第6章

基本放大電路6.1基本交流電壓放大電路放大電路一般由電壓放大和功率放大兩部分組成。先由電壓放大電路將微弱信號(hào)加以放大去推動(dòng)功率放大電路，再由功率放大電路輸出足夠的功率去推動(dòng)執(zhí)行元件。電壓放大電路通常工作在小信號(hào)情況下，而功率放大電路通常工作在大信號(hào)情況下。在工業(yè)電子技術(shù)中，常用的交流放大電路是低頻放大電路，其工作頻率在20Hz～20kHz。本節(jié)討論基本交流電壓放大電路的組成及分析方法。6.1.1.1電路的組成共發(fā)射極的基本交流電壓放大電路如圖6-1所示。輸入端接交流信號(hào)源(Us、Rs串聯(lián))，輸入到放大器的電壓為，輸出端接負(fù)載電阻RL，輸出電壓為，各元件的作用如下。

6.1.1基本交流電壓放大電路的組成圖6-1基本交流電壓放大電路6.1.1基本交流電壓放大電路的組成(1)三極管V。電路的核心元件，起電流放大作用，即用較小的基極電流控制較大的集電極電流，故也稱為放大元件。(2)基極電源UBB和基極電阻RB。其作用是給晶體管的發(fā)射結(jié)提供正向電壓以及合適的基極電流IB，稱為偏置電路，RB稱為偏置電阻，一般為幾千歐至幾百千歐。(3)集電極電源UCC。一方面給三極管集電結(jié)施加反向電壓，以滿足三極管工作在放大狀態(tài)的外部條件；另一方面作為輸出信號(hào)的能源，一般為幾伏至幾十伏。6.1.1基本交流電壓放大電路的組成(4)集電極負(fù)載電阻RC。簡(jiǎn)稱集電極電阻，它的作用是將集電極電流變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化輸出，以實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)放大，其阻值一般為幾千歐到幾十千歐。(5)耦合電容C1和C2。其作用有兩個(gè)：①隔斷直流。C1隔斷信號(hào)源與放大電路之間的直流聯(lián)系；C2隔斷負(fù)載RL與放大電路間的直流聯(lián)系。C1、C2的隔直作用使得放大電路的直流工作狀態(tài)與信號(hào)源和負(fù)載RL無關(guān)。②傳輸交流。C1、C2連通了信號(hào)源、放大器、負(fù)載之間的交流通路。C1、C2的容量較大，一般為幾微法至幾十微法，常用的是極性電容，正極必須接高電位，連接時(shí)需注意極性。6.1.1基本交流電壓放大電路的組成由上面分析可知，構(gòu)成放大器時(shí)一定要滿足以下兩個(gè)條件。(1)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。這是使三極管處于放大工作狀態(tài)的最基本條件。(2)放大電路要有完善的直流通路和交流通路。完善的直流通路可為放大器設(shè)置合適的直流工作狀態(tài)，交流通路可為交流信號(hào)的輸入、輸出提供傳輸路徑。6.1.1基本交流電壓放大電路的組成6.1.1.2工作過程在電路參數(shù)保證三極管工作于放大狀態(tài)的前提下，輸入信號(hào)通過電容C1直接耦合到三極管的發(fā)射結(jié)上，從而引起基極電流變化，基極電流變化經(jīng)過三極管放大后，集電極電流便有較大的變化量，從而集電極電阻Rc上也有較大的電壓變化量。又從集電極回路(即輸出回路)可以看出，電阻Rc上的電壓與集—射極間的電壓之和恒為電壓源Ucc，所以，在集—射極之間就有一個(gè)與Rc上等大反相的電壓變化量，該變化量經(jīng)電容C2耦合輸出，在輸出端便得到放大的電壓信號(hào)。

6.1.1基本交流電壓放大電路的組成6.1.1.3簡(jiǎn)化電路圖6-1所示的共發(fā)射極基本放大電路使用了兩個(gè)電源，即基極電源UBB和集電極電源Ucc。為使電路簡(jiǎn)化，可取UBB=Ucc，這樣就可以省去一個(gè)電源UBB，再設(shè)電源負(fù)極為參考“地”電位，便得到該電路的簡(jiǎn)化電路(即習(xí)慣畫法)，如圖6-2所示。由于放大電路中既有直流分量也有交流分量，電壓和電流的符號(hào)規(guī)定如下，以便于區(qū)別。圖6-2圖6-1的簡(jiǎn)化畫法6.1.1基本交流電壓放大電路的組成(1)直流分量用大寫字母加大寫下標(biāo)表示，如IB、IC、UCE等。(2)交流分量的瞬時(shí)值用小寫字母加小寫下標(biāo)表示，如ib、ic、uce等；有效值用大寫字母加小寫下標(biāo)表示，如Ib、Ic、Uce等；而幅值是在有效值的基礎(chǔ)上加“m”下標(biāo)，如Ibm、Icm、Ucem等。(3)總電壓或總電流則用小寫字母加大寫下標(biāo)表示，如iB、iC、uCE等，其中iB=IB+ib。6.1.1基本交流電壓放大電路的組成6.1.1.4直流通路和交流通路放大電路中既有直流電源又有輸入信號(hào)，所以放大電路是一個(gè)交直流共存的非線性的復(fù)雜電路，為分析放大電路方便，常要畫出其直流通路和交流通路。1.直流通路和靜態(tài)直流通路就是放大電路的直流成分流通的路徑。放大電路在沒有輸入信號(hào)時(shí)的直流工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)分析中各電壓和電流量都是直流，因此，靜態(tài)分析要在直流通路中進(jìn)行。直流通路的畫法：電容具有“隔直通交”的作用，畫直流通路時(shí)要把放大電路中的電容視為開路；電感對(duì)直流無阻礙作用，畫直流通路時(shí)可把電感元件視為短路，如圖6-3所示。6.1.1基本交流電壓放大電路的組成2.交流通路和動(dòng)態(tài)交流通路就是放大電路中交流成分流通的路徑。放大電路中有交流信號(hào)輸入時(shí)的狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。放大電路的動(dòng)態(tài)分析要在交流通路中進(jìn)行。圖6-3放大電路的直流通路圖6-4放大電路的交流通路6.1.1基本交流電壓放大電路的組成交流通路的畫法：對(duì)于頻率不太低的交流信號(hào)，耦合電容、交流旁路電容的容抗很小，電容器可視為短路。直流電源的內(nèi)阻很小，交流成分在其上產(chǎn)生的壓降可以忽略不計(jì)，所以對(duì)交流信號(hào)，直流電源可視為短路(但要保留其內(nèi)阻)，如圖6-4所示。對(duì)于放大電路的分析一般包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況分析。前者主要是確定靜態(tài)工作點(diǎn)，后者主要是分析放大電路的性能指標(biāo)。靜態(tài)是指無交流信號(hào)輸入時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)只有直流電源UCC加在電路上，三極管各極電流和各極之間的電壓都是直流量，分別用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示，它們對(duì)應(yīng)著三極管輸入輸出特性曲線上的一個(gè)固定點(diǎn)，習(xí)慣上稱它們?yōu)殪o態(tài)工作點(diǎn)，簡(jiǎn)稱Q點(diǎn)。靜態(tài)值既然是直流，故可用放大電路的直流通路來分析計(jì)算。6.1.2靜態(tài)分析6.1.2靜態(tài)分析6.1.2.1估算法由圖6-3輸入回路(UCC→RB→B極→E極→地)可知?jiǎng)t(6-1)式中，UBE對(duì)于硅管約0.7V，鍺管約0.3V(絕對(duì)值)。由于UCC和RB選定后，IB(基極偏置電流)即為固定值，所以，如圖6-2所示基本交流電壓放大電路又稱為固定偏置式共射放大電路。一般UCC>>UBE，故UBE可以忽略。6.1.2靜態(tài)分析在忽略ICEO的情況下，根據(jù)三極管的電流分配關(guān)系可得集電極電流為

(6-2)由圖6-3的輸出回路(UCC→RC→C極→E極→地)可知

(6-3)至此，由式(6-1)、(6-2)、(6-3)就可以估算出放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。6.1.2靜態(tài)分析6.1.2.2圖解法用圖解法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的步驟如下。1.作直流負(fù)載線如圖6-5(a)所示是圖6-3直流通路的輸出回路，它由兩部分組成，左邊是非線性部分——三極管，右邊是線性部分——由直流電源UCC和電阻RC組成的外部電路。由于三極管和外部電路一起構(gòu)成輸出回路整體，因此，這個(gè)電路中的電流iC和電壓uCE既要滿足三極管的輸出特性，又要滿足外部電路的伏安特性，于是這兩條特性曲線的交點(diǎn)便可確定ICQ和UCEQ。(a)靜態(tài)集電極(b)靜態(tài)圖解分析回路圖6-5靜態(tài)集電極回路及圖解分析6.1.2靜態(tài)分析6.1.2靜態(tài)分析由圖6-5(a)可知，外部電路的伏安特性為即

(6-4)式(6-4)是斜率為的直線方程——直流負(fù)載線。取直線在橫軸uCE、縱軸iC上的截距便可作出直流負(fù)載線。即令iC=0，uCE=UCC，在橫軸上得點(diǎn)M(UCC，0)；令uCE=0，，在縱軸上得點(diǎn)N(0，)，連接MN。6.1.2靜態(tài)分析2.求靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ通常由式(6-1)估算，直流負(fù)載線MN與iB=IBQ對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，如圖6-5(b)所示。6.1.2靜態(tài)分析【例6.1】試分別用估算法和圖解法求圖6-2所示放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。已知，，，，輸出特性曲線如圖6-5(b)所示。(1)用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)，由式(6-1)、(6-2)、(6-3)得6.1.2靜態(tài)分析(2)用圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)，由式(6-4)可得直流負(fù)載線方程為當(dāng)iC=0時(shí)，uCE=UCC=20V，在橫軸上得點(diǎn)M(20V，0)；令uCE=0時(shí)，≈3mA，在縱軸上得點(diǎn)N(0，3mA)，連接MN。MN與iB=40μA對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從曲線上可查出IBQ=40μA，ICQ=1.8mA，UCEQ=7.8V，與估算法結(jié)果一致。動(dòng)態(tài)是指放大電路輸入端接入輸入信號(hào)ui后的工作狀態(tài)。此時(shí)，電路中的電壓、電流均在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上作相應(yīng)的變化，所以，動(dòng)態(tài)可以理解為是放大電路中交、直流共同作用的一種狀態(tài)。動(dòng)態(tài)分析的目的是求解放大電路各極電流、電壓的波形，并可以求出輸出電壓的幅值，從而確定放大電路的電壓放大倍數(shù)。動(dòng)態(tài)分析有兩種方法，即圖解法和微變等效電路法。一般用放大電路的交流通路來分析放大電路中各交流分量的變化規(guī)律及動(dòng)態(tài)性能。6.1.3動(dòng)態(tài)分析6.1.3動(dòng)態(tài)分析6.1.3.1圖解法分析動(dòng)態(tài)現(xiàn)以圖6-4為例分析放大電路的動(dòng)態(tài)，輸入、輸出特性曲線及靜態(tài)工作點(diǎn)Q如圖6-6所示。(a)uBE、iB的波形(b)uCE、iC的波形圖6-6有輸入信號(hào)時(shí)，放大電路的工作情況圖解6.1.3動(dòng)態(tài)分析1.根據(jù)ui的波形在輸入特性上求iB假設(shè)放大電路輸入端所加信號(hào)為，由靜態(tài)分析可求得UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ，所以有uBE=UBEQ+ube=UBEQ+ui

。根據(jù)uBE的波形，由輸入特性曲線上可以作出iB波形，在Q點(diǎn)附近，ib與ube近似線性關(guān)系，得。6.1.3動(dòng)態(tài)分析2.作輸出回路的交流負(fù)載線由疊加定理知iC=ICQ+ic，uCE=UCEQ+uce，圖6-4放大電路帶負(fù)載RL時(shí)，等效負(fù)載電阻記作，則有uo=uce=-ic

，由此可推得交流負(fù)載線方程為

(6-5)從方程可看出交流負(fù)載線是斜率的直線，表示動(dòng)態(tài)時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡；當(dāng)uce=0(即電壓過零點(diǎn))時(shí)，上式中iC=ICQ(靜態(tài)值)，此時(shí)集電極電流ic過零點(diǎn)。因此，交流負(fù)載線是斜率，且過靜態(tài)工作點(diǎn)Q的一條直線。6.1.3動(dòng)態(tài)分析交流負(fù)載線的畫法：在三極管輸出特性中，在橫坐標(biāo)上截取任意值x，在縱坐標(biāo)上截取，將兩點(diǎn)連線，得斜率為-的直線，過Q點(diǎn)作該直線的平行線即為交流負(fù)載線，如圖6-7所示。圖6-7交流負(fù)載線畫法6.1.3動(dòng)態(tài)分析3.動(dòng)態(tài)波形分析在輸出特性曲線平面上，根據(jù)iB波形，沿著交流負(fù)載線，確定iC的波形，并作出uCE波形。

從圖解分析可知：(1)由于C2的隔直作用，輸出電壓uo等于uCE的交流分量。(2)從圖上可以計(jì)算電壓放大倍數(shù)(顯然不夠精確)，它等于輸出正弦電壓的幅值與輸入正弦電壓的幅值之比。6.1.3動(dòng)態(tài)分析4.靜態(tài)工作點(diǎn)與波形失真的關(guān)系波形失真是指輸出波形不能很好地重現(xiàn)輸入波形的形狀，即輸出波形相對(duì)于輸入波形發(fā)生了變形。對(duì)一個(gè)放大電路來說，要求輸出波形的失真盡可能小。但是，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)位置選擇不當(dāng)時(shí)，將有可能出現(xiàn)失真。在圖6-6中，設(shè)正常情況下靜態(tài)工作點(diǎn)位于Q點(diǎn)，則可以得到正常的iC和uCE波形。如果靜態(tài)工作點(diǎn)的位置定得太低或太高，這都將有可能使輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真，如圖6-8所示。當(dāng)Q點(diǎn)位置選得太低，工作點(diǎn)易進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓下半周被平頂，產(chǎn)生截止失真，如圖6-8(a)所示；當(dāng)Q點(diǎn)位置選得太高，工作點(diǎn)易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出電壓上半周被平頂，產(chǎn)生飽和失真，如圖6-8(b)所示。圖6-8非線性失真6.1.3動(dòng)態(tài)分析6.1.3動(dòng)態(tài)分析飽和失真和截止失真都是由于三極管工作在特性曲線的非線性區(qū)域所引起的，因此把這兩種失真稱作非線性失真。如果放大電路是用PNP三極管組成的共發(fā)射極放大電路，其失真波形正好與NPN型的相反。截止失真時(shí)，uCE是下半周失真；飽和失真時(shí)，uCE是上半周失真。為了獲得放大電路的最大不失真輸出電壓，一般需要調(diào)整電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過低，出現(xiàn)截止失真時(shí)，應(yīng)減小Rb，使IBQ增加，從而使靜態(tài)工作點(diǎn)Q上移；當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置過高，出現(xiàn)飽和失真時(shí)，應(yīng)增大Rb，使IBQ減小，從而使靜態(tài)工作點(diǎn)Q下移。6.1.3動(dòng)態(tài)分析6.1.3.2微變等效電路法1.三極管的微變等效電路我們采用微變等效電路法的思想是：當(dāng)信號(hào)變化的范圍很小(微變)時(shí)，可以認(rèn)為三極管電壓、電流變化量之間的關(guān)系是線性的。這樣就可以把含三極管的非線性電路轉(zhuǎn)換為我們熟悉的線性電路，就可以利用電路分析的各種方法來求解了。圖6-9晶體三極管的特性曲線6.1.3動(dòng)態(tài)分析如圖6-9(a)是三極管的輸入特性曲線，它是非線性的。但是，在輸入信號(hào)很小的情況下，可將靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的工作段認(rèn)為是直線，即iB和uBE成正比關(guān)系，把uBE與iB之比稱為三極管的輸入電阻，用rbe表示。在小信號(hào)下，微變量可用交流來代替，即△iB=ib，uBE=ube，故有對(duì)于小功率管，rbe可用下式估算

(6-6)6.1.3動(dòng)態(tài)分析如圖6-9(b)所示是三極管的輸出特性曲線，在Q點(diǎn)附近，特性曲線近似認(rèn)為一組與橫坐標(biāo)平行的直線，且它們的間隔大致相等。這說明β近似為一常數(shù)，iC僅取決于iB，與uCE幾乎無關(guān)，即iC=β

iB，三極管的輸出回路可用一個(gè)受控的電流源代替。因此，三極管的微變等效電路如圖6-10所示。圖6-10三極管的微變等效電路6.1.3動(dòng)態(tài)分析2.共射放大電路的微變等效電路放大電路的微變等效電路就是用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三極管，因此圖6-4的微變等效電路如圖6-11所示。圖6-11共射基本電壓放大電路的微變等效電路6.1.3動(dòng)態(tài)分析3.共射放大電路的動(dòng)態(tài)性能分析用微變等效電路法分析放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻等性能指標(biāo)，其步驟為：首先畫出直流通路，進(jìn)行靜態(tài)分析，求Q點(diǎn)；然后畫出交流通路，將其中的三極管用微變等效模型代替，得到微變等效電路；再借助電路分析方法求解微變等效電路中電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出。(1)電壓放大倍數(shù)的計(jì)算。電壓放大倍數(shù)的定義為輸出電壓與輸入電壓之比，是放大電路的基本性能指標(biāo)，即

(6-7)6.1.3動(dòng)態(tài)分析式中，負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反。共發(fā)射極電壓放大倍數(shù)通常為幾十到幾百。如果放大電路不帶負(fù)載，則電壓放大倍數(shù)為

(6-8)由于，其值比小，所以不接負(fù)載時(shí)放大倍數(shù)較大，接上負(fù)載時(shí)放大倍數(shù)會(huì)下降。6.1.3動(dòng)態(tài)分析(2)放大電路的輸入電阻Ri。如圖6-12所示，對(duì)于信號(hào)源(或前級(jí)放大電路)來說，放大電路相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載電阻，這個(gè)電阻就是放大電路的輸入電阻，放大電路的輸入電阻Ri是從放大器的輸入端向右看進(jìn)去的等效電阻，定義為

(6-9)圖6-12放大電路的等效電路6.1.3動(dòng)態(tài)分析由圖6-11可知

(6-10)在共射極放大電路中，通常，因此有。6.1.3動(dòng)態(tài)分析(3)輸出電阻Ro。對(duì)于負(fù)載(或后極放大電路)，放大電路相當(dāng)于一個(gè)具有內(nèi)阻Ro的信號(hào)源。Ro稱為放大電路的輸出電阻，它是指從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻，如圖6-12所示，定義為

(6-11)由圖6-11可知

(6-12)6.1.3動(dòng)態(tài)分析(4)輸入輸出電阻的大小對(duì)放大電路性能的影響。通常情況下要求放大電路的輸入電阻要大，輸出電阻要小。這是因?yàn)檩斎腚娮柙酱?，放大電路?duì)信號(hào)源(或前極放大電路)索取的電流越小，即放大電路對(duì)信號(hào)源(或后極放大電路)的影響越小。輸出電阻要求小的原因是，當(dāng)負(fù)載電阻改變時(shí)，使輸出電壓變化小，即帶負(fù)載能力越強(qiáng)。所以輸入、輸出電阻是衡量放大電路性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。6.1.3動(dòng)態(tài)分析【例6.2】

如圖6-13所示電路，已知，，，，。試求：(1)RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)；(2)輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；(3)輸出端開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。圖6-13固定偏置電路6.1.3動(dòng)態(tài)分析解：先求靜態(tài)工作點(diǎn)

μA再求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻k(1)RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)為6.1.3動(dòng)態(tài)分析RL斷開時(shí)的電壓放大倍數(shù)為(2)輸入電阻Ri為k輸出電阻Ro為k(3)輸出開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)為6.2分壓偏置式放大電路基本共射放大電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，調(diào)整方便，只要改變RB的大小，就可以獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。但最大的缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差，一般只能用在要求不高的場(chǎng)合。三極管的參數(shù)受溫度影響很大。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，三極管的UBE會(huì)有所降低，而β、ICBO、和ICEO均有所增大，致使三極管的集電極電流IC升高，工作點(diǎn)上移，嚴(yán)重時(shí)，將使三極管進(jìn)入飽和區(qū)而失去放大能力。本節(jié)介紹一種能夠自行穩(wěn)定工作點(diǎn)的電路——分壓偏置式放大電路，如圖6-14所示。圖6-14分壓偏置式放大電路6.2分壓偏置式放大電路1.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)原理(1)、組成分壓器，用來向三極管基極提供固定的靜態(tài)電壓。如圖6-15所示，合理選擇、阻值，使。則可忽略，認(rèn)為基極支路被斷開，于是由分壓關(guān)系得到可見，只要滿足，即就基本固定，不受三極管參數(shù)和溫度變化的影響。6.2分壓偏置式放大電路圖6-15直流通路6.2分壓偏置式放大電路(2)串入發(fā)射極電路，目的是產(chǎn)生一個(gè)正比于的靜態(tài)發(fā)射極電壓，并由它調(diào)控，實(shí)現(xiàn)

基本不變。穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程，可用以下流程表示：溫度下降時(shí)其變化過程正好相反。從上述過程可以看出，越大，則在其上產(chǎn)生的壓降越大，對(duì)變化的抑制能力越強(qiáng)，電路的穩(wěn)定性能越好。但不宜過大，一般為幾百到幾千歐姆。6.2分壓偏置式放大電路電路中、越大于，越大于，穩(wěn)定工作點(diǎn)的效果越好，但為了兼顧其他指標(biāo)，工程應(yīng)用時(shí)一般可選?。?，。分壓式偏置電路，因其良好的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定效果而被普遍采用。另外，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)還可以利用非線性元件，如熱敏電阻、半導(dǎo)體二極管等的參數(shù)隨溫度而變化的特點(diǎn)，把它接入放大器的偏置電路中，以補(bǔ)償三極管參數(shù)隨溫度而發(fā)生的變化，達(dá)到穩(wěn)定工作點(diǎn)的目的，詳細(xì)可參考有關(guān)教材。6.2分壓偏置式放大電路2.靜態(tài)分析計(jì)算分壓偏置式放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)從計(jì)算B點(diǎn)電位入手，由圖6-15可知

(6-13)

(6-14)

(6-15)(6-16)要注意的是，求時(shí)，一般不能忽略。6.2分壓偏置式放大電路3.動(dòng)態(tài)分析上述放大電路的微變等效電路如圖6-16所示，放大電路的指標(biāo)可按下式計(jì)算(6-17)其中

(6-18)(6-19)可見，這種放大電路的、Ri、Ro與基本共射放大電路相同，但溫度穩(wěn)定性已得到很大提高。6.2分壓偏置式放大電路圖6-16分壓偏置放大電路的微變等效電路【例6.3】如圖6-14所示電路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，β=50。求：(1)靜態(tài)工作點(diǎn)；(2)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：(1)用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)6.2分壓偏置式放大電路(2)求電壓放大倍數(shù)6.2分壓偏置式放大電路6.3阻容耦合放大電路單極放大電路的放大倍數(shù)一般只有幾十倍，而應(yīng)用中，為了推動(dòng)負(fù)載工作，常需要把一個(gè)微弱的信號(hào)放大到幾千倍，甚至幾萬倍以上，使輸出信號(hào)具有足夠的電壓幅值或足夠的功率。所以，實(shí)際的放大器往往是多級(jí)放大器。其中前面幾級(jí)成為前置級(jí)，主要用作電壓放大，以將輸入的微弱電壓放大到足夠的幅值，然后推動(dòng)功率放大器(末級(jí)及末前級(jí))工作，以輸出負(fù)載所需的功率。多極放大電路級(jí)與級(jí)之間的連接，稱為耦合，常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合。無論哪種耦合電路，對(duì)其基本要求是：1)信號(hào)可在各級(jí)間有效的傳遞，并能保持波形不失真；2)信號(hào)在耦合電路上的損失要盡可能小；3)級(jí)間耦合電路對(duì)前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)無影響。在多級(jí)放大電路的前置放大級(jí)中，一般采用阻容耦合方式，在功率輸出級(jí)中，一般采用變壓器耦合方式，而在直流(或極低頻放大)器中，常采用直接耦合方式。本節(jié)主要討論阻容耦合方式。如圖6-17所示是兩級(jí)阻容耦合放大電路，兩級(jí)之間通過電容C2及第二級(jí)的輸入電阻ri2連接。阻容耦合方式的優(yōu)點(diǎn)是：由于耦合電容的“隔直”作用，使得放大電路級(jí)間無直流聯(lián)系，這樣各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，給分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)帶來很大方便；另一方面，若耦合電容選得足夠大，就可以將一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)幾乎無衰減地加到后一級(jí)的輸入端上去，使得信號(hào)得以充分利用。6.3阻容耦合放大電路圖6-17兩級(jí)阻容耦合放大電路6.3阻容耦合放大電路阻容耦合方式也有它的局限性：不適合傳送緩慢變化的信號(hào)，否則會(huì)有很大的衰減；對(duì)于輸入信號(hào)的直流分量，根本不能傳送到下級(jí)；另外，由于集成電路中不易制造大容量的電容，因此，阻容耦合方式在線性集成電路中幾乎無法采用。阻容耦合多極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)是獨(dú)立的，因此，分析方法可用基本放大電路的靜態(tài)分析方法獨(dú)自進(jìn)行。實(shí)際應(yīng)用中，多極放大器的分析主要是指電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，除功率放大電路外，其他部分都可用簡(jiǎn)化微變等效電路來進(jìn)行分析、計(jì)算。6.3阻容耦合放大電路多級(jí)放大電路不論采用何種耦合方式或何種組態(tài)電路，從交流參數(shù)來看：前級(jí)的輸出信號(hào)(如uo1)為后級(jí)的輸入信號(hào)(如ui2)，而后級(jí)的輸入電阻(如ri2)為前級(jí)的負(fù)載(如ro1)。如圖6-18所示，第一級(jí)的電壓放大倍數(shù)為

(6-20)6.3.1多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)圖6-18兩級(jí)阻容耦合放大電路的微變等效電路6.3.1多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)第二級(jí)的電壓放大倍數(shù)為

(6-21)總的電壓放大倍數(shù)為

(6-22)推廣到級(jí)放大電路，總的電壓放大倍數(shù)為

(6-23)由此可見，多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的連乘積。在計(jì)算每一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，要把后一級(jí)的輸入電阻視為它的負(fù)載電阻。例如，對(duì)第一級(jí)來說，有6.3.1多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)

(6-24)其中，，即為RC1、R21、R22和rbe24個(gè)電阻并聯(lián)。對(duì)第二級(jí)來說，有

(6-25)其中，，所以

(6-26)6.3.1多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)設(shè)共發(fā)射極放大電路每級(jí)相移為π，則n級(jí)放大電路的總相移為nπ。因此，對(duì)于奇數(shù)級(jí)總移相為π，即輸出電壓與輸入電壓反相；對(duì)于偶數(shù)級(jí)總相移為零，即輸出電壓與輸入電壓同相。這樣總的電壓放大倍數(shù)表示式可寫成

(6-27)6.3.2多級(jí)放大電路的輸入電阻和輸出電阻由圖6-18兩級(jí)阻容耦合放大電路的微變等效電路可得

(6-28)即多級(jí)放大電路的輸入電阻即為第一級(jí)的輸入電阻。同理多級(jí)放大電路的輸出電阻即為從最后一級(jí)看進(jìn)去的輸出電阻。(6-29)6.3.3頻率特性6.3.3.1基本概念在實(shí)際放大電路中總會(huì)存在著電容(包括三極管極間電容)、電感等電抗元件。因此，放大電路輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系，必然與輸入信號(hào)頻率有關(guān)。所謂頻率響應(yīng)是指在輸入正弦波信號(hào)的情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。如果輸入信號(hào)頻率在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，放大電路的輸出仍保持不變，則該放大電路的頻率響應(yīng)很好。6.3.3頻率特性如果一個(gè)放大電路對(duì)不同頻率成分的輸入信號(hào)的放大倍數(shù)不一樣，那么，經(jīng)放大后的信號(hào)將會(huì)失真，這種失真稱為幅頻失真。如果一個(gè)放大電路對(duì)不同頻率成分的輸入信號(hào)的相位移不一樣，輸出信號(hào)也會(huì)失真，這種失真稱為相頻失真。幅頻失真和相頻失真統(tǒng)稱為頻率失真。6.3.3頻率特性6.3.3.2單級(jí)共射放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射放大電路的幅頻特性曲線如圖6-19所示。

由圖可知，在中頻區(qū)，放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率無關(guān)；在低頻區(qū)，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數(shù)隨頻率的下降而明顯減??；在高頻區(qū)，晶體管的結(jié)電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，會(huì)使電壓放大倍隨頻率的升高而明顯下降。圖6-19單級(jí)共射放大電路的幅頻特性6.3.3頻率特性除了電壓放大倍數(shù)會(huì)隨頻率而改變外，在低頻和高頻段，輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的相位移也要隨頻率而改變，所以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)和相位移都將是頻率的函數(shù)。電壓放大倍數(shù)與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為幅頻特性，相位移與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為相頻特性，二者統(tǒng)稱為頻率特性或頻率響應(yīng)。放大電路呈現(xiàn)帶通特性。為了衡量放大電路頻率響應(yīng)特性的好壞，規(guī)定Aum下降到0.707Aum時(shí)所確定的兩個(gè)頻率fH和fL分別稱為上限頻率和下限頻率。在fH與fL之間的頻率范圍(中頻區(qū))通常又稱為放大電路的通頻帶或帶寬，即(6-30)6.3.3頻率特性由于一般有，故

(6-31)不同用途的放大電路，對(duì)其通頻帶的要求也不盡相同。6.3.3頻率特性6.3.3.3多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率特性是將各級(jí)頻率特性相疊加而成，即總的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。從單級(jí)放大電路的幅頻特性曲線可知，中頻區(qū)放大倍數(shù)相乘，其值較大，而在和處相乘，其值較小，顯然上限頻率比單級(jí)低了，而下限頻率又比單級(jí)高了，即通頻帶變窄了。所以，多級(jí)放大電路的通頻帶總是比單級(jí)的通頻帶要窄。6.4放大電路中的反饋在電子電路中，反饋現(xiàn)象是普遍存在的，或以顯露或以隱含的方式出現(xiàn)。放大電路中引入反饋后，稱為反饋放大電路，或閉環(huán)電路。反饋有正負(fù)之分，在放大電路的設(shè)計(jì)中，主要引入負(fù)反饋以改善放大電路的性能，如在分壓偏置電路中，利用負(fù)反饋的原理以穩(wěn)定放大電路的工作點(diǎn)。此外，還可增加增益的恒定性，減少非線性失真、抑制噪聲、擴(kuò)展頻帶以及控制輸入、輸出阻抗等。所有這些性能的改善是以犧牲放大電路的增益為代價(jià)的。至于正反饋，在放大電路中一般比較少用，但在某些振蕩電路中，則要有意地引入正反饋以構(gòu)成自激振蕩的條件。本節(jié)從反饋的概念和分類入手，抽象出反饋放大電路的方框圖，推導(dǎo)出基本方程式，為討論反饋效果和分析放大電路的技術(shù)指標(biāo)打下基礎(chǔ)。反饋就是將放大電路輸出信號(hào)(電壓或電流)的一部分或全部，通過某種電路(反饋電路)送回到輸入回路，從而影響輸入信號(hào)的過程。要識(shí)別一個(gè)電路是否存在反饋，只要分析放大電路輸出回路與輸入回路之間是否存在聯(lián)系作用的反饋網(wǎng)絡(luò)。在討論工作點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)，我們已經(jīng)用到了反饋的概念，如圖6-14所示的射極電阻RE就是起反饋?zhàn)饔玫?。例如，?dāng)溫度升高而使電流IC增加時(shí)，增加的電流通過RE反送到輸入回路，利用RE上的電壓降的增大迫使IB、IC下降，維持工作點(diǎn)穩(wěn)定。這一調(diào)整過程稱為反饋過程，可表示如下：6.4.1反饋的基本概念6.4.1反饋的基本概念由此可見，在RE阻值一定的情況下，反饋電流IE越大，則放大器的工作點(diǎn)越穩(wěn)定。因此，這種電路反饋的強(qiáng)弱取決于電流IE的大小。

反饋放大器可抽象成如圖6-20所示，由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。其中的基本放大電路可以是單級(jí)也可以是多級(jí)，反饋網(wǎng)絡(luò)是聯(lián)系輸出回路與輸入回路的環(huán)節(jié)，多數(shù)由電阻和電容構(gòu)成。分別表示放大電路的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和反饋信號(hào)，它們可以是電壓也可以是電流。為放大電路的凈輸入信號(hào)，是和疊加的結(jié)果，表示比較環(huán)節(jié)，箭頭表示信號(hào)傳遞方向。由方框圖可得出一組反饋電路的基本關(guān)系式。6.4.1反饋的基本概念開環(huán)放大倍數(shù)

(6-32)反饋系數(shù)

(6-33)若為負(fù)反饋，則有，負(fù)反饋放大電路閉環(huán)增益(放大倍數(shù))方程為圖6-20反饋放大電路原理圖6.4.1反饋的基本概念

(6-34)假設(shè)信號(hào)頻率都處在中頻段，且反饋網(wǎng)絡(luò)中沒有電抗原件，負(fù)反饋放大電路閉環(huán)增益方程為

(6-35)上式中，稱為反饋深度，當(dāng)>>1時(shí)，稱為深度負(fù)反饋。此時(shí)有

(6-36)由式(6-35)可以看出，放大電路引入負(fù)反饋后，其閉環(huán)增益減小了。6.4.2.1反饋的類型1.正反饋和負(fù)反饋根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)作用的不同，反饋可分為正反饋和負(fù)反饋兩大類型。反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)的叫做正反饋，這種反饋一般用于振蕩電路中；反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)的叫做負(fù)反饋，負(fù)反饋廣泛用于一般放大電路中。判斷一個(gè)反饋是正反饋還是負(fù)反饋，常用“電壓瞬時(shí)極性法”判別。即先假定輸入信號(hào)的極性(相對(duì)地)，根據(jù)放大電路各點(diǎn)的相位關(guān)系，逐級(jí)判斷放大電路各點(diǎn)上該瞬時(shí)電壓極性，用符號(hào)和表示。由反饋量在輸入端聯(lián)接方式，看反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的影響是增強(qiáng)還是削弱來判斷反饋極性。6.4.2反饋的類型和判別方法6.4.2反饋的類型和判別方法晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及集成運(yùn)算放大器的瞬時(shí)極性如圖6-21所示。晶體管的基極(或柵極)和發(fā)射極(或源極)瞬時(shí)極性相同，而與集電極(或漏極)瞬時(shí)極性相反。集成運(yùn)算放大器的同相輸入端與輸出端瞬時(shí)極性相同，而反相輸入端與輸出端瞬時(shí)極性相反。圖6-21晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及集成運(yùn)算放大器的瞬時(shí)極性6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.4】判斷如圖6-22所示電路的反饋極性。圖6-22例6.4圖6.4.2反饋的類型和判別方法(1)設(shè)基極輸入信號(hào)ui的瞬時(shí)極性為正，則發(fā)射極反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性亦為正，發(fā)射結(jié)上實(shí)際得到的信號(hào)ube(凈輸入信號(hào))與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。(2)設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為負(fù)，經(jīng)RF返送回同相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為負(fù)，凈輸入信號(hào)ud與沒有反饋時(shí)相比增大了，即反饋信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)的作用，故可確定為正反饋。(3)設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)ud與沒有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.5】判斷如圖6-23所示電路的反饋極性。判斷瞬時(shí)極性的過程如圖6-22中所標(biāo)。ui經(jīng)兩級(jí)放大后再經(jīng)反饋支路Rf回送到輸入回路，產(chǎn)生反饋電壓ue1。由圖可見，ui和ue1同相，則凈輸入電壓ube1=ui－ue1，使凈輸入電壓減小，因此是負(fù)反饋。圖6-23例6.5圖6.4.2反饋的類型和判別方法綜上所述，可以歸納為如下簡(jiǎn)易判別方法：如果兩個(gè)信號(hào)(輸入信號(hào)與反饋信號(hào))加到輸入級(jí)的同一個(gè)電極上(如基極上)，則兩者極性相反者為負(fù)反饋，相同者為正反饋；如果兩個(gè)信號(hào)加到輸入級(jí)的兩個(gè)不同的電極上，則兩者極性相同者為負(fù)反饋，相反者為正反饋。

2.直流反饋和交流反饋放大電路是交、直流并存的電路，那么，如果反饋回來的信號(hào)是直流成分，稱為直流反饋；如果反饋回來的信號(hào)是交流成分，則稱為交流反饋。直流負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，交流負(fù)反饋的作用是改善放大電路的性能。6.4.2反饋的類型和判別方法3.電壓反饋和電流反饋如圖6-24所示，根據(jù)反饋信號(hào)從輸出端取樣方式來分類，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號(hào)取自輸出電壓，即反饋信號(hào)與輸出電壓成正比，稱為電壓反饋，如圖6-24(a)所示；如果反饋信號(hào)取自輸出電流，即反饋信號(hào)與輸出電流成正比，則稱為電流反饋，如圖6-24(b)所示。圖6-24輸出回路的取樣方式6.4.2反饋的類型和判別方法放大電路中引入的電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，電流負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電流。判斷是電壓反饋還是電流反饋，一般可以將輸出端交流短路，此時(shí)如果反饋信號(hào)不存在，則為電壓反饋，否則為電流反饋。4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋如圖6-25所示，根據(jù)反饋信號(hào)與外加輸入信號(hào)在放大電路輸入端的比較方式，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中以電壓的形式相疊加(即反饋信號(hào)和輸入信號(hào)串聯(lián))，則稱為串聯(lián)反饋，如圖6-25(a)所示；若反饋信號(hào)于輸入信號(hào)在輸入回路中以電流的形式相疊加(即反饋信號(hào)和輸入信號(hào)并聯(lián))，則稱為并聯(lián)反饋，如圖6-25(b)所示。6.4.2反饋的類型和判別方法判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋也可以用輸入短路法進(jìn)行判別，具體做法是：將輸入端口短接，若反饋信號(hào)被旁路掉，則可確定為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋。

此外，判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋還可以用反饋點(diǎn)接地法進(jìn)行判別，具體做法是：將反饋點(diǎn)接地，如果輸入信號(hào)加不到放大電路的輸入端，則可確定為并聯(lián)反饋，否則為串聯(lián)反饋。圖6-25輸入回路比較方式6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.6】試判斷如圖6-26所示電路是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋？圖6-26例6.6圖6.4.2反饋的類型和判別方法如圖6-26所示電路中，，即反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是串聯(lián)關(guān)系，因此是串聯(lián)反饋。如果從電路結(jié)構(gòu)上來判斷，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)加在放大器的不同輸入端上，也可判斷為串聯(lián)反饋。如果將反饋點(diǎn)接地，則R1被短接，輸入信號(hào)ui仍能加到放大電路上，也可判斷為串聯(lián)反饋。6.4.2.2負(fù)反饋放大電路的類型由以上分析可以知，負(fù)反饋放大器有4種類型，即電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋，如圖6-27所示。圖6-27負(fù)反饋放大電路的四種類型6.4.2反饋的類型和判別方法6.4.2反饋的類型和判別方法6.4.2.3負(fù)反饋放大電路類型的判別負(fù)反饋放大電路類型的判別即判別是交流反饋還是直流反饋；若為交流反饋，還要判別是正反饋還是負(fù)反饋；若為負(fù)反饋，還要判斷是哪種類型。因此，反饋放大電路反饋類型判別步驟可歸納如下。(1)判別有無反饋：即輸出與輸入有無聯(lián)系元件——反饋網(wǎng)；(2)判別反饋極性：用瞬時(shí)極性法(或前面總結(jié)的簡(jiǎn)易判別方法)判別；(3)判別是串聯(lián)還是并聯(lián)反饋：用輸入短路法(或反饋點(diǎn)接地法)；(4)判別是電壓反饋還是電流反饋：輸出假想短路法。6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.7】判斷如圖6-28所示電路的反饋類型。要確定一個(gè)放大器中有沒有反饋，就要觀察有沒有能把輸出端和輸入端連接起來的網(wǎng)絡(luò)。在本電路中，電阻R4和Rf能把輸出端交流信號(hào)返回到輸入端，故本電路中存在交流信號(hào)的反饋。C4是隔直電容，對(duì)交流可看作短路。放大電路(b)反饋網(wǎng)圖6-28例6.7圖6.4.2反饋的類型和判別方法用瞬時(shí)極性法判斷反饋性質(zhì)如圖6-28所示，反饋信號(hào)在輸入端的作用為ube1=ui-uf

，可見是負(fù)反饋。將負(fù)載RL假想短路，Rf右端接地，就不能把輸出信號(hào)反饋到輸入端去，所以反饋?zhàn)饔孟В时倦娐肥请妷悍答?；將放大器輸入端假想短?ui=0)，R4從uo分到的電壓仍能對(duì)放大器輸入端產(chǎn)生作用，即反饋不消失，所以是串聯(lián)反饋。R4上的電壓是反饋電壓uf

，三極管V1的BE結(jié)上的電壓ube是基本放大器輸入電壓。從上述分析過程可知，整個(gè)電路的反饋是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.8】判斷圖6-29所示電路的反饋類型。圖6-29例6.8圖6.4.2反饋的類型和判別方法圖中電阻R3和R5能把輸出端交流信號(hào)返回到輸入端，故本電路中存在交流信號(hào)的反饋。用瞬時(shí)極性法判斷反饋的極性如圖6-29(a)所示，反饋信號(hào)在輸入回路的作用為，故為負(fù)反饋。輸出端假想短路，輸出電流仍然流動(dòng)，經(jīng)R3和R5分流后，R3上的電流對(duì)放大器輸入端產(chǎn)生作用，故是電流反饋；將輸入端假想短路，R3左端接地，反饋?zhàn)饔孟?，故是并?lián)反饋。綜上分析可知，該放大電路中的反饋為電流并聯(lián)負(fù)反饋。6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.9】判斷圖6-30所示電路的反饋類型。圖6-30例6.9圖6.4.2反饋的類型和判別方法圖中電阻Re1能把輸出端交流信號(hào)返回到輸入端，故本電路中存在交流信號(hào)的反饋。用瞬時(shí)極性法判斷反饋性質(zhì)如圖6-30所示，反饋信號(hào)在輸入端的作用為ube=ui－uf

，是負(fù)反饋。輸出端假想短路，反饋電壓uf仍然存在，故是電流反饋。將輸入端對(duì)地假想短路，反饋信號(hào)uf仍存在，故是串聯(lián)反饋。綜上分析可知，該放大電路中的反饋為電流串聯(lián)負(fù)反饋。6.4.2反饋的類型和判別方法【例6.10】如圖6-31所示電路是用集成運(yùn)放組成的放大器，判斷其反饋類型。圖6-31例6.10圖6.4.2反饋的類型和判別方法圖中輸出與輸入有電流的聯(lián)系，且為交流反饋。用瞬時(shí)極性法判斷反饋極性，過程如圖6-31所示，if為反饋電流，在輸入回路的作用形式為，故為負(fù)反饋。將負(fù)載RL假想短路，輸出電流io仍然流動(dòng)，經(jīng)R3、R4對(duì)放大器輸入端產(chǎn)生作用，故是電流反饋。集成運(yùn)放反相輸入端假想接地，R3的上端接地，反饋消失，故是并聯(lián)反饋。綜上分析可知，該放大電路中的反饋為電流并聯(lián)負(fù)反饋。6.4.3.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性由于多種原因，例如，環(huán)境溫度的變化、參數(shù)改變、電源電壓波動(dòng)器件的老化和更換以及負(fù)載的變化等，都能致使電路元件參數(shù)和放大器件的特性參數(shù)發(fā)生變化，因而導(dǎo)致放大電路增益的改變。引入負(fù)反饋后，像在前面分析四種類型的負(fù)反饋電路那樣，當(dāng)輸入信號(hào)一定時(shí)，電壓負(fù)反饋能使輸出電壓基本維持恒定，電流負(fù)反饋能使輸出電流基本維持恒定，總的來說，就是能維持增益恒定。從式(6-36)可以看出深度負(fù)反饋時(shí)的閉環(huán)放大倍數(shù)僅取決于反饋系數(shù)F，而與開環(huán)放大倍數(shù)A無關(guān)。通常反饋網(wǎng)絡(luò)僅由電阻構(gòu)成，反饋系數(shù)F十分穩(wěn)定，所以，引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)必然是相當(dāng)穩(wěn)定的。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響在一般情況下，為了從數(shù)量上表示增益的恒定程度，常用有、無反饋兩種情況下增益相對(duì)變化之比來評(píng)定。對(duì)式(6-35)中Af求導(dǎo)數(shù)得

(6-37)上式表明，引入負(fù)反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化率為開環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)變化率的，因1+AF>1，所以閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性優(yōu)于開環(huán)放大倍數(shù)。例如，當(dāng)1＋AF=10(通常是容易滿足這一條件的)時(shí)，那么引入負(fù)反饋后，Af的相對(duì)變化只有A的相對(duì)變化的1/10。假若由于某種原因，在未加反饋時(shí)增益變化了5％，那么，一旦引入負(fù)反饋，閉環(huán)增益的變化就減小到0.5％。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響6.4.3.2減小非線性失真由于放大電路中存在著三極管等非線性器件，所以，即使輸入的是正弦波，輸出也不一定是正弦波，產(chǎn)生了波形失真，如圖6-32(a)所示。輸入的正弦波在輸出端輸出時(shí)，變成了正半周幅度大、負(fù)半周幅度小的失真波形。(a)無反饋(b)有反饋圖6-32負(fù)反饋減小非線性失真6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響引入負(fù)反饋后，輸出端的失真波形反饋到輸入端，與輸入信號(hào)相減，使凈輸入信號(hào)幅度成為正半周小、負(fù)半周大的波形。這個(gè)波形被放大輸出后，正負(fù)半周幅度的不對(duì)稱程度減小，非線性失真得到減小，如圖6-32(b)所示。注意，負(fù)反饋只能減小放大器自身的非線性失真，對(duì)輸入信號(hào)本身的失真，負(fù)反饋放大器無法克服。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響6.4.3.3展寬頻帶在放大器的低頻端，由于耦合電容阻抗增大等原因，使放大器放大倍數(shù)下降；在高頻端，由于分布電容、三極管極間電容的容抗減小等原因，使放大器放大倍數(shù)下降。引入負(fù)反饋以后，當(dāng)高、低頻端的放大倍數(shù)下降時(shí)，反饋信號(hào)跟著減小，對(duì)輸入信號(hào)的削弱作用減弱，使放大倍數(shù)的下降變得緩慢，因而通頻帶展寬，如圖6-33所示。圖中A和Af分別表示負(fù)反饋引入前后的放大倍數(shù)，fL和fH分別表示負(fù)反饋引入前的下限頻率和上限頻率，fLF和fHF分別表示引入負(fù)反饋后的下限頻率和上限頻率。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響根據(jù)分析，引入負(fù)反饋后，放大器下限頻率由無負(fù)反饋時(shí)的fL下降為fL/(1+AF)，而上限頻率由沒有負(fù)反饋時(shí)的fH上升到(1+AF)fH，放大器的通頻帶得到展寬，展寬后的頻帶約是未引入負(fù)反饋時(shí)的(1+AF)倍。圖6-33負(fù)反饋展寬頻帶6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響6.4.3.4改變輸入電阻和輸出電阻引入負(fù)反饋后，由于反饋類型和反饋深度不同，可以不同程度地改變反饋放大電路的輸入電阻和輸出電阻。1.對(duì)輸入電阻的影響(1)串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大。由于反饋信號(hào)uf和輸入信號(hào)ui串聯(lián)于輸入回路，uf削弱了ui的作用，所以在同樣的ui作用下，串聯(lián)負(fù)反饋的輸入電流比無反饋時(shí)的要小，也就是串聯(lián)負(fù)反饋具有提高輸入電阻的作用。如圖6-34所示的串聯(lián)負(fù)反饋框圖的輸入回路中，輸入電阻是增大的。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響基本放大電路的輸入電阻為反饋放大電路輸入電阻而uf=FXo=，代入整理可得圖6-34串聯(lián)反饋的輸入電阻6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響

(6-38)可見，無論輸出回路是電壓反饋還是電流反饋，只要是串聯(lián)負(fù)反饋，就使反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻增大到開環(huán)時(shí)的(1+AF)倍。(2)并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。由于反饋信號(hào)if和輸入信號(hào)ii并聯(lián)作用于輸入回路，則輸入電流，因此在相同的作用下，與無反饋時(shí)相比，因if的存在而使ii增大，也就是輸入電阻比無反饋時(shí)小。從圖6-34并聯(lián)負(fù)反饋框圖的輸入回路可以看出輸入電阻減小的程度。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響基本放大電路的輸入電阻為反饋放大電路的輸入電阻為圖6-35并聯(lián)反饋的輸入電阻6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響反饋電流為，則

(6-39)可見，無論輸出回路是電壓反饋，還是電流反饋，只要是并聯(lián)負(fù)反饋，就使反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻減小到開環(huán)時(shí)的1/(1＋AF)。若計(jì)入R1時(shí)，則反饋放大電路的輸入電阻為6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響2.對(duì)輸出電阻的影響(1)電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小由前所述，電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即在負(fù)載電阻變化時(shí)，可維持不變?？烧J(rèn)為是具有內(nèi)阻很小的電壓源。也就是說，電壓負(fù)反饋的引入使輸出電阻比無反饋時(shí)小?？蓮膱D6-36所示電壓負(fù)反饋框圖的輸出回路看出它減小的程度(為簡(jiǎn)化分析過程，框圖的輸入回路采用一般形式表示)。這里仍然采用使輸入信號(hào)為零(Xi=0)，輸出端外加電壓u來求輸出電阻的辦法。6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響圖中，是時(shí)的開路開環(huán)放大倍數(shù)。是基本放大電路的輸出電阻，略去F對(duì)i的分流作用，由圖6-36可得整理得

(6-40)圖6-36電壓負(fù)反饋的輸出電阻6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響可見，無論輸入回路是串聯(lián)負(fù)反饋，還是并聯(lián)負(fù)反饋，只要是電壓負(fù)反饋，就使反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻減小到開環(huán)時(shí)的。(2)電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。在射極接入RE的電流負(fù)反饋放大電路中，電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流()的作用，即在改變時(shí)，可維持基本不變，這就與內(nèi)阻很大的電流源相似，所以說電流負(fù)反饋的引入使輸出電阻比無反饋時(shí)增大，可由圖6-37電流負(fù)反饋框圖的輸出端看出它增大的程度。

6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響電流負(fù)反饋穩(wěn)定的是通過總負(fù)載的電流

，因此，基本放大電路的輸出電阻

中不包含

。

屬于反饋環(huán)路以外的電阻，不考慮

時(shí)的反饋放大電路的輸出電阻

，如圖6-37所示。略去

在反饋網(wǎng)絡(luò)F上的壓降，由圖6-37可得圖6-37電流負(fù)反饋的輸出電阻6.4.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響整理得

(6-41)可見，無論輸入回路是串聯(lián)負(fù)反饋還是并聯(lián)負(fù)反饋，只要是電流負(fù)反饋，就使反饋環(huán)路以內(nèi)的輸出電阻增大到開環(huán)時(shí)的(1＋AoF)倍。實(shí)際上，電流負(fù)反饋放大電路的輸出電阻要考慮RC的并聯(lián)作用，即應(yīng)為應(yīng)指出式(6-40)和式(6-41)中的Ao≠A，其中，Ao為開路或短路開環(huán)放大倍數(shù)，A為開環(huán)放大倍數(shù)，使用時(shí)不能混淆。6.4.4.1射極輸出器的組成射極輸出器是共集電極放大電路，如圖6-38(a)所示，圖中各元件的功能與共射放大電路一樣。圖6-38(c)是其交流通路，可見輸入信號(hào)加到基極—集電極之間，輸出信號(hào)取自發(fā)射集和集電極之間，因此，集電極是輸入回路和輸出回路的公共地端，該電路叫共集電極電路，由于輸出信號(hào)從發(fā)射極取出來，又叫“射極輸出器”。6.4.4射極輸出器圖6-38共集電極放大電路及其交流通路6.4.4射極輸出器6.4.4射極輸出器6.4.4.2射極輸出器分析共集組態(tài)基本放大電路如圖6-38所示，其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析如下。1.靜態(tài)分析

(6-42)

(6-43)

(6-44)(6-45)6.4.4射極輸出器2.動(dòng)態(tài)分析(1)求電壓放大倍數(shù)。由交流通路畫微變等效電路如圖6-39所示。由圖得圖6-39射極輸出器的微變等效電路6.4.4射極輸出器電壓放大倍數(shù)為

(6-46)(2)求輸入電阻。由圖6-39得

(6-47)6.4.4射極輸出器(3)求輸出電阻。由圖6-40得

(6-48)圖6-40求輸出電阻的等效電路6.4.4射極輸出器射極輸出器的特點(diǎn)：①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨；②輸入電阻較高；③輸出電阻較低。射極輸出器的用途：射極輸出器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極輸出器最突出的優(yōu)點(diǎn)。射極輸出器常用作多級(jí)放大器的第一級(jí)或最末級(jí)，也可用于中間隔離級(jí)。用作輸入級(jí)時(shí)，其高的輸入電阻可以減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級(jí)時(shí)，其低的輸出電阻可以減小負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，并易于與低阻負(fù)載相匹配，向負(fù)載傳送盡可能大的功率。6.5功率放大電路實(shí)際應(yīng)用的電子放大系統(tǒng)都是一個(gè)多級(jí)放大器，輸出的信號(hào)往往都是送到負(fù)載，去驅(qū)動(dòng)一定的裝置。例如，這些裝置有收音機(jī)中揚(yáng)聲器的音圈、電動(dòng)機(jī)控制繞組、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或電視機(jī)的掃描偏轉(zhuǎn)線圈等。為了推動(dòng)這些負(fù)載，不僅要有較大的電壓輸出，而且要有較大的電流輸出，即要有較大的功率輸出。所以，在多級(jí)放大電路的末級(jí)通常都要有功率放大電路。這類主要用于向負(fù)載提供功率的放大電路常稱為功率放大電路。前面所討論的放大電路主要用于增強(qiáng)電壓幅度或電流幅度，因而相應(yīng)地稱為電壓放大電路或電流放大電路。但無論哪種放大電路，在負(fù)載上都同時(shí)存在輸出電壓、電流和功率，上述稱呼上的區(qū)別只不過是強(qiáng)調(diào)的輸出量不同而已。如前所述，放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。從能量控制的觀點(diǎn)來看，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，功率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務(wù)是不同的。對(duì)電壓放大電路的主要要求是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，討論的主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗等，輸出的功率并不一定大。而功率放大電路則不同，它主要要求獲得一定的不失真(或失真較小)的輸出功率，通常是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，因此，與電壓放大器有不同的的特點(diǎn)。6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)6.5.1.1功率放大電路的特點(diǎn)(1)輸入、輸出的電壓幅度都較大，并且輸出電流的幅度也較大。只有如此，才能輸出足夠大的功率。(2)在大幅度信號(hào)的作用下，功放管的工作點(diǎn)有可能進(jìn)入飽和區(qū)和截止區(qū)，從而使輸出信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。(3)由于是在大信號(hào)條件下工作，不允許采用微變等效電路法分析功率放大器動(dòng)態(tài)過程，因此一般只用圖解法來分析。6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)6.5.1.2對(duì)功率放大電路的要求(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。為了獲得較大的輸出功率，往往讓功放管工作在極限狀態(tài)，但同時(shí)要考慮到功放管的極限參數(shù)PCM、ICM和U(BR)CEO

。(2)由于是功率放大，就要求提高效率。所謂效率，就是負(fù)載得到的交流信號(hào)功率與電流提供的直流功率之比值。(3)非線性失真要小。輸出較大功率使功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，這就不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線性失真，對(duì)同一功放管而言，輸出功率愈大，非線性失真愈嚴(yán)重。要求在輸出最大功率時(shí)，非線性失真要小。6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)(4)要考慮功放管的管耗和熱保護(hù)。由于功放管往往在接近極限狀態(tài)下工作，因而其管耗也較大，因此，要考慮對(duì)功放管的散熱和熱保護(hù)措施，通常對(duì)功放管加裝散熱片或電流保護(hù)環(huán)節(jié)。6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)6.5.1.3功率放大器提高效率的主要途徑放大電路有3種工作狀態(tài)，如圖6-41所示。其中圖6-41(a)的靜態(tài)工作點(diǎn)Q大致在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，這種工作狀態(tài)稱為甲類功放。在此狀態(tài)下，功放管在一個(gè)周期內(nèi)總是處于導(dǎo)通狀態(tài)，無論有無輸入信號(hào)，電源供給的功率PE=UCCIE總是不變的，無信號(hào)輸入時(shí)，電源功率全部消耗在管子和電阻上，并轉(zhuǎn)化為熱量的形式耗散出去。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，其中一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，信號(hào)愈大，輸送給負(fù)載的功率愈多?？梢宰C明，即使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到50％。圖6-41功率放大電路的類型6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)怎樣才能使電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)輸出功率?從甲類放大電路中知道，靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素。如果把靜態(tài)工作點(diǎn)Q向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)，電源輸出的功率也等于零(或很小)，信號(hào)增大時(shí)，電源供給的功率也隨之增大，這樣電源供給功率及管耗都隨著輸出功率的大小而變，也就改變了甲類放大時(shí)效率低的狀況。利用圖6-41(b)、(c)所示工作情況，就可實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想。如圖6-41(b)所示，一周期內(nèi)只有半個(gè)周期ic＞0，如圖6-41(c)所示，有半個(gè)周期以上ic＞0，它們分別稱為乙類和甲乙類放大器。6.5.1功率放大電路的特點(diǎn)乙類和甲乙類放大，雖然減小了靜態(tài)功耗，提高了效率，但都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真，因此，既要保持靜態(tài)時(shí)管耗小，又要使失真不太嚴(yán)重，這就需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。為此，采用兩管配合的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，它既能提高效率、輸出最大功率，又能減小信號(hào)波形的失真。如前所述，甲乙類和乙類功率放大電路雖然管耗小，提高了效率，但也產(chǎn)生了嚴(yán)重的波形失真。為此，下面介紹的工作于甲乙類或乙類狀態(tài)的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，既能提高效率，又能減小信號(hào)的波形失真。6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路6.5.2.1無輸出電容(OCL)乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路電路如圖6-42所示，其中V1、V2為導(dǎo)電類型(NPN、PNP)互異(互補(bǔ))性能參數(shù)相同的功放管，每管組成射極輸出電路，輸出與負(fù)載RL直接耦合(無輸出電容，所以稱OCL)，雙電源供電。兩管都無偏置，因而都工作在乙類，并且交替導(dǎo)通，互相補(bǔ)足，所以稱為OCL乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。圖6-42OCL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1.靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí)，因兩管無偏置，所以V1、V2都截止，負(fù)載RL上電流io=0，輸出電壓uo=0，如圖6-42(b)所示。2.動(dòng)態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)ui處于正半周時(shí)，只要uBE1大于死區(qū)電壓，則V1導(dǎo)通，V2截止。V1以射極輸出的形式將正方向的信號(hào)傳給負(fù)載RL，正半周電流iC1通過負(fù)載RL，并在RL上形成正半周輸出電壓uo＞0。當(dāng)輸入信號(hào)ui處于負(fù)半周時(shí)，同理，V1截止，V2導(dǎo)通，V2也以射極輸出的形式將負(fù)方向的信號(hào)傳給負(fù)載RL，并在RL上形成負(fù)半周輸出電壓uo<0，如圖6-42所示。6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路可見在輸入信號(hào)ui的整個(gè)周期內(nèi)，V1、V2兩管輪流交替地工作，互相補(bǔ)充，使負(fù)載獲得完整的信號(hào)波形，故稱互補(bǔ)對(duì)稱電路。由于V1、V2都工作在共集電極接法，輸出電阻極小，可與低阻負(fù)載RL直接匹配。如圖6-43所示為兩管信號(hào)電流iC1、iC2合成后的及uCE的波形。從圖形中可知，任一個(gè)半周期內(nèi)，每個(gè)管子C、E之間的信號(hào)電壓為，而輸出電壓。在一般情況下，輸出電壓的幅值為，其大小隨輸入信號(hào)幅度而變化，而最大輸出電壓幅值，這些參數(shù)間的關(guān)系是計(jì)算輸出功率和管耗的重要依據(jù)。圖6-43OCL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出特性6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3.分析計(jì)算(1)最大不失真輸出功率Pomax。輸出功率用輸出電壓有效值和輸出電流有效值

的乘積來表示(也常用管子中變化電壓、變化電流有效值的乘積表示)。設(shè)輸出電壓的幅值為，則最大不失真輸出功率

(6-49)6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(2)電源功率PV。

(6-50)顯然PV

近似與電源電壓的平方成正比。(3)三極管的管耗。電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然

(6-51)6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路功率放大器工作在最大輸出功率狀態(tài)時(shí)的管耗并不是最大管耗，三極管的最大管耗約為0.4Pom，所以，一只管子的管耗為(4)效率。

(6-52)當(dāng)Uom=UCC

時(shí)效率最大，η=π/4=78.5％。6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路4.功率管的選擇在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇不容忽視。選擇時(shí)一般應(yīng)考慮三極管的3個(gè)極限參數(shù)，即集電極最大允許功率損耗PCM，集電極最大允許電流ICM和集電極—發(fā)射極間的反向擊穿電壓V(BR)CEO。由前面知識(shí)點(diǎn)的分析可知，若想得到最大輸出功率，又要使功率三極管安全工作，三極管的參數(shù)必須滿足下列條件。6.5.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(1)