放相比，不仅体积小、重量轻、成本低、使用方便，且在性能上也十分优越，如温度稳定性好、功耗低、失真小、效率高，还具有多种保护性措施，可防止电路和器件的损坏。OTL、OCL和BTL功放电路均有其多种型号的功放电路，集成功放广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。

1.LM386集成功率放大器及其应用

LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少，广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中。

LM386内部电路如图8-47a所示，共有3级。V1～V6组成有源负载单端输出差动放大器作输入级，V5、V6构成镜像电流源作差放的有源负载以提高单端输出时差动放大器的放大倍数。中间级是由V7构成的共射放大器，也采用恒流源I作负载以提高增益。输出级由V8～V10组成准互补推挽功放，D1、D2组成功放的偏置电路以利于消除交越失真。信号从V3和V4的基极输入，从V2管的集电极输出，为双短输入单端输出差动电路。

LM386的引脚排列如图8-47b所示，为双列直插塑料封装。

a)内部结构图b）引脚排列

图8–47LM386集成功率放大器

引脚功能为：2、3脚分别为反相、同相输入端，5脚为输出端，6脚为正电源端，4脚接地，7脚为旁路端，可外接旁路电容以抑制纹波，1、8脚为电压增益设定端。

当1、8脚开路时，负反馈最深，电压放大倍数最小，设定为Auf=20。

当1、8脚间接入10μF电容时，内部1.35kΩ电阻被旁路，负反馈最弱，电压放大倍数最大，Auf=200（46dB）。当1、8脚间接入电阻R和10μF电容串接支路时，调整R可使电压放大倍数Auf在20～200间连续可调，且R越大，放大倍数越小。当R2=1.24kΩ时，Auf=50。

LM386的典型应用如图8-48所示。电路中，5脚输出接R3、C3构成串联补偿网络与呈感性的负载（扬声器）相并，最终使等效负载近似呈纯阻，以防止高频自激和过压现象。7脚外接旁路C2去耦电容，用以提高纹波抑制能力，消除低频自激。

图8-48LM386典型应用电路图

将上述电路稍作变动，如在1、5脚间接入R、C串接支路，则可以构成带低音提升的功率放大电路。

2.TDA2030A音频集成功率放大器简介

TDA2030A是使用较为广泛的一种集成功率放大器，与其他功放相比，它的引脚和外部元件都较少TDA2030A的电器性能稳定，并在内部集成了过载和热切断保护电路，