第 2 章 信号放大电路

1. 第2章 信号放大电路 一般来说，信号是信息的载体。例如，声音信号可以传递语言、音乐或其他信息，图像信号可以传达人类视觉系统能够接受的图像信息。声音或图像信号无法直接传递给电子电路系统，需要先用传感器把它转换为电信号，然后送到电子电路系统中去进一步放大处理。本章介绍信号的放大原理。

2. 2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标 • 放大的概念 • 放大电路的主要性能指标

3. 2.1.1放大的基本概念 一般得说，信号是信息的载体。例如，声音信号可以传递语言、音乐或其他信息，图像信号可以传达人类视觉系统能够接受的图像信息。声音或图像信号无法直接传递给电子电路系统，需要先用传感器把它转换为电信号，然后送到电子电路系统中去进一步放大处理。如图2-1所示。

4. 扩音机的原理图 图 2 -1 扩音机的原理图

5. 话筒（麦克风）将较小的声音信号转换成微弱的电信号，经放大电路放大后，变成大功率的电信号，推动扬声器（喇叭），还原为强大的声音信号。扬声器所获得的能量远大于话筒送出的能量。 可见，放大电路的本质是能量的控制和转换；是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源提供的能量。 因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。

6. 2.1.2放大电路的主要性能指标 1. 放大倍数 放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量 （或 ）与输入量 （或 ）之比。它实际反映了电路在输入信号控制下，将直流电源能量转换为交流输出信号能量的能力。 电压放大倍数是输出电压 与输入电压 之比，即

7. 2.输入电阻 放大电路与信号源相连接就称为信号源的负载，必然从信号源索取电流，电流的大小表明放大电路对信号源的影响程度。输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻。如图2-2所示，其定义为输入电压有效值 和输入电流有效值 之比，即 图2-2放大电路的示意图

8. 3.输出电阻 任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源，从放大电路输出端看进去的等效内阻称为输出电阻RO 。放大电路的输出电阻RO的大小决定它带负载的能力。如图2-3所示。 图2-3求放大电路的输出电阻

9. 4.通频带 通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电路中存在电容、电感及半导体器件结电容等电抗器件，所以，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降并产生相移。 一般情况， 放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。这一特定的频率范围就称为通频带。

10. 5. 非线性失真系数 由于放大器件（三极管、场效应管或集成电路）均具有非线性的特性，它们的线性放大范围有一定的限制，当输入信号幅度超过一定数值后，输出电压将会产生非线性失真。 对放大电路输入标准的正弦波信号，可以测出输入信号的非线性失真，并用下面定义的非线性失真系数来衡量。

11. 2.2 单级放大电路 2.2.1晶体管放大电路 在图2-4所示共发射极基本放大电路中，采用NPN型硅晶体管，VCC是集电极回路的直流电源，它的负端接发射极（地），正端通过电阻RC接集电极，以保证集电结为反向偏置，Rc是集电极电阻，它的作用是将晶体管的集电极电流的变化转变为集电极电压的变化。VBB是基极回路的直流电源，它

12. 的负端接发射极，正端通过基极偏置电阻Rb接基极，以保证发射结为正向偏置，VBB通过Rb供给基极一个合适的静态基极电流IBQ（常称为偏流）。VBB和Rb一经确定后，偏流IBQ就是固定的，所以这种电路通常称为固定偏置放大电路。的负端接发射极，正端通过基极偏置电阻Rb接基极，以保证发射结为正向偏置，VBB通过Rb供给基极一个合适的静态基极电流IBQ（常称为偏流）。VBB和Rb一经确定后，偏流IBQ就是固定的，所以这种电路通常称为固定偏置放大电路。

13. 图2-4共发射极基本放大电路

14. 图2-5共发射极基本放大电路的习惯画法及其直流通路图2-5共发射极基本放大电路的习惯画法及其直流通路

15. 1.静态工作的设置 （1）静态工作点（Q点） 在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。当放大电路没有输入信号（ =0）时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。此时，晶体管的基极电流IB，集电极电流IC，b-e间电压UBE、管压降UCE称为放大电路的静态工作点（简称Q点），常将这四个物理量记作IBQ 、ICQ 、UBEQ 、UCEQ。

16. （2）确定Q点 在近似估算中常常认为UBEQ为已知量，对于硅管，取UBEQ=0.6 ～ 0.8V，通常取0.7V；对于锗管，取UBEQ=0.1 ～ 0.3V，通常取0.2V。 根据图2–5(b)所示直流通路图中电流，电压关系可得

17. （3）为什么要设置Q点 图2-7没有设置合适Q点的共发射极基本放大电路

18. 应当指出，当Q点合适，其输入正弦信号ui幅值较小时，则uo与ui反相且波形不产生失真；当Q点过低时，在ui负半周靠近峰值的某段时间uBE小于开启电压Uon，晶体管截止，从而使uo波形产生顶部失真（截止失真）；当Q点过高时，在ui正半周靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，使uo波形产生底部失真（饱和失真）。应当指出，当Q点合适，其输入正弦信号ui幅值较小时，则uo与ui反相且波形不产生失真；当Q点过低时，在ui负半周靠近峰值的某段时间uBE小于开启电压Uon，晶体管截止，从而使uo波形产生顶部失真（截止失真）；当Q点过高时，在ui正半周靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，使uo波形产生底部失真（饱和失真）。

19. 对于放大电路的最基本要求，一是不失真，二是能够放大。如果输出波形产生严重失真，放大就毫无意义了。只有输入信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。因此，设置合适的静态工作点，就是保证放大电路在不产生失真的情况下进行放大。同时它还会对放大电路的动态参数产生影响。

20. 举例1 【例2-1】 计算图2-5共发射极放大电路的静态工作点，已知VCC=6V，Rb=530kΩ，RC=2.7kΩ，晶体三极管为硅管，β=100，UBEQ=0.7V。 解：首先画出直流通路图如图2-5（b）所示，根据图有

21. (4)放大电路Q的稳定 图2–8（a）为分压偏置Q点稳定电路。它是交流放大电路中最常用的一种工作点稳定的基本电路。它较好的解决了温度变化对管子参数的影响最终导致Q点电流IC的变化。为便于讨论Q点的稳定问题，设 =0，画出其直流通路如图2-8 (b)所示。 图2-8分压偏置工作点稳定电路

22. 在图（b）示电路中，B点的电流方程为： I2=I1－IBQ 为了稳定Q点，通常情况下，参数的选取应满足 I1>>IBQ，因此，I2≈I1，因而B点电位 上式表明基极电位几乎决定于Rb1与Rb2对VCC的分压，而与温度无关，即当温度变化时，UBQ基本不变。（ Rb1、Rb2与VCC受温度的影响很小）

23. 在此条件下，当温度上升时，IC(IE)增加，在Re上的压降IERe也要增加（UE增加），IERe的增加部分会送回基极-发射极回路去控制UBE，使外加于管子的UBE减小（ UBE=UBQ-IERe），由于UBEQ减小使IBQ自动减小，结果牵制了ICQ的增加，从而使ICQ基本稳定。这就是反馈控制的原理。可将上述过程简写为： T(oC) IC ( IE ) UEUBEIB IC T(oC) IC ( IE ) UEUBEIB IC T(oC) IC ( IE ) UEUBEIB IC T(oC) IC ( IE ) UEUBEIB IC

24. 图2-8（b）所示电路稳定Q点的原因 一是Re的直流负反馈作用； 二是在I1>>IBQ、UBQ>>UBE的情况下，在温度变化时UBQ基本不变，对于硅管，一般选取I1=(5 ～ 10 )IBQ，UBQ=3 ～ 5V所以这种电路也称为分压偏置电流负反馈Q点稳定电路。从理论上讲，Re越大，反馈越强，Q点越稳定。但实际上，对一定的IC，由于VCC的限制，Re太大会使晶体管进入饱和区，电路将不能正常工作。

25. 根据图(b)可近似估算Q点

26. 2. 放大电路动态参数的估算 （1）晶体管共发射极H参数微变等效电路 共发射极H参数微变等效电路如图2-9 （b）所示。 图2 -9共射接法的晶体三极管

27. 图中 式中 为基区体电阻，对于低频小功率管，约为200Ω左右；UT为温度的电压当量，在室温（300k）时，其值为26mV；Q点越高，即IEQ（ICQ）越大，rbe越小。

28. （2）共发射极放大电路动态参数的估算 ① 画出微变等效电路 图2-10固定偏置共发射极放大电路

29. ② 求电压放大倍数 式中负号表示输出电压 与输入电压 相位相反。注意，计算时使用的小信号参数β和 都应是在Q点上的参数。

30. ③计算输入电阻 图2-11求放大电路的输入电阻 通常有Rb>> ，所以在数值上接近 ，但二者的概念是不同的， 代表晶体管的输入电阻，而 代表放大电路的输入电阻。

31. ④计算输出电阻 求放大电路输出电阻时，令其信号源电压us=0，但保留内阻RS，断开负载电阻RL，然后，在输出端加一个正弦波测试信号UT必然产生动态电流IT，如图2-12所示， 则输出电阻为 ： 图2-12 求固定偏置共发射极放大电路的输出电阻

32. 【例2-2】 固定偏置共发射极基本放大电路如图2-10所示，已知VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc=4kΩ，RL=4kΩ，晶体管为3DG6，它在Q点上的β=40。试求：（1）估算Q点；（2）电压放大倍数 ；（3）输入电阻；（4）输入电阻。 解：（1）估算Q点

33. （2）电压放大倍数 （3）输入电阻 （4）输出电阻

34. 【例2-3】分压偏置基本放大电路如图2-13所示，已【例2-3】分压偏置基本放大电路如图2-13所示，已 知VCC=12V，Rb1=15kΩ，Rb2=5kΩ，Re=2.3kΩ， RC=5.1kΩ；晶体管的β=50，UBEQ=0.7V。 试求：（1）估算Q点 ；（ 2）电压放大倍数 、 输入电阻 和输出电阻 ；（3）若换用β=100的 三极管，重新估算Q点和 。 图2-13分压偏置基本放大电路

35. 解：（1）估算Q点

36. (2）求 、 和

37. (3）当改用β=100的三极管后，其Q点为 与β=50时的放大倍数相差不大。