第二章 基本放大電路

基本放大電路

第二章基本放大電路

2.1晶體三極管

2.2共發(fā)射極放大電路

2.3微變等效電路分析法

2.4分壓偏置電路和射極輸出器

2.5基本功率放大電路

2.6場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

基本放大電路2.1晶體三極管

半導(dǎo)體三極管可分為晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管兩類(lèi)，前者通常用BJT（BipolarJunctionTransistor）表示，即雙極型晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)三極管，后者通常用FET（Field-effecttran-sistors）表示，即單極型晶體管。三極管可以用來(lái)放大微弱的信號(hào)和作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。本書(shū)中凡未加說(shuō)明的“三極管”，均指雙極型三極管。

2.1.1三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

三極管按其結(jié)構(gòu)分為兩類(lèi)：NPN型和PNP型三極管。如圖2--1所示為三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)。

基本放大電路圖2-1三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

基本放大電路從圖中可見(jiàn)，三極管具有三個(gè)電極：基極b、集電極c和發(fā)射極e；對(duì)應(yīng)有三個(gè)區(qū)：基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)；有兩個(gè)PN結(jié)：基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)Je，基區(qū)和集電區(qū)之間的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)Jc。

符號(hào)中發(fā)射極上的箭頭方向，表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)發(fā)射極電流的實(shí)際方向。PNP型三極管電流方向與NPN型相反，這兩個(gè)極性相反的晶體管在應(yīng)用上形成互補(bǔ)。三極管制作時(shí)，通常它們的基區(qū)做得很?。◣孜⒚椎綆资⒚祝覔诫s濃度低；發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度則比較高；集電區(qū)的面積則比發(fā)射區(qū)做得大。這是三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。

基本放大電路三極管可以是由半導(dǎo)體硅材料制成，稱(chēng)為硅三極管；也可以由鍺材料制成，稱(chēng)為鍺三極管。從應(yīng)用的角度講，種類(lèi)很多。根據(jù)工作頻率分為高頻管、低頻管和開(kāi)關(guān)管；根據(jù)工作功率分為大功率管、中功率管和小功率管。常見(jiàn)的三極管外形如圖2-2所示。

圖2-2常見(jiàn)的三極管外形基本放大電路（a）NPN型管的直流供電電路（b）PNP型管的直流供電電路圖2-3三極管的直流供電電路之一基本放大電路1.1.2三極管的電流放大作用

三極管的主要特點(diǎn)是具有電流放大功能。所謂電流放大，就是當(dāng)基極有一個(gè)較小的電流變化（電信號(hào)）時(shí)，集電極就隨之出現(xiàn)一個(gè)較大的電流變化。在電路中要求三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。對(duì)于NPN型三極管，必須UC>UB>UE；PNP型三極管

UC<UB<UE。因此，兩種類(lèi)型三極管的直流供電電路如圖2-3所示。

基本放大電路實(shí)際三極管放大電路從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度，把電路改為單電源供電，如圖2-4所示。由同一個(gè)電源Ucc既提供IC又提供IB，只要改變RB就可以方便地調(diào)整放大器的直流量。其中RB>RC以滿(mǎn)足NPN型三極管放大條件。

圖2-4三極管的直流供電電路

基本放大電路當(dāng)三極管按圖2-4連接時(shí)，由實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

基極電流IB/mA

00.0100.0200.0400.0600.0800.100集電極電流IC/mA

＜0.0010.4950.9951.9902.9903.9954.965發(fā)射極電流IE/mA

＜0.0010.5051.0152.0303.0504.0755.065表2-1三極管各電極電流的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)

（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的每一列數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足關(guān)系：IE=IC+IB；（2）每一列數(shù)據(jù)都有IC＞＞IB，而且有IC與IB的比值近似相等，大約等于50。定義，稱(chēng)為三極管的直流電流放大系數(shù)。

基本放大電路（3）對(duì)表2-1中任兩列數(shù)據(jù)求IC和IB變化量的比值，結(jié)果仍然近似相等，約等于50。

也就是說(shuō)三極管可以實(shí)現(xiàn)電流的放大及控制作用，因此通常稱(chēng)三極管為電流控制器件。

定義，稱(chēng)為三極管的交流電流放大系數(shù)。一般有三極管的電流放大系數(shù)：（4）從表2-1中可知，當(dāng)IB=0（基極開(kāi)路）時(shí)，集電極電流的值很小，稱(chēng)此電流為三極管的穿透電流ICEO。穿透電流ICEO越小越好。

基本放大電路上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以用載流子在三極管內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)解釋。如圖2-5所示為三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配示意圖。

圖2-5三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

基本放大電路由于發(fā)射結(jié)正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充電子，形成發(fā)射極電流IE。同時(shí)基區(qū)的多數(shù)載流子空穴也要擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，但基區(qū)空穴的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)自由電子的濃度，空穴電流很小，可以忽略不計(jì)。一般基區(qū)很薄，且雜質(zhì)濃度低，自由電子在基區(qū)與空穴復(fù)合的比較少，大部分自由電子到達(dá)集電結(jié)附近。一小部分自由電子與基區(qū)的空穴相遇而復(fù)合，基區(qū)電源不斷補(bǔ)充被復(fù)合掉的空穴，形成基極電流IB。由于集電結(jié)反向偏置，阻止集電區(qū)和基區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，但可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的自由電子拉入集電區(qū)，從而形成集電極電流IC。

基本放大電路從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子，只有一小部分在基區(qū)與空穴復(fù)合掉，絕大部分被集電區(qū)收集。另外，由于集電結(jié)反偏，有利于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。集電區(qū)的少數(shù)載流子空穴漂移到基區(qū)，基區(qū)的少數(shù)載流子自由電子漂移到集電區(qū)，形成反向電流ICBO。ICBO很小，受溫度影響很大，常忽略不計(jì)。若不計(jì)反向電流ICBO，則有：IE=IC+IB。即集電極電流與基極電流之和等于發(fā)射極電流。

基本放大電路2.1.3三極管的伏安特性曲線(xiàn)

三極管的伏安特性曲線(xiàn)是指三極管各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)。工程上最常用的是輸入特性和輸出特性曲線(xiàn)。下面以共發(fā)射極放大電路為例進(jìn)行描述。（a）輸入特性曲線(xiàn)（b）輸出特性曲線(xiàn)

圖2-6NPN型硅管的共發(fā)射極接法特性曲線(xiàn)

基本放大電路(1)輸入特性曲線(xiàn)族（InputCharacteristics）

它是指一定集電極和發(fā)射極電壓UCE下，三極管的基極電流IB與發(fā)射結(jié)電壓UBE之間的關(guān)系曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得三極管的輸入特性如圖2-6(a)所示。從圖中可見(jiàn)：①這是UCE≥1V時(shí)的輸入特性，這時(shí)三極管處于放大狀態(tài)。當(dāng)UCE＞1V后，三極管的輸入特性基本上是重合的。②三極管輸入特性的形狀與二極管的伏安特性相似，也具有一段死區(qū)。只有發(fā)射結(jié)電壓UBE大于死區(qū)電壓時(shí)，三極管才會(huì)出現(xiàn)基極電流IB，這時(shí)三極管才完全進(jìn)入放大狀態(tài)。此時(shí)UBE略有變化，IB變化很大，特性曲線(xiàn)很陡。

基本放大電路(2)輸出特性曲線(xiàn)族（OutputCharacteristics）

輸出特性是在基極電流iB一定的情況下，三極管的輸出回路中（此處指集電極回路），集電極與發(fā)射極之間的電壓uCE與集電極電流iC之間的關(guān)系曲線(xiàn)。如圖2-6（b）是NPN型硅管的輸出特性曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，各條特性曲線(xiàn)的形狀基本相同，現(xiàn)取一條（例如40μA）加以說(shuō)明。當(dāng)IB一定（如IB=40μA）時(shí)，在其所對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)的起始部分，隨UCE的增大IC上升；當(dāng)UCE達(dá)到一定數(shù)值后，IC幾乎不再隨UCE的增大而增大，IC基本恒定（約1.8mA）。這時(shí)，曲線(xiàn)幾乎與橫坐標(biāo)平行。這表示三極管具有恒流特性。

基本放大電路一般把三極管的輸出特性分為三個(gè)工作區(qū)域：①截止區(qū)此時(shí)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置。這時(shí)，

IC=ICEO（穿透電流）。若忽略不計(jì)穿透電流ICEO，IB、IC近似為0；三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。②放大區(qū)此時(shí)三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。基極電流IB微小的變化會(huì)引起集電極電流IC較大的變化，有電流關(guān)系式：；表現(xiàn)為恒流特性。對(duì)NPN型硅三極管有發(fā)射結(jié)電壓，鍺三極管有?；痉糯箅娐发埏柡蛥^(qū)此時(shí)三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置；三極管的電流放大能力下降，通常有。UCE的值很小，稱(chēng)此時(shí)的電壓UCE為三極管的飽和壓降，用UCES表示。一般硅三極管的UCES約為0.3V，鍺三極管的UCES約為0.1V。三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。三極管作為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，通常工作在截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài)；作為放大元件使用時(shí)，一般要工作在放大狀態(tài)。

基本放大電路2.1.4三極管的主要參數(shù)

三極管的參數(shù)是選擇三極管、設(shè)計(jì)和調(diào)試電子電路的主要依據(jù)。主要參數(shù)有下面幾個(gè)：（1）電流放大系數(shù)β（或hfe）

電流放大系數(shù)可分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)β，由于兩者十分接近，在實(shí)際工作中往往不作區(qū)分，手冊(cè)中也只給出直流電流放大系數(shù)值。它們的定義是：基本放大電路對(duì)于小功率三極管，β值一般在20～200之間。嚴(yán)格地說(shuō)，β值并不是一個(gè)不變的常數(shù)，測(cè)試時(shí)所取的工作電流IC不同，測(cè)出的β值也會(huì)略有差異。β值還與工作溫度有密切關(guān)系，溫度每升高1℃，β值約增加0.5～1%。（2）穿透電流Iceo

當(dāng)三極管接成圖2-7所示電路時(shí)，即斷開(kāi)基極電路，則Ib=0，但I(xiàn)C往往不等于零，這種不受基極電流控制的寄生電流稱(chēng)為穿透電流Iceo（即集電極—發(fā)射極反向飽和電流）。圖2-7三極管的穿透電流基本放大電路小功率的鍺三極管，一般小于500微安（0.5毫安），小功率的硅三極管則只有幾微安。

Iceo雖然不算很大，但它與溫度卻有密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，Iceo會(huì)增大一倍。Iceo還與β值有關(guān)，β值越大的三極管，穿透電流也越大。為此，選用高β值的三極管，溫度穩(wěn)定性將會(huì)很差。所以在選擇三極管時(shí)，Iceo越小越好。（3）集電極最大允許電流ICMICM是指三極管集電極允許的最大電流。當(dāng)電流超過(guò)ICM時(shí)，管子性能將顯著下降，甚至有燒壞管子的可能。

基本放大電路工作狀態(tài)放

大

區(qū)飽

和

區(qū)截

止

區(qū)工作條件發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏（IB＞IBS）發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏（IB≈0）工作特點(diǎn)集電極電流IC＝βIB

IC≈0

管壓降等效電路c、e間等效內(nèi)阻可變很小，約為數(shù)百歐，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合很大，約為數(shù)百千歐，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)表10-1三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)（NPN型）

基本放大電路2.2共發(fā)射極放大電路

2.2.1放大電路的性質(zhì)

放大電路也稱(chēng)為放大器，其作用是將微弱的電信號(hào)放大成幅度足夠大且與原來(lái)信號(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào)。例如擴(kuò)音系統(tǒng)，當(dāng)人對(duì)著話(huà)筒講話(huà)時(shí)，話(huà)筒會(huì)把聲音的聲波變化轉(zhuǎn)換成以同樣規(guī)律變化的電信號(hào)（弱小的），經(jīng)擴(kuò)音機(jī)電路放大后輸出給揚(yáng)聲器（主要是放大振幅），則揚(yáng)聲器放出更大的聲音，這就是放大器的放大作用。這種放大還要求放大后的聲音必須真實(shí)地反映講話(huà)人的聲音和語(yǔ)調(diào)，是一種不失真地放大。若把擴(kuò)音機(jī)的電源切斷，揚(yáng)聲器不發(fā)聲，可見(jiàn)揚(yáng)聲器得到的能量是從電源能量轉(zhuǎn)換而來(lái)的，故放大器還必須加直流電源?；痉糯箅娐贩糯箅娐冯m然應(yīng)用的場(chǎng)合及其作用不同，但信號(hào)的放大過(guò)程是相同的，可以用下面的框圖來(lái)表示：

電壓放大電路功率放大電路負(fù)載工作微弱信號(hào)直流電壓源由此可見(jiàn)，信號(hào)放大是指只放大微弱信號(hào)的幅度，而其頻率不變，即不失真放大。電壓放大電路的基本形式有三種：共發(fā)射極放大電路、共集電極電路、共基極電路。基本放大電路2.2.2共發(fā)射極放大電路2.2.2.1電路的組成原則

（1）用晶體管組成放大電路的基本原則

a.必須滿(mǎn)足三極管的放大條件，即發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。

b.輸入信號(hào)在傳遞過(guò)程中，要求損耗小，在理想情況下，損耗為零

c.放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定，失真（即放大后的輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形不一致的程度）不超過(guò)允許范圍。

基本放大電路圖2-8為根據(jù)上述要求由NPN型晶體管組成的電壓放大電路。因輸入信號(hào)ui是通過(guò)C1與三極管的B—E端構(gòu)成輸入回路，輸出信號(hào)uo是通過(guò)C2經(jīng)三極管的C—E端構(gòu)成輸出回路，而輸入回路與輸出回路是以發(fā)射極為公共端的，故稱(chēng)為共發(fā)射極放大電路。

圖2-8共發(fā)射極放大電路

基本放大電路（2）元器件的作用

a.三極管:起電流放大作用，是放大電路的核心元件。b.直流電源:通過(guò)RB給發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，通過(guò)Rc給集電結(jié)提供反向偏置電壓，以滿(mǎn)足三極管放大條件。c.基極偏置電阻RB：RB為三極管提供基極偏置電流。改變RB將使基極電流變化，這對(duì)放大器影響很大，因此它是調(diào)整放大器工作狀態(tài)的主要元件。

d.集電極負(fù)載電阻RC:一方面通過(guò)RC為集電結(jié)提供反向偏壓；另一方面將放大的電流轉(zhuǎn)換成電壓。因?yàn)槿龢O管的集電極是輸出端，圖2-8中UCE=Ucc－IcRc，若Rc=0，則UCE=Ucc，即輸出電壓恒定不變，失去電壓放大作用。

基本放大電路

e.耦合電容C1、C2:電容的容抗，與頻率f有關(guān)，對(duì)于直流，f=0，則X=∞，對(duì)于交流，頻率f較高，且C較大時(shí)，Xc→0，故耦合電容具有隔直流通交流作用，它阻隔了直流電流向信號(hào)源和負(fù)載的流動(dòng)，使信號(hào)源和負(fù)載不受直流電流的影響。一般耦合電容選得較大，約幾十微法。故用電解電容，使用中電解電容的正極必須接高電位端，負(fù)極接低電位端，正、負(fù)極性不可接反。

f.接地“⊥”:表示電路的參考零電位，它是輸入信號(hào)電壓，輸出信號(hào)電壓及直流電源的公共零電位點(diǎn)，而不是真正與大地相接，這與電工技術(shù)接地含義不同，電子設(shè)備通常選機(jī)殼為參考零電位點(diǎn)。基本放大電路2.2.2.2電壓、電流等符號(hào)的規(guī)定放大電路中（如圖2-8所示）即有直流電源UCC，又有交流電壓ui，電路中三極管各電極的電壓和電流包含直流量和交流量?jī)刹糠帧榱朔治龅姆奖?，各量的符?hào)規(guī)定如下：（1）直流分量：用大寫(xiě)字母和大寫(xiě)下標(biāo)表示。如IB表示三極管基極的直流電流。

圖2-8共發(fā)射極放大電路

基本放大電路（2）交流分量：用小寫(xiě)字母和小寫(xiě)下標(biāo)表示。如ib表示三極管基極的交流電流。（3）瞬時(shí)值：用小寫(xiě)字母和大寫(xiě)下標(biāo)表示，它為直流分量和交流分量之和。如iB表示三極管基極的瞬時(shí)電流值，iB=IB+ib。（4）交流有效值：用大寫(xiě)字母和小寫(xiě)下標(biāo)表示。如Ib表示三極管基極正弦交流電流有效值。

基本放大電路2.2.2.3靜態(tài)工作點(diǎn)的分析計(jì)算

放大電路只有直流信號(hào)作用，未加輸入信號(hào)（ui=0）時(shí)的電路狀態(tài)叫靜態(tài)。靜態(tài)下三極管各極的電流值和各極之間的電壓值，稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)。表示為IBQ、ICQ、、UCEQ，因它們?cè)谳斎胩匦院洼敵鎏匦郧€(xiàn)上對(duì)應(yīng)于一點(diǎn)Q，故得此名，如圖2-9所示。

圖2-9輸入、輸出特性曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)基本放大電路設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的是為了保證三極管處于線(xiàn)性放大區(qū)，為放大微小的交流信號(hào)做準(zhǔn)備。否則，若三極管處在截止區(qū)，微小的交流信號(hào)或交流信號(hào)負(fù)半周輸入時(shí)三極管不能導(dǎo)通,電路的輸出電壓為零，無(wú)法完成不失真放大。（1）放大電路的直流通路

計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)先畫(huà)出放大電路的直流通路。只考慮直流信號(hào)作用，而不考慮交流信號(hào)作用的電路稱(chēng)直流通路。畫(huà)直流通路有兩個(gè)要點(diǎn)：a.電容視為開(kāi)路。電容具有隔離直流的作用，直流電流無(wú)法通過(guò)它們。因此對(duì)直流信號(hào)而言，電容相當(dāng)于開(kāi)路。基本放大電路b.電感視為短路。電感對(duì)直流電流的阻抗為零，可視為短路。如圖2-10中，（a）圖是基本放大電路，（b）圖是其直流通路。

(a)(b)圖2-10基本放大電路及其直流通路基本放大電路（2）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)例題2-1在圖2-10（b）中的直流通路中，設(shè)RB=300KΩ,Rc=4KΩ,

Ucc=12V,β=40。三極管為硅管,試求靜態(tài)工作點(diǎn)。根據(jù)基爾霍夫電壓定律列出輸入回路和輸出回路方程為：

Ucc=IBQRB+UBEQ

Ucc=ICQRC+UCEQ

則基本放大電路ICQ=βIBQ=40×40×10-3=1.6mA

UCEQ

=Ucc-ICQRC

=Ucc-βIBQRC

=12-40×0.04×4=5.6V

因?yàn)閁CC＞＞UBE，所以可用估算法近似地計(jì)算出靜態(tài)值，即忽略UBE。實(shí)際電路中一般將基極偏置電阻串接一個(gè)可調(diào)電阻，以方便調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)。

基本放大電路2.2.2.3基本電壓放大原理如圖2-11所示，當(dāng)輸入正弦交流信號(hào)ui時(shí)，放大電路在靜態(tài)時(shí)各點(diǎn)的電壓及電流的數(shù)值都不變化，圖中陰影部分是輸入電壓ui的變化引起的三極管各電極電流和電壓的變化量，即交流分量。相當(dāng)于在原直流量上疊加的增量。基本放大電路圖2-11放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的工作過(guò)程基本放大電路設(shè)ui＝Uimsinωt(v)，信號(hào)經(jīng)耦合電容無(wú)損耗，即容抗

。則電路各處電壓、電流的瞬時(shí)值均為直流量與交流量瞬時(shí)值之和。因?yàn)閡i電壓變化范圍小，由圖2-12看出，uBE變動(dòng)范圍a～b相當(dāng)一段直線(xiàn)，所以電流與電壓成線(xiàn)性關(guān)系，電壓ui為正弦波，由電壓產(chǎn)生的電流ib也是正弦波。各極的電壓與電流關(guān)系為：

uBE＝UBEQ＋ube＝UBEQ＋uI

iB=IB+ib

ic＝IC＋ic＝βIC＋βib

uCE＝UCE＋uce＝Ucc－iCRC＝Ucc－(IC+ic)Rc

＝Ucc－ICRC－icRc＝UCE＋(-icRc)

iB、ic、uCE的波形如圖2-11所示?；痉糯箅娐穲D2-12輸入特性線(xiàn)性情況基本放大電路iB、ic、uCE的波形如圖2-11所示。由于uCE的直流分量UCE被耦合電容C2隔斷，其交流量uce經(jīng)C2允許通過(guò),且無(wú)損耗，所以

uo＝uce＝－icRc

式中負(fù)號(hào)表明uo與ui的相位相反。

整個(gè)放大過(guò)程為：弱小的輸入信號(hào)ui

引起三極管基極電流產(chǎn)生增量ib，則三極管集電極產(chǎn)生更大的電流增量ic=βib，而ic經(jīng)過(guò)Rc轉(zhuǎn)換為電壓增量，即為輸出電壓uo，顯然uo是ui被放大的結(jié)果。這就是電壓放大原理。

基本放大電路綜上分析得出共射單管放大電路的特點(diǎn)為：

a.既有電流放大，也有電壓放大；

b.輸出電壓uO與輸入電壓ui相位相反。c.除了ui和uo是純交流量外，其余各量均為脈動(dòng)直流電，故只有大小的變化，無(wú)方向或極性的變化?？傊涣餍盘?hào)的放大是利用三極管的電流放大作用將直流電源的能量轉(zhuǎn)換來(lái)的。三極管的放大作用實(shí)質(zhì)上是種能量控制作用。從這個(gè)意義上說(shuō)，放大電路是一種以較小能量控制較大能量的能量控制與轉(zhuǎn)換裝置。

基本放大電路2.2.3靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置對(duì)波形的影響

(a)輸入信號(hào)與ic波形圖

(b)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形圖

圖2－13靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇基本放大電路圖2-13（a）表示出工作點(diǎn)偏高或偏低對(duì)輸出波形的影響。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只畫(huà)出ic

的波形，其它波形可以對(duì)應(yīng)推想出來(lái)。工作點(diǎn)ICQ

過(guò)低，因iC不可能為負(fù)值,集電極電流ic可以增加，但沒(méi)有減小的空間。信號(hào)較小時(shí)不失真，信號(hào)稍大，下半部就產(chǎn)生失真。該現(xiàn)象是由于輸入信號(hào)的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)而造成的失真，故稱(chēng)為截止失真。相反，工作點(diǎn)ICQ過(guò)高,因uCE＝Ucc－iCRC，使iC有一個(gè)最大值：集電極電流ic可以減小,但沒(méi)有增大的空間。

基本放大電路信號(hào)較小時(shí)不失真。信號(hào)稍大，上半部就產(chǎn)生失真。該現(xiàn)象是由于輸入信號(hào)的正半周進(jìn)入飽和區(qū)而造成的失真，故稱(chēng)為飽和失真。只有ICQ選在一個(gè)最佳點(diǎn)上，使上下半周同時(shí)達(dá)到最大值，若再增大輸入信號(hào)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生失真，這個(gè)點(diǎn)就是放大器的最佳工作點(diǎn)。任何狀態(tài)下，不失真的最大輸出稱(chēng)為放大器的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際工作中常用示波器觀察輸出波形,如圖2－13(b)所示，再稍稍調(diào)整偏流電阻RB，輸出波形會(huì)出現(xiàn)上下峰均略有相同程度的失真，此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，就是最佳工作點(diǎn)?；痉糯箅娐?.3微變等效電路分析法

放大電路的分析包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況分析。靜態(tài)分析主要是確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q的值，判定Q點(diǎn)是否處于合適的位置，這是三極管進(jìn)行不失真放大的前提條件；動(dòng)態(tài)分析主要是確定微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大了多少倍（如Au）、放大器對(duì)交流信號(hào)所呈現(xiàn)的輸入電阻Ri、輸出電阻Ro等。定量分析放大電路的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，常采用微變等效電路法，“微變”指微小變化的信號(hào)。當(dāng)小信號(hào)輸入時(shí)，放大器運(yùn)行于靜態(tài)工作點(diǎn)的附近，在這一范圍內(nèi)，三極管的特性曲線(xiàn)可以近似為一直線(xiàn)。這種情況下，可以把非線(xiàn)性元件晶體管組成的放大電路等效為一個(gè)線(xiàn)性電路。

基本放大電路2.3.1三極管的微變等效電路

2.3.1.1輸入回路的等效

由圖2-12可看出，當(dāng)輸入信號(hào)ui較小時(shí)，動(dòng)態(tài)變化范圍小，則Q1～Q2間的一小段曲線(xiàn)可看成是直線(xiàn)，即△iB與△uBE

近似成線(xiàn)性關(guān)系，即：

該常數(shù)若用rbe表示三極管輸入端口的動(dòng)態(tài)電阻，即為三極管輸入端的等效線(xiàn)性電阻?；痉糯箅娐愤@個(gè)公式只能用來(lái)計(jì)算動(dòng)態(tài)的三極管基極與發(fā)射極的輸入電阻，即它是交流電阻。絕對(duì)不可以用來(lái)計(jì)算靜態(tài)的基極和發(fā)射極之間的電阻。

由上分析可得出結(jié)論：三極管的B、E兩端可等效為一個(gè)線(xiàn)性電阻rbe，如圖2-14(b)所示。實(shí)用中rbe可用下面公式進(jìn)行估算：

rbe的值一般為數(shù)百歐到數(shù)千歐，在半導(dǎo)體手冊(cè)中常用hie表示。基本放大電路2.3.1.2輸出回路的等效由圖2-6（b）輸出特性曲線(xiàn)可看出，三極管工作在線(xiàn)性放大區(qū)時(shí)，輸出特性是一組等距離的平行線(xiàn)，且β為一常數(shù)。從特性曲線(xiàn)上可以看出iB一定時(shí)，因iC=βiB與uCE無(wú)關(guān)，是個(gè)常數(shù)。則三極管C、E兩端可等效為一個(gè)受控電流源，電流值用βib表示。綜上所述，一個(gè)非線(xiàn)性元件三極管可以用圖2-14(b)所示簡(jiǎn)化的線(xiàn)性等效電路來(lái)代替，適用條件是小信號(hào)交流信號(hào)，三極管必須工作在線(xiàn)性放大區(qū)。

基本放大電路微變等效電路是對(duì)交流等效，只能用來(lái)分析交流動(dòng)態(tài)，計(jì)算交流分量，而不能用來(lái)分析直流分量。

圖2-14三極管及其微變等效電路基本放大電路2.3.2放大電路的交流通路

在交流信號(hào)電壓或電流作用下，只考慮交流信號(hào)通過(guò)的電路稱(chēng)為交流通路。如圖2-15(a)所示。信號(hào)在傳遞的過(guò)程中，交流電壓、電流之間的關(guān)系是從交流通路得到的。(a)交流通路(b)微變等效電路圖2-15用微變等效電路法對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)分析基本放大電路2.3.4放大電路主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算

放大電路的性能指標(biāo)有放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等，它們反映放大電路對(duì)交流信號(hào)所呈現(xiàn)的特性。仍以圖2-10(a)電路為例，先作出其微變等效電路如圖2-15(b)所示。再利用電工學(xué)中的線(xiàn)性電路分析方法進(jìn)行計(jì)算。2.3.4.1計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au

放大倍數(shù)是衡量放大電路對(duì)信號(hào)放大能力的主要技術(shù)參數(shù)。電壓放大倍數(shù)是最常用的一項(xiàng)指標(biāo)。定義為：輸出電壓相量與輸入電壓相量的比值（為書(shū)寫(xiě)方便，本節(jié)內(nèi)容有關(guān)交流電壓、電流相量略去表示相量的）。

基本放大電路由圖2-15(b)的輸入回路得：Ui＝Ube＝Ibrbe

由輸出回路得：Uo＝-βIb(Rc∥RL)則：

式中負(fù)號(hào)表示uo與ui相位相反。由上式可知，空載時(shí)RL＝∞，空載電壓放大倍數(shù)為：基本放大電路顯然，ㄧAuㄧ＜ㄧAouㄧ，即帶載后，電壓放大倍數(shù)要下降。Au與Aou比較下降越小，說(shuō)明放大電路帶載能力越強(qiáng)，反之，帶載能力差。實(shí)際的放大電路必須要解決提高帶載能力的問(wèn)題。

若考慮信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)的電壓放大倍數(shù)Aus：

當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻RS可忽略時(shí)，Aus=Au；考慮內(nèi)阻Rs時(shí)，Aus＜Au，說(shuō)明信號(hào)源內(nèi)阻使電壓放大倍數(shù)下降。工程上為了表示的方便，常用分貝（dB）來(lái)表示電壓放大倍數(shù)，這時(shí)稱(chēng)為增益。電壓增益=20log|Au|（dB）基本放大電路2.3.4.2輸入電阻Ri

放大電路對(duì)于信號(hào)源而言，相當(dāng)于信號(hào)源的一個(gè)負(fù)載電阻。此電阻即為放大電路的輸入電阻。換句話(huà)說(shuō)，輸入電阻相當(dāng)于從放大電路的輸入端看進(jìn)去的等效電阻。關(guān)系式：

ui為實(shí)際加到放大電路兩輸入端的輸入信號(hào)電壓，ii為輸入電壓產(chǎn)生的輸入電流，二者的比值即為放大電路的輸入電阻Ri。基本放大電路對(duì)于一定的信號(hào)源電路，輸入電阻Ri越大，放大電路從信號(hào)源得到的輸入電壓ui就越大，放大電路向信號(hào)源索取電流的能力也就越小。

圖2-16放大電路的輸入電阻基本放大電路由圖2-15（b）得共射放大電路的輸入電阻：

一般情況下rbe<<RB，則Ri≈rbe

圖2-17放大電路的輸出電阻基本放大電路2.3.4.3輸出電阻Ro

當(dāng)負(fù)載電阻RL變化時(shí)，輸出電壓uo也相應(yīng)變化。即從放大電路的輸出端向左看，放大電路內(nèi)部相當(dāng)于一個(gè)含有內(nèi)阻為Ro，端電壓為

的電壓源，此內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻Ro。圖2-17所示為放大電路輸出電阻的示意圖。

Ro的兩種計(jì)算方法：方法一：在放大電路的輸入端加正弦波信號(hào)，測(cè)出負(fù)載開(kāi)路時(shí)的輸出電壓uo/，接上負(fù)載RL，再測(cè)輸出端的電壓Uo，可計(jì)算出：

基本放大電路此方法一般用于實(shí)驗(yàn)中定量測(cè)量Ro。

方法二：令負(fù)載開(kāi)路（RL→∞），信號(hào)源短路（uS=0），在放大電路的輸出端加測(cè)試電壓UT，則產(chǎn)生相應(yīng)的電流IT，二者的比值即為放大電路的輸出電阻。即：圖2-18所示為求解放大電路輸出電阻的等效電路。圖2-18輸出電阻的求解電路基本放大電路如圖2-15(b)所示的微變等效電路，斷開(kāi)負(fù)載RL，將信號(hào)源電壓短路,即us=0，則ib=0，βib=0，受控電流源相當(dāng)于開(kāi)路，此時(shí)從輸出端看進(jìn)的電阻就是輸出電阻Ro，即：

Ro=Rc

當(dāng)放大電路作為一個(gè)電壓放大器使用時(shí)，其輸出電阻Ro的大小決定了放大電路的帶負(fù)載能力。Ro越小，放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。即放大電路的輸出電壓uo受負(fù)載的影響越小。

共射放大電路的輸入電阻較小，輸出電阻較大。

基本放大電路例題2-2如圖2-10(a)電路，已知RS=1KΩ，RB=500KΩ，RC=6KΩ，RL=6KΩ，Ucc=20V，β=50，三極管為硅管。（1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）計(jì)算Au、Aus、Ri、Ro。解：（1）畫(huà)直流通路，參看圖2-10(b)。

基本放大電路（2）畫(huà)微變等效電路，參看圖2-15（b）。

因?yàn)?/p>

IEQ≈ICQ，所以

：基本放大電路2.4分壓偏置電路和射極輸出器2.4.1分壓式偏置電路2.4.1.1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性：

合理選定靜態(tài)工作點(diǎn)并保持其穩(wěn)定，是放大電路能夠正常工作和避免失真的先決條件。Q點(diǎn)的影響因素有很多。如電源波動(dòng)、偏置電阻的變化、管子的更換、元件的老化等等，不過(guò)最主要的影響則是環(huán)境溫度的變化。三極管是一個(gè)對(duì)溫度非常敏感的器件，隨溫度的變化，三極管參數(shù)會(huì)受到影響,從而引起靜態(tài)工作點(diǎn)的移動(dòng)，導(dǎo)致放大電路性能不穩(wěn)定和出現(xiàn)失真等不正常現(xiàn)象。

基本放大電路

例如：環(huán)境溫度t↑→

β↑→ICQ↑→Q上移

ICEO↑UBEQ↓穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)有兩種辦法：一是采用恒溫設(shè)備，造價(jià)高，一般不采用。二是分壓式偏置電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它是目前應(yīng)用較廣的一種電路。

基本放大電路2.4.1.2分壓偏置電路結(jié)構(gòu)圖2-19分壓式偏置電路圖2-20直流通路基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的分壓式放大電路如圖2－19所示，為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，一般取I1＞＞IBQ，靜態(tài)時(shí)有：

當(dāng)UCC、Rb1、Rb2確定后，UB也就基本確定，不受溫度的影響。假設(shè)溫度上升，使三極管的集電極電流IC增大，則發(fā)射極電流IE也增大，IE在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生的壓降UE也增大，使三極管發(fā)射結(jié)上的電壓UBE=UB－UE減小，從而使基極電流IB減小，又導(dǎo)致IC減小。這就是負(fù)反饋的作用，即將輸出量變化反饋到輸入回路，削弱了輸入信號(hào)。反饋元件是發(fā)射極電阻RE，其作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。其工作過(guò)程可描述為：基本放大電路溫度T↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE↓→IB↓IC↓

分壓偏置式放大電路具有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用，在實(shí)際電路中應(yīng)用廣泛。實(shí)際應(yīng)用中，為保證Q點(diǎn)的穩(wěn)定，要求電路：I1＞＞IBQ，常用(1+β)RE與RB1∥RB2的大小關(guān)系來(lái)判斷I1>>IB是否成立。一般對(duì)于硅材料的三極管：I1=（5～10）IBQ。

由此可見(jiàn)，工作點(diǎn)穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是：（1）RE的直流負(fù)反饋?zhàn)饔茫?）要求I1>>IBQ，一般對(duì)于硅材料的三極管I1=（5～10）IBQ。

基本放大電路2.4.1.3分析與計(jì)算通過(guò)下面例題來(lái)進(jìn)行分壓偏置電路的靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算。例題2-3如圖2-19所示電路β=100，Rs=1kΩ，RB1=62KΩ，RB2=20kΩ，Rc=3kΩ，RE=1.5KΩ，RL=5.6KΩ，Ucc=15V，三極管為硅管。（1）估算靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）分別求出有、無(wú)CE兩種情況下Au、Ri、Ro、Aus。

(3)若管子壞了，手頭沒(méi)有完全相同的管子，現(xiàn)用β=50的三極管來(lái)替換，其他參數(shù)不變，靜態(tài)工作點(diǎn)是否變化？

基本放大電路解：（1）

直流通路參看圖2-20得：基本放大電路（２）有、無(wú)CE微變等效電路，如圖2-21。

(a)有CE微變等效電路(b)無(wú)CE微變等效電路圖2－21分壓偏置電路微變等效電路基本放大電路

①有CE的動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算：基本放大電路②無(wú)CE的動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算輸入電阻的求法：為了方便，先求，

基本放大電路輸出電阻Ro的求法：將RL斷開(kāi)，令us＝0，則ib＝0，βib＝0，受控電流源相當(dāng)于開(kāi)路，輸出端口的電阻為Ro＝Rc＝3KΩ基本放大電路比較兩種情況下的電壓放大倍數(shù)Au的值，可以看出差異很大。第二種情況下，由于微變等效電路中存在RE，使Au下降。其原因是ui有很大一部分壓降降到RE上，只有一小部分電壓加到三極管的發(fā)射結(jié)上，故產(chǎn)生的ib小，產(chǎn)生的ic小，使uo降低而造成的。而第一種情況下，僅直流通路中存在RE，起直流負(fù)反饋?zhàn)饔?，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路中RE被旁路電容短路，即RE不存在，輸入信號(hào)ui直接加到發(fā)射結(jié)上，故轉(zhuǎn)換成的ic、uo較大，使得電壓放大倍數(shù)Au提高，滿(mǎn)足電路具有較大放大能力的要求。通過(guò)分析，分壓式偏置電路常在RE的兩端并接一個(gè)旁路電容CE，目的是提高電壓放大倍數(shù)。

基本放大電路（3）當(dāng)β=50，UB、ICQ

、UCE與⑴相同，即與β值無(wú)關(guān)，故UB＝3.7V，ICQ≈IEQ＝2mA，UCEQ＝6V，靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ，UCEQ不變。

但是，

而⑴中IBQ=20μA，即基極電流隨β而變。此例說(shuō)明，更換管子所引起的β變化，分壓式偏置電路能夠自動(dòng)改變IBQ，以抵消對(duì)電路的影響，使靜態(tài)工作點(diǎn)基本保持不變(指ICQ、UCEQ保持不變)，故分壓式偏置電路具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用?；痉糯箅娐?.4.2共集電極放大電路2.4.2.1電路結(jié)構(gòu)從圖2-22(a)中可以看出，信號(hào)由發(fā)射極輸出，故此電路稱(chēng)為射極輸出器；從圖2-22(b)中可以看出，集電極C和接地點(diǎn)是等電位點(diǎn)，輸入回路和輸出回路是以集電極為公共端，故稱(chēng)為共集電極放大電路。

基本放大電路(a)電路圖(b)交流通路圖2-22共集電極放大電路基本放大電路2.4.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算如圖2-23(a)直流通路。因?yàn)樗砸驗(yàn)?/p>

所以基本放大電路圖2－23(a)直流通路(b)微變等效電路圖基本放大電路2.4.2.3動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算與特點(diǎn)（1）電壓放大倍數(shù)Au

因?yàn)橐话阌?，所?/p>

Au≈1(小于且接近1)因?yàn)?，所?/p>

輸出電壓與輸入電壓的幅值近似相等，且相位相同，故共集電極電路又稱(chēng)為射極跟隨器。雖然電壓放大倍數(shù)Au≈1，但因Ie=(1+β)Ib，但有電流和功率放大作用?；痉糯箅娐罚?）輸入電阻Ri（3）輸出電阻RO若信號(hào)源內(nèi)阻為0，即Rs=0，RB＞＞Rs時(shí)則一般Ro為幾十歐～幾百歐，比較小，為了降低輸出電阻，可選用β較大的管子。通過(guò)下面例題來(lái)進(jìn)行共集電極電路的靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算，并分析它的特點(diǎn)。基本放大電路例題2-4如圖2-22(a)所示共集電極放大電路，RB=500KΩ，RE=4.7KΩ，RL=4.7KΩ，β=100，Ucc=15V，Rs=10KΩ，管子為硅管。試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）計(jì)算Au、Ri、Ro。（3）若將負(fù)載RL斷開(kāi)，再計(jì)算Aou。

基本放大電路解：（1）

（２）基本放大電路（３）通過(guò)計(jì)算，可以看出負(fù)載RL由4.7KΩ變到無(wú)窮大（開(kāi)路）時(shí)，Au基本不變，在輸入信號(hào)ui一定下，uo也基本不變，說(shuō)明射極輸出器帶載能力強(qiáng)?；痉糯箅娐穲D2-24射極輸出器作輸入級(jí)圖2-25射極輸出器作緩沖器(中間級(jí))基本放大電路

綜上所述，射極輸出器沒(méi)有電壓放大作用，但是它具有輸入電阻很大、輸出電阻很小的特點(diǎn)，獲得廣泛的應(yīng)用。如它常用于多級(jí)放大電路的輸出級(jí)（與負(fù)載相連級(jí)），使輸出電壓不隨負(fù)載變動(dòng)，提高多級(jí)放大電路的帶負(fù)載能力。利用它的輸入電阻大，可以作放大電路輸入級(jí)，減小信號(hào)源內(nèi)阻的電壓損耗，當(dāng)Ri＞＞Rs時(shí)，ui≈us，如圖2-24所示。利用它的輸入、輸出電阻一高一低的特點(diǎn)，可以作多級(jí)放大電路的緩沖（中間級(jí)），如圖2-25所示，射級(jí)輸出器很大的輸入電阻Ri2與前一極共射電路的輸出電阻Ro1匹配，射極輸出器較小的輸出電阻Ro2與后一級(jí)共射電路的輸入電阻Ri3匹配?；痉糯箅娐饭灿腥N組態(tài)，前面分析了共射極放大電路和共集電極放大電路，還有一種是共基極電路，為了便于讀者學(xué)習(xí)，現(xiàn)將三種組態(tài)放大電路性能參數(shù)列于表2-2，以便進(jìn)行比較。

基本放大電路共射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路放大電路Au

有電壓放大作用，uo與ui反相位。無(wú)電壓放大作用，uo與ui同相位。有電壓放大作用，uo與ui同相位。Ri

輸出電阻中。輸出電阻小。輸出電阻大。表2-2三種組態(tài)放大電路性能參數(shù)的比較基本放大電路共射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路Ro

輸出電阻中。輸出電阻小。輸出電阻大。應(yīng)用多級(jí)放大電路的中間級(jí)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流的放大。多級(jí)放大的輸入級(jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)。高頻放大電路和恒流源電路。表2-2三種組態(tài)放大電路性能參數(shù)的比較(續(xù)）基本放大電路2.5基本功率放大電路

電子設(shè)備的放大器一般由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)所組成。前面研究的都是輸入級(jí)、中間級(jí)放大電路，其任務(wù)是實(shí)現(xiàn)電壓放大。而輸出級(jí)要推動(dòng)負(fù)載工作，需要具有足夠大的功率，能輸出大功率的放大電路稱(chēng)為功率放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為功放。2.5.1功率放大電路特點(diǎn)2.5.1.1輸出功率要足夠大最大輸出功率Pom：在輸入為正弦波且輸出基本不失真情況下，負(fù)載可能獲得的最大交流功率。它是指輸出電壓uo與輸出電流io的有效值的乘積。基本放大電路2.5.1.2效率要高在輸出功率比較大時(shí)，效率問(wèn)題尤為突出。如果功率放大電路的效率不高，不僅造成能量的浪費(fèi)，而且消耗在電路內(nèi)部的電能將轉(zhuǎn)換為熱量，使管子、元件等溫度升高。為定量反映放大電路效率的高低，定義放大電路的效率為：輸出的交流功率實(shí)質(zhì)上是由直流電源通過(guò)三極管轉(zhuǎn)換而來(lái)的。在直流功率一定情況下，若向負(fù)載提供盡可能大的交流功率，必須減小損耗，以提高轉(zhuǎn)換效率。

基本放大電路輸出的交流功率實(shí)質(zhì)上是由直流電源通過(guò)三極管轉(zhuǎn)換而來(lái)的。在直流功率一定情況下，若向負(fù)載提供盡可能大的交流功率，必須減小損耗，以提高轉(zhuǎn)換效率。2.5.1.3盡量減小非線(xiàn)性失真

在功率放大電路中，晶體管處于大信號(hào)工作狀態(tài)，因此輸出波形不可避免地產(chǎn)生一定的非線(xiàn)性失真。在實(shí)際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求來(lái)規(guī)定允許的失真度范圍。

基本放大電路2.5.1.4晶體管常工作在極限狀態(tài)在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，要求晶體管工作在極限狀態(tài)在三極管特性曲線(xiàn)上，三極管工作點(diǎn)變化的軌跡受到最大集電極耗散功率Pcm、最大集電極電流Icm、最大集射極電壓UBR(CEO)三個(gè)極限參數(shù)的限制。為防止三極管在使用中損壞，必須使它工作在如圖2-26所示的安全工作區(qū)域內(nèi)。圖2-26晶體管的極限參數(shù)基本放大電路2.5.1.5功率放大電路的分析方法

功率放大電路的輸出電壓和輸出電流幅值均很大，功放管特性的非線(xiàn)性不可忽略，所以分析功放電路時(shí)，不能采用微變等效電路法，多采用圖解分析法。在這里進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。在三極管的特性曲線(xiàn)上，曲線(xiàn)描述的Ic

與UCE的關(guān)系是代表三極管的內(nèi)部關(guān)系。而三極管接入外電路后還要滿(mǎn)足外部回路的特性方程，依據(jù)回路的等效電路列出的特性方程中Ic

與UCE均為線(xiàn)性關(guān)系，在特性曲線(xiàn)的座標(biāo)中是一條直線(xiàn)，這條直線(xiàn)叫做負(fù)載線(xiàn)?；痉糯箅娐芬虼水?dāng)基極電流IBQ確定后，IB＝IBQ的那條輸出特性曲線(xiàn)與負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)正是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。三極管的電壓和電流的變化必然沿著直流負(fù)載線(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，所以負(fù)載線(xiàn)就能夠表示靜態(tài)或動(dòng)態(tài)時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。我們可以依據(jù)圖形分析最大不失真電壓與電流的情況。這種方法能直觀形象地反映信號(hào)頻率較低時(shí)的電壓、電流關(guān)系。但必須實(shí)測(cè)所用三極管的特性曲線(xiàn)，進(jìn)行定量分析時(shí)誤差較大。在此僅用來(lái)近似地分析功放的參數(shù)。

基本放大電路功率放大電路按其晶體管導(dǎo)通時(shí)間的不同，可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)和丙類(lèi)等。甲類(lèi)功率放大電路的特征是在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管均導(dǎo)通；乙類(lèi)功率放大電路的特征是在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通；甲乙類(lèi)功率放大電路的特征是在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管導(dǎo)通時(shí)間大于半周而小于全周；丙類(lèi)功率放大電路的特征是管子導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期。四類(lèi)功放的工作狀態(tài)示意圖如圖2-27所示。前面介紹的小信號(hào)放大電路中（如共射放大電路），在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管始終工作在線(xiàn)性放大區(qū)域，故屬甲類(lèi)工作狀態(tài)。本節(jié)介紹的OCL、OTL功放工作在乙類(lèi)或甲乙類(lèi)狀態(tài)。

2.5.1.6常見(jiàn)低頻功率放大電路的三種工作狀態(tài)基本放大電路圖2-27四類(lèi)功率放大電路工作狀態(tài)示意圖基本放大電路2.5.2乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路對(duì)電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路又稱(chēng)無(wú)輸出電容電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OCL（OutputCapacitorLess）。

2.5.2.1電路組成：

如圖2-28所示電路采用正、負(fù)雙電源，三極管采用NPN、PNP型，管子的特性、參數(shù)對(duì)稱(chēng)。VT1與RL、VT2與RL的聯(lián)接形式為射極輸出器，電路采用直接耦合方式。

基本放大電路圖2-28OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路基本放大電路2．工作原理

（1）靜態(tài)分析

令ui=0，VT1和VT2的發(fā)射結(jié)沒(méi)有加正向偏壓，VT1、VT2截止，因?yàn)镮b1Q=0，Ib2Q=0，所以IC1Q≈0，IC2Q≈0只有很小的穿透電流，通過(guò)RL的靜態(tài)電流IL=0，uo=UE

=0，電路工作在乙類(lèi)狀態(tài)。

（2）動(dòng)態(tài)分析設(shè)三極管為硅管，管子的死區(qū)電壓為0.5V，只有用輸入信號(hào)ui給三極管的發(fā)射結(jié)加正偏電壓，當(dāng)ui－UE=ui＞0.5V時(shí)，VT1導(dǎo)通，VT2截止，輸出信號(hào)的正半周，uo≈ui，輸出電流io=ic1?；痉糯箅娐樊?dāng)UE—ui＞0.5V，即ui＜—0.5V時(shí)，VT2導(dǎo)通，VT1截止，輸出負(fù)半周，uo≈ui，

io=ic2，如圖2-29所示輸出電流方向?？梢?jiàn)輸出電壓為兩管輪流輸出的合成波形。由于在一個(gè)信號(hào)周期T內(nèi)，兩只特性相同的管子VT1和VT2交替導(dǎo)通，互相補(bǔ)充，故該電路稱(chēng)為乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路是由兩個(gè)工作在乙類(lèi)的射極輸出器所組成的，故uo≈ui，輸出電壓具有恒壓特性，所以互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路具有較強(qiáng)的帶載能力，音響設(shè)備中普遍采用該電路。基本放大電路2.5.3功率與效率2-29OCL功放的圖解分析基本放大電路2.5.3.1輸出功率Po式中，、分別為輸出電壓和電流的最大值。

若輸入正弦波信號(hào)的幅值足夠大，使三極管剛達(dá)飽和，忽略管子的飽和壓降，則RL上最大的輸出電壓幅值最大輸出功率為

：

基本放大電路2.5.3.2直流電源供給的功率PDC

由于兩個(gè)直流電源提供的電流各為半個(gè)周期。則兩個(gè)直流電源提供的總功率為：式中IC1、IC2分別為一個(gè)周期內(nèi)，流經(jīng)兩個(gè)管子的平均電流值，用數(shù)學(xué)方法求平均值。若，則輸出最大功率時(shí)，直流電源供給的功率為：（其中）

基本放大電路2.5.3.3效率η

一般情況下效率η可用式（2-23）與式（2-26）相比求出：

當(dāng)輸出功率為最大時(shí)的效率為：由式（2-27）得乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功效電路比甲類(lèi)狀態(tài)得到的效率要高，可達(dá)78.5%，但考慮各方面因素的影響，實(shí)際中的效率僅達(dá)60%左右?；痉糯箅娐?.5.3.4管耗選擇功率三極管的原則為：（１）三極管集電極最大耗散功率；（２）三極管基極開(kāi)路擊穿電壓；

（３）三極管集電極最大電流?；痉糯箅娐?.5.4甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路2.5.4.1電路結(jié)構(gòu)與原理乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路結(jié)構(gòu)、原理都很簡(jiǎn)單，但從輸出波形上看，uo與io波形產(chǎn)生失真，如圖2-30所示，這是由于電路處于乙類(lèi)狀態(tài)造成的，即ui的幅度在死區(qū)電壓（0.5V）以下時(shí)，三極管截止，在這段區(qū)域內(nèi)輸出為零，這種失真稱(chēng)為交越失真?？朔@些失真可以給兩管的發(fā)射結(jié)設(shè)置一個(gè)很小的靜態(tài)偏壓，使其處在微微導(dǎo)通狀態(tài)，即電路工作在甲乙類(lèi)，即可消除交越失真。

基本放大電路圖2-30乙類(lèi)功率放大電路的交越失真基本放大電路靜態(tài)時(shí)調(diào)節(jié)R1可以改變靜態(tài)工作點(diǎn)，注意基極電流不能過(guò)大。用二極管VD1和VD2分別給互補(bǔ)管VT1和VT2發(fā)射結(jié)加很小的正向偏壓。動(dòng)態(tài)時(shí)ui先經(jīng)前置放大的推動(dòng)管VT3，將輸入電壓幅值放大，可進(jìn)一步提高功率，二極管VD1、VD2對(duì)交流而言，動(dòng)態(tài)電阻很小，可近似視為短路。其余分析同乙類(lèi)功放電路。以上電路中兩個(gè)互補(bǔ)管應(yīng)為特性及參數(shù)相同的異型對(duì)管。小功率時(shí)，異型管配對(duì)好選擇，但輸出功率較大時(shí)，難以制成特性相同的異型管，在實(shí)際中常采用復(fù)合管。

基本放大電路圖2-31甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路基本放大電路2.5.4.2復(fù)合管

把兩個(gè)三極管按一定方式連接起來(lái)作為一個(gè)三極管使用，稱(chēng)為復(fù)合管。常用的復(fù)合管形式如圖2-32所示。連接原則是一個(gè)管子的輸出電流方向應(yīng)滿(mǎn)足另一個(gè)管子輸入基極電流方向的要求，復(fù)合管的類(lèi)型由第一個(gè)管子的類(lèi)型所決定。顯然復(fù)合管的電流放大系數(shù)β=β1β2，電流放大能力大為提高。因此由它構(gòu)成的電路輸出功率大為提高。

基本放大電路圖2-32四種常見(jiàn)的復(fù)合管結(jié)構(gòu)基本放大電路2.5.5甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放具有效率高等很多優(yōu)點(diǎn)，但由于需要正負(fù)兩個(gè)電源。當(dāng)僅有一路電源時(shí)，可采用單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，如圖2-33（a）所示，又稱(chēng)為無(wú)輸出變壓器電路、OTL(OutputCapacitorLess)電路。圖2-33（a）中，VT2和VT3兩管的射極通過(guò)一個(gè)大電容C接到負(fù)載RL上，二極管VD1、VD2及R用來(lái)消除交越失真，向VT2、VT3提供偏置電壓，使其工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)。

基本放大電路靜態(tài)時(shí)，調(diào)整電路使VT2、VT3的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)電壓為電源電壓的一半，即UCC/2，則電容C兩端直流電壓為UCC/2。當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，由于C上的電壓維持UCC/2不變，可視為恒壓源。這使得VT2和VT3的c-e回路的等效電源都是UCC/2，其等效電路如圖2-33（b）所示。由圖2-33（b）可以看出，OTL功放的工作原理與OCL功放相同。只要把圖2-29中Q點(diǎn)的橫坐標(biāo)改為UCC/2，并用UCC/2取代OCL功放有關(guān)公式中的UCC，就可以估算OTL功放的各類(lèi)指標(biāo)。

基本放大電路圖2-33典型OTL甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（a）電路圖(b)等效電路基本放大電路2.5.6集成功率放大電路及其典型應(yīng)用目前，利用集成電路工藝已經(jīng)能夠生產(chǎn)出品種繁多的集成功率放大器。集成功率放大器除了具有一般集成電路的共同特點(diǎn)，如可靠性高、使用方便、性能好、輕便小巧、成本低廉等之外，還具有溫度穩(wěn)定性好、電源利用率高、功耗較低、非線(xiàn)性失真較小等優(yōu)點(diǎn)。還可以將各種保護(hù)電路，如過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)以及過(guò)壓保護(hù)等也集成在芯片內(nèi)部，使用更加安全?；痉糯箅娐稬M386電路簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，是目前應(yīng)用較廣的一種小功率集成功放。具有電源電壓范圍寬（4～16V）、功耗低（常溫下為660mW）、頻帶寬（300KHz）等優(yōu)點(diǎn)，輸出功率0.3～0.7W，最大可達(dá)2W。另外，電路外接元件少，不必外加散熱片，使用方便，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)和收音機(jī)中。LM386外形如圖2-34。圖2-34LM386的外形與引腳排列基本放大電路圖2-35是LM386的典型應(yīng)用電路。圖中，接于1、8兩腳的C2、R1用于調(diào)節(jié)電路的電壓放大倍數(shù)。因LM386為OTL電路，所以需要在LM386的輸出端接一個(gè)大電容，圖中外接一個(gè)220F的耦合電容C4。C5、R2組成容性負(fù)載，以抵消揚(yáng)聲器音圈電感的部分感性，防止信號(hào)突變時(shí)，音圈的反電動(dòng)勢(shì)擊穿輸出管，在小功率輸出時(shí)C5、R2也可不接。C3與內(nèi)部電阻R2組成電源的去耦濾波電路。若電路的輸出功率不大、電源的穩(wěn)定性又好，則只需在輸出端5外接一個(gè)耦合電容和在1、8兩端外接放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電路就可以使用。

基本放大電路圖2-35LM386典型應(yīng)用電路基本放大電路2.6場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

場(chǎng)效應(yīng)管（Field-effecttransistors）同三極管一樣，也是一種放大器件,但不同的是：晶體三極管是一種電流控制器件，它利用基極電流對(duì)集電極電流的控制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)放大；而場(chǎng)效應(yīng)管則是一種電壓控制器件，它是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制其電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)放大。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，內(nèi)部參與導(dǎo)電的只有多子一種載流子，因此又稱(chēng)為單極性器件。基本放大電路場(chǎng)效應(yīng)管的最大優(yōu)點(diǎn)是輸入端的電流幾乎為零，具有極高的輸入電阻，能滿(mǎn)足高內(nèi)阻的微弱信號(hào)源對(duì)放大器輸入阻抗的要求，所以它是理想的前置輸入級(jí)器件。同時(shí)，它還具有體積小、重量輕、噪聲低、耗電省、熱穩(wěn)定性好和制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以容易實(shí)現(xiàn)集成化。MOS型大規(guī)模集成電路，應(yīng)用很廣泛。

根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類(lèi)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。

基本放大電路2.6.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分為N溝道結(jié)型管和P溝道結(jié)型管。它們都具有三個(gè)電極：柵極、源極和漏極，分別與三極管的基極、發(fā)射極和集電極相對(duì)應(yīng)。2.6.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)以N溝道結(jié)型管為例：

圖2-36N溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)2-37P溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)基本放大電路在一片N型半導(dǎo)體的兩側(cè)，用半導(dǎo)體工藝技術(shù)分別制作兩個(gè)高濃度的P型區(qū)。兩P型區(qū)相連引出一個(gè)電極，稱(chēng)為場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G（g）。N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別作為管子的漏極D（d）和源極S（s）。兩個(gè)PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱(chēng)為導(dǎo)電溝道。如圖2-36所示為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)中的箭頭，表示由P區(qū)指向N區(qū)。圖2-37所示為P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)。

基本放大電路2.6.1.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（1）當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層比較窄，中間的N型導(dǎo)電溝道比較寬，溝道電阻小。（2）當(dāng)UGS<0時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)反向偏置，PN結(jié)的耗盡層變寬，中間的N型導(dǎo)電溝道相應(yīng)變窄，溝道導(dǎo)通電阻增大。隨UGS越來(lái)越負(fù)，當(dāng)UGS小到UGS≤UP時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層完全合攏，N型導(dǎo)電溝道被完全夾斷，溝道導(dǎo)通電阻為無(wú)窮大。UP稱(chēng)為場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓。

基本放大電路可見(jiàn)，調(diào)整柵源電壓UGS的值，可以改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而調(diào)整溝道的導(dǎo)通電阻。（３）當(dāng)UP<UGS≤0且UDS>0時(shí)，可產(chǎn)生漏極電流ID。ID的大小將隨柵源電壓UGS的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)漏極電流的控制作用。綜上所述，結(jié)型是利用耗盡區(qū)內(nèi)電場(chǎng)的大小來(lái)影響導(dǎo)電溝道，從而控制漏極電流的。為實(shí)現(xiàn)UGS對(duì)ID的控制作用，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在工作時(shí)，柵極和源極之間的PN結(jié)必須反向偏置。

基本放大電路2.6.2絕緣柵（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬（Metal）、氧化物（Oxide）和半導(dǎo)體（Semiconductor）材料構(gòu)成的，因此又叫MOS管。與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，絕緣柵型是利用半導(dǎo)體表面電場(chǎng)效應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電荷的多少來(lái)改變導(dǎo)電溝道，以達(dá)到控制漏極電流的目的。其柵極輸入電阻比結(jié)型還要大，一般在1012Ω以上，集成化也更容易，所以是目前發(fā)展很快的一種器件。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種，每一種又包括N溝道和P溝道兩種類(lèi)型。P溝道和N溝道工作原理類(lèi)似，這里重點(diǎn)介紹N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。基本放大電路2.6.2.1N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管（1）結(jié)構(gòu)與符號(hào)

圖2-38N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)基本放大電路圖2-38所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)。以P型半導(dǎo)體作為襯底，用半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作兩個(gè)高濃度的N型區(qū)，兩個(gè)N型區(qū)分別引出一個(gè)金屬電極，作為MOS管的源極S和漏極D；在P形襯底的表面生長(zhǎng)一層很薄的SiO2絕緣層，絕緣層上引出一個(gè)金屬電極稱(chēng)為MOS管的柵極G。B為從襯底引出的金屬電極，一般工作時(shí)襯底與源極相連。

可見(jiàn)，管子構(gòu)成后柵極G與漏極D、源極S之間無(wú)電接觸，有一層絕緣層，因此稱(chēng)管子為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。

符號(hào)中的箭頭表示從P區(qū)（襯底）指向N區(qū)（N溝道），虛線(xiàn)表示增強(qiáng)型。

基本放大電路（2）工作原理

圖2-39N溝道增強(qiáng)型MOS管加?xùn)旁措妷篣GS（a）UGS=0，（b）UGS>0基本放大電路如圖2-39所示，當(dāng)UGS=0時(shí)，漏極和源極之間為兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，其中有一個(gè)PN結(jié)反向偏置，電阻很大，D和S之間無(wú)電流流過(guò)。

當(dāng)UGS>0時(shí)，在UGS的作用下，D和S間絕緣層中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于P襯底表面的電場(chǎng)，此電場(chǎng)的方向，排斥P型襯底的空穴，但會(huì)吸引P型襯底的自由電子，使自由電子匯集到襯底表面上來(lái)，隨UGS增大，襯底表面匯集的自由電子增多。

基本放大電路當(dāng)UGS達(dá)到一定值后，這些電子在P型襯底表面形成一個(gè)自由電子層（又叫反型層或N型層），把漏極D和源極S連接起來(lái)，此N型層即為D、S間的導(dǎo)電溝道。此時(shí)若在D、S間加電壓UDS，就會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生。

形成導(dǎo)電溝道所需要的最小柵源電壓UGS，稱(chēng)為開(kāi)啟電壓UT。改變柵源電壓UGS的值，就可調(diào)整導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變導(dǎo)電溝道的導(dǎo)通電阻，達(dá)到控制漏極電流的目的。

可見(jiàn)，此類(lèi)管子，在柵源電壓UGS=0時(shí)，D、S間沒(méi)有導(dǎo)電溝道。UGS≥UT時(shí)，才有溝道形成，因此稱(chēng)此類(lèi)管子為增強(qiáng)型管。

基本放大電路2.6.2.2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（a）N溝道管結(jié)構(gòu)示意圖（b）N溝道管電路符號(hào)圖2-40N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)基本放大電路N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型基本相同。如圖2-40所示，不同之處在于，在制作時(shí)，SiO2絕緣層里面加入了大量的正離子，正離子可以把P型襯底的自由