由浅入深——晶体管放大电路基础

目录

前文

正文

何为“放大”，怎么理解所谓“放大电路”呢？

放大的概念

放大电路的基本组成

放大电路工作条件

放大电路的三种组态

BJT三种组态

1、共发射极组态

2、共集电极组态

3、共基极组态

共射基本放大电路的组成及其工作原理

简化

分析方法

注意

放大电路的主要技术指标

1）放大倍数（增益）

2）最大输出幅度

3）输入电阻

4）输出电阻

5）通频带fBW

6）最大输出功率与效率

直流通路与交流通路

直流通路画法要点：

直流通路画法示例：

​编辑

交流通路画法要点：

交流通路画法示例：

总结

主要内容点：

        1、讨论了放大电路如何工作，原理如何；

        2、分析法：分直流部分与交流部分：直流部分设计静态工作点，使其工作在放大区；然后再结合交流部分讨论如何进行信号放大；

思考自测点：

        1、什么是放大？放大特征是什么？

        2、组成放大电路的原则是什么？有几种接法？

        3、如何评价放大电路的性能？有哪些指标？

        4、在放大电路中，输出电流和输出电压是由有源元件提供的吗？为什么？

        5、耦合电容的电压极性怎么标注？

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前文

        “真的勇士，敢于直视淋漓的鲜血和惨淡的模电！”

        本文将从原理到方法，结合适当的补充内容，为“模电主义”开辟一条有趣而可行的学习之道。俗话说的好，男人可以没有切尔西，但不能没有一份模电好秘籍。那么废话不多说，我们开始“单刀直入”吧！

PS：配套书籍为《电路与模拟电子技术 第三版》（殷瑞祥主编）。仅作为课程补充，具体请以授课内容为主！

如果不清楚基极b、集电极c、发射极e以及放大区等涉及到的基础知识，请看书6.2的详细解释，此处不做赘述。很重要，一定要了解再向下看！

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正文

何为“放大”，怎么理解所谓“放大电路”呢？

放大的概念

        放大电路属于一种功能模块，本质上对于一个功能模块而言，无论我们想要其实现任何作用，首先得要实现对能量的控制。

        而对于放大电路所具有的放大作用，即是小信号对大能量的控制。在这个过程中，被放大的量为变化量——好比使用话筒说话时经过放大产生的强弱音量。

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放大电路的基本组成

Q：为啥放大电路需要外加一个直流电源呢？

A：前面我们说过，放大电路具有放大作用，即信号的能量或功率得到增强。而从能量的角度来看，这一部分”增强“并不会凭空产生——要求必须具备能量补充的来源，即图中可以直接看见的直流电源以及未画出的能量的转化装置（器件）。

        简化来看，整个流程是：输入信号源产生需要被放大的信号➡经放大电路输入端口传入➡完成信号的转换及放大➡经输出端口传出➡负载接受放大电路产生的信号能量，完成整个电路的功能。

放大电路工作条件

        1、晶体管工作在放大区；

        2、放大信号能输入、能输出。

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放大电路的三种组态

BJT三种组态

BJT——双极型面接触晶体管

1、共发射极组态

        输入在基极（左侧），输出在集电极（右侧），公共端共发射极（下部正中心结点）。通常简写为CE。

        既能放大电压，又能放大电流。

        使用频次最高。

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2、共集电极组态

        输入在基极（左上侧），输出在发射极（右下侧），公共端集电极（右上侧）。通常简写为CC。

        不能放大电压，可以放大电流。

        使用频次较多。

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3、共基极组态

        输入在发射极（左上侧），输出在集电极（右上侧），公共端基极（中心处）。

        不能放大电流，可以放大电压。

        使用频次较少。

参考书P181-182。

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共射基本放大电路的组成及其工作原理

        分析其组成，让我们先回到之前的放大电路条件——首先我们需要保证晶体管工作在放大区，左侧加电源Eb实现发射极正偏；其次右侧加电源Ec实现集电极反偏——Ec > Eb，集电极电位高于基极。至此，可以工作在放大区，条件一满足。

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简化

        实际中上面电路需要两个电源，比较麻烦，我们可不可以只使用一个电源实现放大电路呢？

        答案是肯定的，我们来看下图：

        Vcc加到集电极；我们不难注意到此图多了一个Rb，而Vcc恰通过Rb加到基极，此个回路中使发射极正偏，只需要Rc取到恰当的大小，使得集电极的电位比基极高，就实现了反偏。

Q：信号的输入与输出的完成靠什么来呢？

A：这里注意到C1与C2两个电容，我们需要它们的”帮助“。

一般的电容有两个极板，我们称之为无极性电容，一般容量小。

而仔细观察我们可以发现，C1与C2旁有两个”+“号，表示其为大电容。一般大电容成本最低的实现方法是使用电解电容——内部由锡纸环绕而成，在中间加入电解质隔离而成的电容。

电容的特性是”通直阻交“，我们的输入信号是正弦波交流信号，Ub与Uc不能因为信号源而改变，而交流信号可以畅通无阻直达放大器之上。

注意：C1与C2的+端一定只接电位的高电位端，如果接反，电解电容会出现电解液泄露继而漏电，甚至是爆炸！

题外话，市场上电容一般是长正短负（管脚），或按标志来接线。

        回到图片（右），Vcc接Rc形生的电压一定是比较大的，而负载处是较小的，可以印证以上的电解电容接线方式。

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分析方法

        在分析时需要记住：

        至于具体电路中的电流与电压变化，则需要根据关系列出等式，以及综合如P184的晶体管输入特性曲线走向等相关影响因素来进行判断，细节的分析请多关注书上的内容以及PPT内容，老话说“勤能补拙”，此处就不赘述了。

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注意

        对于双极型晶体管而言：

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放大电路的主要技术指标

1）放大倍数（增益）

        对输入与输出而言：

        增益：

        对信号源与输出而言：

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2）最大输出幅度

        解释：

失真：表现有很多种，如截顶失真，频率失真，互调失真，相位失真等。失真度在可接受范围内一般可以认为是没有明显失真。

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3）输入电阻

        回到顶图：

        应该从输入端口，即蓝色箭头处来看：

        根据Rs与Ri分压关系可以得到，放大电路输入电阻越大，获取信号的能力就越强——即Us几乎全加在Ri上。

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4）输出电阻

        还是从蓝色箭头处分析：

        而这里，R0相当于等效内阻，与负载RL是相串联的，负载上的电压大小取决于两者的分压关系：

        因此我们一般希望R0越小越好，称此为”带负载能力“——与RL/R0成正比。

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5）通频带fBW

        放大电路的放大倍数并非一尘不变，而是会随着频率发生改变。这是为什么呢？

        因为PN结具有结电容，频率较低时，可以忽略不计，但当频率较高时，结电容造成的影响将不可被忽视——使放大倍数下降。而对于前文所提到的电解电容，其对低频的信号也存在一定阻挡。因此我们需要给出频率的限制。

        图中所画出的，左侧交点为下限截止频率，右侧为上限截止频率。

        一般而言，正常工作时的频率带宽为fBW=fL-fH。

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6）最大输出功率与效率

        关系式为：

        第七章会详细介绍，此处简略描述。

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直流通路与交流通路

直流通路画法要点：

        1、电容开路，电感短路；

        2、交流信号源短路处理（保留其内阻）；

        3、所有电压、电流均用直流量表示。

直流通路画法示例：

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交流通路画法要点：

        1、电容短路，电感开路；

        2、直流电源（内阻视为0）对地短路；

        3、所有电压、电流均用交流量表示。

交流通路画法示例：

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总结

        “温故而知新。可以为师矣”。关于响应管部分的内容由于暂未涉及因此先不作分析，现在，让我们一起先回顾一下此文的主要脉络吧！

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主要内容点：

        1、讨论了放大电路如何工作，原理如何；

        2、分析法：分直流部分与交流部分：直流部分设计静态工作点，使其工作在放大区；然后再结合交流部分讨论如何进行信号放大；

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思考自测点：

        1、什么是放大？放大特征是什么？

        2、组成放大电路的原则是什么？有几种接法？

        3、如何评价放大电路的性能？有哪些指标？

        4、在放大电路中，输出电流和输出电压是由有源元件提供的吗？为什么？

        5、耦合电容的电压极性怎么标注？