（四）【模电】（基本放大电路）放大的概念与放大电路的性能指标|基本共射放大电路的基本工作原理_为什么放大的对象是动态信号,却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极简

[模电专栏]

A 放大的概念与放大电路的性能指标

A.a 放大的概念

有源器件：把直流转换为按交流信号规律。

• 放大的对象：变化量
• 放大的本质：能量的控制和转换
• 放大的特征：功率放大（判断电路是否放大的基本出发点）
• 放大的基本要求：不失真——放大的前提

A.b 放大电路的性能指标

对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络

（1）放大倍数：输出量与输入量之比，常用电压放大倍数转化为其他放大倍数。

其他三个分别为：电流、互阻、互导放大倍数

---

（2）输入电阻和输出电阻

• 输入电阻：从输入端看进去的等效电阻，反应放大电路从信号源索取电压信号的能力。$$R_i=\frac{U_i}{I_i}$$（输入电压与输入电流有效值之比）（输入电阻大一点，分压多）
• 输出电阻：将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。$$R_o=\frac{U_o^{\prime }-U_o}{\frac{U_o}{R_L}}=(\frac{U_o^{\prime }}{U_o}-1)R_L$$（输出电阻小一点，分压小）
  $U_o^{\prime }:空载时输出电压的有效值$
  $U_o:带R_L时的输出电压有效值$

加压求流法：

$U_S=0,则U_o^{\prime }=0$

---

（3）通频带$f_{bw}$
衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。
由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生位移。

横轴为频率，竖轴为放大倍数，幅频特性曲线。
中间放大倍数与频率无关。

---

（4）最大不失真输出电压$U_{om}$：交流有效值。
$U_{opp}=2\sqrt{2}\ast U_{om}$(波峰波谷之间大小)

测放大倍数，输入输出电阻：中频小信号
测通频带：小信号宽频率范围
测最大不失真输出电压：中频大信号

---

（5）最大输出功率$P_{om}$和效率$\eta$：功率放大电路的参数。

---

B 基本共射放大电路的基本工作原理

B.a 电路的组成及各元件的作用

• $V_{BB}、R_b$：使$U_{BE}>U_{on}$，且有合适的$I_B$。（$R_b$是为了限制电流，防止PN结烧坏）
• $V_{CC}$：使$U_{CE}\ge U_{BE},$同时作为负载的能源。
• $R_c$：将$\Delta i_C$转换为$\Delta u_{CE}(u_o)$(将电流变化化为电压的变化)
  动态信号作用时：$\Delta u_1\to i_b\to i_c\to \Delta u_{R_c}\to \Delta u_{CE}(u_o)$

输入电压$u_i$为零时，称放大电路处于静态。晶体管各极的电流、b-e之间的电压、管压降均为直流量，称为静态工作点$Q$，记作$I_{BQ}、I_{CQ}(I_{EQ})、U_{BEQ}、U_{CEQ}$。

B.b 设置静态工作点的必要性

为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？

从第三u-i图可以看到，当去掉$V_{BB}$时，$u_i$恒小于$U_{on}$，不足以使得晶体管导通，则输入信号无法被放大。即使在峰值略大于$U_{on}$,输出电压也必然失真。所以要加上$V_{BB}$补充电压。
要解决失真问题，要设置合适的静态工作点，管子始终处于放大状态，但$Q$点几乎影响所有的动态参数，所以$Q$点选取不只要考虑失真与否，还要考虑其他参数。

B,c 波形分析

(a)为输入的中频交流小信号$u_i$，它与$V_{BB}$叠加作用于输入回路，于是在输入回路$I_{BQ}$（虚线）的基础上产生一个变化的$i_B$，然后有一个与它呈$\beta$倍的电流在输出回路产生，就是$i_C$，而$i_C$的静态也是一个直流量，故(b)同样可描述$i_C$。（坐标值得变化）。（c）中$U_{CE}$变化的方向与$I_B、I_C$相反（$u_{CE}=V_{CC}-i_C{R}_C,负相关$）。(输出与输入反相)

饱和失真的特征是底部失真；输入没有失真，输出在输入基础上倍增后失真。
截止失真的特征是顶部失真；输入回路失真，输出由于是输入的倍数所以失真。

要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区。

B.d 放大电路的组成原则

• 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数，使得晶体管工作在放大状态（场效应管工作在恒流状态）
• 动态信号能够作用于晶体管的输入电路，在负载上能够获得放大了的动态信号。
• 对实用放大电路的要求：共地（信号源，放大电路，负载的地<负极连接>相通）、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。

---

两种实用放大电路：
直接耦合放大电路：

问题：
1、两种电源
2、信号源与放大电路不“共地”（一个接地与一个接电源负极）
改进：
1、将两个电源合二为一
2、共地，且要使信号驮载在静态之上。

静态时($u_1$短路)，$R_{b2}$的电流一部分流到$R_{b1}$，一部分分流作为$I_{BQ}$，从而产生$I_{CQ}$，从而知道c-e之间的电压（$U_{CEQ}=V_{CC}-i_{CQ}{R}_C$）$U_{CEQ}$。此时$U_{BEQ}=U_{R_{b1}}$
动态时，$V_{cc}和$u_i$同时作用于晶体管的输入回路。$b-e间电压是$u_1$与$R_{b1}$上的电压之和
缺点：$R_{b1}$有交流损失；$R_L$有直流分量。

阻容耦合放大电路

$C_1、C_2$为耦合电容（耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流“）
静态时：

动态时：

信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号（$C_2$隔离直流），

---

图片来源：清华大学公开课 《模拟电子技术基础》 华成英