9.1共發(fā)射極放大電路9.2共集電極放大電路9.3場效應晶體管放大電路9.4多級放大電路

習題9.1共發(fā)射極放大電路

9.1.1基本放大電路的組成放大電路在工業(yè)中的應用非常廣泛，它能夠利用晶體管的電流控制作用，將微弱的電信號放大，從而推動負載工作。由于輸入信號通常較弱，能量很小，不能直接推動負載做功，因此，需要另外提供一個直流電源，由能量較小的輸入信號控制此電源的能量轉換，使其輸出較大能量的信號并與輸入信號變化規(guī)律相同，從而推動負載做功。放大電路就是利用晶體管來實現(xiàn)這種控制的。

典型基本放大電路的示意圖如圖9.1.1所示。其基本功能為:放大電路輸出到負載的信號比輸入信號放大若干倍，負載所需要的能量是由外接電源供給的，而輸入信號源起著控制電源輸出的作用。負載接收到的放大信號必須與信號源輸出的信號變化一致，即不能失真。輸出信號放大必須滿足放大電路中的晶體管處于放大工作狀態(tài)，即其發(fā)射結應正向偏置，集電結應反向偏置。

圖9.1.1放大電路示意圖圖9.1.2(a)是一個以NPN型晶體管為核心的單管共發(fā)射極放大電路，由信號源提供的信號ui加在晶體管的基極與發(fā)射極之間，放大后的信號uo從晶體管的集電極與發(fā)射極之間輸出。電路是以晶體管的發(fā)射極作為輸入、輸出回路的公共端，故稱為共發(fā)射極放大電路。

圖9.1.2共發(fā)射極放大電路的組成電路中各元件的作用如下：晶體管V：具有電流放大作用，是整個電路的控制元件。集電極直流電源EC和基極電阻RB：直流電源EC不但起著給放大電路提供能量的作用，而且與基極電阻RB一起用來保證晶體管的發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置，以使晶體管處于放大工作狀態(tài)。集電極電阻RC

：能將集電極電流iC的變化轉換成集-射極間電壓uCE的變化，以實現(xiàn)電壓放大。耦合電容C1、C2：耦合電容既可以隔斷放大電路與信號源以及負載之間的直流聯(lián)系，另一方面又起到交流耦合的作用，傳遞交流信號。在放大電路中，通常公共端接地，共發(fā)射極放大電路是以發(fā)射極為公共點，所以可簡化電路如圖9.1.2(b)所示，如忽略電源EC的內阻，則有UCC=EC。9.1.2放大電路的靜態(tài)分析為了保證放大電路的輸出信號不失真，就必須對放大電路進行靜態(tài)分析，將靜態(tài)工作點設置在合適的位置。晶體管交流放大電路是交、直流共存的電路，當輸入信號ui=0時，電路中各處的電壓、電流都是直流恒定值，稱此時放大電路的直流工作狀態(tài)為靜態(tài)。靜態(tài)分析就是分析放大電路的直流工作情況，確定晶體管各電極的直流電壓UBE、UCE和直流電流IB、IC(IE)的數(shù)值。靜態(tài)分析的主要方法分為圖解法和估算法。

1.靜態(tài)工作值的估算靜態(tài)值既然是直流，就可用放大電路的直流通路來分析。畫直流通路時，電容C1、C2可視為開路，圖9.1.3為圖9.1.2所示放大電路的直流通路。

圖9.1.3圖9.1.2所示電路的直流通路由晶體管的輸入特性可知，在三極管正常導通的情況下，硅管的UBE為0.6V，鍺管的UBE約為0.2V，可忽略不計。由圖9.1.3可知:

(9.1.1)(9.1.2)(9.1.3)

【例9.1.1】試估算圖9.1.2所示放大電路的靜態(tài)工作點，已知UCC=12V，RB=30kΩ，RC=4kΩ，。

解根據(jù)式(9.1.1)可得:

2.用圖解法確定靜態(tài)工作值

根據(jù)晶體管的輸出特性曲線，用作圖的方法求靜態(tài)值稱為圖解法。設晶體管的輸入、輸出特性曲線如圖9.1.4所示。

圖9.1.4靜態(tài)工作情況的圖解分析圖解法的步驟如下：對于輸入電路，描述IB和UBE關系的是一條直線，稱為偏置線。它可以由兩個點與(UCC，0)確定。偏置線與輸入特性曲線的交點QB就稱為輸入電路的靜態(tài)工作點，QB點對應的坐標分別為UBE與IB。所以，IB又稱為偏置電流，用來調整IB大小的電阻RB稱為偏置電阻。對于輸出電路，描述IC與UCE的關系也是一條直線，稱為直流負載線。它同樣也可以由點與(UCC，0)確定。直流負載線與輸出特性曲線的交點QC就稱為輸出電路的靜態(tài)工作點，QC對應的坐標分別為UCE與IC。顯然，當RB和UCC發(fā)生變化時，QB和QC的位置都要變化，即放大電路的靜態(tài)工作值會發(fā)生變化。9.1.3放大電路的動態(tài)分析放大電路有信號輸入時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。此時，晶體管的各個電流和電壓都含有直流分量和交流分量。交流分量是疊加在直流分量上的，為便于分析和區(qū)別，特將放大電路電壓、電流的符號列于表9.1.1中。交流分量的分析可采用圖解分析法和微變等效電路法來完成。

表9.1.1放大電路中電壓和電流的符號

1.圖解分析法圖解分析法是利用晶體管的輸入、輸出特性曲線，通過作圖的方法來分析動態(tài)工作情況。該方法可以形象、直觀地看出信號傳遞過程以及各個電壓、電流在輸入信號ui作用下的變化情況和相互關系。以圖9.1.2所示電路為例，分析如下:

1)確定交流負載線根據(jù)靜態(tài)分析法，作例9.1.1中電路的直流負載線，由于隔直電容C2的作用，直流負載線的斜率為-1/RC。而交流負載線反映的是動態(tài)信號iC和uCE之間的關系，C2和UCC對于交流可視為短路，RL和RC并聯(lián)，故交流負載線的斜率為－1/(RL∥RC)。如圖9.1.5所示，交流負載線要比直流負載線陡。當輸入信號為零時，放大電路工作在靜態(tài)工作點上，即交流負載線也要通過Q點。據(jù)此兩點可以確定出交流負載線。

圖9.1.5直流負載線和交流負載線

2)圖解分析在已給出的晶體管輸出特性曲線和輸入特性曲線上確定合適的靜態(tài)工作點Q，如圖9.1.6所示。假設輸入正弦信號ui，晶體管處于線性放大區(qū)，則uBE、iB、uCE、iC都將圍繞各自的靜態(tài)值變化。由于交流信號輸出的路徑是ui=ube→ib→ic→uce=uo，而動態(tài)信號是交流分量與直流分量的疊加，即

圖9.1.6放大電路的有輸入信號時的圖解分析如圖9.1.6所示，在輸入特性曲線上，工作點Q(或iB的值)隨uBE的變化在Q1和Q2點之間移動。在輸出特性曲線上，工作點Q在交流負載線上隨iB的變化在Q1和Q2點之間移動，從而可以確定出uCE的變化情況。由于耦合電容C1、C2隔直，因此輸入信號為ui=ube，輸出信號為uo=uce。注意，uo雖為正弦量，但相位與ui相反。從圖9.1.6上也可以估算電壓放大倍數(shù)，它等于輸出正弦電壓的幅值與輸入正弦電壓的幅值之比。RL的阻值愈小，交流負載線愈陡，電壓放大倍數(shù)下降得也愈多。圖解法的主要優(yōu)點是直觀、形象，便于理解，但不適用于較為復雜的電路。

2.微變等效電路法由上述圖解分析法可知，當靜態(tài)工作點合適，輸入信號較小時，放大電路的輸出信號基本保持為正弦波形，而晶體管的工作情況接近于線性狀態(tài)，因而可以把晶體管這個非線性元件組成的電路當做線性電路來處理，這就是微變等效分析法。將晶體管等效為線性元件的條件是晶體管在小信號(微變量)情況下工作。

1)晶體管的微變等效模型晶體管處于線性放大區(qū)時，可認為在靜態(tài)工作點Q附近的小范圍，其輸入特性曲線近似于直線，即ΔUBE與ΔIB成正比，(9.1.4)

rbe稱為晶體管的輸入電阻，它表示晶體管的輸入特性。常溫下小功率晶體管的rbe為(9.1.5)

由于晶體管是由基極電流控制集電極電流的，故其電路模型應為受控電流源，被控電流為βib。綜上所述，圖9.1.7(b)為晶體管9.1.7(a)的微變等效模型。

圖9.1.7晶體管及其微變等效模型

2)放大電路的微變等效電路對于交流分量而言，由于耦合電容C1、C2足夠大，因而容抗可近似為零(相當于短路)；直流電源UCC的內阻很小，也可視做短路。據(jù)此畫出圖9.1.2所示放大電路的交流通路如圖9.1.8(a)所示。

圖9.1.8放大電路的交流通路及其微變等效電路將圖9.1.8(a)所示放大電路的交流通路中的晶體管用其微變等效模型代替，可得到放大電路的微變等效電路，如圖9.1.8(b)所示。

(1)電壓放大倍數(shù)。電壓放大倍數(shù)是衡量放大電路對于輸入信號放大能力的主要指標。電壓放大倍數(shù)Au定義為輸出電壓變化量與輸入電壓變化量之比，設輸入信號為正弦信號，可得(9.1.6)以圖9.1.8所示放大電路為例，

(9.1.7)(9.1.8)式中。所以，電路的電壓放大倍數(shù)為

(9.1.9)

式中的負號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反。當放大電路的輸出端開路(空載)時，Au=－βRC/rbe?？梢?，空載時電壓放大倍數(shù)最大；RL越小，則電壓放大倍數(shù)愈低。Au除了與RL有關外,還與晶體管的放大倍數(shù)β和晶體管的輸入電阻rbe有關。

(2)放大電路的輸入電阻。放大電路的輸入信號是由信號源提供的，對于信號源來說，放大電路相當于它的負載電阻。換而言之，從放大電路的輸入端看進去，其作用可用電阻ri來表示，這個電阻就是放大電路的輸入電阻。輸入電阻定義為放大電路輸入電壓與輸入電流之比，當輸入信號為正弦信號時，ri為

(9.1.10)

如圖9.1.8所示電路的信號源的電壓為，內阻為RS，則放大電路的輸入端所獲得的信號電壓為

(9.1.11)放大電路從信號源獲得的輸入電流為(9.1.12)

從以上兩式可知，在信號源及其內阻確定時，放大電路的輸入電阻越大，放大電路從信號源獲得的輸入電壓越大，信號源流出的電流就越小，從而減輕了信號源的負擔。因此，對于一般的放大電路，通常希望輸入電阻盡量大一些，最好遠遠大于信號源的內阻。注意:ri為放大電路的輸入電阻，rbe為晶體管的輸入電阻，兩者不可混淆。

(3)放大電路的輸出電阻。放大電路的輸出信號要加在負載之上，所以對于負載而言，放大電路相當于負載的信號源。如果將放大電路(包括信號源)用一個等效電壓源(戴維寧等效電路)來代替，則這個等效電壓源的內阻就是放大電路的輸出電阻。輸出電阻rb可由戴維寧等效內阻的方法獲得。放大電路的輸出電阻可以在信號源短路且負載開路的條件下求出。

如圖9.1.9所示，當時，Ib和βIb也為零，相當于βIb支路開路，可知此放大電路的輸出電阻為ro=RC

(9.1.13)

RC一般為幾千歐姆，由此可知共發(fā)射極放大電路的輸出電阻較高。

圖9.1.9放大電路的輸入電阻與輸出電阻輸出電阻也可以通過實驗的方法測得。放大電路的輸出端在空載和帶負載RL時，其輸出電壓將發(fā)生變化，分別測得空載時的輸出電壓(開路電壓)和接入負載時的輸出電壓，則有(9.1.14)所以有(9.1.15)

輸出電阻ro可用來衡量放大電路帶負載的能力。ro越小，放大電路帶負載的能力越強。

9.1.4射極偏置電路

1.靜態(tài)工作點Q對放大性能的影響

通過對放大電路的靜態(tài)分析，我們知道可以通過調節(jié)電路中的有關參數(shù)，如調節(jié)RB來設置放大電路的靜態(tài)工作點。設置靜態(tài)工作點的目的是為了避免產生非線性失真。所謂失真，是指輸出信號的波形不能復現(xiàn)輸入波形的畸變現(xiàn)象。引起非線性失真的原因有多種，其中最主要的就是由于靜態(tài)工作點選擇不合適或者輸入信號太大，使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍。如在圖9.1.10中，若靜態(tài)工作點Q1的位置選擇得太低，則當基極電流過小時，晶體管進入截止區(qū)工作，iB的負半周和uCE的正半波被削平。這是由于晶體管的截止而引起的，故稱為截止失真。若靜態(tài)工作點Q2的位置選擇得太高，則當基極電流過大時，晶體管進入飽和區(qū)工作，這時iB雖不失真，但是uCE卻已嚴重失真。此時，失真是由于晶體管的飽和而引起的，故稱為飽和失真。因此，要使放大電路不產生非線性失真，必須有一個合適的靜態(tài)工作點，工作點應大致選在交流負載線的中點。此外，輸入信號ui的幅值不能太大，以避免放大電路的工作范圍超過特性曲線的線性范圍。在小信號放大電路中，此條件一般都能滿足。

圖9.1.10截止失真與飽和失真

2.靜態(tài)工作點的穩(wěn)定由于靜態(tài)工作點不僅與波形的失真有關，而且也影響放大電路的放大倍數(shù)，因此，如何選取合適的靜態(tài)工作點，并使其穩(wěn)定是非常重要的。但是，晶體管對外界環(huán)境的變化非常敏感，晶體管的參數(shù)ICEO、UBE、β將隨溫度而發(fā)生變化。在圖9.1.2所示的放大電路中，IB=(UCC－UBE)/RB，當UCC、RB一定時，IB基本固定，稱這種放大電路為固定偏置電路。當β隨溫度變化時，靜態(tài)電流IC=βIB也隨之變化，所以，溫度變化會導致固定偏置式放大電路的靜態(tài)工作點發(fā)生變化，從而影響放大電路的正常穩(wěn)定工作。環(huán)境溫度改變時，如何使靜態(tài)工作點自動穩(wěn)定，對于放大電路而言極其重要。圖9.1.11所示的射極偏置電路(或稱為分壓偏置電路)就是一種常見的靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大電路，它與固定式偏置電路的區(qū)別是，基極電路采用RB1、RB2組成分壓電路，并在發(fā)射極接入反饋電阻RE和旁路電容CE。

圖9.1.11射極偏置電路及其直流通路如果RB1、RB2取值適當，使得I1>>IB，則基極對地電位為(9.1.16)

可見當溫度變化時，基極電位VB基本不變，僅由RB1、RB2組成的分壓電路確定。而

(9.1.17)

若VB>>UBE，則IC基本不受溫度的影響，并且與晶體管參數(shù)ICEO、UBE、β無關。所以，分壓偏置電路的靜態(tài)工作點近似不變，只取決于外電路參數(shù)。通過以上分析可知，分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的物理過程是:當溫度升高時，IC與IE增大，發(fā)射極電阻上的電壓IERE也增大，而基極電位VB由式(9.1.16)確定，基本不變，可知UBE將下降，從而導致基極電流IB減小，并抑制集電極IC的增加。這種通過電路的自動調節(jié)作用以抑制電路工作狀態(tài)變化的技術稱為負反饋。發(fā)射極電阻RE將輸出電流的變化反饋至輸入端，起到抑制靜態(tài)工作點變化的作用，所以稱其為反饋電阻。反饋電阻RE越大，調節(jié)效果越顯著。但RE的存在同樣會對變化的交流信號產生影響，使放大倍數(shù)下降。旁路電容CE可以消除RE對交流信號的影響。

【例9.1.2】在圖9.1.11(a)所示的分壓式偏置放大電路中，已知UCC=12V，RC=2kΩ，RE=2kΩ，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RL=6kΩ，。

(1)試求靜態(tài)值；(2)畫出微變等效電路；(3)計算該電路的Au、ri和ro。

解

(1)

(2)微變等效電路如圖9.1.12所示圖9.1.12例9.1.2的微變等效電路

(3)其中

【例9.1.3】在上例中，如圖9.1.11(a)中的RE未全被旁路，而尚有一段，。

(1)用戴維寧定理求靜態(tài)值;(2)畫出微變等效電路;(3)計算該電路的Au、ri和ro，并與上例比較。

解為便于應用戴維寧定理，將圖9.1.3的直流通路改畫成圖9.1.14。

圖9.1.13例9.1.3的電路圖

圖9.1.14例9.1.3電路的直流通路圖

對輸入回路列KVL方程：由該式可見，當(1+β)RE>>RB時，估算公式較準確。代入數(shù)據(jù)：

(2)微變等效電路如圖9.1.15所示。圖9.1.15例9.1.3的微變等效電路

(3)由圖9.1.15可寫出:

故電壓放大倍數(shù)為(9.1.18)將所給數(shù)據(jù)代入：在式(9.1.18)中，由于，因此該電路的放大倍數(shù)大大降低了。但該電路改善了放大電路的工作性能，提高了放大電路的輸入電阻。練習與思考

9.1.1分析圖9.1.4，設UCC和RC為定值，當IB增加時，IC是否成正比地增加？最后接近何值？這時UCE的大小如何？當IB減小時，IC做何變化？最后達到何值？這時UCE約等于多少？

9.1.2畫出PNP型晶體管組成的共發(fā)射極基本放大電路的電路圖。要求在圖上標出電源電壓及隔直耦合電容C1、C2的極性，并標出直流電量IB、IC的實際方向和UBE、UCE的實際方向。

9.1.3如圖9.1.3所示的電路中，如果調節(jié)RB使基極電位升高，試問此時IC、UCE將如何變化？

9.1.4晶體管用微變等效電路來代替，條件是什么？

9.1.5能否通過增加RC來提高放大電路的電壓放大倍數(shù)？當RC過大時，對放大電路的工作有何影響？

9.1.6

rbe、rce、ri以及ro是交流電阻，還是直流電阻？它們各是什么電阻？ro中包括不包括RL？

9.1.7圖9.1.2所示的放大電路在工作時用示波器觀察，發(fā)現(xiàn)輸出波形嚴重失真，當用直流電壓表測量時，(1)若測得UCE≈UCC，試分析管子工作在什么狀態(tài)？怎樣調節(jié)RB才能使電路正常工作？(2)若測得UCE<UBE，這時管子又工作在什么狀態(tài)？怎樣調節(jié)RB才能使電路正常工作？

9.1.8如果發(fā)現(xiàn)輸出電壓波形失真，是否說明靜態(tài)工作點一定不合適？9.2共集電極放大電路放大電路有時放大的是正弦交流信號，或是緩慢變化的直流信號，有時放大的是電壓信號，有時還需放大電流信號、功率。隨著放大器放大對象的不同，電路的結構也有所不同。根據(jù)輸入與輸出回路公共端的不同，基本放大電路有三種不同的基本類型。除了上節(jié)討論過的共發(fā)射極放大電路，還包括共集電極和共基極放大電路。這三種類型的放大電路在結構和性能上各有特點，但其基本分析方法一樣。9.2.1共集電極放大電路的基本組成

共集電極放大電路的信號是從發(fā)射極對地輸出，所以共集電極電路又稱為射極輸出器。其電路結構如圖9.2.1(a)所示。對于交流來說，電源UCC相當于短路，所以，集電極是放大電路輸入回路和輸出回路的公共端。

圖9.2.1共集電極放大電路9.2.2共集電極放大電路的工作原理

1.靜態(tài)分析

共集電極電路的直流通路如圖9.2.1(b)所示，所以有：(9.2.1)(9.2.2)(9.2.3)(9.2.4)

2.動態(tài)分析

1)電壓放大倍數(shù)射極輸出器的微變等效電路如圖9.2.2所示。

圖9.2.2射極輸出器的微變等效電路電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻可由微變等效電路得出，輸入回路方程為

(9.2.5)

其中，輸出回路方程為

(9.2.6)

所以電壓放大倍數(shù)為

(9.2.7)

由式(9.2.7)可知:①

Au>0，輸出電壓與輸入電壓同相。②通常，所以Au<1，并接近于1。說明射極輸出器的輸出波形與輸入波形相同，輸出電壓總是跟隨輸入電壓發(fā)生變化。所以射極輸出器又稱為電壓跟隨器。

2)輸入電阻ri

由圖9.2.2所示的微變等效電路可知：(9.2.8)

其中。所以，與共發(fā)射極基本放大電路相比，射極輸出器的輸入電阻要大得多。

3)輸出電阻共集電極放大電路的輸出電阻可按有源二端網(wǎng)絡求等效電阻的方法求解。如圖9.2.3所示，將信號源電壓短路，并除去負載電阻RL，并在輸出端外加電壓。在外加電壓的作用下，設流入的電流為，則其中。所以通常則有(9.2.9)

圖9.2.3求輸出電阻的等效電路例如，由此得：9.2.3射極輸出器的主要特點射極輸出器的輸出電壓跟隨輸入電壓的變化而變化，并且電壓的放大倍數(shù)近似為1。射極輸出器的輸入電阻很高，輸出電阻較低，這樣，當射極輸出器用在多級放大電路的輸入級時，可以減小對信號源的影響。因為輸出電阻低，射極輸出器用在多級放大電路的輸出級時，可以提高放大器的帶負載能力。而用在多級放大電路的中間級時，不僅使前級提供的信號電流小，而且可以提高前級共發(fā)射極電路的電壓放大倍數(shù)。而對后級共發(fā)射極電路而言，它的低輸出電阻正好與共發(fā)射極電路的低輸入電阻相配合，實現(xiàn)阻抗變換作用，故又稱它為中間隔離級。射極輸出器的輸出電阻低，帶負載能力強，有一定的功率放大作用，故它也是一種最基本的功率輸出電路。練習與思考

9.2.1如何看出射極輸出器是共集電極電路？

9.2.2射極輸出器有何特點？有何用途？9.3場效應晶體管放大電路

由于場效應晶體管具有高輸入電阻的特點，因此其適于作為多級放大電路的輸入級，尤其是對高內阻的信號源，采用場效應晶體管才能有效地放大。和雙極型晶體管比較，場效應晶體管的源極、漏極、柵極相當于它的發(fā)射極、集電極、基極;兩者的放大電路也類似，場效應晶體管有共源極放大電路和源極輸出器等。同理，場效應晶體管放大電路也必須設置合適的工作點，同樣要對放大電路進行靜態(tài)分析，然后進行動態(tài)分析。圖9.3.1所示的是共源極放大電路。圖中各元件的作用如下：

V為場效應晶體管，電壓控制器件，用柵源電壓控制漏極電流;

RD為漏極負載電阻，用來獲得隨ui變化的電壓；

RS為源極電阻，用來穩(wěn)定工作點；

RG1、RG2為分壓電阻，與RS配合可獲得合適的偏壓UGS；

CS為旁路電容，用來消除RS對交流信號的影響；

C1、C2為耦合電容，起隔直和傳遞信號的作用；

UDD為電源，用來提供能量。

圖9.3.1共源極放大電路9.3.1靜態(tài)分析場效應晶體管放大電路的原理與晶體管放大電路十分相似：晶體管放大電路是用iB控制iC，當UCC和RC(負載線)確定后，其靜態(tài)工作點由IB決定；場效應晶體管放大電路是用uGS控制iD，因而UDD和RD、RS確定后，其靜態(tài)工作點由UGS決定。由于柵極電位為源極電位為VS=RSIS=RSID

則UGS=VG－VS

對于N溝道耗盡型場效應晶體管，通常使用在UGS<0的區(qū)域;對于N溝道增強型場效應晶體管，應使UGS>0。靜態(tài)分析(求ID、UDS)可采用估算法，設UGS=0，則VS=VG

(9.3.1)

N溝道耗盡型場效應晶體管也可采用稱為自給偏壓的放大電路，如圖9.3.2所示，在靜態(tài)時RG上無電流，則VG=0UGS=－RSIS=－RSID(9.3.2)為耗盡型場效應晶體管提供一個正常工作所需要的負偏壓。

圖9.3.2自給偏壓的放大電路9.3.2動態(tài)分析圖9.3.1所示場效應晶體管放大電路的交流通路如圖9.3.3(a)所示。將場效應晶體管用微變等效電路代替，便可得到放大電路的微變等效電路，如圖9.3.3(b)所示。其中，柵極G與源極S之間的動態(tài)電阻rgs認為無窮大，相當于開路。漏極電流id只受ugs控制，而與uds無關，因而漏極D與源極S之間相當于一個受ugs控制的電源gmugs。

圖9.3.3場效應晶體管的交流通路及微變等效電路

1.電壓放大倍數(shù)輸出電壓為式中：則即放大倍數(shù)與跨導和交流負載電阻成正比，且輸出電壓與輸入電壓ui反向。(9.3.3)

2.輸入電阻輸入電阻為ri=RG1∥RG2(9.3.4)

rgs認為是無窮大，但分壓電阻RG1、RG2使輸入電阻大大降低了。為了提高ri，有時采用圖9.3.4所示電路，在靜態(tài)時RG上無電流，因而引入RG不會影響放大電路的靜態(tài)工作點，但此時的輸入電阻為ri=RG+(RG1∥RG2)(9.3.5)RG的阻值一般取幾兆歐，從而使輸入電阻大大提高。

3.輸出電阻輸出電阻為ro=RD(9.3.6)RD一般在幾千歐到幾十千歐，輸出電阻較高。

【例9.3.1】圖9.3.4所示電路中，已知UDD=24V，RG1=300kΩ，RG2=100kΩ，RG=2MΩ，RD=5kΩ，RS=5kΩ，RL=5kΩ，gm=5mA/V。試求放大電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

圖9.3.4分壓式偏置電路

解靜態(tài)工作點如下:

電壓放大倍數(shù)計算如下：輸入電阻為輸出電阻為練習與思考

9.3.1比較場效應晶體管放大電路與晶體管放大電路的不同點和共同點。

9.3.2在圖9.3.2所示的自給偏壓偏置電路中，電阻RG

起什么作用？如果在RG=0(短路)和RG=∞(開路)兩種情況下，則后果如何？在圖9.3.4所示的分壓式偏置電路中，RG又起何作用？

9.3.3如何進一步提高圖9.3.1所示共源極放大電路的輸入電阻?9.4多級放大電路

1.多級放大電路的組成前述單級放大電路的電壓放大倍數(shù)通常只有幾十倍。然而，在實際應用中，被放大的輸入信號都是很微弱的，一般是毫伏或微伏數(shù)量級，輸入功率在1mW以下，往往要將這一微弱的信號放大成千上萬倍，才能推動負載工作。為此，需要將兩個以上的單級放大電路連接起來，組成多級放大電路對輸入信號進行多次、連續(xù)放大，方能使輸出端獲得必要的電壓幅值和足夠大的頻率輸出。圖9.4.1所示為多級放大電路的組成框圖。第1級是輸入級，用來接收輸入信號，并初步加以放大。輸入級應有較高的輸入電阻，以減小從信號源吸取的電流，因此，常用高輸入電阻的放大電路，如射極輸出器。中間級的主要任務是放大信號的電壓幅值，故稱為電壓放大級，要求電路有較高的電壓放大倍數(shù)，常采用電壓放大倍數(shù)較高的共發(fā)射極電路。輸出級為功率放大級，常采用甲乙類互補對稱射極輸出電路。

圖9.4.1多級放大電路的組成框圖

2.級間耦合方式及其特點在多級放大電路中，各個單級放大電路之間的連接叫耦合。常用的級間耦合方式有阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合三種，其中變壓器耦合在放大電路中已經很少應用，所以本節(jié)只討論前兩種耦合方式的特點。

1)阻容耦合放大電路

(1)電路組成。圖9.4.2所示為兩級阻容耦合放大電路。耦合電容C1、C2、C3把兩級放大電路及信號源與負載連接在一起，它們既能順利傳遞交流信號，又能使各級直流工作狀態(tài)互不影響。為了減小傳遞過程中的信號損失，要求耦合電容有足夠大的容量。阻容耦合在一般多級分立元件交流放大電路中得到廣泛應用。但在集成電路中，由于難于制造容量較大的電容，因而這種耦合方式幾乎無法采用。

圖9.4.2兩級阻容耦合放大電路

(2)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。在多級放大電路中，前一級的輸出就是后一級的輸入，因此，多級放大電路的電壓放大倍數(shù)就等于各單級放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積，即Au=Au1Au2…Au(n-1)Aun

(9.4.1)但在計算各級放大電路的電壓放大倍數(shù)時，必須考慮到后一級電阻對它的影響，因為后一級的輸入電阻即為前一級的負載電阻，ri(n+1)=rLn。多級放大電路的輸入電阻即為其第一級(輸入級)的輸入電阻，ri=ri1；多級放大電路的輸出電阻即為其最后一級(輸出級)的輸出電阻，ro=ron。

【例9.4.1】在圖9.4.2所示的兩級阻容耦合放大電路中，已知RB1=30kΩ，RB2=15kΩ，，，RC1=3kΩ，RC2=2.5kΩ，RE1=3kΩ，RE2=2kΩ，RL=5kΩ，C1=C2=C3=50μF，CE1=CE2=100μF。如果晶體管的β1=β2=40，集電極電源電壓UCC=12V。試求:(1)各級的靜態(tài)值;(2)兩級放大電路的電壓放大倍數(shù)。

解

(1)各級的靜態(tài)值。第一級：第二級:

(2)電壓放大倍數(shù)。先畫出圖9.4.2的微變等效電路，如圖9.4.3所示。晶體管V1的輸入電阻為晶體管V2的輸入電阻為第二級輸入電阻為第一級負載電阻為第二級負載電阻為

第一級電壓放大倍數(shù)為

第二級電壓放大倍數(shù)為

兩級電壓放大倍數(shù)為

2)直接耦合放大電路前面我們討論了阻容耦合的交流放大電路，但在生產和實踐中常要求放大緩慢變化的信號或直流量變化的信號(直流信號)，因為這種信號頻率低，耦合電容的容抗XC=1/(2πfC)太大，信號不能通過。對于這種信號我們只能采取直接耦合方式，即把前級的輸出端信號直接接到后級的輸入端，如圖9.4.4所示。

圖9.4.4兩級直接耦合放大電路直接耦合放大電路既能放大直流信號，也能放大交流信號。由于它不需要耦合電容，易于集成，因而廣泛應用于現(xiàn)代生產及科學實驗中。直接耦合看似簡單，其實不然，它所帶來的問題遠比阻容耦合嚴重。其中主要有兩個問題需要解決：一個是前、后級的靜態(tài)工作點互相影響問題；另一個是零點漂移問題。

(1)前、后級靜態(tài)工作點的相互影響。在阻容耦合交流放大電路中，各級直流通路相互隔離，靜態(tài)工作點互不影響，但在直接耦合放大電路中，各級的直流分量也構成了級間通路、各級的靜態(tài)工作點互相牽制和影響，不再彼此孤立(見圖9.4.4)。圖中V2的UBE2約為0.6V(硅管)，而UCE1=UBE2，故V1的UCE1也被限制在0.6V左右，這時晶體管V1已經達到了飽和狀態(tài)，無法進行正常的線性放大。同時，V2的基極電流IB2是由電源電壓UCC經RC1提供的，故V2的靜態(tài)工作點也受到了前級的影響。因此，在直流耦合放大電路中必須采取一定的措施，以保證既能有效地傳遞信號，又要使每一級有合適的靜態(tài)工作點。常用的辦法是提高后級發(fā)射極電位。

提高后級V2的發(fā)射極電位，是兼顧前、后級工作點和放大倍數(shù)的簡單有效的措施。在圖9.4.5中，是利用電阻RE2上的電壓降來提高發(fā)射極電位的。這一方面能夠提高V1的集電極電位，增大其輸出的幅度；另一方面又能使V2獲得合適的工作點。RE2的大小可根據(jù)靜態(tài)時前級的集—射極電壓UCE1和后級的發(fā)射極電流IE2來決定，即

圖9.4.5提高UC1電位的直接耦合放大電路

(2)零點漂移。直接耦合放大電路時，即使把其輸入端短路，用直流毫伏表測量放大電路的輸出端，也會有緩慢變化的電壓輸出，如圖9.4.6所示，這種現(xiàn)象叫零點漂移，簡稱零漂，也是指輸出電壓偏離原來的起始值作上下漂動，看上去像個輸出信號，其實是個假信號。

圖9.4.6零點漂移現(xiàn)象當放大電路輸入信號后，這種漂移就伴隨著信號共存于放大電路中，兩者在緩慢地變動著，一真一假，互相糾纏于一起，難于分辨。當漂移量大到足以和信號量相比時，放大電路就無法正常工作了。產生零點漂移的原因是，在直接耦合放大電路中，由于溫度、電源電壓和元器件參數(shù)變動的影響(主要是溫度的影響)，使各級靜態(tài)工作點變動，前級工作點的微小變化將會逐漸傳遞、放大，而在輸出端產生一個緩慢變化的漂移信號電壓，放大電路的級數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點漂移就愈大。在各級的漂移當中，又以第一級漂移影響最為嚴重。因為由于是直接耦合，第一級的漂移將被逐漸放大，以致影響到整個放大電路的工作。所以，抑制漂移的關鍵是第一級。作為評價放大電路零點漂移的指標，只看其輸出端漂移電壓的大小是不充分的，必須考慮到放大倍數(shù)的不同。就是說，只有把輸出端的漂移電壓折合到輸入端才能真正說明問題，即式中：uid為輸入端等效漂移電壓；|Au|為電壓放大倍數(shù)；uod為輸出漂移電壓。直接耦合放大電路中抑制零點漂移最有效的電路結構是差分放大電路，將在下章介紹。練習與思考

9.4.1與阻容耦合放大電路相比，直接耦合放大電路有哪些特殊問題？

9.4.2如何計算多級放大電路的電壓放大倍數(shù)？

9.4.3對于直接耦合放大電路，它的直流通路、交流通路是否相同？本章小結本章著重分析了共發(fā)射極和共集電極(射極輸出器)放大電路，對多級放大電路和場效應晶體管放大電路也做了相應的介紹。放大電路的分析方法分為靜態(tài)分析和動態(tài)分析兩部分，在進行靜態(tài)分析時，應掌握直流通路圖和估算公式計算靜態(tài)工作點，了解直流負載線與圖解法;在進行動態(tài)分析時，應掌握交流通路圖、放大電路的微變等效電路和計算Au、ri和ro的公式，了解交流負載線與圖解法。本章知識點

(1)共發(fā)射極基本放大電路的電路分析;

(2)分壓式偏置放大電路的分析;

(3)共集電極(射極輸出器)的分析;

(4)場效應晶體管放大電路的分析;

(5)多級放大電路的分析。