交流放大电路.docx

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交流放大电路

交流放大电路

【重点】

基本交流电压放大电路组成，放大电路的静态与动态、直流通路与交流通路；放大电路的静态分析；微变等效电路，放大倍数、输入和输出电阻的计算。

【难点】

微变等效电路，放大倍数、输入和输出电阻的计算。

8.1基本交流电压放大电路

根据放大电路的输入、输出信号的连接方式，有共射极、共集电极和共基极三种基本放大电路。

共射极基本放大电路：

三极管VT为放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。

电源UCC使集电结反偏，UBB使三极管的发射结正偏，三极管处在放大状态，同时UCC也是放大电路的能量来源。

UCC一般在几伏到十几伏之间。

偏置电阻RB用来调节基极偏置电流IB，使三极管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。

集电极负载电阻RC将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得放大电压，一般为几千欧。

电容C1、C2用来传递交流信号，起到耦合的作用，同时又使放大电路与信号源和负载间直流相隔离。

为了减小传递信号的电压损失，C1、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。

8.2基本交流电压放大电路分析

8.2.1共射极基本放大电路的静态分析

静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。

静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。

1.估算法计算静态工作点

2.图解法求静态工作点

具体步骤如下：

（1）用估算法求出基极偏置电流IB（如40μA）

（2）根据IB值在输出特性曲线中找到对应的曲线

（3）作直流负载线

根据集电极电流IC与集射极电压UCE的关系式UCE=UCC-ICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距UCC/RC，在横轴上的截距为，其斜率为-1/RC，由于该直线是通过直流通路得出的，又与集电极负载电阻有关，故称为直流负载线。

（4）求静态工作点Q并确定ICQ和UCEQ的值

三极管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40μA的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而三极管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。

由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。

【例】如图所示电路，已知UCC=12V，RB=300kΩ，RC=3kΩ，RL=3kΩ，RS=3kΩ，β=50，试求放大电路的静态工作点。

IBQ=UCC-UBEQ/RB≈UCC/RB=40μA

ICQ=βIBQ=50×40μA=2mA

UCEQ=UCC-ICQRC=（12-2×3）V=6V

8.2.2共射极基本放大电路的动态分析

动态分析主要是分析放大电路的放大作用。

静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。

动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号做相应变化的状态。

动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压、电流均包含两个分量。

交流通路即为ui单独作用下的电路。

由于电容足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。

1.图解法进行动态性能分析

（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。

（2）根据ui在输入特性曲线上求uBE和uB

（3）作交流负载线

交流负载线反映动态时电流ic和电压uce的变化关系。

uce=-ic（RC∥RL）

其斜率为-1/（RC∥RL）。

当输入交流信号为零时，放大电路工作在静态工作点Q，可见交流负载线也要过Q点，这样过Q点作斜率为-1/（RC∥RL）的直线即为交流负载线，该直线为动态时工作点的移动轨迹。

（4）设输入端加入中频电压ui，则可得到三极管各极相关电压与电流的波形

由输出特性曲线和交流负载线求ic和uce。

由图解分析波形可得到以下几点结论：

交流信号的传输情况为：

ui（即ube）→ib→ic→uo（即uce）。

②电压和电流都含有直流分量和交流分量。

由于C2的隔直作用，集射极的直流分量不能传递到输出端，只有交流分量构成输出电压uo。

③输入电压信号ui与输出电压信号uo相位相反，即实现了倒相放大。

④从图中可以计算出电压放大倍数Au，其值等于输出交流电压的幅值与输入交流电压的幅值之比。

显然RL阻值越小，交流负载线越陡，电压放大倍数越小。

静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。

若Q点偏高，在输入信号的正半周，Q′进入饱和区，造成ic和uCE的波形与iB（或ui）的波形不一致，输出电压uo的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真，饱和失真和截止失真统称为非线性失真。

2.微变等效电路法

微变等效电路法是用一个线性等效电路来代替非线性的三极管，将放大电路转化成线性电路。

（1）三极管的微变等效电路

所谓等效，就是替代前后电路的伏安关系不变。

三极管的B、E间可用一等效电阻rbe来代替。

从输出特性看，在Q点附近的一个小范围内，可将各条输出特性曲线近似认为是水平的，而且相互之间平行等距，即集电极电流的变化量与集电极电压的变化量无关而只取决于ΔiB，即ΔiC=βΔiB。

故在三极管的C、E间可用一个线性的受控电流源来等效。

（2）放大电路的微变等效电路

（3）电压放大倍数的计算

电压放大倍数

（4）输入电阻

输入电阻的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。

为了减轻信号源的负担，总希望输入电阻越大越好。

（5）输出电阻

信号源短路，断开负载，在输出端加电压U，求出由电压U产生的电流I，则输出电阻为ro=U/I。

放大器的输出电阻越小，负载电阻的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强。

【重点】

射极输出器电路组成，静态分析；微变等效电路，放大倍数、输入和输出电阻的计算。

【难点】

微变等效电路，放大倍数、输入和输出电阻的计算。

8.2.3射极输出器

射极输出器是共集电极放大电路，该电路具有如下特点：

（1）电压放大倍数小于1，但约等于1，即电压跟随。

（2）输入电阻较高。

（3）输出电阻较低。

射极输出器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻。

射极输出器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用作中间隔离级。

用作输入级时，其较高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。

用作输出级时，其较低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。

【重点】

分压式偏置放大电路组成，放大电路的静态分析；微变等效电路，放大倍数、输入和输出电阻的计算。

【难点】

放大电路的静态分析。

8.3分压式偏置放大电路

温度对晶体管放大电路的工作点影响较大，当环境温度升高时会引起UBE减小、ICBO增大、β增大，进而导致IC增大。

【重点】

多级放大电路的耦合方式、多级放大电路的电压放大倍数、输入和输出电阻计算。

【难点】

多级放大电路的电压放大倍数、输入和输出电阻计算。

8.4多级放大电路

电子电路中经常需要将若干个单级放大电路连接起来，组成多级放大电路，将信号逐渐放大。

多级放大电路中级与级之间的连接方式称为耦合。

常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。

8.4.1阻容耦合多级放大电路

1.静态工作点分析

各级单独计算。

2.动态分析

（1）电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积

注意：

计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。

如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。

（2）输入电阻就是第一级的输入电阻

（3）输出电阻就是最后一级的输出电阻

8.4.2直接耦合多级放大电路

该电路能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号，且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。

值得注意的是，各级静态工作点互相影响，且由于温度影响等因素，放大电路在无输入信号的情况下，输出电压出现缓慢、不规则波动的现象，这种现象称作零点漂移。

抑制零点漂移的方法有多种，如采用温度补偿电路、高性能的稳压电源以及精选电路元件等方法。

最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。

8.4.3变压器耦合多级放大电路

变压器耦合的优点是：

各级直流通路相互独立，变压器通过磁路，把初级线圈的交流信号传到次级线圈，直流电压或电流无法通过变压器传给次级。

变压器在传递信号的同时，能实现阻抗变换。

变压器耦合的缺点是：

体积大，不能实现集成化。

此外，由于频率特性比较差，一般只应用于低频功率放大和中频调谐放大电路中。

【重点】

反馈类型和极性的判断，引入负反馈后对放大电路的影响。

【难点】

反馈类型和极性的判断。

8.5放大电路中的负反馈

8.5.1反馈的基本概念

反馈是指把放大电路输出回路中某个电量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的电路形式（反馈网络）送回到放大电路的输入回路，并同输入信号一起参与控制作用，使放大电路的某些性能获得改善的过程。

输出电量影响输入电量的方式就是反馈。

交流反馈使放大电路的性能发生一系列改变。

8.5.2反馈的极性和类型

1.反馈的极性

按照反馈对放大电路性能影响的效果，可将反馈分为正反馈和负反馈两种极性。

凡引入反馈后，反馈到放大电路输入回路的信号与外加激励信号比较的结果，使得放大电路的有效输入信号（也称净输入信号）削弱，从而使放大倍数降低，这种反馈称为负反馈。

凡引入反馈后，比较结果使放大电路的有效输入信号增大，从而使放大倍数提高，这种反馈称为正反馈。

正反馈虽能提高放大倍数，但同时也加剧了放大电路性能的不稳定性，主要用于振荡电路；负反馈虽降低了放大倍数，但却换来了放大电路性能的改善。

判断反馈极性的简便方法是瞬时极性法，具体做法如下：

（1）不考虑电路中所有电抗元件的影响。

（2）用正负号（或箭头）表示电路中各点电压的瞬时极性（或瞬时变化）。

（3）假定输入电压ui的极性，看ui经过放大和反馈后得到的反馈信号的极性是增强还是减弱有效输入信号。

使有效输入信号减弱的反馈就是负反馈，使有效输入信号增强的反馈就是正反馈。

注意：

推断反馈信号瞬时极性时，应遵循放大电路的放大原理。

对单级放大电路而言，共射极电路输出电压与输入电压反相，共集电极电路和共基极电路输出电压与输入电压同相。

2.反馈的类型

（1）根据输入端采样对象的不同，可以将反馈分为并联反馈和串联反馈。

并联反馈：

反馈信号以电流形式出现在输入端，这时反馈信号、输入信号在同一点引入。

串联反馈：

反馈信号以电压形式出现在输入端，这时反馈信号、输入信号不在同一点引入。

（2）根据输出端反馈采样对象的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反馈。

电压反馈：

反馈采样对象是输出电压。

电流反馈：

反馈采样对象是输出电流。

为了判断是电压反馈还是电流反馈，将负载短路。

若反馈依然存在，则为电流反馈，否则为电压反馈。

由于输入端分为串联和并联，输出端反馈采样分为电压和电流，因此反馈有电压串联、电压并联、电流串联和电流并联四种类型。

不同的反馈电路形式，其作用不同。

电压并联负反馈：

稳定放大器的输出电压，使输入电阻降低，输出电阻降低。

电压串联负反馈：

稳定放大器的输出电压，使输入电阻升高，输出电阻降低。

电流并联负反馈：

稳定放大器的输出电流，使输入电阻降低，输出电阻升高。

电流串联负反馈：

稳