4.1基本放大电路

一、基本放大电路

• 放⼤电路的基本概念和放⼤电路的主要性能指标
  
  
  • 放⼤的概念
    
  
  

• 定义：将信号能量进⾏加强的电路称为放⼤电路，本章仅讨论模拟信号放⼤
  
• 应⽤场景：主要⽤于放⼤微弱信号（如声⾳信号等）
  
• 能量来源：输出信号能量实际上由直流电源提供，通过三极管控制转换成信号能量
  
• ⼯作原理：信号从输⼊端进⼊，经放⼤电路增强后输出带动负载⼯作，能量转换过程通过三极管实现
  

• 三极管放⼤电路组态
  
  
  • 三极管的电极与信号流向
    
  
  

• 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；
  
• 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；、
  
• 共基极接法，基极作为公共电极，用CE表示；
  

• 基本特性：双极型三极管有三个电极，其中两个可作为输⼊/输出端，必然存在
  
• ⼀个公共电极
  
• 信号流向特点：分析时需注意信号流向与电源加载的区别，三种接法均针对交流
  
• 信号分析
  
  
  • 共发射极接法
    
  
  
• 连接⽅式：信号通过基极和发射极输⼊，集电极和发射极输出
  
• 特征：发射极作为公共电极，⽤CE表示
  
• 应⽤：最常⽤的放⼤电路接法之⼀
  
  
  • 信号流向图示说明
    
  
  
• 重要说明：示意图仅表示信号流向关系，实际电路需配合电源使⽤
  
• 分析要点：三种接法在理论上都需满⾜三极管电流流向规律
  
  
  • 常⽤接法介绍
    
  
  
• 共集电极接法(CC)：
  
• 集电极作为公共电极
  
• 信号从基极和集电极输⼊，发射极和集电极输出
  
• 共基极接法：
  
• 基极作为公共电极
  
• 信号从发射极和基极输⼊，基极和集电极输出
  
• 使⽤频率：共发射极和共集电极接法最常⽤，共基极接法使⽤较少
  

• 放⼤电路的性能指标
  
  
  • 放⼤倍数
    
    
    
    • 电压放⼤倍数：⽤ A v 表示，定义为输出电压与输⼊电压之⽐，即 A v = V o / V i 。当输⼊电压⼩⽽输出电压⼤时，该值即为电压放⼤倍数。
      
    • 电流放⼤倍数：定义为输出电流与输⼊电流之⽐，即 A i = I o / I i 。
      
    • 功率放⼤倍数：定义为输出功率与输⼊功率之⽐，即 A p = P o / P i = V o I o / V i I i 。功率等于电压乘以电流，因此可以展开为这个形式。
      
    
    
  • 输⼊电阻
    
  
  

• 定义：输⼊电阻 R i 等于输⼊电压 V i 除以输⼊电流 I i ，即 R i = V i / I i 。它表明放⼤电路从信号源吸取电流的⼤⼩。
  
• 特性：
  
• 输⼊电阻越⼤，放⼤电路从信号源吸取的电流越⼩，对信号源的消耗越⼩。
  
• 理想的放⼤器输⼊电阻应为⽆穷⼤，这样⼏乎不消耗信号源的能量。
  
• 举例说明：就像投资1000元，希望⽤最少的本⾦（如100元）获得最⼤收益（如1万元），输⼊电阻越⼤相当于⽤越少的本⾦获得同样的放⼤效果。
  
  
  • 输出电阻
    
  
  

• 定义：输出电阻 R o 反映放⼤电路带负载的能⼒，定义为 R o = ΔV o / ΔI 。
  
• 特性：
  
• 输出电阻越⼩，放⼤电路带负载的能⼒越强。
  
• 理想情况下输出电阻应为零，可以带动任何负载。
  
• ⼯作原理：当负载电流需求趋近⽆穷⼤时， V o / I 趋近于零，此时输出电阻最⼩，带载能⼒最强。
  
• 共发射：输⼊电阻⼤，输出电阻⼤；
  
• 共基极：输入电阻⼩，输出电阻⼤；
  
• 共集电极：输入电阻⼀般，输出电阻⼩。
  
• 三者组合就能做出输入电阻⼤，输出电阻⼩的放⼤电路
  

注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
失真：指正弦波失去它原来的样子，波形形状不符合标准正弦波的形状

• 
  
  • 通频带
    
  
  

• 定义：放⼤电路只能对特定频率范围（ f L 到 f H ）内的信号进⾏有效放⼤，这个范围称为通频带。
  
• 截⽌频率：
  
• 下限频率 f L ：当放⼤倍数下降到最⼤值的 1 / 2 （约70%）时对应的低频点。
  
• 上限频率 f H ：同样以70%放⼤倍数处对应的⾼频点。
  
• 实际应⽤：示波器的带宽指标就是按此标准定义。例如100MHz 10V示波器测量100MHz信号时，实际显示幅度只有真实值的70%，也就是7V。
  
• 在通频带内（如70MHz以下），测量结果与真实值基本⼀致；接近带宽极限时，测量值会衰减。
  

• 基本共射放⼤电路的组成及⼯作原理
  
  
  • 共射放⼤电路的特点
    
  
  

• 信号流向: 输⼊信号从三极管的基极和发射极输⼊，输出信号从集电极和发
  
• 射极输出
  
• 公共端: 发射极为输⼊输出的公共端，故称为"共射"放⼤电路
  
• 交流特性: 专⻔放⼤交流信号，通过电容隔离直流成分
  
  
  • 电容的作⽤
    
  
  
• 隔直通交:
  
• C 1 和 C 2 主要作⽤是隔离直流信号，只允许交流信号通过
  
• 输⼊端的直流成分会被 C 1 阻挡，仅交流信号能到达三极管基极
  
• 频率特性:
  

电容器存在容抗 X c = 1 / (2πfC)
频率越低容抗越⼤，导致通过电容的电流越⼩
当频率过低时，到达三极管的信号能量⼏乎为零，⽆法有效放⼤

• 
  
  • 三极管的核⼼作⽤
    
  
  
• 电流放⼤: 三极管是放⼤电路的核⼼元件，实现电流放⼤功能
  
• ⼯作过程:
  

基极电流 I b 变化引起集电极电流 I c 成⽐例变化( I c = βI b )
输⼊信号增强时，基极电流增加，导致集电极电流相应增加

• 举例：若基极电流从1mA增⾄2mA，放⼤倍数β=100，则集电极电流从100mA增⾄200mA
  
  
  • 集电极电阻的作⽤
    
  
  
• 电流-电压转换: 将变化的集电极电流转换为变化的输出电压
  

根据欧姆定律 V RC = I c × R C
集电极电流增加导致 R C 两端电压升⾼，集电极对地电压下降
<ul>反相特性: 输⼊电压上升时输出电压下降，实现信号反相放⼤
实例计算:  放⼤倍数为100倍，基极输⼊电流由1mA变为2mA，基极电流Ic就由100mA变为200mA；当 R C = 1kΩ ， I c 从100mA增⾄200mA时， V RC 从100V增⾄200V（假设 V CC ⾜够⼤），基极电压就下降200V。输⼊Vi为正弦波，输出Vo就变成了放⼤100倍的余弦波

• 基极电阻的作⽤
  

当没有基极电流且输⼊信号很⼩（