模擬電子技術(shù)項(xiàng)目化項(xiàng)目二簡(jiǎn)易音頻信號(hào)放大電路的制作與調(diào)試

2.1項(xiàng)目描述

2.2知識(shí)鏈接

2.3項(xiàng)目實(shí)施

2.4項(xiàng)目總結(jié)項(xiàng)目二簡(jiǎn)易音頻信號(hào)放大電路的制作與調(diào)試2.1.1項(xiàng)目學(xué)習(xí)情境：?jiǎn)喂芤纛l信號(hào)放大電路的制作與調(diào)試

圖2-1所示為單管音頻信號(hào)放大電路原理圖，該電路包括三極管直流偏置電路，信號(hào)輸入、輸出電路，負(fù)載電路，音頻信號(hào)源，音頻功率放大電路五部分。2.1項(xiàng)目描述圖2-1單管音頻信號(hào)放大電路原理圖2.1.2電路元器件參數(shù)及功能

簡(jiǎn)易單管音頻信號(hào)放大電路(三極管共射放大電路)元器件參數(shù)及功能如表2-1所示。表2-1單管音頻放大電路(三極管共射放大電路)元器件參數(shù)及功能放大電路，是模擬電子電路中應(yīng)用最為廣泛的電路，基本任務(wù)是將微弱的電信號(hào)放大到負(fù)載(如喇叭、顯示儀表等)所需要的數(shù)值。根據(jù)實(shí)際的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)是電壓或者是電流，放大電路可分為四種類型：電壓放大、電流放大、互阻放大和互導(dǎo)放大。本項(xiàng)目學(xué)習(xí)主要針對(duì)小信號(hào)電壓放大電路，所需具備的知識(shí)點(diǎn)如表2-2所示。2.2知識(shí)鏈接表2-2項(xiàng)目二各任務(wù)鏈接知識(shí)點(diǎn)2.2.1放大電路的基本知識(shí)

一、放大電路的概念

放大電路通常也叫放大器，可以用一個(gè)具有一對(duì)輸入端鈕和輸出端鈕的方框來表示，如圖2-2所示。將需要放大的輸入信號(hào)加到放大器的輸入端，在輸出端就可以得到被放大了的信號(hào)。圖2-2放大電路方框圖

二、放大電路的主要性能指標(biāo)

1.電壓放大倍數(shù)Au

Au=uo/ui，用來衡量放大電路不失真電壓的放大能力。

2.輸入電阻ri

輸入電阻即從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效交流電阻，輸入電阻ri=ui/ii用來衡量電路對(duì)前級(jí)或信號(hào)源的影響強(qiáng)弱，ri越大，影響越小。在圖2-2中，輸入電阻為

3.輸出電阻ro

輸出電阻即從放大電路輸出端(斷開電阻RL)看過去的等效交流電阻，輸出電阻ro=uo/io(uo指輸出端的開路電壓，io指輸出端的短路電流)。

ro用來衡量電路的帶負(fù)載能力，ro越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。在圖2-2中，開關(guān)S閉合時(shí)，輸出電阻為

4.最大輸出幅值電壓Uom

Uom用來衡量放大電路最大信號(hào)輸出電壓的大小。

5.通頻帶

通頻帶用于衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。放大電路存在電容、電感及半導(dǎo)體器件結(jié)電容等電抗元件，這些電抗元件對(duì)于不同頻率的交流信號(hào)的阻礙作用大小不同，使得電路對(duì)不同頻率的交流信號(hào)的放大能力不同。

一般情況下，一個(gè)具體的放大電路只能放大一定頻率范圍的交流信號(hào)，這個(gè)頻率范圍就是通頻帶，如圖2-3所示。在信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出信號(hào)從最大值衰減3dB的信號(hào)頻率為截止頻率，上、下截止頻率之間的頻帶稱為通頻帶，用BW表示。BW=fH－fL。圖2-3通頻帶

6.非線性失真

由于放大器件(晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等)均具有非線性的特性，它們的線性放大范圍有一定的限制，當(dāng)輸入信號(hào)幅度超過一定數(shù)值之后，輸出電壓將會(huì)產(chǎn)生失真。這種由于器件的非線性引起的失真稱為非線性失真。

三、放大電路中信號(hào)放大的實(shí)質(zhì)

放大電路中“放大”的實(shí)質(zhì)并不是能量的增加，而是能量的控制與轉(zhuǎn)換。放大的目的是將微弱變化的信號(hào)放大成較大的信號(hào)。

三極管放大電路的實(shí)質(zhì)是用小能量的信號(hào)通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。

四、放大電路的分類

按放大元器件的不同，放大電路一般分為分立元件放大電路和集成放大電路。

按放大參數(shù)不同，放大電路一般分為電壓、電流和功率放大電路。

按電路結(jié)構(gòu)不同，放大電路一般分為單級(jí)和多級(jí)放大電路。

按信號(hào)頻率不同，放大電路一般分為直流、低頻、高頻、選頻放大電路等多種類型。2.2.2晶體三極管

一、三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)

根據(jù)制造方法，畫出三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4所示。圖2-4三極管結(jié)構(gòu)示意圖

二、三極管的電流放大原理

1.三極管的放大條件

三極管的放大條件分為內(nèi)部條件和外部條件。

內(nèi)部條件：必須保證三極管有三個(gè)區(qū)、三個(gè)電極、兩個(gè)結(jié)，并且基區(qū)做得很薄(幾微米到幾十微米)，且摻雜濃度低；發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度則比較高；集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)做得大。

外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

2.三極管在放大電路中的基本連接方式

當(dāng)把三極管接入電路時(shí)，必然涉及兩個(gè)回路：輸入回路和輸出回路，每個(gè)回路都應(yīng)有一個(gè)直流電源，使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

由于兩個(gè)電源共有四個(gè)端點(diǎn)，而三極管只有三個(gè)電極，因此輸入回路和輸出回路總有一個(gè)公共端。根據(jù)公共端的不同，可以有三種連接方式，如圖2-5所示(以NPN管為例)。圖2-5NPN三極管的三種連接方式

3.三極管的電流放大作用

三極管的電流放大作用是指基極電流對(duì)集電極電流的控制作用,即

IC=βIB

4.三極管的電流分配關(guān)系

NPN管和PNP管的電流分配關(guān)系如圖2-6所示。圖2-6三極管的電流分配關(guān)系

三、三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是指電流與電壓之間的關(guān)系，包括輸入特性曲線和輸出特性曲線。下面以NPN型共發(fā)射極三極管為例介紹三極管的特性曲線。這兩組曲線可以在晶體管特性圖示儀的屏幕上直接顯示出來，也可以通過圖2-7所示的電路逐點(diǎn)測(cè)出各對(duì)應(yīng)數(shù)值，再繪制出曲線。圖2-7繪制輸入、輸出特性曲線的電路

1.共發(fā)射極輸入特性曲線

共發(fā)射極輸入特性曲線測(cè)量電路如圖2-7所示。共發(fā)射極輸入特性曲線是以UCE為參變量時(shí)，iB與uBE間的關(guān)系曲線，即

典型的共發(fā)射極輸入特性曲線如圖2-8所示。由圖2-8可知，不同的UCE有不同的輸入特性曲線，但當(dāng)UCE＞1V以后，曲線基本保持不變。從圖中還可知，三極管發(fā)射結(jié)也有一個(gè)導(dǎo)通電壓，對(duì)于硅管約為0.5V~0.7V，鍺管約為0.1V~0.3V。圖2-8共發(fā)射極輸入特性曲線

2.共發(fā)射極輸出特性曲線

共發(fā)射極輸出特性曲線測(cè)量電路如圖2-7所示。共發(fā)射極輸出特性曲線是以IB為參變量時(shí)，iC與uCE間的關(guān)系曲線，即

典型的共發(fā)射極輸出特性曲線如圖2-9所示，由圖可見，輸出特性可以劃分為三個(gè)區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)于三種工作狀態(tài)。圖2-9共發(fā)射極輸出特性曲線(1)放大區(qū)：輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū),IC=βIB,由于在不同的IB下電流放大系數(shù)近似相等，所以放大區(qū)也稱為線性區(qū)。三極管要工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)必須處于正向偏置，集電結(jié)則應(yīng)處于反向偏置，對(duì)硅管而言應(yīng)使UBE>0，UBC<0。

(2)截止區(qū)：IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。實(shí)際上，對(duì)NPN硅管而言，當(dāng)UBE<0.5V時(shí)即已開始截止，但是為了使三極管可靠截止，常使UBE≤0V，此時(shí)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置。

(3)飽和區(qū)：輸出特性曲線的陡直部分是飽和區(qū)，此時(shí)IB的變化對(duì)IC的影響較小，放大區(qū)的β不再適用于飽和區(qū)。在飽和區(qū)，UCE<UBE，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。

四、三極管的主要參數(shù)

1.共發(fā)射極電流放大系數(shù)β

共發(fā)射極電流放大系數(shù)是指從基極輸入信號(hào)、從集電極輸出信號(hào)(共發(fā)射極)時(shí)的電流放大系數(shù)。

2.極間反向電流

(1)集電極-基極間的反向飽和電流ICBO：發(fā)射極開路集電結(jié)反偏時(shí)，集電區(qū)與基區(qū)中由少子運(yùn)動(dòng)形成的電流。

(2)集電極-發(fā)射極間的穿透電流ICEO：基極開路、集電結(jié)反偏和發(fā)射結(jié)正偏時(shí)的集電極電流。

3.極限參數(shù)

(1)集電極最大允許電流ICM：集電極電流超過一定值時(shí)，β值要下降。當(dāng)β值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流。

(2)集電極最大允許功率損耗PCM：集電極電流使晶體管受熱，當(dāng)引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)的集電極所消耗的最大功率。

(3)反向擊穿電壓：基極開路，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。

4.溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

(1)對(duì)β的影響：β隨溫度的升高而增大。

(2)對(duì)反向飽和電流ICBO的影響：ICBO隨溫度上升會(huì)急劇增加。

(3)對(duì)發(fā)射結(jié)電壓UBE的影響：溫度升高，UBE將下降。

五、三極管的命名方法及檢測(cè)

1.命名方法

3A××，表示該三極管為PNP型鍺管；3B××，表示該三極管為NPN型鍺管；3C××，表示該三極管為PNP型硅管；3D××，表示該三極管為NPN型硅管；型號(hào)的第三位表示器件的類型，例如G代表高頻小功率管，因此3DG就表示該三極管為NPN型高頻小功率硅三極管，而3AG則表示該三極管為PNP型高頻小功率鍺三極管。常見三極管的封裝形式如2-10所示。圖2-10常見三極管的封裝形式

2.萬用表檢測(cè)三極管的方法

(1)判定基極b。用萬用表R×100或R×1k擋測(cè)量三極管三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二根表筆先后接觸另外兩個(gè)電極均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b，這時(shí)，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b，黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值都較小，則可判定被測(cè)三極管為PNP型管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值較小，則被測(cè)三極管為NPN型管。

(2)判定集電極c和發(fā)射極e。(以PNP為例)將萬用表置于R×100或R×1k擋，紅表筆接基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所測(cè)得的兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。2.2.3三極管放大電路及其分析

為了分析方便，這里規(guī)定放大電路中的電壓、電流文字符號(hào)如表2-3所示。表2-3放大電路中的電壓、電流文字符號(hào)含義

一、基本共發(fā)射極放大電路及其分析

1.電路的組成

三極管放大電路有共發(fā)射極(簡(jiǎn)稱共射極)、共基極、共集電極三種組態(tài)的放大電路。圖2-11所示為最基本的共射極放大電路,圖(b)是圖(a)的等效原理電路。圖2-11NPN型三極管構(gòu)成的(單電源)基本共射極放大電路下面介紹各元件的作用。

三極管V：圖中采用NPN型硅管，為核心放大元件，具有電流放大作用。

基極電阻RB：基極偏置電阻，給基極提供一個(gè)合適的偏置電流IBQ。

集電極電阻RC：集電極負(fù)載電阻，將三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變成電壓放大作用。

電阻Rs和電源us：信號(hào)源，給輸入回路提供被放大的信號(hào)ui。電源EC：集電極電源，通過RB給發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，給基極回路提供偏置電流IBQ；通過RC給集電結(jié)加反向偏置電壓，給集電極回路提供偏置電流ICQ。三極管放大交流信號(hào)時(shí)把EC的直流能量轉(zhuǎn)變成交流能量，而三極管本身并不產(chǎn)生能量。

電阻RL：負(fù)載電阻，消耗放大電路輸出的交流能量，將電能轉(zhuǎn)變成其他形式的能量。電容C1、C2：耦合電容，起隔直導(dǎo)交的作用。圖2-11中，C1左邊、C2右邊只有交流而無直流信號(hào)，中間部分為交、直流信號(hào)共存。耦合電容一般多采用電解電容器，在使用時(shí)，應(yīng)注意它的極性與加在它兩端的工作電壓極性相一致，正極接高電位，負(fù)極接低電位。

工程實(shí)際中繪制電路圖時(shí)往往省略電源不畫，將圖2-11(a)畫成圖2-12(a)的形式，其電源EC用電壓UCC表示，這兩個(gè)電路圖的實(shí)際結(jié)構(gòu)形式完全相同。由PNP型三極管構(gòu)成的基本共射極放大電路如圖2-12(b)所示，其與NPN型電路的不同之處是電源電壓UCC為負(fù)值，電容C1、C2的極性調(diào)換，后面在繪制電路圖時(shí)都將按這種形式繪制。圖2-12三極管構(gòu)成的(單電源)基本共射極放大電路

2.工作原理

任何放大電路都是由兩大部分組成的，一是直流通路；二是交流通路。

1)靜態(tài)工作原理

所謂靜態(tài)，是指輸入交流信號(hào)ui=0時(shí)的工作狀態(tài)。圖2-12(a)在靜態(tài)工作時(shí)可以等效為圖2-13(a)所示電路，該電路稱為基本共射極放大電路的直流通路。在直流狀態(tài)下，三極管各極的電流和各極之間的電壓分別表示為基極電流IBQ、集電極電流ICQ、基極與發(fā)射極之間的電壓UBEQ、集電極與發(fā)射極之間的電壓UCEQ。這幾個(gè)值反映在輸入、輸出特性曲線上(如圖2-13(b)、(c)所示)是一個(gè)點(diǎn)，所以稱其為靜態(tài)工作點(diǎn)(或稱Q點(diǎn))。

圖2-13基本共射極放大電路直流通路及特性曲線畫直流通路的方法是將電容斷路，電感短路，其他各元件以三極管為核心照常畫出。

由圖2-13(a)所示，根據(jù)KVL知Q值為：

2)動(dòng)態(tài)工作原理

所謂動(dòng)態(tài)，是指放大電路輸入信號(hào)ui≠0時(shí)的工作狀態(tài)。這時(shí)電路中既有直流成分，也有交流成分，各極的電流和電壓都是在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上再疊加交流分量?；竟采錁O放大電路的動(dòng)態(tài)工作原理可用圖2-14來說明，我們?cè)谶@里僅考慮對(duì)ui的放大作用。圖2-14基本共射極放大電路的動(dòng)態(tài)工作原理圖從圖2-14分析可知：uo=uce=－RCic=－RCβib。上式中的“－”表示輸出信號(hào)uo與輸入信號(hào)ui的相位相反，如圖2-14所示。

在分析電路時(shí)，一般用交流通路來研究交流量及放大電路的動(dòng)態(tài)性能。所謂交流通路，就是交流電流流通的途徑，在畫法上遵循兩條原則：

一是將原理圖中的耦合電容C1、C2視為短路，二是電源UCC的內(nèi)阻很小，對(duì)交流信號(hào)視為短路，其他元件以三極管為核心照畫。交流通路如圖2-15所示。圖2-15交流通路從上面分析可知，在放大電路中同時(shí)存在直流分量和交流分量?jī)煞N信號(hào)，直流分量由直流偏置電路決定，關(guān)系到三極管的直流工作狀態(tài)；交流分量代表著交流信號(hào)的變化情況，沿著交流通路傳遞。兩種信號(hào)各有各的用途，各走各的等效通路，不可混為一談。

基本共發(fā)射極放大電路工作原理總結(jié)如下：

(1)當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí)，放大電路工作于靜態(tài)，三極管各電極有著恒定的靜態(tài)電流IBQ和ICQ，各電極之間有著恒定的靜態(tài)電壓UBEQ和UCEQ，這幾個(gè)值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的是為了使三極管的工作狀態(tài)避開死區(qū)。(2)當(dāng)輸入信號(hào)ui≠0時(shí)，放大電路工作于動(dòng)態(tài)，三極管各電極電流和各電極之間的電壓跟隨輸入信號(hào)變化，并且都是直流分量與交流分量的疊加。由于集電極的交流分量ic是基極電流交流分量ib的β倍，因此，輸出信號(hào)uo比輸入信號(hào)ui的幅度大得多。

(3)輸出信號(hào)uo與輸入信號(hào)ui的頻率相等，但相位相反，即共發(fā)射極放大電路具有倒相作用。

3.電路的分析計(jì)算

1)靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是根據(jù)直流通路和元件參數(shù)(RB、RC、RE、UCC、β等)來計(jì)算的。

在圖2-13(a)所示的直流偏置電路中，直流通路有兩個(gè)回路，一是由電源—基極—發(fā)射極組成，此回路的UBE通常為已知值(硅管取0.6V～0.7V、鍺管取0.2V)；另一個(gè)回路由電源—集電極—發(fā)射極組成，此回路的UCE及IC均為未知數(shù)，通常從第一個(gè)回路開始求解。

例2.1在圖2-12(a)所示電路中，取UBE=0.6V，已知UCC=20V，RB=470kΩ，RC=6kΩ，β=50，求IB、IC和UCE。

解：(1)求IB。

由UCC—RB—基極—發(fā)射極—地組成的回路得：

IBRB+UBE=UCC

故

(2)求IC。

IC=βIB=50×43=2.15mA

(3)求UCE。

由UCC—RC—集電極—發(fā)射極—地組成的回路得：

ICRC+UCE=UCC

UCE=UCC－ICRC=20－2.15×6=7.1V

IB、IC和UCE在三極管特性曲線上確定的靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。Q設(shè)置得不合適，會(huì)對(duì)放大電路的性能造成影響。如圖2-16所示，若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q′進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib(或ui)的波形不一致，輸出電壓uo(即uce)的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q″進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。圖2-16Q點(diǎn)設(shè)置不合適引起的失真2)動(dòng)態(tài)工作的分析計(jì)算

應(yīng)用晶體三極管的微變等效電路來分析放大電路，可以方便地計(jì)算電路的各項(xiàng)參數(shù)，這是分析放大電路最常用的基本方法，其具體步驟如下所述。

(1)三極管的微變等效電路。

三極管各極電壓和電流的變化關(guān)系在較大范圍內(nèi)是非線性的。如果三極管工作在小信號(hào)情況下，信號(hào)只是在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍變化，那么三極管特性可看成是近似線性的，可用一個(gè)線性電路來代替，這個(gè)線性電路就稱為三極管的微變等效電路，如圖2-17所示。其中，

。圖2-17三極管及其微變等效電路(2)放大電路的微變等效電路。

用三極管的微變等效電路代替交流通道中的三極管，所得電路即為該放大電路的微變等效電路，如圖2-18(b)所示。圖2-18基本共射極放大電路的交流通路與微變等效電路(3)用微變等效電路求動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

根據(jù)圖2-18(b)所示電路，動(dòng)態(tài)指標(biāo)可用微變等效電路求得。

①電壓放大倍數(shù)Au。基本共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)為

②電流放大倍數(shù)Ai。基本共發(fā)射極放大電路的電流放大倍數(shù)為

③輸入電阻ri。由圖2-18(b)可知，基本共發(fā)射極放大電路的輸入電阻為

④輸出電阻ro。由圖2-18(b)知，三極管集電極回路等效成了一個(gè)理想受控電流源，理想受控電流源與RC構(gòu)成一個(gè)實(shí)際受控電流源，根據(jù)電路分析的理論，斷開RL后，求得該放大電路的輸出電阻為

例2.2在圖2-19(a)所示電路中，β＝50，UBE＝0.7Ｖ，試求:(1)靜態(tài)工作點(diǎn);(2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

解：畫出微變等效電路如圖2-19(b)所示。

(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)。

圖2-19例2.2電路圖(2)計(jì)算動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

二、分壓式電流負(fù)反饋偏置(穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn))電路及其分析

1.工作原理

如圖2-20(a)所示放大電路，利用RB1與RB2的分壓作用、RE的電流負(fù)反饋?zhàn)饔脕硐郎囟葘?duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，故稱為分壓式電流負(fù)反饋偏置電路。下面具體介紹該電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理，該電路的直流通道如圖2-20(b)所示。圖2-20分壓式電流負(fù)反饋偏置電路及其直流通路從直流通路中可知

如果合理選擇RB1和RE，可使RB2<<(1+β)RE，即有I2>>IB，上式可近似表示為

則

綜合以上分析，分壓式電流負(fù)反饋偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的條件是：

a.I2>>IB，即RB2<<(1+β)RE；

b.以上兩個(gè)條件在實(shí)際應(yīng)用中要兼顧放大電路的工作性能。因?yàn)?，如果要使I2>>IB，RB2就要選取得很小，這樣，RB2對(duì)輸入交流信號(hào)ii的分流作用增強(qiáng)，輸入電阻減小，加重了信號(hào)源us的負(fù)擔(dān)；如果將UB取得很大，UE也增大，在電源電壓UCC不變的情況下，UCEQ將減小，放大電路的動(dòng)態(tài)范圍減小，影響交流輸出電壓uo。實(shí)踐證明，I2和UB按下式選擇比較合適：

(1)只有I1>>IBQ，才能使UBQ=UCC×RB2/(RB1+RB2)基本不變。一般取

I1=(5~10)IBQ硅管

I1=(10~20)IBQ鍺管(2)當(dāng)UB太大時(shí)必然導(dǎo)致UE太大，使UCE減小，從而減小了放大電路的動(dòng)態(tài)工作范圍。因此，UB不能選取太大。一般取

UB=(3~5)V硅管

UB=(1~3)V鍺管

2.電路的分析計(jì)算

在圖2-20中，由于CE對(duì)交流信號(hào)的旁路作用，ui和uo的公共端依然是三極管的發(fā)射極，故該電路仍為共發(fā)射極放大電路。下面介紹該電路的分析方法。

1)靜態(tài)工作情況分析

靜態(tài)工作情況分析主要是計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。分壓式電流負(fù)反饋偏置電路的直流通道如圖2-20(b)，按圖計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。

(1)基極電位UB

(2)集電極電流ICQ和集電極與發(fā)射極之間的電壓UCEQ

集電極電流ICQ

集電極與發(fā)射極之間的電壓UCEQ為

UCEQ=UCC－(ICQRC+REIEQ)≈UCC－(RC+RE)ICQ

(3)基極電流IBQ

例2.3在圖2-20(b)中，已知UCC=15V、RB2=24kΩ、RB1=12kΩ、RC=3kΩ、RE=2kΩ、β=50，求IC和UCE。

解：求IE和IC。

先忽略IB對(duì)基極電位UB的影響，則UB由RB1和RB2分壓決定,故有

取UBE=0.6V，則

UE=UB－UBE=5－0.6=4.4V

所以

工程上取

IC≈IE=2.2mA

管壓降UCE由UCC—RC—集電極—發(fā)射極—RE—地組成的回路求得

ICRC+UCE+IERE=UCC

則

UCE=UCC－(ICRC+IERE)=UCC－IC(RC+RE)

=15－2.2×(3+2)=4V2)動(dòng)態(tài)工作情況分析

首先，畫出電路的交流通道，如圖2-21(a)所示，再根據(jù)交流通道畫出其微變等效電路，如圖2-21(b)所示，最后計(jì)算動(dòng)態(tài)指標(biāo)。圖2-21分壓式電流負(fù)反饋偏置電路的交流通路及微變等效電路電壓放大倍數(shù)

輸入電阻

輸出電阻

ro≈RC

源電壓放大倍數(shù)Aus是放大電路對(duì)信號(hào)源us的電壓放大倍數(shù)，即uo與us的比值，其計(jì)算公式為

例2.4在圖2-22中，若三極管β=80，UCC=20V、

RB2=150kΩ、RB1=47kΩ、RC=3kΩ、RE1=200Ω、RE2=1.3kΩ，試計(jì)算該電路的Au、ri和r(設(shè)UBE=0.6V)。圖2-22例2.4電路原理圖

解：畫出微變等效電路，如圖2-23所示。

(1)求Au。

圖2-23例2.4的微變等效電路圖電壓放大倍數(shù)Au定義為輸出電壓uo與輸入電壓ui之比，即

uo=－icRL′=－βibRL′

式中RL′=RC∥RL稱為交流總負(fù)載電阻。

ui=ibrbe+ieRE1=ibrbe+(1+β)ibRE1

=ib［rbe+(1+β)RE1］故

(2)求ri。

ri可以直接從放大電路的交流等效電路中求取，由于恒流源βib的內(nèi)阻為無窮大，輸入電阻包括rbe、RE1和RB(RB=RB1∥RB2)，要把RE1(流過電流為ie)折算到基極電路(流過電流為ib)，RE1和rbe就是簡(jiǎn)單的串聯(lián)關(guān)系，有：

ri=RB1∥RB2∥［rbe+(1+β)RE1］

=47∥150∥(1+81×0.2)=11.6kΩ(3)求ro。

放大電路的輸出電阻等于集電極電阻，即

ro=RC=3.3kΩ

共射極放大電路的Au從幾倍到幾十倍，ri可從幾千歐到幾十千歐，ro可從幾百歐到幾千歐。

三、共集電極放大電路及其分析

共集電極放大電路原理圖如圖2-24(a)所示，交流信號(hào)從基極加入，從發(fā)射極輸出，所以又稱射極輸出器。圖2-24共集電極放大電路射極輸出器是具有RE的串聯(lián)型偏置方式，RE有穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的作用。由圖可知：

ube=ui－uo

當(dāng)負(fù)載波動(dòng)時(shí)，輸出電壓uo的變化能在射極電路中通過ube的作用自己調(diào)節(jié)(稱負(fù)反饋)而減小波動(dòng)，其調(diào)節(jié)過程如下：

當(dāng)

RL↓→uo↓→ube↑→ib↑→ie↑→uo↑

1．電壓放大倍數(shù)Au

由圖2-24(b)可得

uo=ui－ube

所以電壓放大倍數(shù)

2.輸入電阻ri

由圖2-24(b)可知，ri是從輸入端往里看的等效電阻，它包括RB、rbe、RE和RL。射極交流等效電阻RL′=RE∥RL，也是放大電路輸出端的交流總負(fù)載電阻，利用b、e極電路的等效轉(zhuǎn)換關(guān)系，可直接寫出輸入電阻

ri=RB∥［rbe+(1+β)RL′］

3.輸出電阻ro

如圖2-24(b)所示，從輸出端往放大電路里面看進(jìn)去的等效電阻ro應(yīng)包括RE和rbe兩部分。因?yàn)?，而流過rbe的電流是ib，所以應(yīng)把rbe折算到射極電路來，其阻值變?yōu)?。這樣，輸出電阻

2.2.4三極管(三種組態(tài))放大電路的比較

三極管放大電路共有三種組態(tài)，即共集電極、共發(fā)射極、共基極放大電路，其性能比較如表2-4所示。表2-4三極管三種組態(tài)放大電路性能比較

2.2.5場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制的半導(dǎo)體器件，它通過輸入信號(hào)電壓來控制其輸出電流，具有輸入阻抗很高(可達(dá)108~1015)、溫度穩(wěn)定性較好、抗輻射能力強(qiáng)以及制造工藝簡(jiǎn)單、便于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于集成電路中。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管兩大類。

一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

1.結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)

按照導(dǎo)電溝道的不同，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分為N溝道和P溝道兩類。圖2-25為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)。圖2-25N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管各部分半導(dǎo)體材料與N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)應(yīng)相反，其電路符號(hào)如表2-5所示。表2-5各種類型場(chǎng)效應(yīng)管的比較

2.特性

與三極管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管的特性可用特性曲線來表示。圖2-26(a)為測(cè)試N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線的接線圖。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)沒有柵極電流。柵極控制電壓uGS與漏極電流iD(在uDS一定時(shí))的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移特性，如圖2-26(b)所示，與三極管輸入特性曲線對(duì)應(yīng)。場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電壓uDS和漏極電流iD(在uGS一定時(shí))的關(guān)系稱為輸出特性，如圖2-26(c)所示，對(duì)應(yīng)于三極管的輸出特性曲線。圖2-26測(cè)試N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線接線圖及特性曲線

二、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

1.結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管也有P溝道和N溝道兩類，每一類又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。因此，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管共有四種：N溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型、P溝道耗盡型。圖2-27為N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號(hào)。圖2-27N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號(hào)圖P溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管各部分材料與N溝道對(duì)應(yīng)相反，電路符號(hào)如表2-5所示。

圖2-28為N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號(hào)。圖2-28N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號(hào)圖

2.特性

無論增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管還是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，也無論N溝道還是P溝道，所有絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性大體相同，不同的只是所加uGS與uDS的極性不同而已。各種類型場(chǎng)效應(yīng)管電路符號(hào)、所加電壓極性以及轉(zhuǎn)移特性曲線如表2-5所示。

三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

利用場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓uGS控制漏極電流iD的特性，可以構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管放大電路，如圖2-29所示。和三極管放大電路一樣，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路由偏置電路給場(chǎng)效應(yīng)管提供合適的偏壓，建立一個(gè)適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使管子工作在線性放大區(qū)。根據(jù)管子類型的不同，偏置電路各有差異。圖2-29場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2.3.1共射極單管放大電路測(cè)試訓(xùn)練

一、訓(xùn)練目的

(1)掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，觀察并分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響；

(2)掌握放大電路電壓放大器倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓等動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試方法；

(3)熟悉電子儀器在電子測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用。2.3項(xiàng)目實(shí)施

二、訓(xùn)練說明

圖2-30為常見的電阻分壓式、可以穩(wěn)定工作點(diǎn)的共射極單管放大電路的實(shí)驗(yàn)電路，由于引入了直流電流負(fù)反饋，該電路具有自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

由于電子元器件性能參數(shù)的分散性較大，因此在設(shè)計(jì)、制作和維修晶體管放大電路時(shí)離不開測(cè)量和調(diào)試技術(shù)，放大電路的測(cè)量和調(diào)試內(nèi)容一般包括放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試以及放大電路各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。圖2-30共射極單管放大電路的實(shí)驗(yàn)電路

三、訓(xùn)練內(nèi)容

1.調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)

先將直流穩(wěn)壓電源調(diào)至12V，然后按圖2-30所示接入電路。調(diào)節(jié)RW使IC=2.0mA(即使UE=2.0V)，用直流電壓表測(cè)量UB、UE、UC及用萬用表測(cè)量RB2值，結(jié)果記入表2-6中。表2-6靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值

2.測(cè)量電壓放大倍數(shù)

在放大電路的輸入端加入頻率為1kHz的正弦信號(hào)us，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出細(xì)調(diào)旋鈕使B點(diǎn)對(duì)地電壓Ui=10mV,同時(shí)用示波器觀察放大電路輸出電壓uo的波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測(cè)量下述三種負(fù)載的uo值，結(jié)果記入表2-7中。注意輸出的失真波形如圖2-31所示。圖2-31輸出的失真波形表2-7電壓放大倍數(shù)及輸入、輸出波形

3.觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響

在上述靜態(tài)條件下(IC=2.0mA)，置RC=2.4kΩ，RL=∞，逐漸加大輸入信號(hào)ui，使輸出電壓波形足夠大但不失真。保持輸入信號(hào)不變，分別增大和減小RW的阻值，改變靜態(tài)工作點(diǎn)使輸出波形出現(xiàn)截止或飽和失真，分別繪出uo的波形，并測(cè)量出相對(duì)應(yīng)的IC和UCE值，記入表2-8中，注意每次測(cè)量IC和UCE時(shí)均須將信號(hào)源關(guān)閉。表2-8靜態(tài)、工作對(duì)輸出波形失真的影響4.測(cè)量最大不失真輸出電壓

仍置RC=2.4kΩ，RL=∞。將輸入電壓ui從0開始逐漸加大，同時(shí)用示波器觀測(cè)輸出電壓uo的波形，待輸出波形出現(xiàn)縮頂或削底失真時(shí)，調(diào)節(jié)RW使失真消除，然后再增大輸入信號(hào)使輸出波形出現(xiàn)失真，再調(diào)節(jié)RW使失真消除，如此反復(fù)調(diào)節(jié)直至輸出波形將要同時(shí)出現(xiàn)縮頂和削底失真時(shí)，此時(shí)的輸出電壓就是放大器的最大不失真輸出電壓，而此時(shí)對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)也稱為最佳靜態(tài)工作點(diǎn)，測(cè)試相應(yīng)數(shù)據(jù)記入表2-9中。表2-9最大不失真輸出電壓

5.測(cè)量輸入電阻

在上述狀態(tài)下，用交流毫伏表測(cè)出信號(hào)源電壓Us和放大器輸入電壓Ui，記入表2-10中。

6.測(cè)量輸出電阻

在上述狀態(tài)下，用交流毫伏表分別測(cè)量出RL=∞和RL=2.4kΩ時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo和UL記入表2-10中。表2-10輸入、輸出電阻的測(cè)量2.3.2射極跟隨器測(cè)試訓(xùn)練

一、訓(xùn)練目的

(1)掌握射極跟隨器的特性及測(cè)試方法；

(2)進(jìn)一步熟悉放大電路各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量方法。

二、訓(xùn)練說明

射極跟隨器的原理圖如圖2-32所示，它是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，該電路具有輸入電阻高、輸出電阻低、電壓放大倍數(shù)接近1，且輸出電壓能夠在較大范圍內(nèi)跟隨輸入電壓作線性變化,以及輸入、輸出信號(hào)同相等特點(diǎn)。射極跟隨器的測(cè)試內(nèi)容和方法與單管共射極放大電路基本相同。圖2-32射極跟隨器原理圖

三、訓(xùn)練內(nèi)容

1.調(diào)試靜態(tài)工作點(diǎn)

接通+