放大电路的组成和工作原理详解

1.放大电路的组成

共发射极放大电路简称共射放大电路，是最基本、使用较普遍的放大电路。这里以NPN型共射放大电路为例讨论放大电路的基本组成和工作原理。

图2.1所示为NPN型基本共射极放大电路的原理性电路示意，电路中各元件的作用如下。

（1）三极管。三极管是放大电路的核心器件，利用它的电流放大作用来实现信号的放大。

（2）交流输入信号ui和输出信号uo。放大电路放大的是输入信号ui，它从放大电路的输入端（信号源）输入电路，经过电路的放大，产生输出信号uo，通过输出端提供给负载或下一级电路。

（3）基极回路电源UBB和基极偏置电阻Rb。它们的作用是保证三极管的发射结正向偏置，并提供适当的偏置电流IB。Rb的阻值通常较大，为几十千欧到几百千欧。

（4）集电极直流电源UCC。UCC为集电极回路电源，一般在几伏到几十伏之间。它保证了三极管的集电结处于反偏状态。另外，UCC还为输出信号提供能量，是整个电路的能量来源。

（5）集电极负载电阻Rc。Rc的作用是将三极管集电极电流的变化转为电压的变化输出，从而实现电压的放大。

（6）隔直耦合电容C1和C2。电路中C1和C2一般是几微法（μF）到几十微法的电解电容器。其作用是隔离直流电源产生直流电量，并通过信号源产生交流信号。

在实际的电路中，通常只使用一个直流电源。因此常把原理电路中的电源UBB省去，将基极偏置电阻Rb直接接到电源UCC上。即三极管的基极和集电极共用一个电源。图2.2所示为单电源NPN共射极放大电路示意。

另外，在放大电路中，通常把交流输入端ui、输出端uo和直流电源UCC的共同端点称为“地”，用“⊥”表示，作为零电位参考点（不一定真正接地）。这样电路中各点的电位指的就是该点与参考点之间的电压值。在画电路时，为了简化，常常省去直流电源的符号，只标出电源对“地”的电压数值和极性；输入、输出电压也可以用类似的方法表示，其中的“＋”“－”分别表示各电压对“地”的参考方向，如图2.2所示。

图2.1　NPN型基本共射极放大电路的原理性电路示意

图2.2　简化后的单电源共射极放大电路示意

2.电压、电流符号的规定

图2.2所示的放大电路中既有直流电源UCC，又有交流信号ui，因此电路中的各个电量都包含直流量和交流量两部分。为了分析的方便，各分量的符号规定如下。

（1）直流分量：用大写字母和大写下标表示，如IB表示三极管基极的直流电流。

（2）交流分量：用小写字母和小写下标表示，如ib表示三极管基极的交流电流。

（3）瞬时值：用小写字母和大写下标表示，它是直流分量和交流分量之和，如iB表示三极管基极的瞬时电流值，有iB＝IB＋ib。

（4）交流有效值：用大写字母和小写下标表示，如Ib表示三极管基极交流电流的有效值。(www.xing528.com)

（5）交流峰值：用交流有效值符号再增加小写m下标表示，如Ibm表示三极管基极交流电流的峰值。

3.放大电路实现信号放大的过程

当放大的交流信号ui加到放大电路的输入端，经C1交流耦合，输入信号ui加到三极管的发射结上。ui的变化会引起基极电流ib的变化。因为三极管工作在放大状态，有ic＝βib，即ib的变化会引起ic做相应的变化。ic的变化通过电阻Rc产生压降，最终转为电压的变化经C2交流耦合传送出去形成输出信号uo。

图2.3所示为放大电路实现信号放大的工作过程，其中每个坐标轴中阴影部分是输入交流信号ui的变化引起的三极管各电极电流和电压的变化量，即交流分量；而IBQ、ICQ、UCEQ是直流电源UCC为三极管所提供的各电极的直流电流和电压，即直流分量。

图2.3　放大电路实现信号放大的工作过程

从电路图2.3可知，uCE经C2耦合（隔直通交）之后得到输出电压uo，因此uo就是uCE的交流分量。由电压关系得uCE＝UCC－icRc，则uo＝－icRc＝－βibRc，可见通过三极管的电流放大作用，输出电压可以为输入电压的许多倍，从而达到电压信号放大的目的。式中的负号代表经过电路的放大，输出信号和输入信号的相位相反。

假定输入电压ui为50mV的正弦波，它引起的基极电流变化量ib＝20 μA，设三极管的β为100，集电极负载电阻Rc为2kΩ，则有uo＝－icRc＝－βibRc＝－4V，即电压放大倍数为80。可见共射放大电路是利用三极管的基极电流iB对集电极电流iC的控制作用来实现电压信号的放大，即用一个小的变化量去控制实现一个较大的变化量。

放大电路放大的实质是实现小信号对大信号的控制和转换作用。在这个过程中，被放大的是输入的交流信号ui；从能量的角度来说，电路中的直流电源UCC在放大过程中为输出信号uo提供能量。

4.放大电路的组成原则

三极管具有放大、截止、饱和3种工作状态。在放大电路中，三极管实现的是其放大作用，因此必须工作在放大状态。以下是放大电路的组成原则。

（1）发射结正偏，集电结反偏：外加直流电源UCC的极性必须保证三极管的发射结正偏，集电结反偏。

（2）要有交流输入回路：输入电压ui要能引起三极管的基极电流iB产生相应的变化。

（3）要有交流输出回路：三极管集电极电流iC的变化要尽可能地转为输出电压uo的变化。

（4）要有合适的静态工作点Q：直流电源UCC要为三极管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ和电压UCEQ，即电路要有一个合适的静态工作点Q。

例题2－1　如图2.4所示的放大电路，电路能否实现对正弦交流信号的正常放大？

图2.4　例题2－1电路

解　图2.4（a）所示为NPN型共射放大电路。基极电源UBB使得三极管的发射结反偏，三极管未能工作在放大区，因此电路不能对交流信号实现正常的放大。

图2.4（b）所示为由PNP型三极管构成的放大电路。电路中电源UCC的极性使三极管的发射结反偏、集电结正偏。因此该电路也不能对交流信号实现正常的放大。如果把电源UCC的极性反过来，就可以实现对交流信号的正常放大。