不朽的浪漫一直输

書名：學電工技術入門到成才
作者名：王俊峰編著
本章字數： 3738字
更新時間： 2018-12-28 19:52:36

1.8 晶體管基本放大電路

晶體管在放大電路中有三種基本的連接方式。

1.8.1 共發射極放大電路

1．基本交流電壓放大電路的結構與原理

從基極輸入信號，從集電極輸出信號，發射極作為輸入信號和輸出信號的公共端，即為共發射極放大電路。

如圖1-22（a）所示的電路是由晶體管構成的共發射極接法的基本交流放大電路。放大電路的輸入端與信號源相連，輸出端接負載RL。在電子電路中常把公共端接地（用符號┻表示），電路中各點的電位都以它為參考。圖1-22（b）為直流通道。

圖1-22 共發射極電路圖

基本放大電路中各器件的作用如下：

晶體管VT起電流放大作用，當微弱的信號引起晶體管基極電流的微小變化時，通過其電流放大作用，可以使集電極電流有較大的變化。

如果從能量觀點來看，輸入信號的能量是較小的，而輸出的能量是較大的，但這不是說放大電路把輸入的能量放大了。能量是守恒的，不能放大，輸出的較大能量是來自直流電源UCC。也就是能量較小的輸入信號通過晶體管的控制作用，去控制電源UCC所供給的能量，使輸出端可獲得一個能量較大的信號。這就是放大作用的實質，而晶體管也可以說是一個控制器件。

直流電源UCC為晶體管的發射結提供正向偏壓，為集電結提供反向偏壓，保證晶體管工作在放大狀態。UCC還是整個放大電路的能源，放大電路向負載提供的輸出功率比信號源給放大電路的功率要大得多。能量不能放大，負載所得到的較大能量是由直流電源UCC提供的。

偏置電阻RB的作用是與UCC配合使晶體管有合適的靜態基極電流。

集電極負載電阻RC簡稱集電極電阻，主要是將集電極電流的變化變換為電壓的變化，以實現電壓放大。RC的阻值一般為幾千歐到幾十千歐。

耦合電容C1、C2的作用是傳輸交流信號，隔斷直流通路。因此要求電容量較大，在信號頻率下，容抗應盡可能地小，以便順利地傳輸信號。C1、C2的電容量一般為幾微法到幾十微法。這樣大容量的電容器常常選用電解電容器。電解電容器是有極性的，連接時應注意極性。

2．靜態分析

在圖1-22（a）中，輸入信號ui=0時的工作狀態稱為靜態。這時在直流電源UCC的作用下，晶體管各極間電壓和各極電流都是直流量。其值稱為靜態值。靜態分析的任務就是求出IB、IC、UCE，看放大電路是否工作在放大區，是否取得合適的靜態工作點。

利用估算法分析靜態電路比較方便，只要知道電路中各器件的參數值及晶體管的β值即可求出靜態值 IB、IC、UCE。由圖1-22（b）放大電路的直流通路的輸入回路、輸出回路，可得

晶體管發射結正向導通后，其正向壓降UBE的變化范圍不大，一般可認為總等于它的導通電壓，即硅管為0.6V，鍺管為0.2V。

例1在如圖1-22所示的電路中，已知UCC=12V，RC=4kΩ，RB=300kΩ，電流放大系數β=50，用估算法求其靜態值。

3．動態分析

在放大電路的輸入端加上輸入信號后，就需要知道經過放大電路后信號被放大了多少倍，以及這個電路對前面的信號源產生了什么影響，對后面的負載又有什么要求？這些量的分析稱為放大電路的動態分析。

放大電路的實際輸入信號通常都用正弦信號作為輸入信號。

在放大電路的輸入端加入正弦輸入信號后，電路中的各電壓和電流都會在原來靜態值的基礎上疊加一個交流量。為了區分電壓、電流中的直流分量、交流分量的瞬時值、有效值和最大值，需要用不同的符號表示，如基極電流分別表示為IB、ib、Ib、Ibm，即電流的直流分量、交流分量的瞬時值、有效值和最大值；同理，集-射極電壓表示為UCE、uce、Uce、Ucem；依次類推。

動態分析的任務是求出放大電路的電壓放大倍數Au、放大電路的輸入電阻ri和輸出電阻ro。一般用圖解法和估算法（微變等效電路分析法）。由于用估算法對放大電路進行動態分析的前提是輸入信號比較小，放大電路一定工作在放大區，輸出電流與輸入電流成線性關系，所以可以用線性電路的分析方法，估算各電壓、電流值。在分析電路之前，首先作出放大電路的交流通路。畫交流通路的原則是C1、C2對交流分量可視為短路，直流電源UCC的內阻很小，對交流也可視為短路。據此畫出放大電路的交流通路如圖1-23所示。

圖1-23交流通路

對交流信號來說，從輸入端看進去，晶體管的發射結可等效為一個電阻rbe，稱為晶體管的輸入電阻。它的值在選定了合適的靜態值以后，可以用以下的經驗公式進行估算，即

式中，IB、IE（單位均為mA）都是靜態值。

由式（1-42）可見，rbe與IB、IE及β有密切的關系。如果已知IB、IE（IE≈IC）和β，就可以計算出rbe的值。一般rbe的值約為幾百歐到幾千歐。常用的小功率晶體管，當IE=1～2mA時，rbe約為1kΩ左右。

必須指出的是，rbe是動態電阻，是對變化的信號表現的電阻，所以又稱為交流電阻，只能用它對變化的信號進行計算，而絕不能用它來計算直流值。

在實際應用中，常用放大電路的微變等效電路分析，如圖1-24所示。根據放大電路的微變等效電路和圖1-22中的元器件參數，即可求出放大電路的電壓放大倍數Au、輸入電阻ri和輸出電阻ro。

圖1-24 微變等效電路圖

（1）計算電壓放大倍數Au

根據微變等效電路，放大電路的電壓放大倍數為

式中，“-”號表示輸出電壓與輸入電壓反向；等效負載電阻RL′ =RC//RL。

代入元器件參數后可得

其中，。

當輸出端不接負載RL時，RL′ =RC，則

代入元器件參數后可得

由于RC>R′L，所以接入負載電阻后，電壓放大倍數將減小。RL越小，放大倍數越小。

（2）計算輸入電阻ri

當信號電壓加到放大電路的輸入端時，放大電路就是信號源的負載。負載的等效電阻也就是放大電路的輸入電阻ri（也就是從輸入端看進去的交流等效電阻），即

從微變等效電路圖中可以求得ri=RB//rbe≈rbe。

由前邊計算可得ri=1kΩ。

輸入電阻的大小會影響放大電路接收信號的能力。如果放大電路的輸入電阻較?。阂环矫鎸男盘栐此魅≥^大的電流，從而增加信號源的負擔；另一方面，經過信號源內阻和輸入電阻的分壓，實際加到放大電路的輸入電壓就較小。所以，通常希望放大電路有較高的輸入電阻。

（3）計算輸出電阻ro

由微變等效電路可見ro≈RC=4kΩ。

ro越大，帶負載時的電壓降也越大，輸出電壓降低，也就是放大電路帶負載的能力差。因此，希望放大電路有較小的輸出電阻，以得到穩定的輸出電壓。

共發射極電路具有較大的電壓放大、電流放大和功率放大倍數，輸入電阻小，而輸出電阻大，參數相對適中。所以，一般只要對輸入電阻、輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的地方均常被采用。因此，共發射極電路被廣泛地用做低頻電壓放大的輸入級、中間級和輸出級。

1.8.2 共集電極放大電路

共集電極放大電路如圖1-25所示。從圖中可見，它與前面介紹的電路不同，從基極輸入信號，從發射極輸出信號，集電極作為輸入信號和輸出信號的公共端。因為它的輸出端是從發射極引出的，所以又稱為射極輸出器。

圖1-25 共集電極放大電路

1．共集電極電路的特點

（1）共集電極電路輸入電阻高、輸出電阻低，電壓放大倍數小于1。由于具有這些特點，故常被用做多級放大電路的輸入級、輸出級或作為隔離用的中間級。

該電路作為測量放大器的輸入級，可以提高測量的精度并減小對被測電路的影響。例如，一個有內阻的待測電壓，這個內阻可能預先不知道或者經常發生變化。顯然，只要把測量放大器的輸入電阻大大提高，保證輸入電阻總是比待測電壓的內阻大許多倍，那么測得的結果與待測電壓基本相等，只有這樣，在把測量放大器接到被測電路上以后，才不致改變被測電路原來的工作狀態。

其次，如果放大器推動的是一個變化的負載，為了在負載變化時保證放大器的輸出電壓比較穩定，就要求放大器具有很低的輸出電阻才行，這時，可用射極輸出器作為放大器的輸出級。

（2）共集電極電路雖然沒有電壓放大作用，但有電流和功率放大作用。

（3）共集電極電路輸出電阻小，約為幾歐到幾十歐，比共發射極放大電路的輸出電阻要小得多。輸出電阻越小，當負載變化時，輸出電壓變化就越小，也就是帶負載能力越強。

2．共集電極電路的作用

綜上所述，由于共集電極電路具有輸入電阻大、輸出電阻小的特點，在電子電路中得到了廣泛的應用。在測量儀表中，常用它來作為輸入級，主要是因為它的輸入電阻很大，被測電路信號流入的電流很小，對被測電路工作情況影響很小，從而提高了測量的精度。在多級放大電路中，常用它來作為輸出級，主要是它的輸出電阻小，當負載變化時，輸出電壓仍很穩定。有時將共集電極電路接在兩個共發射極電路的中間。對前級而言，它的高輸入電阻可以提高前級的負載電阻，從而提高了前級的電壓放大倍數；對后級而言，它的低輸出電阻正好與輸入電阻小的共發射極放大電路相配合。這就是射極輸出器的阻抗變換作用。這個中間級又稱為隔離級或緩沖級。

3．參數計算

（1）靜態計算

在輸入信號為0時，靜態工作點的計算公式為

基極電流