基本放大电路Word文档格式.docx
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由于管子的发射结通过电阻Rb取得了正向偏差，处于正向导电状态，所以UBEQ的值是已知的，与二极管正向电压一样为：
硅管，UBEQ≈0.7V；
锗管，UBEQ≈0.2V。
本章的分析中，所有管子均假定为硅管，即取UBEQ≈0.7V进行估算，这样就可把式写为：
由上述可知：
当Ec、Rb的数值已知时，基极偏流IBQ即为恒定值。
因此称这种放大电路为“恒基流”偏置放大电路。
或“固定基流”偏置放大电路。
如果改变Rb的大小，IBQ的数值也将随之变化。
实际中常把Rb做成可变电阻，通过调整Rb的大小，来取得合适的偏置电流。
因为三极管在放大状态下，其集电极电流总是等于基极电流的β倍。
所以由基极电流可以求得集电极电流为：
晶体三极管的β通常在几十到一百多，因而有Ic≥IBQ，IEQ=ICQ+IBQ≈ICQ。
再由放大器的EC→RC→BG（C）极→BG（E）级（地）可列出回路方程：
EC=ICQRC+UCEQ
由此可求得管子集一射极间电压为：
UCEQ=EC－ICQRC
1.1.3动态分析
放大器的偏置状态先好后，IBQ、ICQ、UCEQ为定值。
不随时间而变化。
当有交流信号输入时，基极电流变化，从而集电极电流和集一射电压都将随之变化。
这就是动态情况。
为了深入了解管子动态工作的状态，我们先来看一下信号加入后管子各极的电流，电压波形。
如图19
1、设输入信号为正弦波，即设ES=ESMSANWe（V），如图（a）所示。
2、三极管基一射结上的电压UBE，由于C1对于交流信号可看成短路线。
所以ES直接叠加在管子发射结上。
也就是说，基一射结上的电压是在直流电压UBEQ的基础上再叠加一个交流成分UBE（即ES）这时基一射结上的总电压为：
UBE=UBEQ+UBE=UBEQ+ES
波形如图（b）所示，这是个脉动“直流”。
3、基极电流IB。
交流信号电压ES在基极回路中将产生一个同频率的基极电流IB，这样基极总电流也是交、直流叠加成的脉动直流。
即：
IB=IBQ+ib
波形如图（c）所示。
4、集电极电流IC。
由于集电极电流总是基极电流的β倍。
因而其波形与IB相同。
只是幅度大得多。
其波形如图（d）所示。
它也可以表示为交流。
直流成分的叠加：
IC=ICQ+IC
5、集一射电压UCF0UCE与IC在任何时候均应服从回路电压定律所确定的关系式：
UCE=EC–IC·
RC
已知电路中EC为常数、RC为常数、IC=ICQ+IC。
从上面的关系中可以看出。
IC越大，则UCE越小，IC越小，则UCE越大。
也就是说，UCE与IC的变化趋势总是相反：
一个增大时，另一个必然减小，一个减小，另一个必然增大。
另外我们也知道，在静态时IC=ICQ。
UCE=UCEQ。
据此可以画出UCE的波形如图（e）所示。
由图可见，它也是交、直流成分叠加在一起形成的。
其直流成分就是静态偏置下的电流ICQ。
6、输出电压U0，U0是从放大器隔直流电容C2输出的。
由于C2的“隔直通交”作用。
集一射间的总电压UCE中的直流分量UCEQ不能通过C2，只有其交流成分UCE可以通过C2，成为输出电压U0，即：
U0=UCE
波形如图（f）所示。
应注意到U0波形与ES相比已经反相，其形状虽然仍为正弦波，但已经有180°
的相位差。
从以上波形分析过程可以看出，若在放大器输入端加上交流信号电压，则在放大器输出端可得到一个频率和开头与输入信号相同，而相位差180°
，振幅大得多的交流信号电压，称为放大器的“倒相”作用，这个放大电路输入信号与输出信号以发射极为公共参考点。
称其为“共发射极”放大电路。
一切共发射极放大电路都具有这种倒相作用。
1.1.4“恒基流”偏置放大电路的特点
1、电路简单，所用元件少。
2、由于基极偏置电流近似恒定，因此ICQ；
UCEQ的值将随管子的β不同而改变。
这在更换管子时注意。
应尽量换上β相同的管子。
以免工作时变化。
第二节共集电极放大电路
UI
共集电极放大电路如图20所示。
信号源通过耦合电容C1加到基极。
Rb为基极偏置电阻。
集电极直接与电源连接，集电极是交流接地，发射极输出端外接电阻RE，输出电压由RE两端取得，通过耦合电容加到负载RL上。
由于信号是从发射极输出，故称为射极输出器。
1.2共集电极放大电路
射极输出器的交流通路如图20（b）所示。
因直流电源EC对交流短路。
故集电极交流接地。
电容C1和C2也交流短路。
输入电压加到基极和地即集电极之间，输出电压取自射一集之间。
集电极为输入回路与输出回路的公共脚。
所以是集电极放大电路。
由图20（a）可见，当输入电压使三极管的基极电位升高进，基极电流。
集电极电流和发射极电流都随之增大。
电阻Re两端的电压降增大而使发射极电位升高。
反之，当基极电位下降时，发射极电位也下降。
可见，射极输出器的输出电压与输入电压的相位相同。
1.2.1静态工作点的计算
直流分析，将C1和C2开路，将图20的直流通路，列出基极回路。
方程式：
Ec=IbRb+Ube+Ue
式中，Ue为晶体管发射极静态电压。
Ue=IeRe=（1+β）IbRe
得到：
Ec=IbRb+Ube+（1+β）IbRe
所以：
Ic=βIb
Uce=Ec–Ue=Ec–IeRe≈Ec–IcRe
1.3共基极放大电路
1.3.1共基极放大电路
+IiIO
+
如图21（a）是共基极放大电路。
RSRERCRL
ui
（b）
图21共基极放大电路
共集极放大电路中元件的作用和共射极电路中的基本相同，信号源Ui通过耦合电容加到晶体管的发射管的发射极，发射极是输入端，集电极是输出端，通过耦合电容C2将放大了的信号加到负载RL上，基极通过Cb交流接地。
如图21（b）是它的交流通路，由于Cb的数值很大，对交流信号可视为短路，所以Cb称为基极交流旁电容，接入Cb后，对交流信号而言，晶体管的基极与地端同电位，因此，输入电压Ui加在发射极与基极之间，而输出电压U0从集电极和基极之间取出，基极是输入、输出的公共端，故称为共基极放大电路。
1.3.2静态工作点的计算
为了进行直流分析，将电容C1、C2、Cb看成开路，使得到图21（c）的直流通过，它和其它的直流通路基本相似，所以静态工作点的计算可以按其它电路进行计算。
1.4放大电路中的反馈放大
反馈理论非常广泛应用在模似和数字电路中，在模拟电路的应有用有两方面：
一是引入负反馈，以改善放大电路的某些性能。
例如，稳定静态工作点和放大倍数扩展通频带，减小非线性失真及改变输入和输出电阻等。
因此，在模拟电路中，负反馈得到极广泛的应用。
另一方面是正反馈的应用。
主要用来产生正弦振荡。
1.4.1反馈的基本概念
1、什么是反馈
在放大电路中，将电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过一定的电路元件（反馈网络），以一定的方式送回到放大器输入端的反送过程称为反馈，如图22所示：
如图23所示的静态工作点稳定偏置电路中，Re起联示输出回路与输入回中的作用，所以Re是反馈元件，称为反馈电阻，由于输出回路中的电流通过Re产生的反馈电压是直流电压，所以称为直流反馈，直流反馈用来称定静态工作点。
例如：
ICQ随着温度变化而变化时，就可以通过Re上所产生的直流的反馈电压UEQ去控制晶体管b、e之间的UBQ、IBQ，从而牵制ICQ的变化，使ICQ趋于稳定，另一方面发射极电流的交流分量通过发射极旁路电容Ce旁路掉，这样就避免引入交流反馈。
1.反馈放大器的方框图
带有反馈的放大电路称为反馈放大电路。
由于一个基本放大电路和反馈网络两部分构成，如图24：
图中不带反馈的基本放大电路A，可以是单级或多级放大；
另一部分是反馈电路F，将放大电路的输出信号回到放大器输入端实现反馈作用，它通常是电阻、电容或电感等形成的无源电路。
Xi是基本放大电路净输入信号，Xo是输出信号，Xf是反馈信号，基本放大器的输出端与反馈网的输入端相接，而反馈网络的输出端与基本的放大器的输入端相接形成一个环状连接，称为反馈环。
基本放大器的输出端，反馈络输入端和负载三方联接处为取样点，又称取样环。
可取出反馈信号。
另一个是比较点输入比较环节，它是基本放大电路的输入端、反馈网络的输出端和信号源三方汇合处。
Xi和Xf通过比较环节进行比较后的净输入信号Xi（差值信号）送到基本放大器的输入端。
信号的传送方向如图中箭头所示，对于基本放大器而言，是由输入传到输出，而对反馈而言，是通过反馈网络由输出传到输入，可见，基本放大器的输入信号是信号源与反馈信号Xf进行比较后的净输入信号，而不仅仅由信号源单方提供，输出信号在反馈到负载的同时要取出一部分或全部送到原放大器的输入端。
1.4.2反馈的分类
按反馈信号是交流还是直流以来分，可分为直流反馈、交流反馈和交直流反馈。
按反馈性质来分，可分为正反馈和负反馈。
按取样点的联接方法来分，又可分为电压反馈和电流反馈。
按比较点联接方法来分，可分为串联反馈和并联反馈等等。
1．正反馈和负反馈
如果引入的反馈信号起增强放大原输入信号的作用，反馈信号与原输入信号相同，使放大电路的放大倍数提高，这样的反馈称为正反馈。
反之，如果反馈信号起削弱放大器原输入信号作用，使放大倍数降低的则称为负反馈。
一般，用瞬时极性来判断是正反馈还是负反馈。
交流反馈各输入、输出端的电压极性和电流方向均随时间而变化。
为讨论方便，先假输入信号在某一瞬时的电压极性和电流方向，然后逐级推出电路有关各点的电压极性，最后标出反馈到放大器输入端的反馈信号的瞬时极性，再将反馈信号与原放大器输入信号的瞬时极性比较，它是增强还是削弱原输入信号，是相位相同还是相位相反，如果这时净输入信号比信号流提供信号要大，则这种反馈为正反馈，反之，若反馈信号与信号源提供的信号极性（或相位）相反。
叠加后的值为两者之差，从而使净输入信号比信号源提供的信号要小，则称为负反馈。
2．直流反馈和交流反馈
如果反馈信号中只包含直流成份，则称为直流反馈。
若反馈信号中只有交流成份，则称为交流反馈，有些情况下，交、直流反馈兼而有之。
直流反馈的作用是稳定静态工作点，如射极偏置电路中的Re，交流负反馈能从多方面改善放大电路的技术指标。
3．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。
在电路的取样点处，基本放大器的输出端、反馈网络的输入端和负载三者是并联关系，它们电压相同，反馈到基本放大器的反馈信号和U0成正比，反馈信号取自输出电压，即为电压取样。
如反馈信号取自输出电流，则称为电流反馈。
在电路的输出处，基本放大器的输出电流，反馈网络的输入电流和负载流过的电流均相同。
反馈网络输出信号则与输出电流成正比，即为电流取样。
4．串联和并联反馈
反馈信号与输入信号及放大电路的输入端以串联方式联接的，称为串联反馈。
三者相串联，流过同一电流。
Ui、Uf和Uiˊ三者是电压叠加。
反馈信号与输入信号在放大电路的输入端以并联方式联接的，称为并联反馈，三者是电流叠加。
1.4.3电流串联反馈
1．电流串联负反馈电路如图25（a）所示，图中Re是输出回路和输入回路的公共电阻，也就是说通过Re的电流，不仅有输出信号而且也有输入信号电流，因而它能将输出信号馈送给输入回路，从而去影响原输入信号，它是反馈元件。
Re两端没有并接交流旁路电路Ce。
Re对直流而言，有直流反馈，但是Re中除通过直流外，还通过交流，对交流而言，有交流电流串联负反馈。
图（b）是图（a）的方框图。
2．瞬时极性法判断反馈极性
利用瞬时极性法判断反馈的析性。
对于图25（a）所示的电路，先假定信号源的瞬时极性，如图中的“+”“—”符号，该信号源USA瞬时极性为上正下负，
（1）其中，Ui为输入信号，Uf为反馈信号。
即为正半周，这时信号源的输出电压Ui为上正下负，加到管子发射结上的电压Ube，其极性为上正下负，故使基极电流Ib从基极流向发射极e，再往Re到地。
此时管子的集电极电流Ic，流向是由集电极C到发射极e，再经Re到地。
反馈元件Re产生的电压降就是反馈信号电压Uf。
极性为上正下负。
由于反馈电压送到管子的发射极，使发射极瞬时电位升高，相当于基极电位瞬时下降。
与原基极电位相反，故图25（a）所示的电路是负反馈电路。
。
当然也可以从净输入电压角度分析。
图中有Ui与Uf反向串联关系。
净输入电压Ube=Ui-Uf，说明由于反馈存在而使净输入电压减小，同样证明图25（a）所示的是反馈电路。
3．判断反馈方式
·
·
Uf≈IoRe
Ie≈Io
Uf
UF
从图25（a）所示电路的输入回路看，基本放大器输入，反馈网络输出和信号源三者之间是串联（反馈信号与输入信号Ui是串联），称为串联反馈。
从电路的输出回路看，基本放大器输出电流，反馈网络的输入电流和负载为同一电流回路，反馈电压与输出电流成比例。
，故图25（a）所示的电路为电流反馈。
ie
将图25（a）中的负载电阻Rc短路（即在Rc两端并接一个大电容），这时输出回路并不因负载短路而使反馈电流消失存在，反馈电压df依然存在，故说明是电流反馈。
判断是串联反馈还是并联反馈，也可应用结点短路法，即假想输入端交流短路（即Ui=0）短路后，若反馈消失，反馈电压Uf变为零，就是并联比较（并联反馈），否则是串联比较（串联反馈）
将图24（a）中的Ui短路，反馈电压Uf仍然存在，反馈电压与输出电流成比例，故说明是串联反馈。
可见图25（a）所示的电路的确是电流串联负反馈电路。
1.4.4电压并联负反馈
1．电压并联负反馈电路
电压并联负反馈电路如图26（a）所示，图中电阻Rf跨接在输入与输出回路之间，是反馈元件，电阻Rf一端接晶体管集电极，另一端拉晶体管基极。
它沟通了输出与输入回路。
因而通过Rf能将输出信号馈送给输入端。
从而去影响输入信号，通过Rf的电流除直流外还有交流，共有交流电压并联负反馈。
2．瞬时极性判断反馈极性
同样，可用瞬时极性法来判电路中引入反馈的极性，对图26（a）电路，先假设信号源Us瞬时极性为上正下负，这时基极极性为正。
对于共射组态集电极电压与基极相位相反，即极性相反，集电极极性为“—”。
，集电极电压通过电阻Rf加到基极的电压极性为负，即反馈到基极的电压是负电压。
而原输入信号极性为正，故为负反馈。
从图26的电路输出端看，反馈信号取自输出电压，所以是电压反馈，也可从反馈电流If与输出电压Uo的关系来分析，图为Uo》Ui；
所以
If
Ii
Ib
即反馈电流与输出电压成比例，所以是电压反馈。
从电路输入端看，有If与Ii两条支路，它们在输入端是并联关系，反馈电流与输入电流并行地供给晶体管的基极电流，
与有并联关系，故为并联反馈。
1.4.5电压串联负反馈
1、电压串联负反馈电路如图27所示，基本放大电路由两级共射放大电路构成，如何判断多级放大器的反馈元件呢？
就整个电路而言，电阻分压器Re1和Rf是联系输出器和输入回路的元件。
是反馈元件（Re1又是单级的反馈电阻）。
Uo的一部分（Uf）被送回到输入回路改变输入量经变起调节作用。
2、瞬时极性法判断反馈极性
假设图27中信号源Us的瞬时极性为上正下负，放大器射入端加上极性为上正下负的变化电压Ui，对于共射状态，T2的集电极电压与基极电压相位相同。
为正极性，T2集电极极性为“+”。
集电极电压UC2通过电阻Re，Rf加到T1的净输入电压Ube，（=Ui-Uf）减少，所以是负反馈。
3、判断反馈方式
从图26中反馈电压与输入电太在输入回路中的联接方式来看，它们是串联关系，属于串联反馈。
从电路的输出回路看，反馈电压取自输出电路的分压，是电压反馈。
即反馈电压与输出电太成比例，所以是电压反馈，可见图26的电路集电太串联反馈。
输出电路反馈是电压取样，具有稳定输出电压Uo的作用。
由于引入串联反馈，使放大器输入电阻增大，电压反馈使放大器输出电阻减小了，具有稳定放大器输出电压的作用。
1.4.6电流并联负反馈
1、电流并联负反馈电路
电流并联负反馈电路如图28所示，它是一个双管直耦合放大电路，从图中可见，Rf右端与输出回路相连，左端双与输入回路相接，所以Rf就是反馈元件。
闻系输出回路和输入回路的元件是电阻Rf和Re2，它们就是反馈元件。
假设当信号源Es为正半周时，信号源电流Is从上端流出。
从下端流入，这时T1的净输入电流
ib也应为正半周，其流动外向是由T1的基极到它的发射极。
所以T1基极的瞬时电位也升高。
共发射极电路、集电极电位变化与基极电位的变化正好相反。
因此这时的集电极瞬时电位Uc1应该下降。
由于T2的基极和T1的集电极是直接相连，所以T2的基极瞬时电位也要下降。
又因为共发射极电路的发射菜电位变化与基极电位变化相同，所以T2的发射极瞬时电位也跟随着下降。
通过Rf的电流增加，流入基极的电流将减少，所以是负反馈。
1.5功率放大器
1.5.1互补对称功率放大电路
1、射极输出器射极输出器，虽没有电压放大能力，但有电流放大和功率放大的作用。
它的输出电阻很低，所以带负载能力较强。
但是如图29（a）所示的普通射极输出器要获得较大的输出功率还是困难的。
由于晶体管处于大信号下工作，所以应采用图解法分析。
在图29（b）上作直流负载线和交流负载线，可以查出最大不失真的集电极电压，电流的最大值。
假定RL从Re，C2上的交流压降可以忽略不计，那么可近似认为IC全部渡过RL支路。
可求得最大不失真的输出功率。
放大电路的静态工作点：
ICQ=20（mA）UCEQ=8（V）
从交流负载线上查到：
Icm=20（mA）Ucem=1（V）
最大输出功率为：
=10（mV）
直流电源Ec提供的功率为：
PE=ICQEC=24×
20=480（mA）
放大电路的效率为：
实际的负载电阻很小，所以输出功率小，只有10mW。
由于静态工作点选取交流负载线的中点，电路工作状态是甲类，管子在整个周期内都有静态集电极是流通过，电源连续不断地供人功率，所以电源提供的功率大，为480mW，电路效率低。
静态集电极电流以大、管耗大，所以效率低。
为了提高效率，一方面增大输出功率，另一方面减少静态损耗。
随着ICQ减少，静态损耗虽然会下降，但输出波形的失真越来越大。
当ICQ减小到零（ICQ=0），Q点下移到接近横轴，放大器工作在乙类工作状态，管耗减小，效率提高，但在输入信号的一个周期内只有半个周期有信号输出，这就得从电路结构上进行改变。
用两支晶体管作功率放大管，两支管子在信号的正负半周内轮流导通，然后合成一个完整的正弦波加到负载。
解决了效率与失真的矛盾。
1.5.2互补对称式OTL功率放大电路
由于互补对称电路的射极输出与负载RL之间实现了直接耦合，频率响应好，是目前同保真度放大器的基本电路。
但是它需要正、负两组电源，采用双电源供电，有时使用起来不大方便。
若改用单一电源供电，可在射极输出端串接一个电容器，这种电路称为无输出变压器功率放大器，简称OTL电路，如图30，图中，C为输出电容。
由于两管特性对称静态时两管的发射极电压为1/2EC，输出电容C被充电，电容上的电压为UC=1/2EC，这时两管均处于载止状态，仅有很小的穿透电流ICEO。
动态时，输入信号Ui的正半财，基极是位升高，高于发射极电位1/2EC时，T1导通，T2载止。
T1导通后，电流ic1自+EC经T1的C极、E极，RL构成回路。
T1以射极输出的形式将ui的正半周放大后传RL。
同理，在输入信号ui的负半周，基极电位降低，当低于射极电位1/2EC时，T1截止，T2导通，输出电容上的电压UC在回路起着一个直流电源的作用
所以电流IC2自电容C往T2和RL构成回路，T2以射极输出的形式将U2的负半周放大后传给负载，可见，在输入信号ui的一个周期内，T1和T2轮流导通，正负两个半波信号在RL上合成一个完整的正弦波，与双电源供电的效果一样。
输出电容C2在充电和负载放电期间，两端电压基本一发生变化，才能保持C上的电压为1/2EC，为此电容C的容量必须足够大，否则会使输出波形正负半波不对称，产生失真。
2、自举电路
互补对称OTL电路的交流负载电阻小于直流电阻，所以它的交流负载线比直流负载线陡。
输出交流电压的最大振幅达不到1/2EC，也就是对未级激励不足。
为了提高BG1的最大输出电压振幅。
解决对未级激励不足的问题。
在分立元件中常采用自举电路，如图31所示：
在理想的情况下，设BG2的集一射电压UCE=0。
BG2处于饱和状态，那么C点电位必须高于电源电压EC，但是C点电位不能高于电源电压，只能等于EC。
（IB2+IC1）R5，而且IB2是增大的，因此C点电位要比B点电位低，就不能得到最大的输出功率。
为了解决这个问题，可能提供一个比EC高的电源来供给BG1的集电极，但这种方法很不方便。
通常采用自举电路，即把R总折成R5和R6两部分，并在R5和R6的交点F上与B点之间接一个电容C。
由于电容C很大，它两端的电压基本不变。
C点的电位升高，引起RL上电压升高，B点电位升高。
由于电容上电压不变，使F点电位升高，也就是R5两端电位同时升高，这个便是“自举”。
R6的作用是用来隔离电源电压EC与F点。
否则F点电位不可能高于EC。
正是由于R6的存在，F点电位才能被B点“举”起来。
可见，所谓自举电路就是利用大电容两端的电压不能突变，并借助于R6的隔直作用，将欲提升电位的F点“举起来”的电路。
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