模塊七基本放大電路

模塊七基本放大電路知識目標掌握基本放大電路的組成及工作原理，了解放大電路的一些基本概念。掌握基本放大電路的靜態(tài)分析法、圖解分析法和動態(tài)分析法及其特點。掌握分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析及其特點。掌握共集電極放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析及其特點。掌握功率放大電路的功能特點，了解其功率分析。了解多級放大電路的耦合方式。能力目標具備不同放大電路的識圖能力。具備直流通路、交流通路、微變等效電路的繪制能力。具備按原理圖正確接線的能力，基本元器件的識別能力和焊接能力。具備利用萬用表、信號信號發(fā)生器、雙蹤示波器進行靜態(tài)工作點和交流性能檢測的能力。具備放大電路的設(shè)計能力。引例：迷你音箱安裝與調(diào)試圖7-1迷你音箱的電路原理圖7.1共發(fā)射極放大電路7.1.1共發(fā)射極放大電路的組成

放大指的是將一個弱小的電信號，以最小的失真或滿足技術(shù)指標規(guī)定的失真量，將其幅值增強到要求的數(shù)量。共發(fā)射極放大電路由放大器件、直流電源、偏置電路、輸入電路和輸出電路等部分組成，如圖7-2所示。圖7-2基本共發(fā)射極電路圖7-2基本共發(fā)射極電路圖中三極管采用型硅管，是放大電路的核心，具有電流放大作用?；鶚O電阻又稱偏流電阻，它和電源一起給基極提供一個合適的基極直流，阻值一般在幾十千歐到幾百千歐。為集電極負載電阻，阻值一般在幾千歐到幾十千歐。當集電極電流受基極電流控制而發(fā)生變化時，流過負載電阻的電流會在集電極電阻上產(chǎn)生電壓變化，從而引起的變化，這個變化的電壓就是輸出電壓。耦合電容元件、起到“隔直通交”的作用，把信號源與放大電路之間，放大電路與負載之間的直流隔開。無輸入信號時，三極管的電壓、電流都是直流分量；有輸入信號時，三極管電壓、電流是直流分量與交流分量的疊加。共發(fā)射極放大電路必須遵循以下3條原則，同時這3條原則也是判斷一個電路是否具有放大作用的依據(jù)。①必須保證三極管工作在放大區(qū)，以實現(xiàn)放大作用。②元件的安排應(yīng)保證信號能有效地傳輸，即有輸入時，應(yīng)有輸出。③元件參數(shù)的選擇應(yīng)保證輸入信號能不失真地放大，否則，放大將失去意義。7.1.2共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析1.放大電路的靜態(tài)分析放大電路Q點（一般用IB

、IC和UCE或IBQ、ICQ和UCEQ表示）的分析計算有兩種：估算法和圖解法。實踐中常用萬用表測量放大電路的靜態(tài)工作點來判斷該放大電路的工作狀態(tài)是否正常。（1）估算法確定靜態(tài)工作點

放大電路的直流等效電路即為直流通路，畫直流通路的方法是，將電容元件視為開路，電感元件視為短路，如圖7-3所示。圖7-3共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析圖7-3共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析

放大電路沒有輸入信號時的直流工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。由于UBEQ、UCEQ、IBQ、ICQ的值對應(yīng)著三極管輸入特性曲線和輸出特性曲線上某一點，故稱為放大電路的靜態(tài)工作點Q，由直流通路可對Q點行估進算:例7-1已知圖7-3中，求放大電路的靜態(tài)工作點Q。解:（2）圖解法確定靜態(tài)工作點

在三極管的特性曲線上直接作圖分析放大電路工作情況的方法，稱為圖解法。如圖7-4所示，作

的直流負載線，由直流通路的基極回路計算出IBQ，通過兩線相交找出靜態(tài)工作點，從圖中讀取ICQ及UCEQ。

圖7-4圖解法分析靜態(tài)工作點圖7-5放大電路的靜態(tài)工作點解由得：M點(12，0)；N點(0，3)，由得到與輸出特性曲線相交點，即是靜態(tài)工作點Q。從曲線上可查出：例7-2試用圖解法求圖7-5(a)所示放大電路的靜態(tài)工作點，已知該電路中的三極直流通路如圖7-5(b)所示，輸出特性曲線如圖7-5(c)所示。圖7-5放大電路的靜態(tài)工作點7.1.3共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析1.放大電路的各電壓和電流的動態(tài)工作情況當沒有交流信號輸入時，電路處于靜態(tài)；當放大電路有輸入信號，即時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。當電路有交變輸入信號時，該信號參數(shù)將與靜態(tài)參數(shù)疊加。對放大電路進行動態(tài)分析的主要目的是獲得用元件參數(shù)表示的放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。以便知道該放大器對輸入信號的放大能力，與信號源及負載進行最佳匹配的條件。各處的電流、電壓波形，如圖7-6所示。圖7-6放大電路的波形分析

放大電路的動態(tài)情況，是在靜態(tài)的基礎(chǔ)上在輸入端加交流電壓信號，由于耦合電容元件C1、C2取值較大，其容抗很小，所以對交流信號可視為短路。ui相當于直接加到三極管的發(fā)射結(jié)上，因此發(fā)射結(jié)實際電壓為靜態(tài)值UBEQ疊加上交流電壓ui，即式中：UBQ為發(fā)射結(jié)電壓瞬時值；UBEQ為發(fā)射結(jié)電壓靜態(tài)值；ui為交流輸入電壓瞬時值。為了區(qū)分這幾種情況，在以后的分析中用小寫的字母大寫的下標表示含有直流量的總瞬時值；用大寫的字母大寫的下標表示靜態(tài)值；用小寫字母小寫的下標表示交流分量瞬時值。uBE的變化引起基極電流相應(yīng)變化，即iB的變化引起集電極電流相應(yīng)變化，即iC的變化引起集電極電壓的變化，即當iC增大時，uCE減小，即uCE的變化與iC相反，所以經(jīng)過C2耦合電容元件傳送到輸出端的輸出電壓uO與ui反相。只要電路參數(shù)選取適當，uO的幅值將比ui幅值大得多，達到放大目的。動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后分析信號的傳輸情況，考慮的只是電壓、電流的交流分量。分析的基本方法有微變等效電路法和圖解法兩種，下面介紹微變等效電路法。2.微變等效電路法

三極管是非線性元件，若能使非線性的三極管等效成一個線性元件，則各種線性電路的分析方法就能有效地運用于這種電路中。（1）三極管的微變等效電路在小信號的條件下，用某種線性元件組合的電路模型來等效非線性的三極管，稱為三極管的微變等效電路。如圖7-7（a）所示，當輸入信號很小時，在靜態(tài)工作點Q附近的工作段可以近似認為是直線，三極管b-e之間的伏安關(guān)系可以表示成

，稱此常數(shù)為三極管的輸入電阻。對于低頻小功率三極管的輸入電阻，工程上常用下式表示圖7-7三極管的特性曲線

圖7-7三極管的特性曲線

式中IEQ是發(fā)射極電流的靜態(tài)值，單位為mA。rbe一般為幾百歐姆到幾千歐。它是一個動態(tài)電阻，在三極管器件手冊中常用hie表示。

如圖7-7（b）所示，輸出特性曲線放大區(qū)是一族近似與橫軸平行的直線。在小信號的條件下，與基本呈線性關(guān)系，其比例系數(shù)是一個常數(shù)，即，稱為三極管的電流放大系數(shù)。由它確定受控制關(guān)系，因此，三極管的輸出電路可用一個

的受控電流源來等效代替，如圖7-8所示。圖7-8三極管的等效電路

圖7-8三極管的等效電路

（2）放大電路的微變等效電路圖7-8三極管的等效電路

微變等效電路是對交流信號而言的，只考慮交流電源（信號源）作用的放大電路稱為交流通路。對交流通路而言，電容元件C1、C2可視為短路，直流電源VCC因其內(nèi)阻很小也可視為短路，據(jù)此可畫出圖7-2所示放大電路的交流通路如圖7-9（a）所示。把交流通路中三極管用其微變等效電路代替，即得到放大電路的微變等效電路，如圖7-9（b）所示。電路中的電壓和電流都是交流分量。圖7-9共發(fā)射極放大電路的交流通路及微變等效電路圖7-9共發(fā)射極放大電路的交流通路及微變等效電路3.共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

動態(tài)特性的分析包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算。下面以圖7-2所示放大電路為例，用微變等效電路圖7-9（b）來分析這3個動態(tài)參數(shù)。（1）電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)是是輸出正弦電壓和輸入正弦電壓的相量之比，即

從放大電路的微變等效電路圖7-9（b）可知，，故電壓放大倍數(shù)，式中負號表示輸出電壓和輸入電壓反相。當放大電路輸出端開路（不接RL）時，，此時的電壓放大倍數(shù)比接RL時的放大倍數(shù)要高，接RL時，AU要降低，RL越小，電壓放大倍數(shù)AU就越低。（2）輸入電阻放大電路對信號源（或?qū)η凹壏糯箅娐罚┒?，是一個負載，可用一個等效電阻來表示。這個電阻也就是從放大電路輸入端看進去的等效電阻，稱為輸入電阻ri，即實際上RB的阻值比rbe大得多，因此，這類放大電路的輸入電阻近似等于rbe

。為減輕信號源的負擔和提高放大電路的凈輸入電壓，通常希望放大電路的輸入電阻越大越好，很明顯，這種基本放大電路因為受到小rbe的限制，其輸入電阻不可能很高。（3）輸出電阻

放大電路總是要帶負載的，對負載而言，放大電路可以看作一個信號源，其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻，即從放大電路的輸出端看進去的等效電阻。如果ro放大電路的較大（相當于信號源內(nèi)阻較大），當負載變化時，輸出電壓變化就大，也就是說帶載能力較差，因此，通常希望放大電路的輸出電阻越小越好。

把信號源us短路（us=0），從輸出端看進去的等效電阻即為輸出電阻，對圖7-9（b）所示電路,時，則，受控電流源相當于開路，所以。RC的阻值一般為幾千歐，因此這種基本放大電路的輸出電阻較高。

綜上分析可知，在共發(fā)射極放大電路中，輸入電壓Ui與輸出電壓Uo頻率相同，相位相反，幅值得到放大，因此這種單級的共發(fā)射極放大電路通常又稱反相放大器。圖7-10例7-3圖

圖7-10例7-3圖

例7-3在圖7-10所示電路中，,

。試求：靜態(tài)工作點參數(shù)

計算動態(tài)指標AU、ri、ro的值。

解求靜態(tài)工作點參數(shù)：計算動態(tài)指標：4.靜態(tài)工作點的設(shè)置與穩(wěn)定（1）非線性失真及產(chǎn)生的原因?qū)Ψ糯箅娐烦笥幸欢ǖ姆糯蟊稊?shù)，還必須保證輸出信號盡可能不失真。所謂失真就是指輸出信號的波形不像輸入信的波形。引起失真的原因有多種，其中最基本的一種就是由于靜態(tài)工作點不合適或信號太大，使放大電路的工作范圍超出了三極管特性曲線上的線性范圍。這種失真通常稱為非線性失真。靜態(tài)工作點設(shè)置得太高或太低都會產(chǎn)生非線性失真。如圖7-11（a）所示，輸入信號為正弦波電壓，由于Q靜態(tài)工作點的位置太低，在輸入信號的負半周部分時間段，由于,工作點進入了死區(qū)，發(fā)射結(jié)反偏，使得，三極管在這段時間內(nèi)處于截止狀態(tài)，從波形圖上看基極電流iB波形負半周頂部被削去，產(chǎn)生了嚴重失真，由于iB失真，使得和的波形都失真。這種失真是由于三極管的截止而引起，故稱為截止失真。如圖7-11（b）所示，由于靜態(tài)工作點Q的位置太高，輸入正弦信號正半周期ui雖然不引起iB失真，但由于部分時間段三極管進入飽和區(qū)，在這段時間iC達到飽和值，ic不隨iB變化而變化，自然iRc和uCE也都出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，所以從波形圖上看iC產(chǎn)生頂部嚴重失真，而uCE產(chǎn)生底部嚴重失真。這種由三極管進入飽和工作狀態(tài)引起的失真稱為飽和失真。圖7-11靜態(tài)工作點分析

圖7-11靜態(tài)工作點分析

因此，放大電路必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，才能保證不產(chǎn)生非線性失真，一般靜態(tài)工作點的位置應(yīng)選在交流負載線的中部。有時為了節(jié)約能量，延長電池的使用壽命，對小信號電路在不產(chǎn)生截止失真的條件下，工作點應(yīng)盡可能選擇低一點。但是還應(yīng)注意，即使靜態(tài)工作點選在交流負載線的中部，如果輸入信號的幅值太大，也會同時產(chǎn)生截止失真和飽和失真。（2）溫度變化對靜態(tài)工作點的影響放大電路雖然選擇了合適的靜態(tài)工作點，但是在外界條件變化時，仍會產(chǎn)生非線性失真。溫度變化對三極管、、等參數(shù)有顯著的影響，從而導(dǎo)致靜態(tài)工作點的移動。以溫度升高為例：

由于溫度升高引起IC增大，反映到輸出特性曲線上，將使每一條輸出特性曲線均向上平行移動，如圖7-12所示。當溫度從20

℃升到40

℃時，輸出特性曲線將上移至虛線所示位置。在基本放大電路圖7-2中，由于VCC、RC不變，故溫度升高時直流負載線的位置不變；又因RB不變，故偏流IB也不變。從圖7-12可以看出，設(shè)原來的靜態(tài)工作點為Q點，溫度上升后，Q將上移到Q1點，動態(tài)信號將進入飽和區(qū)，產(chǎn)生飽和失真。同時，由于Q1點所對應(yīng)的集電極電流較大，，使三極管的集電極損耗增加，管溫升高，又造成輸出特性曲線更往上移，如此惡性循環(huán)，使三極管不能正常工作，甚至會使三極管損壞。圖7-12溫度變化對靜態(tài)工作點的影響圖7-12溫度變化對靜態(tài)工作點的影響在圖7-2所示的基本放大電路中，其基極偏流，當RB一經(jīng)選定后，IB也就固定不變，因此，這種電路稱為固定偏置電路。固定偏置電路具有電路簡單、放大倍數(shù)高等優(yōu)點，但正如以上分析，其靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，易受溫度變化的影響。為了使靜態(tài)工作點不受外界條件變化的影響，必須在電路結(jié)構(gòu)上采取改進措施。7.2分壓式偏置電路7.2.1分壓式偏置電路的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定工作點的原理

三極管的靜態(tài)工作點會受到溫度的影響，溫度升高，減小，增大，增大，靜態(tài)工作點發(fā)生漂移，這種現(xiàn)象稱為溫漂，為了克服溫漂，引入了分壓式偏置電路。

1.電路結(jié)構(gòu)

分壓式偏置電路如圖7-13所示。電路中，上并聯(lián)的電容元件應(yīng)足夠大，對信號而言，其容抗很小，幾乎接近于短路。這樣，放大電路的增益就不會因的接入而下降。只與電源電壓和偏置電阻有關(guān)，不受三極管參數(shù)和溫度變化的影響，所以靜態(tài)工作點是穩(wěn)定的，即使更換了三極管，靜態(tài)工作點也能基本保持穩(wěn)定。圖7-13分壓式偏置電路2.穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理靜態(tài)時，通過負反饋電阻的引入，分壓式偏置電路能夠起到穩(wěn)定靜態(tài)輸入電壓，抑制溫漂的作用，其抑制溫漂的過程可描述為：7.2.2靜態(tài)工作點的計算分壓式偏置電路的直流通路，如圖7-14所示。調(diào)整、，使則圖7-14分壓式偏置電路的直流通路

圖7-14分壓式偏置電路的直流通路

7.2.3電壓放大倍數(shù)的計算

分壓式偏置電路的動態(tài)等效，如圖7-15所示，其動態(tài)分析為如下：例7-4在圖7－16所示電路中，已知三極管的(1)計算靜態(tài)工作點Q；(2)計算動態(tài)參數(shù)AU

，ri，ro。解計算靜態(tài)工作點計算動態(tài)參數(shù)

圖7-15分壓式偏置電路動態(tài)等效

圖7-16例7-2題圖

圖7-15分壓式偏置電路動態(tài)等效

圖7-15分壓式偏置電路動態(tài)等效

圖7-16例7-2題圖

圖7-15分壓式偏置電路動態(tài)等效

7.2.4發(fā)射極電阻及信號源內(nèi)阻對放大電路性能的影響1.發(fā)射極電阻對放大電路性能的影響當采用分壓式偏置電路使放大電路的靜態(tài)工作點得到穩(wěn)定的同時，對放大電路的性能也會產(chǎn)生一些其他的影響。分析圖7-17（a）所示分壓式偏置電路可得到發(fā)射極電阻對放大電路哪些性能會產(chǎn)生影響。圖7-17（b）是圖7-17（a）電路的微變等效電路圖，借助該圖和上述放大電路的動態(tài)分析方法可以得到圖7-17分壓式偏置電路及其微變等效電路

由圖7-17和上面導(dǎo)出的電壓放大倍數(shù)表達式可看出，由于Rg對輸入信號的分壓，使放大電路的電壓放大倍數(shù)比沒有Rg時明顯減小，而Re越大，電壓放大倍數(shù)就越小。

由圖7-17和ri的表達式可看出，由于RE相當于與rbe串聯(lián)，且其中流過的電流是基極電流的倍，折合到輸入回路相當于將其擴大了倍，這與沒有RE相比，放大電路的輸入電阻有明顯增大，RE越大輸入電阻就越大。而RE的加入不會對輸出電阻產(chǎn)生影響。利用電容元件隔直通交的特性可消除對RE動態(tài)性能的影響，如果不希望RE對動態(tài)性能產(chǎn)生任何影響，可以用一個容量足夠大的電容元件與RE并聯(lián)來實現(xiàn)。若想使動態(tài)性能有一定的改善，可采用將RE的一部分通過電容元件旁路的方法，如圖7-17（a）所示。這樣既可以使工作點的穩(wěn)定符合要求，又不使電壓放大倍數(shù)降低太多，還可以使輸入電阻有所增大。2.信號源內(nèi)阻對電壓放大倍數(shù)的影響上述分析均沒有考慮信號源內(nèi)阻的影響，即認為放大電路的輸入電壓ui就等于信號源的電動勢。由于信號源內(nèi)阻將對信號源電動勢產(chǎn)生分壓作用，所以，輸出電壓對信號源電動勢的電壓放大倍數(shù)將小于對放大電路輸入電壓的電壓放大倍數(shù)。圖7-18從輸入端反映了信號源與放大電路之間的關(guān)系，根據(jù)輸入電阻ri與信號源內(nèi)阻RS分壓原理可得到用ri、RS、Aus表示的輸出電壓對信號源電動勢的電壓放大倍數(shù)。若輸出電壓對信號源電動勢的電壓放大倍數(shù)為Aus則圖7-18信號源內(nèi)阻與放大電路之間的關(guān)系7.3共集電極放大電路

因為共發(fā)射極放大電路的輸入電阻不夠大，所以它從信號源索取的電流比較大；又因為其輸出電阻不夠小，所以它帶負載能力比較差，即當負載電阻變化時，輸出電壓變化比較大。然而，在實際電子電路中，特別需要高輸入電阻和低輸出電阻，基本共集電極放大電路就具備了上述兩大特點。共集電極放大電路如圖7-19（a）所示，從交流通路來看，電源對交流信號相當于短路，所以集電極為輸入回路和輸出回路的公共端，故稱為共集電極放大電路。又稱其為射極輸出器。7.3.1靜態(tài)分析基本共集電極放大電路的直流通路如圖7-19（b）所示。圖7-19共集電極放大電路

7.3.2動態(tài)分析1.電壓放大倍數(shù)

基本共集電極放大電路的交流通路如圖7-19（c）所示。由此圖可得到其微變等效電路如圖7-20所示，在該電路圖中得到輸出電壓為其中，輸入電壓為電壓放大倍數(shù)為

由上式可知，共集電極放大電路的放大倍數(shù)小于1，但接近于1。從上式可看到輸出電壓與輸入電壓是同相的，大小近似相等，所以射極輸出器又稱射極跟隨器。2.輸入電阻射極輸出器的輸入電阻也可以從圖7-20所示的微變等效電路經(jīng)過計算得出，即由上式可見，射極輸出器的輸入電阻是由偏置電阻RB和電阻并聯(lián)而得的。通常RB的阻值很大(幾十千歐至幾百千歐)，同時，也比共發(fā)射極放大電路的輸入電阻rbe大得多。因此，射極輸出器的輸入電阻很高（幾十千歐至幾百千歐）。3.輸出電阻計算射極輸出器的輸出電阻時，需要將輸入信號源置零，去掉負載，然后在輸出端加一個電壓已知的電壓源，如圖7-21所示。求出已知電壓的電壓源向電路提供的電流，并求出輸出電阻。

圖7-20共集電極放大電路的微變等效電路圖7-21共集電極放大電路的輸出電阻

由上兩式可以求出射極輸出器的輸出電阻由此可知，射極輸出器的輸出電阻很小。這也能從射極輸出器的輸出電壓近似等于輸入電壓反映出，因uo僅比ui小ube，所以不論負載大小如何變化，uo都不會有太大的變化。其輸出電阻一般為幾十歐到幾百歐，比共發(fā)射極放大電路的輸出電阻低得多。7.3.3射極輸出器的特點(1)電壓放大倍數(shù)小于1，但近似等于l，所以無電壓放大作用，但仍具有電流放大作用。(2)輸出電壓與輸入電壓同相位。(3)與共發(fā)射極放大電路相比具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗。共集電極放大電路在電子電路中往往作為輸入電阻要求高的輸入級或要求帶負載能力強的輸出級，或者作為阻抗轉(zhuǎn)換和隔離的中間級。用作輸入級時，其高的輸入電阻可以減輕信號源的負擔，提高放大電路的輸入電壓；用作輸出級時，其低的輸出電阻可以減小負載變化對輸出電壓的影響，并易于與低阻負載相匹配，向負載傳送盡可能大的功率。例7-5在圖7-19（a）所示電路中，已知試計算靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。解求靜態(tài)工作點，由圖7-19（b）可知：求電壓放大倍數(shù)，由圖7-20微變等效電路可知：求輸入電阻和輸出電阻，由圖7-21可知：7.4

功率放大電路7.4.1功率放大器的特點和種類功率放大器一般由信號放大電路和功率放大電路組成。功率放大電路是輸出足夠大的功率去推動執(zhí)行元件(如繼電器、電動機、揚聲器、指示儀表等)工作。要求放大電路既要有較大的電壓輸出，同時又要有較大的電流輸出。因此，功率放大器的末級通常為功率放大電路。功率放大電路和信號放大電路從本質(zhì)上來說沒有什么區(qū)別，它們都在進行能量的交換，即輸入信號通過三極管的控制作用，把直流電源的電壓、電流和功率轉(zhuǎn)換成隨輸入信號做相應(yīng)變化的交流電壓、電流和功率。不同之處是信號放大電路要求有較高的輸出電壓，且工作在小信號狀態(tài)下；而功率放大電路要有較高的功率輸出，且工作在大信號狀態(tài)下，這就構(gòu)成了它的特殊性。1.功率放大器的特點功率放大通常位于多級放大電路的最后一級，其任務(wù)是將前級電路放大后的電壓信號再進行功率放大，以足夠大的輸出功率推動執(zhí)行元件工作，功率放大電路的輸入信號和輸出信號都較大，工作在大信號狀態(tài)，它工作的動態(tài)范圍大。這就要求：（1）輸出功率盡可能大。功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的三極管通常工作在高電壓大電流狀態(tài)，三極管的功耗也比較大。對三極管的各項性能指標必須認真選擇，且盡可能使其得到充分利用。選擇功放管時應(yīng)保留一定的余量，以保證功放管安全可靠地工作。必要時需加散熱片，以防三極過熱而燒壞。（2）非線性失真要小。因為功率放大電路是工作在大信號下，非線性失真也要比小信號的電壓放大電路嚴重得多。同一功放管輸出功率越大，則非線性失真越嚴重。（3）效率高。功率放大電路是利用三極管的電流控制作用，把電源的直流信號功率轉(zhuǎn)換成交流信號功率輸出，由于三極管有一定的內(nèi)阻，所以它會有一定的功率損耗。把負載獲得的功率PO與電源提供的功率PE之比定義為功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率，用公式表示為顯然，功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率越高越好。(4)散熱良好。由于三極管工作在接近極限參數(shù)的狀態(tài)下，所以應(yīng)具有良好的散熱條件，以避免長期工作時燒壞元器件。2.功率放大器的種類

目前常用的低頻功率放大器按照功放管所設(shè)靜態(tài)工作點的不同分為甲類、乙類、甲乙類等。甲類功放的電流導(dǎo)通角為360°，即在輸入正弦信號的整個周期內(nèi)，功放管都有集電極電流流通，如圖7-22(a)所示。當輸入信號時，電源功率全部消耗在三極管和電阻元件上，這種電路功率損耗較大，效率較低，只有30%左右，最高只能達到50%，但輸出波形失真小。靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素，要降低管耗，需減小集電極的靜態(tài)電流。乙類功放的電流導(dǎo)通角為180°，它的基極靜態(tài)偏置電流等于0，只導(dǎo)通半個周期，效率高，如圖7-22（b）所示。乙類功放的靜態(tài)工作點設(shè)置在交流負載線的截止點，三極管僅在輸入信號的半個周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高，最高可達78.5%。但是乙類功放在交流輸入信號的負半周管子處于截止狀態(tài)，使放大電路的輸出產(chǎn)生了嚴重失真。

甲乙類功放的電流導(dǎo)通角介于180°～360°之間，導(dǎo)通時間比半個周期稍大而不足整個周期，介于甲類功放和乙類功放之間，如圖7-22（c）所示，其效率接近乙類功放的效率，其失真情況和效率介于甲類功放和乙類功放之間，可以克服交越失真。圖7-22功率放大器的狀態(tài)

7.4.2乙類雙電源互補對稱功率放大電路（電路）

從上面分析可知，既要保證放大電路靜態(tài)時管耗小，又要使放大電路的輸出失真小，只能從電路的結(jié)構(gòu)上想辦法。如果采用兩個三極管配合使用，則可大大減小失真，一般采用互補對稱射極輸出電路實現(xiàn)。常用的互補電路有幾種，這里只介紹功率放大電路。1.電路的組成與工作原理乙類雙電源互補對稱功率放大電路，又稱無輸出電容的功率放大電路（OutputCapacitorLess，QCL）。如圖7-23所示，VT1為NPN型管，VT2為PNP型管，兩管參數(shù)完全對稱，稱為互補對稱管。兩管構(gòu)成的電路形式都為射極輸出器，電路工作原理分析如下：（1）靜態(tài)分析由于電路無靜態(tài)偏置通路，故兩管的靜態(tài)參數(shù)IBQ、ICQ、UEQ均為零，即兩個三極管靜態(tài)時都工作在截止區(qū)，無管耗，電路屬于乙類工作狀態(tài)。負載上無電流，輸出電壓。（2）動態(tài)分析①當輸入信號為正半周時，，三極管VT1導(dǎo)通，VT2截止，等效電路如圖7-24（a）所示。三級管VT1的射極電流經(jīng)自上而下流過負載，在上形成正半周輸出電壓。②當輸入信號為負半周時，，三極管VT2導(dǎo)通，VT1截止，等效電路如圖7-24（b）所示。三極管VT2的射極電流經(jīng)自下而上流過負載，在上形成負半周輸出電壓。如果忽略三極管的飽和壓降和開啟電壓，在負載Rf上能夠獲得與輸入信號ui變化規(guī)律相同的、幾乎完整的正弦波輸出信號uo，如圖7-24（c）所示。由于這種電路中兩個三極管交替工作，即一個“推”，一個“挽”，互相補充，故這類電路又稱互補對稱推挽電路。7-23乙類雙電源互補對稱功率放大電路（a）uj＞0時的電路

（b）uj＜0時的電路（c）輸出信號（理想狀態(tài)）

圖7-24工作原理圖2.性能指標的估算以下參數(shù)分析均以輸入信號是正弦波為前提，且忽略電路失真。（1）輸出功率Po由于在輸出端獲得的電壓和電流均為正弦信號，根據(jù)功率的定義得式中：Uom、Iom分別是負載上的電壓和電流的峰值。由該式可知，輸出電壓越大，輸出功率越高，當三極管進入臨界飽和時，輸出電壓最大，其大小為若忽略Uces，則故負載上得到的最大輸出功率是（2）直流電源提供的功率PE兩個直流電源各提供半個周期的電流，其峰值為。故每個電源提供的平均電流為因此兩個電源提供的功率為輸出最大功率時，電源提供的功率也最大（3）效率輸出功率和電源提供的功率之比稱為功率放大電路的效率。一般情況下效率為理想情況下，Uces忽略，則，得到電路的最大效率為

（4）管耗Pt直流電源提供的功率與輸出功率之差就是消耗在三極管上的功率，即由分析可知，當時，三極管總管耗最大，其值為每個三極管的最大功耗為（5）功放管的選擇功放管的極限參數(shù)有ICM、PCM和，若想得到最大輸出功率，功放管的參數(shù)應(yīng)滿足下列條件：①功放管的最大功耗應(yīng)大于單管的最大功耗，即②功放管的最大耐壓。即一只三極管飽和導(dǎo)通時，另一只三極管承受的最大反向電壓約為2VCC③功放管的最大集電極電流。3.交越失真及其消除功率放大電路的波形圖如圖7-25所示。從工作波形可以看到，在波形過零的一個小區(qū)域內(nèi)輸出波形產(chǎn)生了失真，這種失真稱為交越失真。產(chǎn)生交越失真的原因是VT1，VT2發(fā)射結(jié)靜態(tài)偏壓為零。放大電路工作在乙類狀態(tài)。當輸入信號小于三極管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時，兩個三極管都截止，在這一區(qū)域內(nèi)輸出電壓為零，使波形失真。只有當輸入信號電壓上升到超過死區(qū)電壓時，VT1管才導(dǎo)通。且下半周期尚未到零時，VT1已截止。在截止時間內(nèi)，VT2也不導(dǎo)通。同理，在輸入信號電壓的負半周也產(chǎn)生類似的情況。為了減小交越失真，在實際應(yīng)用時，靜態(tài)工作點不設(shè)在點處,而應(yīng)選在偏上一些?？梢越oVT1，VT2發(fā)射結(jié)加適當?shù)恼蚱珘?，以便產(chǎn)生一個不大的靜態(tài)偏流，使VT1，VT2導(dǎo)通時間稍微超過半個周期，即工作在甲乙類狀態(tài)，如圖7-26所示。圖中利用二極管，上的正向壓降來提供偏置電壓。靜態(tài)時三極管VT1，VT2雖然都已基本導(dǎo)通，但因它們對稱，仍為零，負載中仍無電流流過。圖7-25功率放大電路的波形圖圖7-26甲乙類功率放大電路7.4.3集成功率放大器的識別與應(yīng)用集成功率放大器有高頻功放和低頻功放之分，用在收音機、錄音機和擴音機等音頻設(shè)備中的功放是低頻功放。集成功率放大器使用時不能超過規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓，集成功率放大器要加有足夠的散熱器，保證在額定功耗下溫度不超過允許值。集成功率放大器由前置級、中間級、輸出級、偏置電路組成，其主要特點是輸出功率大、效率高；過電流、過電壓、過熱保護；體積小、成本低、外接元件少、調(diào)試簡單。1.集成功率放大器及應(yīng)用（1）集成功率放大器的組成內(nèi)部電路原理圖如圖7-27所示，它是一個三級放大電路，如點劃線所劃分。

第一級為差分放大電路，VT1和VT3，VT2和VT4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；VT5和VT6組成鏡像電流源，作為VT1和VT2的有源負載；信號從VT3和VT4管的基極輸入，從VT2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分放大電路。第二級為共射放大電路，VT7為放大管，恒流源作為有源負載，以增大放大倍數(shù)。第三級中的VT8和VT9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管VT10構(gòu)成準互補輸出級。二極管VD1和VD2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。電阻元件R7從輸出端連接到VT2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入負深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。利用瞬時極性法可以判斷出，引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容元件后再接負載。

在LM386的內(nèi)部電路圖7-27中，引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和引腳4分別為電源和地；引腳1和引腳8為電壓增益設(shè)置端，當引腳1和引腳8之間外接不同的電阻元件時，Au的調(diào)節(jié)范圍為20～200。

應(yīng)當指出，在引腳1和引腳8外接電阻元件時，因只改變交流通路，所以必須在外接電阻元件回路中串聯(lián)一個大容量電容元件，通常取。圖7-27LM386內(nèi)部電路原理圖（2）集成功率放大器的應(yīng)用電路組成功放電路的應(yīng)用電路如圖7-28所示。7引腳接去耦電容元件，5引腳輸出端所接和串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都是為防止電路自激而設(shè)置的。1、8引腳所接阻容電路可調(diào)整電路的電壓增益，通常電容元件的取值為，約為。的值愈小，增益愈大。該電路常用于收錄機及玩具等電路中。圖7-28用LM386組成OTL電路（1）音頻集成功率放大器的結(jié)構(gòu)是國際通用高保真音頻集成功率放大器，是目前使用較為廣泛的一種集成功率放大器，其外形及引腳如圖7-29所示，與其他功率放大器相比，它的引腳和外接元件都較少。7-29TDA2030A的外形和引腳

TDA2030A電路的電氣性能穩(wěn)定，并在內(nèi)部集成了過載和熱切斷保護電路，能適應(yīng)長時間連續(xù)工作，使用起來很方便，TDA2030A音頻集成功率放大器適用于收音機和有源音響中，用作音頻集成功率放大器，也可用作其他設(shè)備中的功率放大，因其內(nèi)部采用的是直接耦合，亦可以作直流放大。由于集成功放電路在工作時將會產(chǎn)生大量的熱量，因此必須為它裝上散熱片，通過散熱片的大小，可初步判斷集成功放電路的功率大小，功率越大的集成功放電路，其散熱片理應(yīng)隨之更大。（2）TDA2030A集成功率放大器的應(yīng)用電①雙電源應(yīng)用電路。雙電源應(yīng)用電路如圖7-30所示。電路工作原理：輸入信號ui由同相端輸入，R1、R2、C2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負反饋。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)

為了保持兩輸入端直流電阻平衡，選擇R3=R1，VD1、VD2起保護作用，用來泄放產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，將輸出端的最大電壓鉗位在VCC+0.7V～-VCC-0.7V。C3、C4為去耦電容元件，用于去噪。C1、C2為耦合電容元件。②單電源(OTL)應(yīng)用電路。單電源應(yīng)用電路如圖7-31所示。對僅有一組電源的中、小型錄音機的音響系統(tǒng)，可采用單電源連接方式。用阻值相同的R1、R2組成分壓電路，使K點電位為VCC/2，在靜態(tài)時，同相輸入端、反向輸入端和輸出端皆為VCC/2。其他元器件作用與雙電源電路相同。圖7-30雙電源應(yīng)用電路圖7-31單電源應(yīng)用電路3.集成功率放大器的應(yīng)用要點①集成功率放大器的正負電源端的引線較長時，一定要加去耦電容元件。容量一般為。否則極易引發(fā)低頻振蕩。輸出地與輸入地（包括反饋地）也要單獨走線，一點接地。②集成功率放大器片內(nèi)雖然有過熱保護電路，但散熱器的體積和輻射面積仍要足夠大，否則芯片過熱時，會引起保護電路頻繁起控，影響正常工作。判斷散熱器是否合適，可用溫度計測量，一般要求在大音量連續(xù)工作2h后，散熱器溫升應(yīng)不高于75

C；也可以用手試之，當手指按在散熱器上能忍受3s以上時，溫度大約在75

C以下。③將集成功率放大器作為直流放大狀態(tài)時，輸入端的接地電阻取值要小一些，一般取，否則輸入差分管的偏流可能相差過大，使輸出失調(diào)電壓過大。④電源電壓不能超過極限值，設(shè)計時應(yīng)考慮到市電電壓波動和無輸入信號時電源電壓升高這兩種情況，一般在無輸入信號時，正負電源電壓比極限值低的設(shè)計較合理。⑤安裝散熱器時，先要搞清楚集成功率放大器的散熱片與芯片電源端是否絕緣。對于非絕緣結(jié)構(gòu)的集成功率放大器，一定要墊上云母片，并涂上硅脂，否則會造成電源短路。7.5多級放大器7.5.1多級放大電路的組成

在實際的電子設(shè)備中，通常放大電路的輸入信號都很微弱，一般為幾毫伏數(shù)量級，輸入功率常常在1mW以下。但放大電路的負載卻需要較大的電壓或一定的功率才能被驅(qū)動，因此，在實際應(yīng)用中要求把幾個單級放大電路連接起來，使信號逐級放大，以滿足負載的需要。由幾