单管放大电路的设计

第2章单管放大电路的设计

2.1 单管放大电路方案设计

2.1.1 工作原理

晶体管放大器中广泛应用如图1.1.1 所示的电路，称之为阻容耦合共射极放大器。它采用的是分压式电流负反馈偏置电路。放大器的静态工作点Q主要由R B1、R B2、R E、R C及电源电压+V CC所决定。该电路利用电阻R B1、R B2的分压固定基极电位V BQ。如果满足条件I1>>I BQ，当温度升高时，I CQ↑→V EQ↑→V BE↓→I BQ↓→I CQ↓，结果抑制了I CQ的变化，从而获得稳定的静态工作点.

图2.1.1 阻容耦合共射极放大器

2.1.2静态工作情况：

放大器接通电源后，当所输入交流信号为零时，则放大电路中只有直流电

源作用，电路中的电压和电流都是直流量，此时的工作状态称为直流工作状态或

静态。晶体管各极电流与各极之间的电压分别用I

BQ 、I

CQ

和U

BEQ

、U

CEQ

四个直流参

数表示。它们代表着放大器的输入、输出特性曲线上的一个点，称它们为放大器

的静态工作点，用Q 表示.如图2.1.2所示。

I BE

U BEQ

CE

CE

I CQ

图2.共发射极放大器的静态工作点

图2.1.2静态工作点

2.1.3 动态工作情况：

放大电路接入输入信号u i 后的工作状态，称为动态。在动态时，放大电路是在输入电压u i 和直流电压E c 的共同作用下工作，因此，电路中既有直流分量，又有交流分量，各极的电流和各极间的电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号作相应变化的交流分量。如图2.1.3所示。

（2）

I

wt

I C

(3)

(4)

(5)

(6)

wt

U CE

图3.动态分析

图2.1.3 信号的动态变化

由图2.1.3可得到以下结论：

（a）在适当的静态工作点和输入信号幅值足够小的条件下（使晶体管工作

在特性曲线的线性区），晶体管各极的电流（I

B 、I

C

）和各极间的压（u

BE

、u

CE

）都

是由两个分量线性叠加而成的脉动量，其中一个是由直流电源E

C

引起的直流分

量，另一个是随输入信号u

i

而变化的交流分量。

（b）当输入信号u

i 是正弦波时，电路中的各交流分量都是与输入信号 u

i

同频率的正弦波，其中 u

be 、i

b

、i

c

、与 u

i

同相，而u

ce

、u

o

与u

i

反相。输出电压

与输入电压相位相反，是共发射极放大器的一个重要特性。

（c）输出电压u

o 与输入电压u

i

不但是同频率的正弦波，而且u

o

的幅度比

u i 的幅度大的多，由此说明，u

i

经过电路后被线性放大了。从图3中还可以看出，

只有输出信号的交流分量才能反映输入信号的变化。因此，放大器的放大作用，只是指输出信号的交流分量与输入信号的关系，并不包含直流分量。

2.1.4放大电路的非线性失真:

信号通过放大器后，如果输出信号的波形与输入信号的波形不完全一致，则称为波形失真。由于晶体管特性曲线的非线性所引起的波形失真称为非线性失真。产生非线性失真的原因与放大器静态工作点选择的是否合适有关。如图2.1.4a所示，由于静态工作点选择恰当，输入电压的正负半周在放大过程中得到了同等的放大。

图2.1.4a 静态工作点Q、和i B、i C、u CE的波形

如果静态工作点选择不当，而输入信号u

i

的幅度又较大，使得放大器的工作范

围超出了晶体管特性曲线的线性区，就会产生波形失真。在放大电路中常见的失真有以下四种：

1)由于输入特性曲线的非线性引起的失真；

如图2.1.4b所示，静态工作点Q选择在输入特性曲线的较低位置，而输入信号u

i

的幅度又较大，因此工作点Q在晶体管输入特性曲线上非线性显著的线

段上移动，虽然输入信号u

i 是正弦波，但i

b

却是一个正负半周不对称的失真了

的波形，如图中阴影所示，这样就导致了放大器输出信号的失真。

图5

图2.1.4b 输入特性曲线的非线性引起的失真

2)由于输出特性曲线的间隔不均匀引起的失真；

图2.1.4c是一个N P N型晶体管的输出特性曲线，由于特性曲线的间距不均匀，因此各点的β值不相等。此时，虽然i

b

是不失真的正弦波，但放大电路

的输出波形也会失真。假设I

BQ =30μA，i

b

=20sinωt （μA），因此，i

B

在50μA

到10μA之间变化，工作点在Q

1与Q

2

之间移动，从图6中可以看出，Q点到Q

1

点间的β值大于Q点到Q

2点间的β值，这样，i

b

的正负半周就得到了不同程度的

放大，结果造成了输出电压波形的失真，如图2.1.4c中阴影所示。