复杂放大电路的基础

2024-07-09 17:17| 来源: 网络整理| 查看: 265

单管放大电路是构成各种复杂放大电路的基础。本篇文章以单管共发射极放大电路为例来介绍放大电路的基本组成和基本原理。

一、单管共发射极放大电路的基本组成

单管共发射极放大电路，简称单管共射放大电路。如图1.1所示，是由一个NPN型三极管构成的单管共射放大电路。电路中只有一个单管构成，并且，该电路的输入回路与输出回路的公共端是三极管的发射极，故称单管共射放大电路。

图1.1的单管共射放大电路由一个NPN型三极管构成该放大电路的核心元件。VCC电源则是为输出端提供一个能源，并使三极管的集电结反向偏置。集电极电阻 $R_{c}$ 则是将集电极电流 $i_{c}$ 的变化转换为集电极电压的变化，再传送到放大电路的输出端。电源VBB则是将三极管的发射结正向偏置，并且与基极电阻 $R_{b}$ 共同决定了当输入信号等于零时放大电路的基极电流，这个电流称为静态基极电流。该静态基极电流的大小直接影响三极管能否工作在放大区，以及对放大电路的其他性能具有重要的影响。

图1.1 单管共射放大电路的原理电路

二、单管共射放大电路的工作原理

如图1.1，当我们在单管共射放大电路的输入端加上一个微小的变化量 $\Delta u_{I}$ ，那么三极管的基极与发射极之间的电压会产生相应的变化 $\Delta u_{BE }$ 。由三极管的输入特性曲线可以知道，在很小的 $\Delta u_{BE}$ 变化范围内，该特性曲线可以看成是线性的，此时会产生相应的变化 $\Delta i_{B}$ 。若三极管工作在放大区，则 $i_{B}$ 的变化将引起 $i_{C}$ 产生更大的变化，即 $\Delta i_{C}=\beta \Delta i_{B}$ 。而 $\Delta i_{C}$ 流过集电极电阻 $R_{c}$ ，使得电阻 $R_{c}$ 上电压发生变化，由于VCC是一个不变的直流电源，则由基尔霍夫电压定律可知 $u_{CE}=VCC-i_{C}R_{c}$ ，故 $u_{CE}$ 的变化量与 $R_{c}$ 上电压的变化量数值相等而极性相反，即 $\Delta u_{CE}=-\Delta i_{C}R_{c}$ 。在本电路中，集电极电压 $u_{CE}$ 就是输出电压 $u_{o}$ ，即 $\Delta u_{o}=\Delta u_{CE}$ 。

综上所述，当放大电路的输入电压有一个变化量 $\Delta u_{I }$ 时，在电路中将产生以下一系列电压或电流的变化量：

$\Delta u_{I}$ $\rightarrow$ $\Delta u_{BE}$ $\rightarrow$ $\Delta i_{B}$ $\rightarrow$ $\Delta i_{C}$ $\rightarrow$ $\Delta u_{CE}$ $\rightarrow$ $\Delta u_{o}$

当然，这需要电路中的参数满足一定的条件，才有可能实现上述过程中的一系列变化，实现放大原理。

从以上分析可知，组成放大电路时必须遵循以下几个原则：

首先，该放大电路核心元件三极管必须处于放大区，即外加直流源必须使得发射结正向偏置，集电结反向偏置，并配置各器件参数，能够实现当基极有一个微小的变化量 $\Delta i_{B}$ ，将控制集电极电流产生较大的变化量 $\Delta i_{C}$ ，二者之间必须有关系 $\Delta i_{C}=\beta \Delta i_{B}$ 。

其次，输入回路产生的微小变化量 $\Delta u_{I}$ 能够传输到三极管的基极回路，并使基极电流产生相应的变化量 $\Delta i_{B}$ 。

第三，输出回路的电路能够使集电极电流的变化量 $\Delta i_{C}$ 能够转化为集电极电压的变化量 $\Delta u_{CE}$ ，并传输到放大电路的输出端。

只要符合上述几个原则，即使电路形式有所变化，仍然能够实现放大作用。

三、阻容耦合单管共射放大电路

图1.1中的单管共射放大电路只是一个原理性电路，无法直接拿来使用，主要存在两个缺点，其一，在这个只有一个放大元件的简单电路中需要两路直流电源VCC和VBB，既不方便也不经济；其二，放大电路的输入电压 $u_{I }$ 与输出电压 $u_{o}$ 不共地，在实际应用时也不可取。

如图3.1，利用放大电路的几个原则对图1.1中的电路进行改进。首先省去基极回路中的直流电源VBB，将其基极电阻改接至VCC的正极，让其保证发射结正向偏置并能提供静态基极电流。其次，将输入电压 $u_{I }$ 的一端接至公共端，达到与 $u_{o}$ 共地，另一端通过一个电容 $C_{1}$ 接到三极管的基极，如图3.1所示。在一定的信号频率下，输入电压中的交流成分能够基本上没有衰减地通过电容到达基极，但直流成分则不能通过。这样的电容称为隔直电容或耦合电容。输出与此类似，电阻 $R_{L}$ 是放大电路的负载电阻。该电路称为阻容耦合单管共射放大电路。

图3.1 阻容耦合单管共射放大电路

注：该电路同样满足放大电路的三项原则，能够实现放大作用。针对该放大电路的各元器件参数的设计与仿真搭建请参考《电路仿真----单管共射放大电路》。

下一篇文章将详细介绍放大电路的基本分析方法与交直流通路。

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