放大电路及其分析方法

放大电路及其分析方法

2.1 放大电路的基本概念

三极管具有电流放大作用，如何使用三极管构成一个电路，实现对输入信号的放大？本节就来讨论这一问题。

基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。它利用双极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出电流的特性，实现信号的放大。本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。本书中双极型半导体三极管简称三极管，场效应半导体三极管简称场效应管。

2.1.1 放大的概念

基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。放大的作用体现在如下方面：

1．放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。

2．输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大电路的结构示意图见图2-1-1。

图2-1-1 放大电路结构示意图

2.1.2 基本放大电路的组成及工作原理

一、共射组态基本放大电路的组成

共射组态基本放大电路如图2-1-2所示。在该电路中，输入信号加在加在基极和发射极之间，耦合电容器C1和Ce视为对交流信号短路。输出信号从集电极对地取出，经耦合电容器C2隔除直流量，仅将交流信号加到负载电阻RL之上。放大电路的共射组态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。

图2-1-2 共射组态交流基本放大电路

二、放大原理

在输入信号为零时，直流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电流和直流集电极电流，并在三极管的三个极间形成一定的直流电压。由于耦合电容的隔直流作用，直流电压无法到达放大电路的输入端和输出端。

当输入交流信号通过耦合电容C1和Ce加在三极管的发射结上时，发射结上的电压变成交、直流的叠加。放大电路中信号的情况比较复杂，各信号的符号规定如下：

uBE代表发射结上的交直流总电压，变量为斜体小写，下标为正体大写；ube代表交流量，变量为斜体小写，下标为正体小写；UBE代表直流量，相当平均值，将交流量的正半周填平负半周，见图3-1-3。所以

uBE=UBE+ube

由于的改变，使基极电流发生改变，从而使集电极电流变化：

iB=IB+ib ，iC=IC+ic

集电极电流变化，通过在Rc上电压降的变化造成三极管c、e间管压降的变化：

uCE=VCC-iCRc

(a) uBE波形图(b) ube波形图(c) UBE波形图

图3-1-3 三极管中的三种波形及其表示符号

由于三极管的电流放大作用，ic要比ib大几十倍，一般来说，只要电路参数设置合适，输出电压可以比输入电压高许多倍。uCE中的交流量有一部分经过耦合电容到达负载电阻，形成输出电压。完成电路的放大作用。

由此可见，放大电路中三极管集电极的直流信号不随输入信号而改变，而交流信号随输入信号发生变化。在放大过程中，集电极交流信号是叠加在直流信号上的，经过耦合电容，从输出端提取的只是交流信号。因此，在分析放大电路时，可以采用将交、直流信号分开的办法，可以分成直流通路和交流通路来分析。

放大电路的组成原则：

1．保证放大电路的核心器件三极管工作在放大状态，即有合适的偏置。也就是说发射结正偏，集电结反偏。

2．输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极，形成变化的基极电流，从而产生三极管的电流控制关系，变成集电极电流的变化。

3．输出回路的设置应该保证将三极管放大以后的电流信号转变成负载需要的电量形式（输出电压或输出电流）。

基本放大电路的静态分析

放大电路的工作状态分为交流和直流状态，分别称为“动态”和“静态”。分析电路的步骤是先静态、后动态。分析方法常用的有计算法、图解法和微变等效电路法。由于三极管的特性曲线是非线性的，不能用数学表达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路时可采用图解的方法，在放大电路的输入回路，三极管的一方，可以用三极管的输入特性曲线表示；外电路的一方，可以用基极回路直流通路方程式来描述。在放大电路的输出回路，

可以用三极管的输出特性曲线和输出侧直流通路的方程式来描述。曲线是非线性的，方程式是线性的，在坐标平面上，二者交点的坐标值就是解。由于纯粹的图解方法比较麻烦，所以工程上往往采用计算法对放大电路的静态进行求解，或用计算和图解混合的方法进行求解。

2.2.1 放大电路静态的基本概念

放大电路的静态是指交流输入信号为零时的状态，电路中只包含直流量，因此可以用放大电路的直流通路来分析。

一、静态和动态

分析放大电路时必须建立正确的静态和动态的概念。

静态—输入信号等于0时，即时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

动态—输入信号不等于0时，即时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。

分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提，没有正确的静态就不可能有正确的动态。在进行放大电路动态分析之前，必须先进行静态分析，静止工作状态正确了，动态的分析才有意义。

二、直流通路和交流通路

分析放大电路还必须要正确地区分直流通路和交流通路。

直流通路，从C、B、E向外看，即能通过直流的通路。直流通路有直流负载电阻Rc 、Rb1、Rb2和Re。

交流通路，如从C、B、E向外看，即能通过交流的电路通路。有等效的交流负载电阻Rc //RL、R b1和R b2。

直流电源和耦合电容对交流相当于短路。因为按叠加原理，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零，在交流通路中，可将大容量的耦合电容短路。（图中的耦合电容是电解电容，容量比较大，电容符号旁边的“+”号，代表该电容器极板的直流电位应高于另一极板）。

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(a) 电路图(b) 直流通路(c )交流通路

图2-2-1 基本放大电路的直流通路和交流通路

2.2.2 静态工作状态的分析

一、静态工作状态的计算分析法

静态分析是在输入信号等于零的情况下进行的，因此和放大电路的直流通路打交道。静态参数的计算方法：

在输入回路有