放大電路也叫放大器,是電子設備中最基本的單元電路。在學習放大電路之前,我們先了解一下基本放大電路的組成、元器件的作用及放大原理,明确一些基本概念,如多級放大器的級間耦合方式及特點、功率放大器等,然後簡要介紹由場效應晶體管構成的放大電路,最後介紹由晶體管構成的開關電路。
基本放大電路的組成基本放大電路是由晶體管、電阻、電源、耦合電容及負載等構成的。圖2-11a所示為電路原理圖,晶體管是放大電路的核心器件,擔負着放大電流的作用。在描繪電路圖時習慣用圖2-11b所示形式,不再畫出電源符号。
圖2-11 基本放大電路的組成原理圖
基本放大電路中各元器件的作用如下:
VBB是基極偏置電源,VCC是集電極偏置電源,它們使晶體管具備放大條件。Rb叫做基極偏置電阻,通過VBB可為晶體管提供合适的基極電流(Ib),這個電流通常叫基極偏置電流。Rb過大或過小都會造成晶體管不能正常起到放大作用。
Rc是集電極負載電阻,一方面給集電極提供适當的直流電位(靜态電位),還能防止Ic過大使晶體管過熱而損壞,另一方面通過它可将電流變化轉變為電壓變化。
C1和C2為隔直耦合電容器。我們已經知道電容器對高頻信号呈短路(電阻很小),對直流信号呈現為高電阻,相當于不通(直流電被隔斷)。電路圖中“⊥”表示“接地”,通常與電源的負極相接。它并不是指土地的“地”,而是表示電路的參考“零”電位,隻表示電路中各點電壓的公共端點。這是一個很重要的概念,在對電路測量電壓時大多是以地為參考點的。
在實際應用電路中,使用兩個電源很不方便,一般從VCC中通過電阻分壓獲取VBB,即使用同一個電源,這時要适當改變Rb的阻值,以提供合适的Ib。
輸入端(輸入回路)接信号源電壓Us,Rs表示信号源内阻,輸入信号電壓為Ui;輸出端(輸出回路)接負載電阻RL,輸出電壓為Uo。
共射放大電路1.固定偏置放大電路
固定偏置放大電路的結構如圖2-12所示。當電路接通時,就有Ib和Ic産生,并且Ib是固定不變的,Ib=(VCC-Ube)/Rb,又Ube=0.6~0.7V,因此Ib≈VCC/Rb。Ic=β×Ib,知Ic受Ib控制變化。Ie=Ib Ic,這是三個電流一定要滿足的。Ic流過Rc産生壓降,可得集電極電壓Uc=VCC-Ic×Rc。
圖2-12 固定偏置放大電路圖
固定偏置放大電路的電壓放大工作原理為:在輸入端加上正弦波信号源後,信号源電壓(Us)通過電容器C1、晶體管的b-e結形成的回路産生信号電流ib,信号電流是随信号内容變化的。
在信号電壓的正半周,信号電流ib通過電容器C1、晶體管的b-e結回到信号源的負極,對電容器C1充電,其充電電流就是信号電流ib,加到Ib上使基極電流增大為
由晶體管的電流放大原理可知,Ic增大為
,此時集電極電壓
在信号電壓的負半周,信号電流ib使Ib減小,同時Ic也減小,Uc跟着減小。
這裡還要注意,集電極輸出的信号波形與輸入信号波形是相反的,也就是呈反相。所以該放大器又稱為反相放大器。這種放大電路由于基極偏置電流是由固定電阻Rb提供的,Rb的阻值确定後,Ib和Ic就确定了,Ib=VCC/Rb,所以屬于固定偏壓放大電路。另外,環境溫度變化、電源電壓波動、元器件老化等因素都會使其原來設置好的靜态工作點(偏置電流)發生改變,從而影響放大器的正常工作。比如,溫度上升時,晶體管的穿透電流增大,會導緻電路不能正常工作。
2.分壓偏置放大電路
分壓偏置放大電路的結構形式如圖2-13所示。
圖2-13 分壓偏置放大電路
在該電路中,Rb1、Rb2對電源電壓串聯分壓得到Ub=VCC×Rb2/(Rb1 Rb2),可知,基極電壓Ub不随溫度發生變化,且有
Ue=Ub-0.7V
Ie=Ue/Re
Ic≈Ie
Uce=VCC-Ic×(Rc Re)
分壓偏置放大電路的放大原理與固定偏置放大電路相同,即變化的Uo通過負載RL對電容C2充電、放電,在RL上得到被放大了的信号。
共集電極放大電路共集電極放大電路原理圖如圖2-14所示。
圖2-14 共集電極放大電路
與共射放大電路不同的是,共集電極放大電路中晶體管集電極上沒有接電阻。輸入信号為Ui,輸出信号從Re兩端取出。
共集電極放大電路的特點是,偏置固定,由Rb、Re和晶體管的b-e結内阻決定了基極電壓Ub。從固定偏置上可看出,輸出電壓Ue在任何時候都比Ub低0.6V。所以該電路的電壓放大倍數略小于1。因此該電路又叫射極跟随器、射極輸出器或電壓跟随器。電路中的電流滿足Ic=β×Ib,與前述電路相同。
該電路雖然沒有電壓放大能力,但仍有較大的電流放大能力,這是該電路的最大特點。也正因為這個特點,絕大多數電子設備中都使用該電路來帶動負載。
共基極放大電路共基極放大電路原理圖如圖2-15所示。
圖2-15 共基極放大電路
共基極放大電路的特點是:基極由電容器Cb接地,用以穩定基極電壓。信号通過C1由發射極輸入,被放大了的信号從集電極經C2輸出。
共基極放大電路的放大原理請讀者自行分析。
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