《电路与电子技术》课件第6章

P6M1三极管特性的测试P6M2共射放大电路的测试P6M3静态工作点稳定电路的测试P6M4共集电路与共基电路的测试P6M5负反馈放大电路基本性能的测试P6M6直流稳压电源的设计与制作思考与练习

在电子线路中，需要通过放大器对微弱的信号加以放大，以便进行有效的观察、测量和利用。晶体管的主要用途就是利用其放大作用组成放大电路。因此，放大电路的作用就是将微弱的电信号不失真地加以放大，放大的本质是实现能量的控制(小能量对大能量的控制作用)。本项目主要介绍常用的基本放大电路。项目任务书

半导体三极管又称为双极型三极管、晶体三极管，或简称为三极管。它们常常是组成各种电子电路的核心器件。P6M1三极管特性的测试测试工作任务书MNL1三极管的偏置

为使三极管具有放大作用，必须使发射结正偏(导通)、集电结反偏(截止)。符合该要求的NPN型和PNP型三极管的直流偏置电路(也称直流供电电路)如图6-1-5(a)所示，外加直流电源UBB通过RB给发射结加正向电压；外加直流电源UCC通过RC给集电极加反向电压，该电压并不等于集电结电压，但由于集电极电压通常较大(指绝对值)，足以克服b-e间的发射结导通电压并给c-b间的集电结加一较大的反向电压，从而实现发射结正偏、集电结反偏的条件。图6-1-5三极管的偏置电路(共射接法)实际上，具有两个PN结的三极管的偏置可能有4种：①发射结正偏、集电结反偏；②发射结反偏、集电结正偏；③二结均正偏；④二结均反偏。而放大电路中的三极管的偏置则为第一种，即发射结正偏、集电结反偏。测试工作任务书MNL2三极管的电流放大作用

1.三极管内部载流子的运动情况

三极管要处于放大状态，外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而使集电结处于反向偏置状态。下面以NPN型三极管为例，来讨论三极管内部载流子的运动情况，具体应有以下三个过程：

(1)发射区发射载流子。由于发射结正向偏置，因而外加电场有利于多数载流子的扩散运动。又因为发射区的多子电子的浓度很高，于是发射区发射出大量的电子,这些电子越过发射结到达基区，形成电子电流。因为电子带负电，所以电子电流的方向与电子流动的方向相反(见图6-1-7)。与此同时，基区中的多子空穴也向发射区扩散而形成空穴电流，上述电子电流和空穴电流的总和就是发射极电流IE。由于基区中空穴的浓度比发射区中电子的浓度低得多，因此与电子电流相比，空穴电流可以忽略，可以认为，IE主要由发射区发射的电子电流所产生。图6-1-7三极管内部载流子的运动情况

(2)基区复合和扩散。电子到达基区后，因为基区为P型，其中的多子是空穴，所以从发射区扩散过来的电子和空穴产生复合运动而形成基极电流IBn，基区被复合掉的空穴由外电源UBB不断进行补充。但是，因为基区空穴的浓度比较低，而且基区很薄，所以到达基区的电子与空穴复合的机会很少，因而基极电流IBn比发射极电流IE小得多。大多数电子在基区中继续扩散，到达靠近集电结的一侧。

(3)集电极收集载流子。由于集电结反向偏置，外电场的方向将阻止集电区中的多子电子向基区运动，但是却有利于将基区中扩散过来的电子收集到集电极而形成集电极电流ICn。由图6-1-7可见，外电源UCC的正端接集电极，因此对基区中集电结附近的电子有吸引作用。

以上分析了三极管中载流子运动的主要过程。此外，因为集电结反向偏置，所以集电区中的少子空穴和基区中的少子电子在外电场的作用下还将进行漂移运动而形成反向电流，这个电流称为反向饱和电流，用ICBO表示。由图6-1-7可见，集电极电流IC由两部分组成：发射区发射的电子被集电极收集后形成的电流ICn，以及集电区和基区的少子进行漂移运动而产生的反向饱和电流ICBO，即

IC=ICn+ICBO

发射极电流IE也包括两部分，大部分成为ICn，少部分成为IBn，即

IE=ICn+IBn

2.直流电流放大系数

一般希望发射区发射的电子绝大多数能够到达集电极，即要求ICn

在总的IE中占的比例尽可能大。通常将ICn与IE之比定义为共基直流电流放大系数，用符号表示，即

三极管的值一般可达0.95~0.99。将上式代入IC的表示式，可得

IC=αIE+ICBO

当IC>>ICBO时，可将ICBO忽略，则由上式可得

即近似等于IC与IE之比。另外，由图6-1-7可见，三极管中三个极的电流之间应该满足节点电流定律，即

IE=IC+IB

将此式代入上式即可得

IC=αIE+ICBO=α(IC+IB)+ICBO

上式经移项、整理后成为

令

称为共射直流电流放大系数。将上式代入IC的表示式，可得

上式中的后一项常用符号ICEO表示，即

ICEO称为穿透电流,则IC又可表示为

当ICEO<<IC时,忽略ICEO,则由上式可得

即近似等于IC与IB之比。一般三极管的值约为几十至几百。

和是表征三极管放大作用的两个重要参数。

以上从三极管中载流子的运动情况来分析管子中各电极的电流分配关系。三个电流之间的关系均符合公式

IE=IC+IB

而且大多数情况下还符合以下关系：

IE>IC>IB,

IE≈IC

当三极管的基极电流IB有一个微小的变化时，相应的集电极电流将发生较大的变化,说明三极管具有电流放大作用。通常将集电极电流与基极电流的变化量之比定义为三极管的共射电流放大系数，用β表示，即

相应地，将集电极电流与发射极电流的变化量之比定义为共基电流放大系数，用α表示，即，

根据α和β的定义，以及三极管中三个电流的关系，可得

故α和β两个参数之间满足以下关系：

从上面分析可以看出，为了使三极管实现放大，还必须满足三极管的内部条件。从三极管的内部结构来看，主要有三个特点：

(1)发射区进行高掺杂，因而其中的多数载流子浓度很高。NPN三极管的发射区为N型，其中的多子是电子，所以电子的浓度很高。

(2)基区做得很薄，通常只有几微米到几十微米，而且掺杂比较少，则基区中多子的浓度很低。

(3)集电结面积做得大。测试工作任务书MNL3三极管共射输入特性

当uCE不变时，输入回路中的电流IB与电压UBE之间的关系曲线称为输入特性，可用以下表达式来表示：

IB=f(UBE)|UCE=常数先来研究UCE=0时的输入特性曲线。当UCE=0时，从三极管的输入回路看，基极和发射极之间相当于两个PN结并联，所以，当b、e之间加上正向电压时，三极管的输入特性应为两个二极管并联后的正向伏安特性，见图6-1-9中左边一条特性。当UCE>0时，这个电压的极性有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。如果UCE>UBE，则三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管处于放大状态。此时发射区发射的电子只有一小部分在基区与空穴复合，成为IB，大部分将被集电极收集，成为IC。所以，与UCE=0时相比，在同样的UBE之下，基极电流IB将大大减小，其结果将使输入特性右移，见图6-1-9中右边一条特性。图6-1-9三极管的输入特性当UCE继续增大时，输入特性应继续右移。但是，当UCE大于某一数值以后，在一定的UBE之下，集电结的反向偏置电压已足以将注入基区的电子基本上都收集到集电极，即使UCE再增大，IB也不会减小很多。因此，当UCE大于某一数值以后，不同ＵＣＥ的各条输入特性十分密集，几乎重叠在一起。所以，常常用UCE大于1V时的一条输入特性来代表UCE更高的情况。在实际的放大电路中，三极管的UCE一般都大于零，因而UCE大于1V时的输入特性更有实用意义。测试工作任务书MNL4三极管共射输出特性及放大原理

1.三极管共射输出特性

当IB不变时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系曲线称为输出特性,其表达式为

IC=f(UCE)|=常数

NPN三极管的输出特性曲线如图6-1-11所示。在输出特性曲线上可以划分为三个区域：截止区、放大区和饱和区，下面分别进行介绍。

1)截止区

一般将IB≤0的区域称为截止区，在图中为IB=0的一条曲线以下的部分，此时IC也近似为零。由于管子的各极电流都基本上等于零，因此三极管处于截止状态，没有放大作用。其实当IB=0时，集电极回路的电流并不真正为零，而是有一个较小的穿透电流ICEO。一般硅三极管的穿透电流较小，通常小于1μA，所以在输出特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流较大，约为几十至几百微安。可以认为,当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子，则三极管处于截止状态。所以，在截止区三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态。对于NPN三极管来说，此时

UBE<0,

UBC<0

2)放大区

在放大区内，各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平的直线，这表示,当IB一定时，IC的值基本上不随UCE而变化。而当基极电流有一个微小的变化量ΔIB时，相应的集电极电流将产生较大的变化量ΔIC，比ΔIB放大β倍，即

ΔIC=βΔIB

这个表达式体现了三极管的电流放大作用。

在放大区，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于NPN三极管来说，

UBE>0而UBC<0

3)饱和区

图6-1-11中靠近纵坐标的附近，各条输出特性曲线的上升部分属于三极管的饱和区。在这个区域，不同IB值的各条曲线几乎重叠在一起，十分密集。也就是说，当UCE较小时，管子的集电极电流IC基本上不随基极电流IB而变化，这种现象称为饱和。在饱和区，三极管失去了放大作用,此时不能用放大区中的β来描述IB和IC的关系。

图6-1-11三极管的输出特性当UCE=UBE，即UCB=0时，三极管达到临界饱和状态。当UCE<UBE时,称为过饱和。三极管饱和时的管压降用UCES表示，一般小功率硅三极管的饱和管压降UCES<0.4V。

三极管工作在饱和区时，发射结和集电结都处于正向偏置状态。对于NPN三极管来说，UBE>0,UBC>0。

2.判断三极管工作状态的方法

(1)根据发射结和集电结的偏置电压来判别。

(2)根据偏置电流IB、IC、ICS来判别。

(3)根据UCEQ的值来判别:当UCEQ≈UCC时,管子工作在截止区；当UCEQ≈0时，管子工作在饱和区。

例6-1

试判断图6-1-12所示各三极管分别工作在哪个区？

解根据晶体管的三个电极电位，判别三个电极及管子类型。

原理:硅管：UBE=0.7V;锗管：UBE=0.2V

NPN管：UBE>0,UBC<0

PNP管：UBE<0,UBC>0

步骤：三管脚两两相减，其中差值为0.7V(或0.2V)的管脚为b或e，另一管脚为c,由此可知是硅管(或锗管)。

假设三个管脚中电位居中的管脚为b，求UBE、UBC，若符合UBE>0,UBC<0，则为NPN;若符合UBE<0,UBC>0,则为PNP。图6-1-12例6-1图图6-1-12(a)表示ＮＰN管同时满足UBE>0,UBC<0,所以三极管工作在放大区。

图6-1-12(b)表示ＮＰN管同时满足UBE>0,UBC>0,所以三极管工作在饱和区。

例6-2

一个晶体管处于放大状态，已知其三个电极的电位分别为5V、9V和5.2V。试判别三个电极，并确定该管的类型和所用的半导体材料。

解分别设U1=5V，U2=9V，U3=5.2V，U1-U3=5-5.2=-0.2V,因此是锗管，2脚为集电极c。

由于3脚的电位在三个电位中居中，故设为基极b，则1为发射极e，有：

UBE=U3-U1=5.2-5=0.2V>0

UBC=U3-U2=5.2-9=-3.8V<0

因此，为NPN型锗管，5V、9V、5.2V所对应的电极分别是发射极、集电极和基极。

3.三极管的放大原理

由图6-1-10可以看出，输入回路的外加电压uBE=UBB+ui=UBB+ΔUBE，即发射结两端电压在直流UBB的基础上产生了一个交流变化量ΔUBE，使发射极电流iE=IE+ΔIE，即在原来IE的基础上变化了ΔIE。相应地，集电极电流iC=IC+ΔIC，基极电流iB=IB+ΔIB，分别在原来的基础上变化了ΔIC和ΔIB。

通常把输出电流变化量ΔIC与输入电流变化量ΔIB的比值称为共发射极交流电流放大系数，用β表示，即

显然，β

和是两个不同的概念。但若在iC变化时基本不变的条件下，由上式可得：

ΔIC≈ΔIB

则β≈

实际上三极管导通时，在IC的一个相当大的范围内，基本上不变，则β≈。因此，它们被统称为共发射极电流放大系数，并均用β表示。由于β

值较大，因此三极管具有较强的电流放大作用。由于发射结正偏，发射结电阻较小，因此输入电压的微小变化ΔUBE就能引起基极电流的较大变化ΔIB；又因ΔIC=βΔIB，故相应的集电极电流的变化ΔIC很大。电路的输出电压ΔUo=ΔICRC，当RC阻值不很小时，输出电压ΔUo的幅度比输入电压ΔUBE大得多，且二者波形相同。因此，该电路具有电压放大作用。从能量的角度来看，输入的电压ΔUBE和电流ΔIB均较小，输入的功率也较小，而输出的电流ΔIC和电压ΔUo均较大，输出的功率也较大，而输出功率是由电源UCC提供的(直流能量转化为交流能量)，不是由输入电压ΔUBE提供的。当然，由于三极管的特殊作用，输入电压ΔUBE则完全控制着输出电流ΔIC和电压ΔUo的变化，因此输出端可以得到与输入信号波形完全一致的但功率要大得多的信号，即信号得到了放大。MNL1共射放大电路的组成

1.放大电路的实际电路之一——双电源供电电路

图6-2-1所示的三极管基本放大器的原理电路在实际应用时存在以下几个问题：

(1)交流信号源与直流电源共用一个回路，相互影响。

(2)信号源经RB后加到发射结两端，使发射结两端的信号大大减小，导致放大电路的放大性能下降。

(3)输入交流信号源与直流电源不能共地。

(4)输出电压uo中含有直流成分。P6M2共射放大电路的测试图6-2-1共射基本放大电路原理电路为解决上述问题，可将阻容耦合交直流叠加(或分离)电路引入到放大电路中来，如图6-2-2所示。图中两个容量较大的电容C1和C2(几微法至几十微法)分别接在输入端和输出端，起到一个“隔直通交”的作用，即对直流的容抗为无限大，相当于开路；对交流的容抗很小，相当于短路。因此，输入交流电压ui可顺利通过电容C1加到三极管发射结两端，而直流电压UBB一方面通过电阻RB给发射结加一个正偏电压，另一方面由于电容C1的隔直作用，使直流电流不会流入交流回路，交、直流电路之间互不影响。另外，根据叠加定理可知，三极管发射结两端电压uBE为交、直流电压的叠加。在输出端，由于电容C2的隔直作用，输出电压uo为纯交流信号。图6-2-2双电源供电电路总之，该电路实现了实际应用型电路的以下几个要求

(1)交流信号源与直流电源各用一个独立回路，互不影响。

(2)信号源不经RB而是直接通过电容C1加到发射结两端，使发射结两端的信号基本没有减小。

(3)输入交流信号源与直流电源共地。

(4)输出电压uo中不含有直流成分。因为C1和C2具有隔断直流、传送交流的作用，所以称为隔直电容或耦合电容。通常C1和C2选用容量大的电解电容，它们有正、负极性，不可反接。

由叠加定理可知，该放大电路中三极管各极的电压和电流均为交流和直流的叠加量。由于该放大电路使用了两组电源，因而称为双电源供电电路。

2.放大电路的实际电路之二——单电源供电电路

参见图6-2-2，为简化电路，一般选取UBB=UCC，这样就得到如图6-2-3(a)所示的单电源供电的共射基本放大电路。此外，在画电路图时，可利用电位的概念，省略电源符号，因为UCC一端总是与地相连，因此只需标出另一端的电压数值和极性，这样就得到共射基本放大电路的习惯画法，如图6-2-3(b)所示,该电路形式比较常用。为了表示更普遍的情况，图中还画出了信号源的内阻Rs

及源电压us。图6-2-3共射基本放大电路

3.电压和电流符号的使用规定

为防止理解上的错误和概念上的混淆，这里有必要对电压和电流符号的使用规定预先作一个说明。例如，某一输入电压的表达式为

uI=5+3sinωt(V)=UI+ui=UI+Uimsinωt=UI+Uisinωt

式中:UI=5V为直流量;ui=3sinωt(V)为纯交流量，且为瞬时值;Uim=3V为纯交流量的振幅值;Ui=3/V为纯交流量的有效值；而uI=UI+ui=5+3sinωt(V)则为包含直流和交流分量的总瞬时值。从符号的使用规定可以看出，大写变量(斜体)表示直流或交流的有效值，小写变量(斜体)表示含有交流的量；大写变量、大写下标(一般为正体)表示直流或含交流的幅度值；小写变量、大写下标(一般为正体)表示直流与交流组合的量。不过，总瞬时值除了能表示包含直流和交流分量的总瞬时值外，也可以表示直流量(当纯交流量ui=0时)，如uI=UI

等；也可以表示纯交流量(当直流量UI=0时)，如uI=ui

等。电流量与电压量的表示相似，只是变量为电流符号i或I而已。其他以此类推。下标的符号表示则可根据需要进行定义，以能够区分不同变量的含义并容易记忆为宜。如输入电压和输出电压分别用ui和uo表示,基极电流和集电极电流分别用iB和iC表示等。

4.放大电路的工作状态

在放大电路中，未加信号(ui=0)时电路各处的电压、电流都是直流，这时称电路的状态为直流状态或静止工作状态，简称静态。当输入交流信号后，电路中各处的电压和电流是变动的，这时电路处于交流状态或动态工作状态，简称动态。测试工作任务书MNL2放大电路的静态工作点分析

参见图6-2-4，静态时ui=0，三极管各极的电压和电流均为直流。

1.直流通路

直流通路指在没加输入信号时，电路在直流电源作用下，直流电流流经的通路。直流通路用于确定静态工作点。直流通路的画法：①电容视为开路；②电感线圈视为短路；③信号源视为短路，但保留其内阻,如图6-2-5所示。图6-2-5直流通路

2.静态工作点Q的计算

放大电路中的UCC通过RB使三极管的发射极导通，b、e两端的导通压降UBE基本不变(硅管约为0.7V，锗管约为0.2V)，因此有

若RB和UCC不变，则IB不变，因此，该电路称为恒流式偏置电路或固定偏流式电路。显然，改变RB可以明显改变IB、IC和UCE值，即调节RB可以明显改变放大器的工作点和工作状态。当UCE较大时，可以保证三极管的发射结正偏、集电结反偏，即工作在放大区。测试工作任务书MNL3放大电路的基本分析方法

1.直流通路与交流通路

根据叠加原理可将电路中的信号分解为直流信号和交流信号。直流信号可通过直流通路求解，交流信号可通过交流通路求解。直流通路前面已作介绍，这里不再论述。

交流通路是指在输入信号作用下交流信号流经的通路。交流通路用于计算电路的动态性能指标。

交流通路的画法：①容量大的电容视为短路；②直流电源视为短路，如图6-2-7所示。图6-2-7单级共射放大电路根据直流通路与交流通路，可对电路进行静态分析和动态分析。

静态：输入信号为零时电路的工作状态，也称直流工作状态。

动态：输入信号不为零时电路的工作状态，也称交流工作状态。

例6-3

画出图6-2-8所示电路的直流通路和交流通路。设所有电容对交流信号均可视为短路。图6-2-8例6-3图

解将电容开路、变压器线圈短路,即为直流通路，读者可以自己画。各电路的交流通路如图6-2-9所示。图6-2-9例6-3交流通路图

2.静态工作点的近似估算

如图6-2-6所示，静态时晶体管直流电压UBE、UCE和对应的IB,IC值,分别记做UBEQ、IBQ、UCEQ和ICQ，即

UBEQ：硅管一般为0.7V，锗管为0.3V。

例6-4在图6-2-7所示单级放大器中，设UCC=12V，RC=2kΩ,RB=220kΩ,β=60。求放大器的静态工作点。

解从电路可知，晶体管是NPN型，按照约定视为硅管，UBEQ=0.7V，则

3.图解法

图解法是指利用晶体管特性曲线，通过作图来分析放大器的性能。

首先，画出放大电路输出回路，如图6-2-10所示；在输入特性曲线上，作出直线UBE=UCC-IBRB，两线的交点即是Q点，得到IBQ，如图6-2-11(a)所示。在输出特性曲线上，作出直流负载线UCE=UCC-ICRC，与IBQ曲线的交点即为Q点，如图6-2-11(b)所示，从而得到VCEQ

和ICQ。图6-2-10放大器的输出回路图6-2-11静态工作点的图解分析静态工作点Q的位置不同，所对应的UCEQ、ICQ也不同。例6-5

电路如图6-2-12(a)所示，图(b)是晶体管的输出特性，静态时UBEQ＝0.7V。利用图解法分别求出RL＝∞和RL＝3kΩ时的静态工作点。

解空载时,IBQ＝20μA，ICQ＝2mA，UCEQ＝6V；最大不失真输出电压峰值约为5.3V，有效值约为3.75V。

带载时，IBQ＝20μA，ICQ＝2mA，UCEQ＝3V；最大不失真输出电压峰值约为2.3V，有效值约为1.63V。

作图结果如图6-2-13所示。图6-2-12例6-5图图6-2-13作图结果

4.图解分析动态

1)交流负载线

直流负载线反映静态时电流IC和电压UCE的变化关系，而交流负载线反映动态时电流IC和电压uCE的变化关系。放大器交流负载电路如图6-2-14(a)所示，其交流通路如图6-2-14(b)所示。图6-2-14放大器交流负载电阻示意图

可见，交流负载电阻为

过输出特性曲线上的Q点作一条斜率为1/(RL∥RC)的直线，该直线即为交流负载线，如图6-2-15所示。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。RL′=RL∥RC是交流负载电阻。

图6-2-15放大倍数的图解分析

2)电压放大原理

输入交流信号时的图解分析如图6-2-16所示。

由图6-2-16可知：

uCE=UCE+uce

iB=IB+ib

iC=IC+ic

uCE=UCC-(IC+ic)RC=UCE+(-icRC)

uO=-icRC

电压放大原理分析图如图6-2-17所示。图6-2-16图解动态分析图6-2-17电压放大原理分析图通过图解分析，可得如下结论：

(1)负载上得到的输出信号uo比输入信号ui的振幅大；

(2)输出信号uo与输入信号ui的波形和频率一样；

(3)输出信号uo与输入信号ui的相位相反，相差180°;

(4)可以确定最大不失真输出幅度。测试工作任务书MNL4放大电路的主要技术指标

1.图解法的应用

1)分析非线性失真

对放大电路的基本要求是输出信号尽可能不失真。所谓失真,就是输出信号与输入信号不相似。如果静态工作点接近于Q，在输入信号的负半周，管子进入截止区产生的失真称为截止失真，如图6-2-19(a)所示；如果静态工作点接近于Q′，在输入信号的正半周，管子进入饱和区产生的失真称为饱和失真，如图6-2-19(b)所示。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。图6-2-19放大电路的非线性失真

2)估算最大输出幅度

从图可见，为了获得幅度大而不失真的交流输出信号，放大器的静态工作点Q应设置在负载线的中点处。

2.放大电路的主要技术指标

放大器的框图如图6-2-20所示。左边是输入端，外接信号源，Ui、Ii分别为输入电压和输入电流；右边是输出端，外接负载，Uo、Io分别为输出电压和输出电流。图6-2-20放大电路性能指标测试示意图

1)放大倍数

(1)电压放大倍数为

(2)电流放大倍数为

2)最大输出幅度

最大输出幅度表示在输出波形没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压，一般指电压的有效值，以Uom表示。它也可用峰-峰值表示，正弦信号的峰-峰值等于其有效值的2倍。

3)非线性失真系数

由于放大器件输入、输出特性的非线性，因此放大电路的输出波形不可避免地将产生或多或少的非线性失真。当输入单一频率的正弦波信号时，输出波形中除基波外，还将含有一定数量的谐波。所有谐波总量与基波成分之比，定义为非线性失真系数，符号为D，即

式中,U1、U2、U3等分别表示输出信号中基波、二次谐波、三次谐波等的幅值。

4)输入电阻

从放大电路的输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻，见图6-2-20。此处只考虑中频段的情况，故从放大电路输入端看，等效为一个纯电阻Ri。输入电阻Ri的大小等于外加正弦输入电压与相应的输入电流之比，即

输入电阻这项技术指标描述放大电路对信号源索取电流的大小。通常希望放大电路的输入电阻愈大愈好，Ri愈大，说明放大电路对信号源索取的电流愈小。

5)输出电阻

输出电阻是从放大电路的输出端看进去的等效电阻，见图6-2-20。在中频段，从放大电路的输出端看，同样等效为一个纯电阻Ro。输出电阻Ro的定义是当输入端信号短路，输出端负载开路时，外加一个正弦输出电压，得到相应的输出电流，二者之比即是输出电阻Ro，即

实际工作中测试输出电阻时，通常在输入端加上一个固定的正弦交流电压，首先使负载开路，测得输出电压

为，然后接上阻值为RL的负载电阻，测得此时的输出电压为。

输出电阻是描述放大电路带负载能力的一项技术指标。通常希望放大电路的输出电阻愈小愈好,Ro愈小，说明放大电路的带负载能力愈强。

6)通频带fBW

由于放大器件本身存在极间电容，还有一些放大电路中接有电抗性元件，因此，放大电路的放大倍数将随着信号频率的变化而变化。一般情况下，当频率升高或降低时，放大倍数都将减小，而在中间一段频率范围内，因各种电抗性元件的作用可以忽略，故放大倍数基本不变。通常将放大倍数在高频和低频段分别下降到中频段放大倍数0.707时所包括的频率范围，定义为放大电路的通频带，用符号fBW表示。在放大倍数下降到中频值的0.707时的相应频率称为放大电路的上限频率fH和下限频率fL,其通频带为fBW=fH-fL。

7)最大输出功率与效率

放大电路的输出功率是指在输出信号不产生明显失真的前提下，能够向负载提供的最大输出功率，通常用符号Pom表示。

放大的本质是能量的控制，负载上得到的输出功率，实际上是利用放大器件的控制作用将直流电源的功率转换成交流功率而得到的，因此就存在一个功率转换的效率问题。放大电路的效率η

定义为最大输出功率Pom与直流电源消耗的功率Pu之比，即

测试工作任务书MNL5放大电路的小信号等效电路及其分析

前面所讨论的图解分析法，虽然具有直观、形象等优点，但由于其作图烦琐、计算精度低等缺点，因此一般较少使用。这里介绍一种适合于放大电路交流指标分析和计算的简便方法，即小信号等效电路分析法所谓小信号等效电路分析法，是指在输入低频小信号的条件下，将放大电路用一线性电路来等效(或替代)，然后再进行分析和计算的方法。具体地讲，就是在小信号的条件下，可以将在Q点附近变化范围很小的三极管的非线性特性曲线看成为直线，即将具有非线性特性的三极管线性化，从而使分析和计算过程大大简化。图6-2-22三极管的共射接法

1)三极管的小信号等效电路

这里只讨论最常用的三极管共射小信号等效电路。如图6-2-22所示，在共射接法时，三极管的输入电流为ib，输入电压为ube，输出电流为ic，输出电压为uce。

可以通过三极管的内部结构和放大时各电流间的关系来得到其小信号等效电路。这里只讨论最常用的三极管共射小信号等效电路。如图6-2-22所示，在共射接法时，三极管的输入电流为ib，输入电压为ube，输出电流为ic，输出电压为uce。

可以通过三极管的内部结构和放大时各电流间的关系来得到其小信号等效电路。

三极管的内部结构如图6-2-23(a)所示。图中b′称为有效基极，这是因为三极管发射结发射到基区的载流子(形成ie)在基区的扩散(形成ic)和复合(形成ib)主要是在基区中部b′附近完成的，而不是在基区外部基极b附近完成的。

rbb′、re′和rc′分别为基区、发射区和集电区的体电阻，re和rc分别为发射结和集电结的结电阻。由于基区很薄而且掺杂低，因此rbb′较大，而re′和rc′则很小。由于re>>re′，rc>>rc′，因此re′和rc′皆可忽略(短路)，而rc为集电结反偏时的电阻，阻值很大，也可忽略(开路)。

考虑到三极管的放大作用，即有一个基极电流ib，就必有一个相应的集电极电流βib与之相对应，所以，在c和b′之间应有一个等效的受控电流源βib

，其参考方向与ib有关，如图6-2-23(a)所示。

rce为集—射间的漏电阻，是由于穿透电流ICEO的存在而引起的。一般rce为几十至几百千欧姆，而与它相并联的负载电阻一般要小得多，所以可以忽略(开路)。

忽略re′、rc′、rc和rce后的三极管的小信号等效电路如图6-2-23(b)所示。

常温下，发射结的结电阻re可由下式得到：

式中,IE为发射极电流的直流分量，即发射极的偏置电流。图6-2-23三极管的内部结构及小信号等效电路从图6-2-23(b)中可以看出，re既是输入回路的电阻，也是输出回路的电阻，这给分析和计算带来了一定的不便。因此，可考虑将re分别折合或等效到输入回路和输出回路，如图6-2-24(a)所示。为保持外电路的电压、电流关系不变，re

折合到基极回路的电阻值应为rb′e=(1+β)re

，rb′e为共射接法时从有效基极b′到发射极e间的等效电阻；re折合到集电极回路的电阻值应为r′=(1/α)re，由于该电阻与电流源串联，对外电路没有影响，因此可以忽略。图6-2-24(b)所示为简化的等效电路。图中，

rbe=rbb′+rb′e=rbb′+(1+β)re

rbe为三极管基极b到发射极e间的等效电阻。其中：

rbb′

是一个与工作状态无关的常数，通常为几十至几百欧姆，可由手册查到。在对小信号放大电路进行计算时，若rbb′未知，则可取rbb′=300Ω。

rbe也可通过测试并由式

而得到。图6-2-24折合和简化后的等效电路

2)放大电路的小信号等效电路及其分析

小信号等效电路分析法的主要步骤如下：

(1)求放大电路的Q点。必须指出的是，小信号等效电路绝不能用来求放大电路的Q点，但求小信号等效电路的rbe时，却要先求得三极管的直流IB或IE值，因此可由直流通路直接进行计算而得到放大电路的Q点。

(2)画出放大电路的小信号等效电路。先画出放大电路的交流通路，再用简化的三极管小信号等效电路来代替电路中的三极管(标明电压的极性和电流的方向)，从而得到含外围电路的整个放大电路的小信号等效电路。

(3)根据所得到的放大电路的小信号等效电路，用解线性电路的方法求出放大电路的性能指标，如Au、ri、ro等。

例6-6

如图6-2-25(a)所示的共射基本放大电路，设三极管的β=40，电路中各元件的参数值分别为UCC=12V，RB=300kΩ，RC=4kΩ，RL=4kΩ，rbb′=100Ω。试求放大电路的Au、ri和ro。

解

(1)确定Q点，有

(2)该放大电路的交流通路如图6-2-25(b)所示,图中RL′=RC∥RL=2kΩ。

(3)该放大电路的小信号等效电路如图6-2-25(c)所示。图中

图6-2-25共射基本放大电路的小信号等效电路分析法

(4)求Au、ri

和ro。由图6-2-25(c)可得：ui=ibrbe，uo=-βib(RC//RL)=-βRL′ib

。故电压放大倍数为

该题中，

又ui=ii(RB∥rbe)，故输入电阻为

考虑到RB>>rbe，则

Ri≈rbe

该题中，

Ri≈rbe=750Ω

注意，上式中Ri为放大电路的输入电阻，而rbe为三极管的共射输入电阻，二者的概念是不同的。

下面来求输出电阻Ro。根据输出电阻Ro的定义，求输出电阻Ro的电路如图6-2-25(d)所示。由该图可以看出，由于us=0，ib=0，因此ic=βib=0，受控电流源相当于开路，于是uo=icRC，输出电阻为

该题中，

Ro=RC=4kΩ

需要指出的是，以上计算必须在三极管始终工作于放大状态下才成立。实际分析过程中，在熟悉以上分析方法的基础上，可以略去具体分析步骤，直接引用结论进行近似计算。P6M3静态工作点稳定电路的测试测试工作任务书MNL1温度对静态工作点的影响

静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响放大电路的动态参数。实际上，电源电压的波动、元器件的老化及温度引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而造成动态参数不稳定，甚至不能正常工作。在引起静态工作点不稳定的诸多因素中，温度的影响是最主要的。

1.温度变化对输入输出特性曲线的影响

温度变化时，对输入输出特性曲线的影响如图6-3-2所示。从图中可以看出，温度T上升，则输出特性曲线上移，输出特性曲线族间距增大,因此温度升高时，UBE和IC都增大。

2.温度变化对β的影响

当环境温度升高时，三极管电流放大系数β将增大，温度每升高1℃，β要增加0.5%~1.0%。β的增大将造成IC增大，使Q点上移。图6-3-2三极管的特性曲线

3.温度对反向饱和电流ICBO的影响

当环境温度升高时，三极管反向饱和电流ICBO将增大。ICBO与温度变化的关系式如下：

当ICBO

增大时，则ICEO也要增大，因此IC也增大，Q点上移。

由以上分析可知，当温度升高时，IC要增大，引起Q点上移；同理可得，当温度下降时，IC要减小，引起Q点下移。即：综合上述：

(1)ICBO、β、UBE随温度T升高的结果，都集中表现在Q点电流IC的增大。

(2)由于硅管的ICBO小，对于硅管来说，当温度变化时，主要考虑温度对UBE和β的影响。

(3)由于锗管的ICBO大，对于锗管而言，当温度变化时，主要考虑温度对ICBO的影响。测试工作任务书MNL2分压式偏置放大电路

1.电路组成

分压式偏置放大电路如图6-3-4所示。该电路的特点是静态工作点比较稳定。

(1)元件的作用如下：

Rb1——上偏置电阻；Rb2——下偏置电阻；Re——发射极电阻;Ce——发射极旁路电容。图6-3-4分压式偏置放大电路

(2)Vb基本不变的条件：

IB1>>IB，VB>>UBE

则

一般取IB1=(5~10)IB，VB=3V~5V。

(3)稳定Q点的工作原理。

基极电压UB由Rb1和Rb2分压后得到，即UB=

UCC固定。当环境温度上升时，引起ICQ增加，导致IEQ增加，使UEQ=IEQ·Re增大。由于UBEQ=UBQ-UEQ，使得UBEQ减小，于是基极偏流IBQ减小，使集电极电流ICQ的增加受到限制，从而达到稳定静态工作点的目的。稳定工作点的过程表示如下：

2.分压式偏置电路的静态分析

分压式偏置放大电路如图6-3-5(a)所示。其静态工作点的计算如下：

例6-7在图6-3-4所示的具有分压式稳定工作点偏置电路的放大器中，Rb1=30kΩ，Rb2=10kΩ,Rc=2kΩ，Re=1kΩ，UCC=9V，试估算ICQ和UCEQ。

解估算时可认为UBQ是基极开路时的电压值，则有

3.分压式偏置电路的动态分析

分压式偏置电路的小信号等效电路如图6-3-4(b)所示。图中，rbe为三极管基极b到发射极e间的等效电阻，其值为电压增益：输入电阻：输出电阻：

4.三极管发射极没有旁路电容Ce

(1)静态分析。电路如图6-3-3所示，其静态工作点计算与三极管发射极接旁路电容Ｃe相同。

(2)动态分析。微变等效电路如图6-3-5所示。

电压增益：

输入电阻：Ri=Rb1∥Rb2∥［rbe+(1+β)Re］

输出电阻：Ro=RC

图6-3-5三极管发射极没有旁路电容Ce小信号的等效电路

例6-8电路如图6-3-6所示，晶体管的β=100，rbb′=100Ω。

(1)求电路的Q点、、Ri和Ro；

(2)若电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？图6-3-6例6-8图

解

(1)静态分析：动态分析：

(2)当发射极旁路电容断开后，放大电路的输入电阻将增大，Ri≈4.1kΩ;当Ri增大时，其电压放大倍数||将减小，。P6M4共集电路与共基电路的测试测试工作任务书MNL1共集电极放大电路

共集电极电路也称为射极输出器，如图6-4-2所示。

(1)静态工作点：

(2)电压增益：图6-4-2共集电极电路、交流通路及小信号等效电路

(3)输入电阻:

Ri=Rb∥［rbe+(1+β)Re］≈Rb∥βRe

可选Rb→∞,使Ri≈βRe。

(4)输出电阻：

共集电极电路的特点如下：电压增益接近于1；输入电阻大，对电压信号源衰减小；输出电阻小，带负载能力强；电压跟随器(输出电压随着输入电压的变化而变化)。分析与思考:

共集电极电路作何改进后，既可使其具有温度稳定性，又不影响其动态指标？

例6-9

求图6-4-3所示的射极输出器的Au、Ri和Ro。设三极管的UBE=0.7V，β=50，rbb′=100Ω。图6-4-3例6-9图

解①②③测试工作任务书MNL2共基极电路

1.共基极电路

1)静态工作点

共基极放大电路如图6-4-4所示，其直流通路与射极偏置电路相同,因此静态工作点的计算与射极分压式偏置电路相同。

2)动态分析

共基极放大电路的小信号等效电路如图6-4-5所示，其动态参数计算如下。

①电压增益：

②输入电阻：

③输出电阻：

Ro≈RC

图6-4-5共基极电路分析与思考：

共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？

2.三种组态的比较

共射共集共基

电压增益：

输入电阻：

输出电阻：

例6-10共基极放大电路如图6-4-4所示，已知β=150,计算Au、Ri、Ro。

解MNL1反馈的基本概念

前面的项目中讨论放大电路的输入信号与输出信号间的关系时，只涉及到了输入信号对输出信号的控制作用，这称做放大电路的正向传输作用。然而，放大电路的输出信号也可能对输入信号产生反作用，简单地说，这种反作用就叫做反馈。反馈在电子技术中得到了广泛应用。在各种电子设备中，人们经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定指标。凡是在精度、稳定性等方面要求比较高的放大电路，大都包含着某种形式的反馈。P6M5负反馈放大电路基本性能的测试

1.反馈概念的建立

反馈的现象和运用在前面已经提到过，图6-5-1所示的静态工作点稳定电路就是一例。在电路中，电阻Rb1和Rb2

分压，使基极电位基本固定，然后通过射极电阻Re两端的电压来反映集电极电流的大小和变化，采取这种措施可使电路的静态工作电流保持稳定。图6-5-1具有负反馈的放大电路例如，当环境温度上升使三极管的静态集电极电流ICQ增大时，IEQ也随之增大，则UEQ=IEQRe也增加。由于固定了UBQ，加在基极和发射极之间的电压UBEQ=UBQ-UEQ将随之减小，从而使IBQ减小，ICQ也随之减小，这样就牵制了ICQ、IEQ的增加，使它们基本上不随温度而改变。

通过以上具体例子可以帮助我们建立反馈的概念。所谓放大电路中的反馈，通常是指将放大电路的输出量的一部分或全部，通过一定的方式反送到放大电路的输入回路中去。在图6-5-1中,放大电路的输出量是电流ICQ，利用IEQ(≈ICQ)在Re上产生的压降把输出量反送到放大电路的基极回路，改变了UBEQ，使ICQ基本稳定，所以这种电路也称为电流负反馈式工作点稳定电路。

由此可见，如欲稳定电路中的某一个电量，则应采取措施将这个电量反馈回去，当由于某些因素引起该电量发生变化时，这种变化将反映到放大电路的输入端，从而牵制原来的电量，使之基本保持稳定。

2.反馈的分类

1)正反馈和负反馈

根据反馈极性的不同，反馈可以分为正反馈和负反馈。如果引入的反馈信号增强了外加输入信号的作用，从而使放大电路的放大倍数得到提高，这样的反馈称为正反馈；相反，如果反馈信号削弱了外加输入信号的作用，使放大电路的放大倍数降低，则称为负反馈。

为了判断引入的是正反馈还是负反馈，可以采用瞬时极性法，即先假定输入信号为某一个瞬时极性，然后逐级推出电路其他有关各点瞬时信号的变化情况，最后判断反馈到输入端信号的瞬时极性是增加还是削弱了原来的输入信号。

例如,在图6-5-2(a)中假设加上一个瞬时极性为正的输入电压。因输入电压加在三极管V1的基极上，输出电压的瞬时极性为负，而反馈电压由输出电压经电阻Rf、Re2分压后得到，因此反馈电压的瞬时极性也是负，放大电路的实际输入电压等于输入电压与反馈电压之差，可见反馈电压削弱了输入电压的作用，使放大倍数下降，因此是负反馈。

在图6-5-2(b)中，由于反馈信号引入到三极管V1的发射极上，因此放大电路的实际输入信号等于输入电压与反馈电压之和，反馈信号增强了输入信号，因此是正反馈。在图6-5-2(c)中，输入电压加在集成运放的同相输入端，当其瞬时极性为正时，输出电压的瞬时极性为负，反馈信号通过电阻Rf

引回到集成运放的反相输入端，此反馈信号将削弱外加输入信号的作用，使放大倍数降低，所以是负反馈。

如果要求稳定放大电路中的某个电量，则一般采用负反馈的方式。负反馈虽然损失了放大倍数，但能使其他各项性能得到改善，因此在电路中经常被采用。有时也用正反馈方式来获得较高的放大倍数，但要注意，正反馈太强会使电路产生振荡。图6-5-2负反馈

2)直流反馈和交流反馈

根据反馈信号本身的交、直流性质，可分为直流反馈和交流反馈。如果反馈信号中只包含直流成分，则称为直流反馈；如果反馈中只有交流成分，则称为交流反馈。在很多情况下，交、直流两种反馈兼而有之。

在图6-5-3(a)中，设V2发射极的旁路电容Ce足够大，可认为电容两端的交流信号基本为零，则从V2的发射极通过Rf引回到V1基极的反馈信号中将只有直流成分，因此电路中引入的是直流反馈。在图6-5-3(b)中，从放大电路的输出端通过Cf和Rf将反馈信号引回到V1的发射极，由于电容的隔直作用，反馈信号中将只有交流成分，所以这个反馈是交流反馈。图6-5-3直流反馈和交流反馈直流负反馈的作用是稳定静态工作点，而对于放大电路的各动态性能没有影响。各种不同类型的交流反馈将对放大电路的各项动态性能产生不同的影响，这是用以改善电路技术指标的主要手段，也是讨论的主要内容。

3)电压反馈和电流反馈

根据反馈信号在放大电路输出端采样方式的不同，可以分为电压反馈和电流反馈。

如果反馈信号取自输出电压，则称为电压反馈，如图6-5-4(a)所示；如果反馈信号取自输出电流，则称为电流反馈，如图6-5-4(b)所示。图6-5-4电压反馈与电流反馈在图6-5-3(b)中，反馈信号与输出电压成正比，属于电压反馈。而在图6-5-3(a)中，如果不加旁路电容，则反馈信号与输出回路的电流成正比，因此是电流反馈。

放大电路中引入电压负反馈后，将使输出电压保持稳定，其效果是降低了电路的输出电阻；而电流负反馈将使输出电流保持稳定，因而提高了输出电阻。

为了判断放大电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈，可以采用输出短路法。

4)串联反馈和并联反馈

根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中求和形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。

如果反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和，则称为串联反馈，如图6-5-5(a)所示；如果二者以电流形式求和，则称为并联反馈，如图6-5-5(b)所示。图6-5-5串联反馈与并联反馈在图6-5-3(b)中，三极管V1基极和发射极之间的净输入电压等于外加输入电压与反馈电压之差，说明反馈信号与输入信号以电压形式求和，因此属于串联反馈。而在图6-5-3(a)中，假设去掉旁路电容，三极管V1的基极电流等于输入电流与反馈电流之差，也就是反馈信号与输入信号以电流形式求和，所以是并联反馈。

例6-11判断图6-5-6中电路的反馈类型。

解Re1——第一级、第三级及总体放大电路的电流串联负反馈;

Rf1、Rf2——总体直流负反馈；

Re2——第二级放大电路电流串联负反馈。图6-5-6例6-11图测试工作任务书MNL2负反馈放大电路

1.负反馈的四种组态

根据以上分析可知，实际放大电路中的反馈形式是多种多样的，本节着重分析各种形式的负反馈。对于负反馈来说，根据反馈信号在输出端的采样方式以及输入回路中求和形式的不同，共有四种组态,即：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。

1)电压串联负反馈

在图6-5-8(a)所示的放大电路中，从集成运放的输出端到反相输入端之间通过电阻Rf引入了一个反馈。由图可知，反馈电压Uf等于输出电压在电阻R1和Rf分压以后得到的值，即反馈电压与输出电压成正比。在放大电路的输入回路中，集成运放的净输入电压等于其同相输入端与反相输入端的电压之差。在理想情况下，集成运放的输入电流为零，故电阻R2上没有压降,于是可得

即输入信号与反馈信号以电压的形式求和，而且，反馈电压将削弱外加输入电压的作用，使放大倍数降低。总之，以上分析说明，图6-5-8(a)所示电路中引入的反馈是电压串联负反馈。图6-5-8电压串联负反馈为了便于分析引入反馈后的一般规律，常常利用方框图来表示各种组态的负反馈。电压串联负反馈组态方框图如图6-5-8(b)所示。图中有两个方框，上面的方框表示不加反馈时的放大网络，下面的方框表示反馈网络。反馈电压从放大电路的输出端根据输出电压采样而得到，然后在输入回路中与外加输入电压相减后得到净输入电压。由方框图可见，放大网络的输入信号是净输入电压，输出信号是，二者均为电压信号，故其放大倍数用符号表示，称为放大网络的电压放大倍数，即

在图6-5-8(b)中，反馈网络的输入信号是放大电路的输出电压，它的输出信号是反馈电压。反馈网络的反馈系数是与之比，用符号表示，可得

在图6-5-8(a)所示的具体放大电路中，已知

所以反馈系数为

2)电压并联负反馈

在图6-5-9(a)所示的放大电路中，反馈信号从放大电路的输出电压采样，属于电压反馈。而在输入回路中，净输入电流等于外加输入电流与反馈电流之差，即

说明二者之间以电流形式求和。根据瞬时极性法，设输入电压的瞬时值升高，则输出电压将反相，即其瞬时值将降低，于是流过电阻Rf的反馈电流将增大，但这个反馈电流将削弱输入电流的作用，使净输入电流减小。总之，此电路中的反馈是电压并联负反馈。图6-5-9电压并联负反馈电压并联负反馈的方框图见图6-5-9(b)。放大网络的输入信号是净输入电流，输出信号是放大电路的输出电压

，它的放大倍数用符号表示，即

由上式可知，的量纲是电阻，故称之为放大网络的转移电阻。反馈网络的输入信号是放大电路的输出电压，输出信号是反馈电流。反馈网络的反馈系数为与之比，用符号表示，它的量纲是电导，可表示为

在图6-5-9(a)所示的放大电路中，当集成运放的开环差模增益足够大时，可认为其反相输入端的电压近似等于零，则反馈电流为

因此反馈系数为

3)电流串联负反馈

在图6-5-10(a)所示的放大电路中，反馈电压为

即反馈电压与输出电流成正比。而在放大电路的输入回路中，净输入电压为

图6-5-10电流串联负反馈电流串联负反馈的方框图见图6-5-10(b)。放大网络的输入信号是净输入电压，输出信号是放大电路的输出电流，其放大倍数用符号表示，即

的量纲是电导，称为放大网络的转移电导。反馈网络的输入信号是放大电路的输出电流，输出信号是反馈电压，反馈系数等于与之比，用符号表示，它的量纲是电阻，可表示为

在图6-5-10(a)所示的电路中，反馈电压，则反馈系数为

4)电流并联负反馈

在图6-5-11(a)所示的放大电路中，反馈信号从放大电路输出端的电流采样。在输入回路中，反馈信号与外加输入信号以电流的形式求和，净输入电流为

图6-5-11电流并联负反馈根据瞬时极性法，设输入电压的瞬时值升高，则输出电压的瞬时值将降低，于是输出电流减小，使输出电流在电阻R3上的压降也降低，则流过Rf的反馈电流将增大，但是此反馈电流将削弱输入电流的作用，使净输入电流减小，可见，电路中引入的反馈是电流负反馈。电流并联负反馈的方框图如图6-5-11(b)所示。放大网络的输入信号是净输入电流，输出信号是放大电路的输出电流，放大网络的放大倍数用符号表示，即

称为放大网络的电流放大倍数。反馈网络的输入信号是放大电路的输出电流，输出信号是反馈电流，反馈系数等于与之比，用符号表示，即

在图6-5-11(a)所示的放大电路中，若集成运放的开环电压增益足够大，则其反向输入端的电压近似为零，则反馈电流为

则反馈系数为

2.反馈的一般表达式

为便于深入研究放大电路中反馈的一般规律，可将各种不同极性、不同组态的反馈使用一个统一的方框图来表示，如图6-5-12所示。

为了表示一般情况，方块图中的输入信号、输出信号和反馈信号分别用正弦相量、和表示，它们可能是电压量，也可能是电流量。图中上面一个方块表示放大网络，无反馈时放大网络的放大倍数用复数符号表示，有时也称为开环放大倍数。下面一个方块表示反馈网络，反馈系数用复数表示。图6-5-12放大电路方框图信号在放大网络中为正向传递，在反馈网络中为反向传递。信号传递的方向如图中箭头所示。图中的符号表示对外加输入信号与反馈信号进行比较和叠加，外加输入信号与反馈信号经过求和环节后得到净输入信号，再送到放大网络。

图中的和是广义的放大倍数和反馈系数，它们的物理意义和量纲与反馈的组态有关。

现在来分析引入反馈后放大电路中各变量之间的关系。由图可见，放大倍数和反馈系数分别为:

净输入信号为

整理上式可得

该式就是放大电路引入反馈后的一般表达式。式中:

——反馈放大电路的闭环放大倍数;

——回路增益；

1+

——反馈深度。

(1)若|1+

|>1，则|

|<|

|,说明引入反馈后使放大倍数比原来减小，这种反馈称为负反馈；反之,若|1+

|<1，则||>|

|,说明引入反馈后使放大倍数比原来增大，这种反馈称为正反馈。

(2)在负反馈的情况下，如果反馈深度|1+

|>>1，则称为深度负反馈，此时上式可简化为上式表明，在深度负反馈条件下，闭环放大倍数基本上等于反馈系数的倒数。即深度负反馈放大电路的放大倍数几乎与放大网络的放大倍数无关，而主要决定于反馈网络的反馈系数。因而，即使由于温度等因素变化而导致放大网络的放大倍数发生变化，只要的值一定，就能保持闭环放大倍数稳定，这是深度负反馈放大电路的一个突出优点。实际的反馈网络常常由电阻等元件组成，反馈系数通常决定于某些电阻值之比，基本上不受温度等因素的影响。在设计放大电路时，为了提高稳定性，往往选用开环电压增益很高的集成运放，以便引入深度负反馈。

(3)如果分母1+

=0，即=-1，则=∞，说明=0时，≠0。此时放大电路虽然没有外加输入信号，但有一定的输出信号，放大电路的这种状态称为自激振荡。MNL3负反馈对放大电路性能的影响

1.提高放大倍数的稳定性

放大电路引入负反馈以后得到的最直接、最显著的效果就是提高了放大倍数的稳定性。在输入信号一定的情况下，当电路参数变化、电源电压波动或负载发生变化时，由于引入了负反馈，放大电路输出信号的波动将大大减小。引入反馈以后，放大电路的闭环放大倍数为

如果放大电路工作在中频范围，且反馈网络为纯电阻性，和均为实数，则上式可表示为

将上式对变量A求导数，可得

或

将上式等号的两边都除以，则可得

上式表明，负反馈放大电路闭环放大倍数的相对变化量，等于无反馈时放大网络放大倍数的相对变化量的。

2.减小非线性失真和抑制干扰

由于放大器件特性的非线性，当输入信号为正弦波时，输出信号的波形可能不再是一个真正的正弦波，而将产生或多或少的非线性失真。当信号幅度比较大时，非线性失真现象更为明显。引入负反馈可以减小非线性失真。例如，由图6-5-13可见，如果正弦波输入信号xi经过放大后产生的失真波形为正半周大、负半周小，则经过反馈后，在F为常数的条件下，反馈信号xf也是正半周大、负半周小。但它和输入信号xi

相减后得到的净输入信号xi′=xi-xf的波形却变成正半周小、负半周大，这样就把输出信号的正半周压缩、负半周扩大，结果使正、负半周的幅度趋于一致，从而改善了输出波形。图6-5-13减小非线性失真

3.展宽频带

从本质上说，放大电路的通频带受到一定限制，是由于放大电路对不同频率的输入信号呈现出不同的放大倍数而造成的。而通过前面的分析已经看到，无论何种原因引起放大电路的放大倍数发生变化，均可以通过负反馈使放大倍数的相对变化量减小，从而提高放大倍数的稳定性。由此可知，对于信号频率不同而引起的放大倍数下降，也可以利用负反馈进行改善，所以，引入负反馈可以展宽放大电路的频带。例如，假设反馈系数F是一固定常数，当输入信号的幅度不变时，随着频率的升高或降低，输出信号的幅度将减小，则引回到放大电路输入回路的反馈信号的幅度也按比例减小，于是净输入信号的幅度增大，使放大电路输出信号的相对下降量比无反馈时少，也就是说，放大电路的频带展宽了。

下面将进一步说明，频带展宽的程度也与负反馈的深度1+有关。假设无反馈时放大电路在高频段的放大倍数为

式中,