晶體管的主要用途之一是利用其放大作用組成放大電路。放大電路的功能是把微弱的電信號(hào)放大成較強(qiáng)的電信號(hào)，放大電路的應(yīng)用十分廣泛，是電子設(shè)備中最普遍的一種基本單元。

1. 放大電路的組成和工作原理

晶體管構(gòu)成的放大電路按照連接方式可分為共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路、共基極放大電路。共發(fā)射極放大電流運(yùn)用的最為廣泛。以此來(lái)進(jìn)行分析

1. 共發(fā)射極基本放大電流的組成

電路中各元件的作用如下:

(1) 晶體管：是放大電路的核心，起電流放大作用。

(2）集電極電源:使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來(lái)源，提供電流和。一般在幾伏到十幾伏之間。

(3) 集電極負(fù)載電阻。主要是將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。

(4）基極偏置電阻。提供適當(dāng)?shù)?span id="n5n3t3z" class="kdocs-bold" style="font-weight:bold;">基極偏置電流，使發(fā)射結(jié)正向偏置，并具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

(5）耦合電容、。它們起隔直流、通交流的作用。

用來(lái)隔斷放大電路與信號(hào)源之間的直流通路，用來(lái)隔斷放大電路與負(fù)載之間的直流通路，使三者之間無(wú)直流聯(lián)系，互不影響。

由于、的值通常取得較大，所以交流信號(hào)在其上的壓降很小，即對(duì)于交流信號(hào)而言，、可視作短路。這就保證交流信號(hào)在信號(hào)源、放大電路和負(fù)載三者之間能順利地傳遞。、的值一般為幾微法到幾十微法，通常采用電解電容器，使用時(shí)要注意其極性。

2. 共發(fā)射極基本放大電路的工作原理

【工作原理】

如果放大電路輸入端有一個(gè)微小的輸入電壓，

經(jīng)電容傳送到晶體管的基極，使基極與發(fā)射極之間的電壓也將隨之發(fā)生變化，產(chǎn)生變化量△。由晶體管的輸入特性曲線可知，將引起基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量△。

此時(shí)晶體管工作在放大區(qū)，根據(jù)晶體管的輸出特性曲線，基極電流的變化將引起集電極電流發(fā)生更大的變化，即△。

這個(gè)集電極電流的變化量流過(guò)集電極負(fù)載電阻和負(fù)載電阻時(shí)，將引起集電極與發(fā)射極之間的電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化。由圖2.1可知，當(dāng)增大時(shí)，上的電壓降也增大，而上的電壓與之和等于，且這個(gè)集電極直流電源是恒定不變的，所以的變化恰與相反，即將相應(yīng)減小。

的變化量△經(jīng)電容傳送到輸出端成為輸出電壓。如果電路的參數(shù)選擇適當(dāng)，的幅度將比大得多，從而達(dá)到放大的目的。

【設(shè)計(jì)放大電路的基本準(zhǔn)則】

1. 外加直流電源的極性必須使晶體管的發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置，以保證晶體管工作在放大區(qū)，保證。

2. 輸入回路的接法，應(yīng)該使輸入電壓的變化量能夠傳送到晶體管的基極回路，并根據(jù)晶體管的輸入特性曲線，輸入電壓的變化量能使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量。

3. 輸出回路的接法，應(yīng)該使集電極電流的變化量能夠轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化量△，并傳送到放大電路的輸出端。

4. 為了保證放大電路能夠正常工作，在電路沒(méi)有外加信號(hào)時(shí)，不僅必須要使晶體管處于放大狀態(tài)，而且要有一個(gè)合適的靜態(tài)工作電壓和靜態(tài)工作電流，即要合理地設(shè)置放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

2. 放大電路的靜態(tài)分析

靜態(tài)分析是指放大電路沒(méi)有信號(hào)輸入（）時(shí)的工作狀態(tài)；動(dòng)態(tài)分析是指放大電路有信號(hào)輸入（）時(shí)的工作狀態(tài)。

靜態(tài)分析的目的是確定放大電路的靜態(tài)值、、和，通常將上述數(shù)值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。動(dòng)態(tài)分析的目的是確定放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻,和輸出電阻等。

1. 放大電路靜態(tài)分析-估算法

估算(硅管)可忽略不計(jì)——估算法的核心。

2. 放大電路靜態(tài)分析-圖解法

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(shè)晶體管的輸出特性曲線如圖2.3所示。圖解步驟如下:

(1）用估算法求出基極電流（如40uA)。

(2）根據(jù)在輸出特性曲線中找到對(duì)應(yīng)的曲線。

(3）作直流負(fù)載線。根據(jù)集電極電流與集、射間電壓的關(guān)系式: 可以畫(huà)出一條直線，只與集電極負(fù)載電阻Rc有關(guān)，稱為直流負(fù)載線。

(4）找到兩條曲線的交點(diǎn)，求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并確定和的值。

【兩個(gè)方程，兩個(gè)未知數(shù)聯(lián)立求解。估算法中是假設(shè)一直放大倍數(shù)，圖解法中是根據(jù)找到兩條曲線的交點(diǎn)】

3. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路在直流電源和交流輸入信號(hào)共同作用下工作，電路中的電壓、電流和 均包含兩個(gè)分量，即: \ \

其中、和是在電源單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，實(shí)際上就是放大電路的靜態(tài)值，稱為直流分量。而、和是在輸入信號(hào)單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，稱為交流分量。

動(dòng)態(tài)分析就是在靜態(tài)值確定以后分析交流信號(hào)的傳輸情況，主要是確定放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻,和輸出電阻等。

動(dòng)態(tài)分析需要用放大電路的交流通路(單獨(dú)作用下的電路)。放大電路的交流通路是用來(lái)表示交流分量傳遞路徑的。以如圖2.1所示的放大電路為例，畫(huà)出其交流通路的原則是:耦合電容、足夠大，容抗近似為零，可視作短路;直流電源的內(nèi)阻很小，可以忽略不計(jì)，即對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō)，直流電源可視作短路。據(jù)此可以畫(huà)出放大電路的交流通路，如圖2.4所示。

1. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析-圖解法

動(dòng)態(tài)分析的方法有圖解法和微變等效電路法。

圖解法是利用晶體管的特性曲線通過(guò)作圖的方法分析放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況。圖解法可以形象直觀地看出信號(hào)的傳遞過(guò)程、各個(gè)電壓與電流在輸入信號(hào)作用下的變化情況和放大電路的工作范圍等。

【圖解分析過(guò)程】

設(shè)輸入信號(hào)，圖解分析步驟如下:

(1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點(diǎn)Q(、和)，見(jiàn)圖2.5的點(diǎn)。

(2）根據(jù)在輸入特性上求和 。為正弦量時(shí)，為:

其波形如圖2.5 (a)中的曲線①所示。

在的作用下，工作點(diǎn)Q在輸入特性曲線的線性段和之間移動(dòng)，由此可以作出基極電流的波形，它也是由直流分量和交流分量疊加而成的，即:

其波形如圖2.5 (a)中的曲線②所示。

(3）作交流負(fù)載線。在作用下的交流通路中，負(fù)載電阻與并聯(lián)（見(jiàn)圖2.4)。由交流負(fù)載電阻決定的負(fù)載線稱為交流負(fù)載線。僅考慮交流負(fù)載特性時(shí)，由于在時(shí)晶體管必定工作在靜態(tài)工作點(diǎn)Q，又因?yàn)?img src="https://imgs.yssmx.com/Uploads/2023/06/498830-122.png" alt="2-單級(jí)交流放大電路【電子技術(shù)】" referrerpolicy="no-referrer" />(負(fù)載電阻RL短路時(shí)取等號(hào))因而交流負(fù)載線是一條通過(guò)靜態(tài)工作點(diǎn)Q、斜率為且比直流負(fù)載線更陡一些的直線，如圖2.5 (b）所示。

(4）由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求和 。在 的作用下，工作點(diǎn)Q在輸出特性曲線的線性段和之間移動(dòng)。由 的波形作出的波形，如圖2.5 (b）中的曲線③所示。也是由直流分量和交流分量。疊加而成的，即:

可見(jiàn)、、與同相，、與反相，根本原因是：流向是從地流向三極管。

放大電路的電壓放大倍數(shù)：

【靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響】

截止失真-靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低

飽和失真-靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高

2. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析-微變等效電路法

圖解法分析簡(jiǎn)單直觀，但是不夠精確，定量分析需要采用微變等效電路法，微變等效電路是將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路，然后用線性電路的分析方法來(lái)分析。

等效的條件是晶體管在小信號(hào)（微變量）情況下工作，這樣即可使用直線段近似代替晶體管的特征曲線。

【晶體管的微變等效電路】

根據(jù)三極管輸入特性曲線，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近近似為一個(gè)直線段，則輸入電阻可認(rèn)為是一個(gè)常值電阻:

對(duì)于低功率三極管其輸入電阻可用下式進(jìn)行估算：

是基區(qū)體電阻，常取為300歐姆，是發(fā)射極電流的靜態(tài)值。

三極管輸出端等效為恒流源，且有

【放大電路的微變等效電路】

對(duì)于放大電路其主要的性能指標(biāo)為:電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

1. 電壓放大倍數(shù)又叫做電壓增益，用表示，即:

由圖2.10可得:

式中，稱為放大電流的交流負(fù)載電阻，結(jié)合上式可知共發(fā)射極放大電路的放大倍數(shù)為：

負(fù)號(hào)代表輸入電壓與輸出電壓反相。

若放大電路的輸出端開(kāi)路（未接負(fù)載電阻RL)，則電壓放大倍數(shù)為:

由于，所以接入RL后電壓放大倍數(shù)下降了。可見(jiàn)放大電路的負(fù)載電阻RL越小，電壓放大倍數(shù)就越低。

2. 輸入電阻。輸入電阻是從信號(hào)源兩端向放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。對(duì)于內(nèi)阻為Rs的信號(hào)源來(lái)說(shuō)，放大電路就相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，它的等效電阻就是放大電路的輸入電阻，即：

可見(jiàn)輸入電阻是一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻（因?yàn)殡m在微變電路中假設(shè)是恒定的，但是在不同工作場(chǎng)景中，受到溫度、直流電壓的影響是不相同的），它的大小對(duì)于放大電路有如下影響：

• 越小，放大電路從信號(hào)源取用的電流就越大，信號(hào)源的負(fù)擔(dān)越重；

• 越小，經(jīng)過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻Rs和輸入電阻的分壓，實(shí)際加到放大電路的輸入電壓Ui越小，從而使得輸出電壓Uo越小；

• 一般使用多級(jí)放大電路，后一級(jí)放大電路的輸入電阻是前一級(jí)放大電路的負(fù)載電阻RL，因此越小，前一級(jí)的放大電路的電壓放大倍數(shù)越小。

因此，通常希望放大電路的輸入電阻高一些。

3. 輸出電阻。輸出電阻是從負(fù)載兩端向放大電路的輸出端看進(jìn)去的等效電阻。對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)，放大電路相當(dāng)于一個(gè)有內(nèi)阻的信號(hào)源，該信號(hào)源的內(nèi)阻定義為放大電路的輸出電阻。

輸出電阻的計(jì)算方法是:首先把信號(hào)源短路，負(fù)載電阻RL開(kāi)路，然后在輸出端外加一交流電壓，計(jì)算它所產(chǎn)生的電流，如圖2.11所示，

、、則輸出電阻為:

輸出電阻也是一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，它對(duì)電路的影響是：越小，帶負(fù)載后輸出電壓的下降越小，即放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。

4. 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

1. 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

前文所介紹的共發(fā)射極基本放大電路的在直流電壓源和電阻固定之后，回路電流基本不會(huì)在發(fā)生變動(dòng)，因此被稱為固定偏置放大電路。通過(guò)調(diào)整則可獲取一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

固定偏置放大電路雖然簡(jiǎn)單且容易調(diào)整，但靜態(tài)工作點(diǎn)Q極易受溫度等因素的影響而上下移動(dòng)，造成輸出動(dòng)態(tài)范圍減小或出現(xiàn)非線性失真。

三極管是一種對(duì)溫度比較敏感的元件，幾乎所有參數(shù)都與溫度有關(guān)。例如，溫度每升高1℃，發(fā)射結(jié)正向壓降約減小2mV~2.5mV，電流放大系數(shù)β約增大0.5%~2%;溫度每升高10℃，反向飽和電流約增加一倍等。所有這些影響都使集電極靜態(tài)電流隨溫度升高而增大。但基極靜態(tài)電流受溫度影響較小，可認(rèn)為基本保持不變。從而導(dǎo)致整個(gè)輸出特性曲線向上平移，靜態(tài)工作點(diǎn)相應(yīng)上移，如圖2.12中的虛線所示。

如基極靜態(tài)電流為，則溫度升高時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)將會(huì)從Q點(diǎn)上移到Q'點(diǎn)，使工作范圍從Q1Q2移動(dòng)到Q1'Q2'，進(jìn)入飽和區(qū)，對(duì)放大電路的工作顯然會(huì)有影響。相反，溫度下降靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)下移。可見(jiàn)，這種放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是不穩(wěn)定的，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)。

綜上所述，在實(shí)用的放大電路中必須穩(wěn)定工作點(diǎn)，以保證盡可能大的輸出動(dòng)態(tài)范圍和避免非線性失真。

2. 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路

如圖2.13 (a）所示就是能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的共發(fā)射極放大電路，這是由和組成的分壓式偏置電路，故稱為分壓式偏置放大電路。這種電路可以根據(jù)溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)基極電流，以削弱溫度對(duì)集電極電流的影響，使靜態(tài)工作點(diǎn)基本穩(wěn)定。

如圖2.13(b)所示為圖2.13(a)所示電路的直流通路。由圖2.13(b)可得:

適當(dāng)選擇電阻和 的值，使之滿足則 ，即基極電流與或相比可以忽略不計(jì)，電阻和相當(dāng)于串聯(lián)，根據(jù)分壓公式，得三極管基極電位的靜態(tài)值為：

這樣可以使得不受溫度影響，又有關(guān)系：

如果在設(shè)計(jì)電路時(shí)滿足則有：

這樣就可以認(rèn)為不受溫度影響，基本穩(wěn)定。

因此只要電路滿足：，則能使不受溫度影響而變化，能使得靜態(tài)工作點(diǎn)基本穩(wěn)定。

實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)，不能取得太大，否則和就要取得較小。這不但要增加功率損耗，而且會(huì)使放大電路的輸入電阻減小，從信號(hào)源取用較大的電流，使信號(hào)源的內(nèi)阻壓降增加，加在放大電路輸入端的電壓減小。

分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過(guò)程如下：

調(diào)節(jié)過(guò)程顯然與有關(guān)，越大，調(diào)節(jié)效果越顯著。但的存在，同樣會(huì)對(duì)變化的交流信號(hào)產(chǎn)生影響，使電壓放大倍數(shù)下降。若用電容與并聯(lián)，對(duì)直流（靜態(tài)值)無(wú)影響，但對(duì)交流信號(hào)而言，只要的容量足夠大(一般幾十微法到幾百微法)，容抗就很小，被短路，發(fā)射極相當(dāng)于接地，便可消除對(duì)交流信號(hào)的影響。稱為發(fā)射極交流旁路電容。

對(duì)于分壓式偏置放大電路進(jìn)行電路分析：

靜態(tài)分析：

動(dòng)態(tài)分析：

5. 射極輸出器

射極輸出器又叫射極跟隨器，電路如圖2.17(a）所示。在電路結(jié)構(gòu)上射極輸出器與共發(fā)射極放大電路不同，負(fù)載接在發(fā)射極上，輸出電壓從發(fā)射極取出，而集電極直接接電源Ucc。對(duì)交流信號(hào)而言，集電極相當(dāng)于接地，成為輸入、輸出電路的公共端，因此這是一種共集電極放大電路。前面已討論過(guò)，在發(fā)射極回路中接入電阻可以穩(wěn)定集電極靜態(tài)電流，因此，射極輸出器的靜態(tài)工作點(diǎn)是穩(wěn)定的。

1. 靜態(tài)分析

射極跟隨器的直流通路如圖2.17(b)所示，由圖可得:

所以，基極電流的靜態(tài)值為:

集電極電流的靜態(tài)值為:

集電極與發(fā)射極之間電壓的靜態(tài)值為:

2. 動(dòng)態(tài)分析

放大倍數(shù)：

如圖2.18所示是圖2.17( a)所示射極輸出器的交流通路和微變等效電路。由圖2.18 (b）所示的微變等效電路可得:

式中。電壓放大倍數(shù)為:

由上式可知:

(1）一般，故射極輸出器的電壓放大倍數(shù)接近于1，但略小于1。值得注意的是，盡管射極輸出器沒(méi)有電壓放大作用，但是因?yàn)?img src="https://imgs.yssmx.com/Uploads/2023/06/498830-257.png" alt="2-單級(jí)交流放大電路【電子技術(shù)】" referrerpolicy="no-referrer" />，所以仍具有一定的電流放大作用和功率放大作用。

(2）輸出電壓與輸入電壓同相，輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)變化，因而它又稱為射極跟隨器或電壓跟隨器。

輸入電阻：

對(duì)于回路存在電壓電流關(guān)系：

則該回路的等效電阻為

所以輸入電阻為：

輸出電阻：

將圖2.18(b）電路中的信號(hào)源U,短接，斷開(kāi)負(fù)載電阻R，在輸出端外加一交流電壓U。，產(chǎn)生電流i。，如圖2.19所示，由圖可得:

所以輸出電阻為:

式中,通常有所以

由于β值一般都較大，因此，射極輸出器的輸出電阻很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于共發(fā)射極放大電路的輸出電阻（Rc)，所以它具有恒壓輸出特性。

綜上所述，射極輸出器的主要特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)接近于1，輸入電阻高，輸出電阻低。

射極輸出器的應(yīng)用十分廣泛。由于它的輸入電阻高，常被用作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，可以提高放大電路的輸入電阻，減少信號(hào)源的負(fù)擔(dān);利用它的輸出電阻低的特點(diǎn)，常用它作為輸出級(jí)，可以提高放大電路帶負(fù)載的能力;利用它的輸入電阻高、輸出電阻低的特點(diǎn)，把它作為中間級(jí)，起阻抗變換作用，使前后級(jí)共發(fā)射極放大電路阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的最大功率傳輸。

6. 場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路

由于場(chǎng)效應(yīng)管具有很高的輸入電阻，適用于對(duì)高內(nèi)阻信號(hào)源的放大，通常用在多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。

與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)管的源極、漏極和柵極分別相當(dāng)于雙極型晶體管的發(fā)射極、集電極和基極。兩者的放大電路也相似。雙極型晶體管放大電路是用ib控制ic，當(dāng)Ucc和Rc確定后，其靜態(tài)工作點(diǎn)由IB決定。場(chǎng)效應(yīng)管放大電路用控制，當(dāng)和 、確定后，其靜態(tài)工作點(diǎn)由決定。

1. 靜態(tài)分析

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路有共源極放大電路、共漏極放大電路等。如圖2.20所示為分壓式偏置共源極放大電路，與分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路十分相似，圖中各元件的作用如下:

V:場(chǎng)效應(yīng)管，電壓控制元件，用柵、源電壓控制漏極電流。

:漏極負(fù)載電阻，獲得隨變化的電壓。

:源極電阻，穩(wěn)定工作點(diǎn)。

、:分壓電阻，與配合獲得合適的偏壓

Cs:旁路電容，消除對(duì)交流信號(hào)的影響。

：電源，提供能量。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-498830.html

2. 動(dòng)態(tài)分析