第七章交流放大电路 附习题(完整版)

第七章基本交流放大电路模拟信号是时间的连续函数，处理模拟信号的电路称为模拟电子电路。

模拟电子电路中的晶体三极管通常都工作在放大状态，它和电路中的其它元件构成各种用途的放大电路。

而基本放大电路又是构成各种复杂放大电路和线性集成电路的基本单元。

晶体管基本放大电路按结构有共射、共集和共基极三种，本章主要讨论第一种放大电路。

7.1放大电路基础放大电路是电子信息处理过程中最常用的电路，它由一级或多级基本放大电路组成，其功能是将电流、电压或功率信号放大到所需的强度，同时它也是构成各种复杂电路的基础。

本章首先讲述放大的概念，三极管的连接方式，基本放大电路的组成，静态工作点的概念，分析计算共射放大电路的静态、动态指标。

然后讨论其他两种放大电路及其应用，并对三种放大电路进行对比。

最后介绍这些放大电路可以组成的派生电路及各种接法的选用。

7.1.1放大的概念现代电子信息处理中，需要将微弱电信号（电流、电压或功率信号）放大到所需的强度。

例如收音机、电视机、计算机显示器和各种测量仪表、自动控制系统等，无一例外地都设计有各种类型的放大电路。

所以，放大电路是最基本的常用电路。

从本质上讲，放大电路是一种能量控制和转换装置，放大的过程就是用能量较小的输入信号控制直流电源能源并转换成输出负载上能量较大的信号。

负载上信号的变化受输入信号的控制，而负载上得到较大的信号能量则由直流电源能源获得。

这种小能量控制大能量的过程即为放大。

因此，电子电路放大的基本特征是功率放大。

能够控制能量的元件称为有源元件，因而在放大电路中必须存在有源器件，如晶体三极管和场效应管。

放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。

晶体管和场效应管是放大电路的核心元件，只有它们工作在合适的区域（三极管工作在放大区、场效应管工作在恒流区），才能使输出量和输入量保持线性关系，即电路才不会产生失真。

半导体三极管及相关外围元件可构成基本放大电路。

放大器由一级或多级基本放大电路组成。

半导体放大器具有体积小、耗电省、便于集成化等优点而在信息处理过程中被广泛使用。

本章节主要介绍以三极管为核心的放大电路。

三极管为三端器件，作为四端网络时，必定有一个极作为输入输出端口的公共端口，按其三个极的连接方式不同而基本放大器可分为三类：（1）若基极、发射极作为输入端口，集电极、发射极作为输出端口，输入输出共用发射极，则称为共发射极放大电路（简称共射放大器（图7-1-1(a)））。

（2）若发射极、基极作为输入端口，集电极、基极作为输出端口，输入输出共用基极，则称为共基极放大电路（简称共基放大器（图7-1-1(b)））。

（3）若基极、集电极作为输入端口，发射极、集电极作为输出端口，输入输出共用集电极，则称为共集电极放大电路（简称共集放大器（图7-1-1(c)））。

以后将学的射极跟随器即为共集放大器。

共射、共集放大器在低频电子电路中应用较广泛，而共基放大器则多用于高频电子电路。

以下分别讨论三种基本放大电路。

7.1.2共发射极放大电路的组成1.共射放大电路的的组成及各元件的作用共发射极放大电路的组成如图7-1-2所示。

由图可见，放大电路由NPN 型三极管V 和外围元器件R b 、R C 、C 1、C 2 及基极电源BB U 、集电极电源U CC 组成。

u s 、R s 是输入信号源及其内阻，AO 为放大电路的输入端。

BO 为放大电路的输出端，外接负载R L 。

显然，电路的输入输出回路共用三极管的发射极，是为共发射极放大电路。

电路中各元器件作用如下： （1）三极管V , 具有电流放大作用，是放大电路的核心元件。

（2）BB U ，为发射结提供正向偏置所需要的直流电压。

（3）基极偏置电阻B R ，它和电源BB U 一起给基极提供一个合适的基极电流B I 。

（4）集电极直流电源CC U , 它为集电结提供反向偏置电压，同时为输出信号提供能量。

（a ）共发射极（5）集电极负载电阻C R , 它将交变的集电极电流c i 转变成交变的电压rc u ，从而引起三极管集电极电压ce u 的变化，该电压就是输出电压o u ，o u 经电容C 2耦合到负载电阻L R 上。

（6）耦合电容C 1、C 2 , 也称隔直电容，起隔直流、通交流的作用。

低频情况下，耦合电容一般采用电解电容。

使用时应注意其极性，正极接高电位，负极接低电位。

（7）图中符号“⊥”表示接机壳或接底板，常称“接地”。

表示电路的参考零电位。

当i u =0时，称放大电路处于静态。

在输入回路中基极电源BB U 使三极管b-e 间电压BE U 大于开启电压Uon ，并与基极电阻B R 共同决定基极电流B I ；在输出回路中，集电极电源CC U 应足够高，使三极管的集电极结反向偏置，以保证三极管工作在放大状态，因此集电极电流B C I I β=；集电极电阻C R 上的电流等于C I ，因而其电压为C C R I ,从而确定了c-e 间电压C C CC CE R I U U -=。

当i u ≠0时，在输入回路中，必将在静态值的基础上产生一个动态的基极电流b i ；当然，在输出回路就等到动态电流c i ；集电极电阻C R 将集电极电流的变化转化成电压的变化，使得管压降ce u 产生变化，管压降的变化量就是输出动态电压o u ，从而实现了电压放大。

直流电源CC U 为输出提供所需能量。

2. 放大电路组成原则通过对基本共射放大电路的简单分析可以总结出，组成放大电路应遵循的原则是：（1）必须有直流电源，且电阻取值得当，同时电源的极性必须使发射结处于正向偏置而集电结处于反向偏置。

在没有外加信号时，应使三极管处于放大状态(有合适的静态工作电流和工作电压），称为合理设置静态工作点。

正确地设置静态工作点可保证输出信号不产生明显的非线性失真。

（2）输入信号必须能够作用于放大管的输入回路，即输入回路的接法，应使输入的变化电压i u 能产生变化的电流b i 。

（3）输出回路的接法，应产生受b i 控制的c i ，并且尽可能多地流到负载上去。

以上组成原则适用于所有的基本放大电路。

（4）当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流（晶体管的△c i ）能够作用于负债，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。

3. 放大电路的简化和电压电流符号的规定 （1）放大电路的简化图7-1-2中，若令BB U 等于CC U ,则电路可省去BB U 。

因为电源CC U 负极接地，所以可只标出其极性和大小而不必画出电源符号。

据此，图7-1-2可简为图7-1-3。

这也是电路的习惯画法。

以后将经常采用这种画法。

图7-1-3所示电路也称为固定偏置式共射基本放大电路。

（2）放大电路电压、电流符号的规定 放大电路传输的信号，一般是交直流混合信号。

为方便分析，将放大电路的电压电流符号作如下规定：大写字母大写下标表示直流量，如U CC 、B I 、C I 等表示直流电压电流量。

小写字母小写下标表示交流量，如i u 、ce u 、b i 、c i 等表示交流电压电流量。

小写字母大写下标表示交直流电压电流量（又称瞬时值），如BE u 、CE u 、B i 、C i 等表示瞬时电压电流量。

一般有瞬时值＝直流量＋交流量，如BE u ＝be BEQ u U 。

注意电压量中双下标的含义，它代表电压的极性。

例如BE u 代表基极对发射极的瞬时电压，ce u 代表集电极对发射极的交流电压等等，不可混淆。

7.1.3 直流通路和交流通路如上所述，放大电路中传输的是瞬时量，电路中既有直流信号又有交流信号。

根据叠加原理，分析电路时可将直流信号和交流信号的传输过程分别予以考虑。

由此，电路可分为直流通路和交流通路。

1. 直流通路所谓直流通路是指输入信号u i =0时，在直流电源作用下，直流电流所流过的路径。

图7-1-4共射放大电路的直流通路和交流通路画直流通路时，电路中电容开路，电感短路，直流电源保留。

如图7-1-4(a)所示。

直流通路中分析直流工作状态（即确定放大电路的工作状态），即为直流分析，目的确定三极管工作在放大区的中间。

2. 交流通路（交流等效电路）交流通路也称交流等效电路。

所谓交流通路是在输入信号i u 的作用下，只有 交流电流流过的路径。

画交流通路时，电路中耦合电容短路，直流电源对地（只考虑交流时直流电源内阻很小，可以忽略）。

共射放大电路的交流通路如图7-1-4(b)所示。

交流通路中主要求出放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标，称为交流分析，又称动态分析。

这些动态指标是设计放大电路的根本目的。

7.1.4分析放大电路的方法分析计算放大电路时，首先要计算电路的静态直流工作点（简称Q 点）。

工程估算法是最简单实用的方法。

根据三极管的直流特性与电路结构，使用电路分析理论可以方便地求出三极管的静态工作点BEQ U 、BQ I 、CQ I 和CEQ U 。

估算法中一般（硅管）取BEQ U ＝0.7V 。

据此，可知三极管是否处于合适的工作状态即放大状态。

当然，也可以在三极管特征曲线上用作图的方法求出三极管的静态直流工作点，此即图解法。

图解法的优点是三极管的电流、电压之间关系明确，物理意义清楚。

下节将详讲图解法。

共射放大电路主要用于放大交流信号，基于电路的交流通路，使用图解法和小信号等效电路法（又称微变等效电路法）可以计算诸如电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等相关的交流指标。

图解法可清晰地知道电路中各点的交流波形，判断电路输出是否失真等。

方法简单明了，物理意义清楚。

缺点是误差较大，适用于大信号电路分析，例如功率放大电路。

由于放大电路放大的多为小信号，所以小信号等效电路法可以精确计算有关交流指标，是常用方法之一。

缺点是计算稍嫌复杂，物理意义不是很清晰。

两种方法各有千秋，读者应根据需要而熟练掌握之。

一、放大电路的静态分析放大电路的核心器件是具有放大作用的三极管。

要保证三极管工作在放大区，使信号得到不失真地放大，其直流工作状态有一定的要求，即保证发射结正向偏置、集电结反向偏置。

如何根据放大电路计算出直流工作状态，或者说如何改变电路的参数保证三极管工作在放大区，是本节讨论的主要问题。

当i u =0时，在直流电源、b R 和c R 共同作用下，流过三极管的基极电流B I 和基极电压BE U 、集电极电流C I 和集电极电压CE U 来确定值BQ I 、BEQ U 、CQ I 和CEQ U ，称之为三极管的直流工作点（又称静态工作点—quiescent point ），简称Q 点。

它是保证电路能工作在放大状态的初始条件。

正确设置静态工作点可保证放大电路处于放大状态且输出信号无明显的由三极管PN 结非线性产生的失真（非线性失真）。

通过静态工作点的计算，可判断电路是否处于所需的放大（或其他）状态。