多级放大电路

多级放大电路
概述 电流源
共发射极放大电路的组成及放大作用 共集电极电路和共基极电路
图解分析法

本章小结
微变等效电路分析法

图2.7.1 多级放大器框图

由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用的放大电路都是由多级组成的。通常可分为两大部分，即电
压放大(小信号放大)和功率放大(大信号放大)，如图2.7.1框图所示。前置级一般跟据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间
级主要的作用是放大信号电压。中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。末级要求有一定的输出功率供给负载RL，称为功率放
大器，一般由共集电极电路，或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。

2.7.1. 级间耦合方式

在多级放大器中前置级的输入信号由信号源提供。前级的输出信号(电压或电流)加到后级的输入端所采用的方式称为耦合，通过
耦合电路使前后级联系起来。前级的输出信号就是后级的输入信号源，前级的输出电阻就是后级的信号源内阻，后级的输入电阻就是
前级的负载电阻。耦合方式解决的是级与级之间如何连接的问题。对耦合方式的要求是不失真地、有效地传送信号。在多级放大器中，
通常采用的耦合方式有三种，即变压器耦合、阻容耦合和直接耦合。
1. 变压器耦合放大电路

图2.7.2 变压器耦合多级放大器

变压器耦合放大电路如图2.7.2所示。它的特点是，各级工作点互相独立；通过变压器的阻抗变换作用，使级与级之间达到阻抗
匹配，以获得最大功率输出。缺点是体积大，笨重、价格高、频率响应差(高频段受线圈之间分布电容的影响，低频段受电感的影响)、
不利于小型化，在低频小信号多级电压放大器中一般不采用。在功率放大器中，有时选用。
2. 阻容耦合放大电路

图2.7.3 阻容耦合多级放大器

阻容耦合(实际上应该称为电容耦合)放大电路如图2.7.3所示。它的特点是，各级静态工作点互相独立，体积小，价格低。缺点
是当频率很低时，电容的容抗不能忽略，输出电压比中频时低，低频响应差，级与级之间阻抗严重失配。
3.
直接耦合放大电路

图2.7.4 直接耦合多级放大器

直接耦合放大电路如图2.7.4所示。它的特点是，电路中没有外加电抗元件，频率响应好，低频段可以延伸到直流，使用元件少，
适用于线性集成电路。缺点是级与级之间阻抗严重失配，功率增益低；各极的静态工作点不是独立的，设计和调整比较麻烦。
例2.9 图2.7.5为两级直接耦合放大电路，试求静态工作点。已知两只晶体管的参数相同，即b=b1=b2=50，VBE=VBEQ=VBEQ=0.6V。

图2.7.5 两级直接耦合放大电路

解：画直流通路如图2.7.6所示。直接耦合放大电路静态工作点的计算，要由具体电路列出节点电压和支路电流的方程组求解。
解法1： 由图可列方程组

(1)

图2.7.6 直流通路

(2)

(3)

(4)

整理后可得
(1)： 18=VC1 +375IB1+7.5IB2 (5)
(2)： 3.6=6VC1 -VB1-510IB2 (6)
(3)： 0.6=VB1 -51IB1 (7)
(4)： 4.92=8.2VC1 -18.2VB1 -82IB1 (8)
(5)→(6)： 104.4=VB1 +2250IB1 +555IB2 (9)
(5)→(8)： 142.68=18.2VB1 +3157IB1 +61.5IB2 (10)
(7)→(9)： 104.4=2301IB1 +555IB2 (11)
(7)→(10)： 131.76=4085.2IB1 +61.5IB2 (12)
由(9)~(12)解得：
IB1=314mA IB2=580mA
IC1=1.57mA IC2=2.90mA
IE1=1.60mA IE2=2.96mA
VB1=2.2V VC1=5.8V VE1=1.6V
VB2=5.8V VC2=12.2V VE2=5.2V
两只晶体管都工作在放大区。

解法2： 由于两管的β较大，可以忽略两管基极电流IB的影响，设IC1≈IE1，IC2≈IE2。由图2.7.6可列方程组

(1)

(2)

(3)

(4)

整理后可得
(2)： 3.6=6VC1 -10IE2 -VB1 (5)
(3)： VB1 =1×IE1 +0.6 (6)
(4)： 8.2VC1=4.92 +18.2VB1 (7)
(6)→(1)： VC1 =18-7.5×(VB1-0.6)=22.5-7.5VB1 (8)
由(5)~(8)解得：
VB1=2.25 V VC1=5.6 V
IC1≈IE1=1.65 mA IC2≈IE2=2.78 mA
4.
多级放大器的电压放大倍数

多级放大器的方框图如图2.7.7所示。电压放大倍数

(2.7-1)

式中，Vo(n-1)=Vin。上式表明，多级放大器的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积.

图2.7.7 多级放大器的方框图

计算方法有两种：一种方法是计算前级电压放大倍数Av(n-1)时，将后级的输入电阻Rin作为前级的负载电阻，即Rin=RL(n-1)，计算后级
时不考虑前级的影响，即只计算后级的电压放大倍数；另一种方法是计算前级电压放大倍数时，不考虑后级的影响，即认为前级的负
载电阻R(n-1)L=∞，但后级必须计算源电压放大倍数，即将前级的输出电阻Ro(n-1)作为后级的信号源内阻，即Ro(n-1)=Rsn。两种计算方法是
等价的，也是相互独立的。
多级放大电路的输入电阻为第一级的输入电阻，即Ri=Ri1；输出电阻为最后一级的输出电阻，即Ro=Ron
5. 多级放大电路电压放大倍数的证明

两级共发射极电路的等效电路如图2.7.8所示。由图可得

图2.7.8 两级共发射极电路的等效电路

(2.7-2)

式中，R'L=Rc2//RL。上式表明，计算第一级电压放大倍数Av1时，将第二级的输入电阻Ri2作第一级的负载电阻，即Ri2=Rb2//R'i2=RL1；
计算第二级电压放大倍数Av2时，不考虑前级的影响。
上式还可以写成下面的形式

(2.7-3)

上式表明，计算第一级电压放大倍数Av1时，不考虑后级的影响；第二级应计算源电压放大倍数Avs2，将第一级的输出电阻作为第
二级的信号源内阻，即Ro1=Rc1=Rs2。
例2.8 求图2.7.5两管直接耦合放大电路的电压放大倍数，输入电阻和输出电阻。已知两只晶体管的参数：rbe1=1KΩ，rbe2=700Ω，
b=b1=b2=50，所有电容在工作频段内均可视为短路。
解：画交流通路如图2.7.9所示

图2.7.9 交流通路

(1) 用第一种方法计算。T1的输入电阻

第一级的电压放大倍数

第二级的电压放大倍数

两级的电压放大倍数

输入电阻Ri Rb1 // RF // R'i =8.2//10//3.4=1.94 KΩ= R

输出电阻 Ro ≈ Rc2 =2 KΩ

(2) 用第二种方法计算。第一级的电压放大倍数

第一级的输出电阻 Ro1 ≈ Rc1 =7.5 KΩ

第二级的源电压放大倍数

两级的电压放大倍数

在多级放大电路中，常用两个不同组态的基本放大电路，互相配合以发挥各自的优点，称为组合放大电路，下面进行讨论。

2.7.2. 共集—共射电路

在图2.7.10电路中，T1为共集电极电路，T2为共发射极电路，采用直接耦合方式，所以称为共集—共射组合电路。
第二级的输入电阻 Ri2=rre2
第一级的输入电阻
R'i1=Rbe1+(1+b1)(Re1//Ri2)

图2.7.10 共集—共射组合电路

放大器的输入电阻 Ri=Rb1//R'i1
第一级的电压放大倍数

(2.5.8)

第二级的电压放大倍数

组合电路的电压放大倍数

上式表明，共集—共射电路的电压放大倍数近似等于共射电路的电压放大倍数。由于共集电路的输入电阻很大，当信号源的内阻
较大时，将共集电路插在信号源与共发电路之间，可有较地提高共发电路的电压放大倍数。共集电路在这里起隔离作用，或起阻抗变
换作用。

2.7.3. 共射—共集电路

在图2.7.11电路中，T1为共发射极电路，T2为共集电极电路，采用直接耦合方式，所以称为共射—共集组合电路。
第二级的电压放大倍数Av2≈1，第一级的电压放大倍数

图2.7.11 共射—共集组合电路

组合电路的电压放大倍数

上式表明，共射—共集电路的电压放大倍数近似等于共射电路的电压放大倍数。由于共集电路的输入电阻很大，当负载电阻RL较
小时，将共集电路插在负载阻RL与共发电路之间，可有较地提高共发电路的电压放大倍数。共集电路在这里起隔离作用，或起阻抗变
换作用。
输出电阻