三極管放大電路原理
一、放大電路的組成與各元件的作用
Rb和Rc：提供適合偏置--發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。C1、C2是隔直(耦合)電容，隔直流通交流。
共射放大電路
Vs ，Rs：信號(hào)源電壓與內(nèi)阻； RL：負(fù)載電阻，將集電極電流的變化△ic轉(zhuǎn)換為集電極與發(fā)射極間的電壓變化△VCE
二、放大電路的基本工作原理
靜態(tài)(Vi=0,假設(shè)工作在放大狀態(tài)) 分析，又稱直流分析，計(jì)算三極管的電流和極間電壓值，應(yīng)采用直流通路(電容開路)。
基極電流：IB=IBQ=(VCC-VBEQ)/Rb
集電極電流：IC=ICQ=βIBQ
集-射間電壓：VCE=VCEQ=VCC-ICQRc 動(dòng)態(tài)(vi≠0)分析：
放大電路對(duì)信號(hào)的放大作用是利用三極管的電流控制作用來實(shí)現(xiàn) ，其實(shí)質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換器。
三、構(gòu)成放大電路的基本原則
放大電路必須有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)：直流電源的極性與三極管的類型相配合，電阻的設(shè)置要與電源相配合，以確保器件工作在放大區(qū)。輸入信號(hào)能有效地加到放大器件的輸入端，使三極管輸入端的電流或電壓跟隨輸入信號(hào)成比例變化，經(jīng)三極管放大后的輸出信號(hào)(如ic=β*ib)應(yīng)能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載上的輸出電壓信號(hào)。
電壓傳輸特性和靜態(tài)工作點(diǎn)
一、單管放大電路的電壓傳輸特性
圖解分析法：
輸出回路方程：
輸出特性曲線：
AB段：截止區(qū)，對(duì)應(yīng)于輸出特性曲線中iB＜0的部分。
BCDEFG段：放大區(qū)
GHI段：飽和區(qū)
作為放大應(yīng)用時(shí)：Q點(diǎn)應(yīng)置于E處(放大區(qū)中心)。若Q點(diǎn)設(shè)置C處，易引起載止失真。若Q點(diǎn)設(shè)置F處，易引起飽和失真。
用于開關(guān)控制場(chǎng)合：工作在截止區(qū)和飽和區(qū)上。
二、單管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)(公式法計(jì)算)
單電源固定偏置電路：選擇合適的Rb，Rc，使電路工作在放大狀態(tài)。
工作點(diǎn)穩(wěn)定的偏置電路：該方法為近似估算法。
分壓式偏置電路：
穩(wěn)定工作點(diǎn)的另一種解釋：溫度T↑→IC↑→IE↑→VE↑(=IERe)↓(VB固定) ，則 IC↓ IB↓ VBE↓ (=VB-VE)?！ ?/p>
在靜態(tài)情況下，溫度上升引起IC增加，由于基極電位VB基本固定，該電流增量通過Re產(chǎn)生負(fù)反饋，迫使IC自動(dòng)下降,使Q點(diǎn)保持穩(wěn)定。Re愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，穩(wěn)定性也愈好。但Re過大，輸出的動(dòng)態(tài)范圍(ΔVCE)變小，易引起失真。Rb1、Rb2愈小，VB愈穩(wěn)定。但它們過小將使放大能力下降。工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮電阻阻值的影響。
經(jīng)驗(yàn)公式：I1=(5～10)IBQ，VEQ=IEQRe=0.2VCC(或VEQ=1～3V)。
附:放大電路
放大電路（amplification circuit）能夠?qū)⒁粋€(gè)微弱的交流小信號(hào)（疊加在直流工作點(diǎn)上），通過一個(gè)裝置（核心為三極管、場(chǎng)效應(yīng)管），得到一個(gè)波形相似（不失真），但幅值卻大很多的交流大信號(hào)的輸出。實(shí)際的放大電路通常是由信號(hào)源、晶體三極管構(gòu)成的放大器及負(fù)載組成。
增加電信號(hào)幅度或功率的電子電路。應(yīng)用放大電路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎(chǔ)。20世紀(jì)初，真空三極管的發(fā)明和電信號(hào)放大的實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著電子學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的階段。20世紀(jì)40年代末晶體管的問世，特別是60年代集成電路的問世，加速了電子放大器以至電子系統(tǒng)小型化和微型化的進(jìn)程。
現(xiàn)代使用最廣的是以晶體管（雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管）放大電路為基礎(chǔ)的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特殊類型的真空管，如功率三極管或四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場(chǎng)放大管等。
放大電路的前置部分或集成電路元件變質(zhì)引起高頻振蕩產(chǎn)生"咝咝"聲，檢查各部分元件，若元件無損壞，再在磁頭信號(hào)線與地間并接一個(gè)1000PF～0．047F的電容，"咝咝"聲若不消失，則需要更換集成塊。
2原則
（1）靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路（元件）參數(shù)。
（2）動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。
（3）對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無直流分量。[1]
3特點(diǎn)
放大電路本身的特點(diǎn)：
一、有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作狀態(tài)，所以有時(shí)往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進(jìn)行分析；
二、電路往往加有負(fù)反饋，這種反饋有時(shí)在本級(jí)內(nèi)，有時(shí)是從后級(jí)反饋到前級(jí)，所以在分析這一級(jí)時(shí)還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級(jí)的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來進(jìn)行全面綜合。
4性能指標(biāo)
電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的三個(gè)主要性能指標(biāo)，分析這三個(gè)指標(biāo)最常用的方法是微變等效電路法，這是一種在小信號(hào)放大條件下，將非線性的三極管放大電路等效為線性放大電路。[1]
放大倍數(shù)
放大倍數(shù)又稱增益，它是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。根據(jù)需要處理的輸入和輸出量的不同，放大倍數(shù)有電壓、電流、互阻、互導(dǎo)和功率放大倍數(shù)等，其中電壓放大倍數(shù)應(yīng)用最多。
輸入電阻
放大電路的輸入電阻是從輸入端向放大電路內(nèi)看進(jìn)去的等效電阻，它等于放大電路輸出端接實(shí)際負(fù)載電阻后，輸入電壓與輸入電流之比，即Ri=Ui/Ii。對(duì)于信號(hào)源來說，輸入電阻就是它的等效負(fù)載。
輸入電阻的大小反映了放大電路對(duì)信號(hào)源的影響程度。輸入電阻越大，放大電路從信號(hào)源汲取的電流（即輸入電流）就越小，信號(hào)源內(nèi)阻上的壓降就越小，其實(shí)際輸入電壓就越接近于信號(hào)源電壓，常稱為恒壓輸入。反之，當(dāng)要求恒流輸入時(shí)，則必須使Ri
輸出電阻
對(duì)負(fù)載而言，放大電路的輸出端可等效為一個(gè)信號(hào)源。輸出電阻越小，輸出電壓受負(fù)載的影響就越小，若Ro=0，則輸出電壓的大小將不受RL的大小影響，稱為恒壓輸出。當(dāng)RL
5分類
根據(jù)放大電路的作用可以將其分為：電壓放大電路、電流放大電路和功率放大電路。根據(jù)放大電路的組成元件可以分為晶體管放大電路和場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。
晶體管放大電路的基本形式有三種：共射放大電路，共基放大電路和共集放大電路；場(chǎng)效應(yīng)管放大電路基本形式有兩種：共源放大電路，共漏放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需要相互組合使用。[1]
一、共發(fā)射極放大電路
共發(fā)射極放大電路簡(jiǎn)稱共射電路，輸入端AA′外接需要放大的信號(hào)源；輸出端BB′外接負(fù)載。發(fā)射極為輸入信號(hào)ui和輸出信號(hào)uo的公共端。公共端通常稱為“地”（實(shí)際上并非真正接到大地），其電位為零，是電路中其他各點(diǎn)電位的參考點(diǎn)，用“⊥”表示。
1．電路的組成及各元件的作用
（1）三極管VNPN管，具有放大功能，是放大電路的核心。
（2）直流電源VCC使三極管工作在放大狀態(tài)，VCC一般為幾伏到幾十伏。
（3）基極偏置電阻Rb它使發(fā)射結(jié)正向偏置，并向基極提供合適的基極電流（。Rb一般為幾十千歐至幾百千歐。
（4）集電極負(fù)載電阻Rc它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成集-射極之間電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。Rc的值一般為幾千歐至幾十千歐。
（5）耦合電容C1、C2又稱隔直電容，起通交流隔直流的作用。C1、C2一般為幾微法至幾十微法的電解電容器，在聯(lián)結(jié)電路時(shí)，應(yīng)注意電容器的極性，不能接錯(cuò)。
2．放大電路的靜態(tài)分析：靜態(tài)是指放大電路沒有交流輸入信號(hào)（ui=0）時(shí)的直流工作狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)，電路中只有直流電源VCC作用，三極管各極電流和極間電壓都是直流值，電容C1、C2相當(dāng)于開路，其等效電路如圖6-22所示，該電路稱為直流通路。
對(duì)放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析的目的是為了合理設(shè)置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（用Q表示），即靜態(tài)時(shí)電路中的基極電流IBQ、集電極電流ICQ和集-射間電壓UCEQ的值，防止放大電路在放大交流輸入信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的非線性失真。
三極管工作于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，這時(shí)UBEQ基本不變，對(duì)于硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。
三、功率放大電路
1．功率放大電路的基本概念功率放大電路的任務(wù)是輸出足夠的功率，推動(dòng)負(fù)載工作。例如揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。功率放大電路和電壓放大電路都是利用三極管的放大作用將信號(hào)放大，不同的是功率放大電路以輸出足夠的功率為目的，工作在大信號(hào)狀態(tài)；而電壓放大電路的目的是輸出足夠大的電壓，工作在小信號(hào)狀態(tài)。
功率放大電路應(yīng)滿足以下要求：
（1）輸出功率足夠大為了獲得較大的輸出信號(hào)電壓和電流，往往要求三極管工作在極限狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮到三極管的極限參數(shù)PCM、ICM和U(BR)CEO。
2）動(dòng)態(tài)工作分析設(shè)輸入信號(hào)為正弦電壓ui，如圖6-30a所示。在正半周時(shí)，V1管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，V2管發(fā)射結(jié)反偏截止，由+VCC提供的電流ic1經(jīng)V1管流向負(fù)載，在負(fù)載RL上獲得正半周輸出電壓uo。同理，在負(fù)半周時(shí)，V1管發(fā)射結(jié)反偏截止，V2管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，由-VCC提供的電流ic2從-VCC端經(jīng)負(fù)載流向V2管，在RL上獲得負(fù)半周輸出電壓uo?？梢?，在ui的整個(gè)周期內(nèi)，V1管和V2管輪流導(dǎo)通，相互補(bǔ)充，從而在RL上得到完整的輸出電壓uo，故稱為補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。
3．集成功率放大電路簡(jiǎn)介
集成功率放大電路是將功率放大電路中的各個(gè)元件及其聯(lián)線制作在一塊半導(dǎo)體芯片上的整體。它具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在收錄機(jī)、電視機(jī)及伺服放大電路中獲得廣泛應(yīng)用。
四、多級(jí)放大電路簡(jiǎn)介
實(shí)際應(yīng)用中，放大電路的輸入信號(hào)都是很微弱的，一般為毫伏級(jí)或微伏級(jí)。為獲得推動(dòng)負(fù)載工作的足夠大的電壓和功率，需將輸入信號(hào)放大成千上萬倍。由于前述單級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)通常只有幾十倍，所以需要將多個(gè)單級(jí)放大電路聯(lián)結(jié)起來，組成多級(jí)放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行連續(xù)放大。
多級(jí)放大電路中，輸入級(jí)用于接受輸入信號(hào)。為使輸入信號(hào)盡量不受信號(hào)源內(nèi)阻的影響，輸入級(jí)應(yīng)具有較高的輸入電阻，因而常采用高輸入電阻的放大電路，例如射極輸出器等。中間電壓放大級(jí)用于小信號(hào)電壓放大，要求有較高的電壓放大倍數(shù)。輸出級(jí)是大信號(hào)功率放大級(jí)，用以輸出負(fù)載需要的功率。
2．多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式及特點(diǎn)在多級(jí)放大電路中，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)結(jié)方式稱為耦合。級(jí)間耦合時(shí)應(yīng)滿足以下要求：各級(jí)要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；信號(hào)能從前級(jí)順利傳送到后級(jí)；各級(jí)技術(shù)指標(biāo)能滿足要求。
6功率類型
A類
當(dāng)對(duì)效率要求不高的時(shí)候，大多數(shù)小信號(hào)線性放大器會(huì)設(shè)計(jì)成甲類（A類），即輸出級(jí)元件總是處于導(dǎo)通區(qū)。甲類（A類）放大器一般比其它類型線性度更好，也較為簡(jiǎn)單，但效率非常低。這類放大器最常用于小信號(hào)級(jí)或低功率（例如驅(qū)動(dòng)耳機(jī)）應(yīng)用中。
D類
丁類（D類）放大器使用開關(guān)來達(dá)到很高的功耗效率（在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中大于90%）。通過允許每個(gè)輸出器件完全導(dǎo)通或關(guān)斷，能量損失達(dá)到最小化。像脈沖寬度調(diào)制這類簡(jiǎn)單方法有時(shí)還在使用;然而，高性能的開關(guān)放大器使用數(shù)字技術(shù)，比如∑-Δ調(diào)制，來達(dá)到更高的性能。早先由于有限的帶寬和相當(dāng)大的失真，它們僅用于亞低音用擴(kuò)音器。半導(dǎo)體器件的進(jìn)展已經(jīng)使開發(fā)高保真、全聲音頻帶丁類（D類）放大器的開展成為可能，使得它們的信噪比（S/N）和失真度與其它線性器件相近。
7歷史及演化
放大器電路在不同時(shí)期在電子領(lǐng)域中有扮演著不同的角色：
（1）放大器電路被首次用于中繼傳播設(shè)施。例如在舊式電話線路中：用弱電流控制外呼線路的電源電壓。
（2）用于音頻廣播。范信達(dá)(Reginald Fessenden)在1906年12月24日，首次把碳粒式麥克風(fēng)（Carbon microphone）作為放大器，應(yīng)用于調(diào)頻廣播傳送裝置中，把聲音調(diào)制成射頻源。
（3）在20世紀(jì)60年代，晶體管開始淘汰。當(dāng)時(shí)，一些大功率放大器或?qū)I(yè)級(jí)的音頻應(yīng)用（例如吉他放大器和高保真放大器）仍然會(huì)采用晶體管放大器電路。許多廣播發(fā)射站仍然使用真空管。
（4）20世紀(jì)70年代開始，越來越多的晶體管被連接到一塊芯片上來制作集成電路。如今大量商業(yè)上通行的放大器都是基于集成電路的。
