基本交流放大电路的组成及分析

1.基本交流放大电路的组成

如图6-12 所示是一个共射极接法的单管交流放大电路。输入端（基极与发射极之间）连接待放大的交流信号电压u（i可以是微弱的无线电信号或传感器输出的微弱电信号），输出端（集电极与发射极之间）开路，输出电压为uo。电路中各元件的作用如下所述。

1）三极管V

三极管是放大电路的核心。三极管工作于放大区时，可以将从基极输入的微小电流成比例地放大成集电极电流输出。也就是说，如果在输入端输入微小的电压信号，那么在输出端所接的负载上将得到一个成比例放大了的电压信号。需注意的是，三极管并没有将能量放大，它只是控制电源供给的能量。

图6-12　基本放大电路

2）电源UCC

电源用来给放大电路提供能量，同时通过电阻 RB、RC（RB、RC阻值适当）使三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置。

3）电阻 RB、RC

RB称为基极偏流电阻，它与电源UCC配合使三极管的发射结正向偏置并具有合适的静态基极电流（或偏流），调节 RB可以使放大电路获得合适的静态工作点。RB一经选定，IB也随之固定在一个值上，因此图6-12 又称为固定偏置电路。

RC称为集电极负载电阻（或称转换电阻），通过它可以将集电极电流转换为电压，以实现交流电压的放大。

4）电容C1、C2

C1、C2称为隔直耦合电容，它们分别隔断放大电路与输入信号之间、放大电路与负载之间的直流通路，同时起交流耦合作用，使交流信号的输入、输出通畅无阻，通常要求它们的容抗很小，电容上的交流电压降低到可以忽略不计。

2.静态分析

交流放大电路没有交流电信号输入（u1=0，i1=0）时的工作状态称为静态。交流放大电路处于静态时，电路中的电压、电流都是直流电，可以用其直流通路来分析，如图6-13 所示。对交流放大电路进行静态分析的目的就是计算放大电路的静态工作点。放大电路静态时的IB、IC、UCE对应于三极管输出特性曲线上的一个点，称之为静态工作点，用符号Q 表示。静态工作点Q 是放大器工作的基础，如果Q 点的设置不合理或Q 点不稳定，会导致放大电路的性能降低或不能正常工作。

1）静态工作点的计算

静态工作点的计算常常采用图解法和估算法，这里介绍估算法。在图6-13 所示的电路中，如果已知各元件的参数值及三极管的放大倍数β，则可以按以下方法估算出静态工作点 Q（IB、IC、UCE）。

图6-13　基本放大电路的直流通路

根据基尔霍夫电压定律，得

静态基极电流为

式（6-6）中，管压降UBE很小，常常可以忽略不计。

由式（6-5）得，静态时集电极电流为

静态时集电极-发射极间电压为

2）静态工作点设置

静态工作点Q 的设置不合适时，会引起输出波形失真。输出信号的波形与输入信号的波形不相像或不成线性关系时称为失真，也称非线性失真。

当静态工作点太低时，三极管在输入的交流电压信号 ui负半周的一段时间里处于截止状态，放大电路不输出交流电压信号而引起输出电压UCE失真时称之为截止失真。

当静态工作点太高时，三极管在输入交流电压信号 ui正半周的一段时间里处于饱和状态，放大电路输出的交流电压信号得不到线性的放大而引起输出电压UCE失真。

为避免波形失真，负载一定时，静态工作点应设置在三极管输出特性上既不靠近饱和又不靠近截止区的位置。静态工作点可以通过改变电阻 RB、RC及电源UCC的值加以调整。

3）静态工作点的稳定

由于三极管的一些参数会随着温度的变化而变化，静态工作点的位置也会随着温度的变化而变动。例如，当温度升高时，β 值增大，IC增大，静态工作点位置上移。

为了降低温度变化对静态工作点的影响程度，常采用分压式偏置电路，如图6-14 所示。从图中可以看出，当 I1＞＞ IB、即 IB可以忽略时，三极管的基极电位UB为

图6-14　分压式偏置电路(www.xing528.com)

这说明UB几乎不受温度变化的影响，可以认为是定值。当温度升高导致该电路的 IC增大时，IE增大，IERE同时增大，UBE（=UB-IERE）减小，IC同时减小。在这里，发射极电阻 RE起着电流负反馈的作用。可见分压式偏置电路有稳定静态工作点的作用。

【例 1】 在如图 6-14 所示的电路中，已知UCC=12 V，β=50，若要求静态工作点的IC=1.65 mA，UCE=8 V，试确定电阻 RB1、RB2、RE、RC的阻值。

解：一般取 I2=（5～10）IB，现取 I2=10IB，有

一般取UB=（5～10）UBE，现取UB=4 V，有

3.动态分析

交流放大电路有交流电信号输入（ui≠0，ii≠0）时的工作状态称为动态。交流放大电路处于动态时，电路中的电压、电流是一个直流量与一个交流量的叠加，因此不能利用其直流通路进行分析。但是，当输入信号是变化范围比较小的交流电信号时，我们可以把输入、输出特性均为非线性的三极管用一个线性的等效电路来代替，这个电路成为三极管的微变等效电路。对交流放大电路进行动态分析的目的，就是确定放大电路的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数等主要动态性能指标。

三极管的微变等效电路如图6-15 所示，三极管的输入电阻就是从基极、发射极之间看进去的交流等效电阻 rbe，有：

因此，三极管的输入电路可以等效为如图6-15 所示电路中的左半部分。rbe的数值在几百欧到几千欧之间，可以从手册上查到，也可以用估算公式计算。对低额小功率管组成的共射极电路，有：

由于三极管具有恒流特性，因此可以将三极管的输出电路等效为电流 ic=βib的一个恒流源，如图6-15 所示电路中的右半部分。

图6-15　三极管的微变等效电路

4.放大电路的主要动态性能指标

以固定偏置电路为例，其微变等效电路如图6-16 所示。

图6-16　固定偏置电路的微变等效电路

1）输入电阻 ri

本交流放大电路对输出交流电信号 ui的前级电路来说是一个负载，它可以等效为一个电阻。从放大电路的输入端看进去，其交流等效电阻就是输入电阻 ri。对固定偏置电路，有：

输入电阻越大，则放大电路输入的电流越小，电压越大，既减轻了前级电路的负担，又有利于输入电压信号的放大。因此，输入电阻越大越好。

2）输出电阻 ro

交流放大电路对负载或后级电路而言是一个电源，它可以用一个等效电源来表示。从放大电路的输出端看进去，其交流等效电阻就是输出电阻 ro，对固定偏置电路，有：

输出电阻 ro越小，也就是电源的内阻越小，电源的输出电压随负载的变化而变化的程度就越小，这样电路输出比较稳定。因此，输出电阻越小越好。

3）电压放大倍数 Au

输出正弦电压与输入正弦电压两者的相量（或有效值）之比称为放大电路的电压放大倍数，即

由图6-16 的固定偏置电路之微变等效电路得

电压放大倍数为

其中，负号表示输出正弦电压与输入正弦电压反相。

当固定偏置电路接有负载时，其电压放大倍数为