基本放大电路的研究

宋立范

摘 要： 自然界中的物理量大部分是模拟量，如温度、压力、长度、图像及声音等，都需要用传感器转换成电信号，而转换后电信号一般都很小，不足以驱动负载工作（或进行某种转换和传输）。于是，人们在得到这个很小的电信号时，首先要对它们进行放大。这里所说的放大不是将原物的形状按一定比例放大，放大电路中的放大的本质是能量的控制和转换。因此电子电路中放大电路得到了广泛应用。

关键词： 基本放大电路 工作原理 性能指标

一、基本放大电路的放大概念

基本放大电路又称放大器，其功能是把微弱的电信号不失真地放大到所需要的数值。这里微弱的电信号是可以由传感器转化的模拟电信号，也可以是来自前级放大器的输出信号或是来自于广播电台发射的无线电信号等。基本放大电路，是指由一只放大管构成的简单放大电路。放大电路中的放大，其本质是实现能量的控制和转换。当输入电信号较小，不能直接驱动负载时，需要另外提供一个直流电源。在输入信号的控制下，放大电路将直流电源的能量转化为较大的输出能量，从而驱动负载。这种用小能量控制大能量的能量转换作用，即为放大电路中的放大。因此，基本放大电路实际上是一个受输入信号控制的能量转换器。

二、基本放大电路的分类及工作原理

在放大电路中，应用最广泛的是共发射极放大电路（简称共射电路），常见的共发射极放大电路有两种，一种是基本共发射极放大电路，另一种是静态工作点稳定的共发射极放大电路，也称分压式共发射极放大电路。

1.电路的组成及各元器件的作用

为了实现不失真地放大输入的交流信号，放大电路的组成必须遵循以下规则：

（1）加入直流电源的极性必须使晶体管处于放大状态，即发射结正偏，集电结反偏。

（2）为了保证放大电路不失真的放大输入的交流信号，在没加入输入信号时，还必须给晶体管加一个合适的直流电压、电流，称之为合理地设置静态工作点。

（3）如下图所示按照上述原则组成的基本共发射极放大电路。

电路中各元件的作用：

VT为NPN型晶体管，是放大电路中的核心器件，在电路中起放大作用。Vcc为直流电源，是放大电路的能源，其作用有两个，一是保证晶体管工作在放大状态，通过Rb、Rc（Rb>Rc）给晶体管的发射结提供正偏电压，给集电结提供反偏电压；二是提供能量，在输入信号的控制下，通过晶体管将直流电源的能量转换为负载所需要的较大的交流能量。

Rb为基极偏置电阻，作用有两个：一是给发射结提供正偏电压通路；二是决定静态基极电流Ib的大小。当Vcc、Rb的值固定时，Ib也固定了，所以这种电路也被称为固定偏置放大电路。

Rc为集电极负载电阻，作用有两个：一是给集电结提供反偏电压通路；二是通过Rc将晶体管集电极电流的变化转换成集成电极电压的变化，从而实现电压放大。

C■、C■为耦合电容，作用是“隔直通交”，即把输入信号中交流成分传递给晶体管的基极，再把晶体管集电极输出电压中的交流成分传递给负载。因此要求C■、C■在输入信号频率下的容抗很小（可视为短路）。在低频率放大电路中，C■、C■容量均取的很大，常采用几十微法的电解电容。

2.放大电路的工作原理

从放大电路的组成可知，放大电路正常放大信号时，电路中既有直流电源Vcc，又有输入的交流信号Ui，因此电路中晶体管各级的电压电流中有直流成分，也有交流成分，总电压、总电流是交直流的叠加。为了便于分析，通常把放大电路中的直流分量和交流分量分开讨论。当没加输入信号时电路中只有直流流过，称这种情况为放大电路的直流工作状态，简称静态。加入输入信号后，电路中交直流并存，当只考虑交流不考虑直流时，这种情况下称放大电路处于交流工作状态，简称动态。

（1）放大电路的静态，为了不失真地放大输入信号，必须保证晶体管在输入信号的整个周期内，始终处于放大状态。例如：当输入信号为正弦波时，如果不设置直流工作状态，则幅值为0.5V以下的输入信号都会使晶体管处在截止状态（硅管），而不能通过放大电路，输出信号将出现失真。因此，在没加输入信号前，需要给放大电路设置一个合适的工作状态。当电路参数（Vcc、Rb、Rc）确定之后，对应的直流电流、电压Ib、Ic、Uce也就确定了，根据这三个直流分量，可以在晶体管输出特性曲线上确定一个点，称这个点为静态工作点，用Q表示。通常直流工作点上的电流、电压用Ibq、Icq、Uceq表示。

（2）放大电路的动态，在放大电路的输入端加上正弦信号Ui，经过C■送到电路的输入端产生电压为Ubc，由Ubc产生一个按正弦变化的基极电流Ib，次电流叠加在静态电流Ibq上，使得基极的总电流为IB=Ib+IBQ。晶体管放大，集电极产生一个和Ib变化规律一样，且放大β倍的正弦电流Ic（Ic与Ui相位相同），这个电流叠加在静态电流ICQ上，使集电极的总电流为Ic=ICQ+Ic。当Ic流过Rc时，Rc上也产生一个正弦电压URC=RcIc（与Ic的变化相同）由于Uce=Uce-IcRc，所以Rc上的电压变化，必将引起压管压降Uce反方向的变化（与Ic的变化相反）。

由上述可知，基本共发射极放大电路是利用晶体管的电流放大作用，并依靠Rc将电流的变化转化为电压的变化，使输出电压的数值上比输入电压大很多，相位上与输入电压相反，从而实现电压放大。

3.基本放大电路的分类

（1）静态工作点稳定的共发射极放大电路。放大电路静态工作点位置不仅决定电路是否会产生失真，还影响着电路的电压放大倍数、输入电阻等动态参数。如果静态工作点不稳定，放大电路的这些参数就会发生变化，严重时会使放大电路不能正常工作。因此如何保持静态工作点的稳定是十分重要的。

（2）共集电极放大电路。共集电极放大电路具有输入电阻大、输出电阻小及较强的电流放大能力，但它不具备电压放大作用。因此，它从信号源索取的电流小，带负载的能力强，还可以通过输入输出电阻的变换，使多极放大电路前后级阻抗达到匹配。所以在多极放大电路中，共集电极放大电路常用作输入级、输出级缓冲级。

（3）共基极放大电路。共基极放大电路具有输入电阻小（只有几十欧）、输出电阻较大（与基本共发射极放大电路相同）的特点，虽然具有较强的同相电压放大能力，但不具备电流放大作用。它的同频率较好，适于做宽频带放大电路。

（4）共源极放大电路。常用的共源极放大电路有两种：一种是自给偏压式共源极放大电路，另一种是分压式共源极放大电路。

（5）共漏极放大电路。共漏极放大电路又称为源极跟随器、源极输出器，它与晶体管射极跟随器有类似的特点，如输入阻抗高、输出阻抗低、放大倍数小于且接近1等，应用比较广泛。

三、基本放大电路的主要性能指标

任何一个放大电路，均可将其视为一个两端口网络，如下图所示。

在放大电路的输入端A、B处接信号源，称此闭合回路为输入回路。信号源是所需放大的输入电信号，输入电信号可以等效电压源或电流源。图中Rs是信号源的内电阻；Us为理想电压源。

在放大电路的输出端C、D处接负载，称此闭合回路为输出回路。负载是接受放大电路输出信号的换能器。为了分析问题方便，一般负载用纯电阻RL来等效。

信号源和负载对放大电路的工作将产生一定影响。直流电源是用以提供放大电路工作时所需要能量的，同时也为放大电路中的放大管处于正常放大状态提供合适的直流电压。

四、结语

模拟电子技术在现代国防建设、科学研究、工农业生产、医疗、通信及文化生活等各个领域得到了极为广泛的应用，并起着巨大的作用。特别是在各个领域中的自动化控制中，模拟电子技术无处不在。所以在研究基本放大电路时我们应该持严谨的科学态度，认真对每一项工作负责，通过自己的努力能够更好地、更详细地运用基本放大电路。

参考文献：

[1]姜俐侠.模拟电子技术项目式教程.