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第3章 晶体三极管及其放大电路
由发射极输出时，输出电阻为
Ro?Re//Rs//Rb1//Rb2?rbe2//20//15?1.76?2//?33 Ω
(1??)1?1003.4.2共基极放大电路
共基极放大电路如图3-30a所示，其输入信号由发射极输入，输出电压取自集电极。由图3-31a所示交流流通路可见，输入回路和输出回路共用基极，故称为共基极放大电路。 1．静态分析
共基极放大电路的直流通路如图3-30b所示，与分压偏置式共发射极放大电路是相同的，可用估算法公式(3-41)～(3-45)求得静态点。
2．动态分析
Cb1I2I1Rb1UBRcCe?UccRb1UBI1Rc?UccIBTCb2RLIBTI2UBERsUi?Rb2Re(a)Us?Uo?UBERb2Re(b)图3-30 共基极放大电路(a) 原理电路图(b) 直流通路图 共基极放大电路的微变等效电路如图3-31b所示。
TRs＋＋Ii?Ie???Ib?Ic＋?Us－?Ui?RLReRcUo－?Rs＋Us－?UiRiRerbeIb(b)?RcUo－?RL(a)(a) 交流通路Ro
图3-31 共基极等效电路图(b) 微变等效电路（1） 电压放大倍数
??R?R?RU?I?Iocc?Au???bc?c (3-57) ??r?rU?IIrbeibbebbe由上式可以看出，输出和输入同相位，大小和共射极放大电路的放大倍数相同。 （2）输入电阻
???rUUU1iiiRi?????Re//be (3-58)
???I???I???11IIUU1??iebbi??(1??)(?i)rbeReRerbe1??由此可见，共基极放大电路的输入电阻很小。
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（3）输出电阻
Ro?Rc (3-59)
总之共基极放大电路的电压放大倍数较高，输入电阻低，输出电阻高，主要用与高频电路和恒流源电路。
表3-1放大电路三种组态的比较 共射极电路 RbC1T共集电极电路 ?UCC共基极电路 Rb1Rc?UCCRcRbRL?UCCC2C1TC2RsusuiuoC2Tui ReRLuoRsuoRL ??(1??)Re//RLAurbe?(1??)Re//RLC1Rb2Reuius?????(Rc//RL) Aurbe ??Au?(Rc//RL) rbe uo与ui反相 ??? AIuo与ui同相 ??1?? AIuo与ui同相 ???AI rbe1??Ri?Rb//rbe Ro?Rc 多级放大电路的中间级 Ri?Rb//[rbe?(1??)R'L] Ro?rbe?Rs//Rb//Re 1??Ri?Re// Ro?Rc 高频或宽频带电路及恒流源电路 输入级、中间级、输出级
3.5多级放大电路
如前所述，基本放大电路的电压放大倍数通常只能达到几十～几百。然而在实际工作中，加到放大电路输入端的信号往往都非常微弱,要将其放大到能推动负载工作的程度,仅通过单级放大电路难以满足实际要求，必须通过多个单级放大电路级联,才可满足实际要求。
3.5.1 多级放大电路的级间耦合 1
信号源输入级中间级输出级负载图3-32 多级放大器的组成框图 多级放大电路的组成可用图3-32所示的框图来表示。其中,输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大,以推动负载工作。 2．多级放大电路的耦合方式
多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路级联而成。在多级放大电路中,将级与级之间的连接方式称为耦合方式，而级与级之间耦合时,必须满足:
1) 耦合后各级电路仍具有合适的静态工作点; 2) 保证信号在级与级之间能够顺利地传输;
图3-33 RC耦合多级放大器?UCCRb11Rc1Cb2T1Rb21Rc2Cb3Cb1RsT2RLCe2uiusCe1Rb12uoRe1Rb22Re 58
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3)
为了满足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。 1）阻容耦合
将放大器级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式。电路如图3-33所示。阻容耦合放大电路的特点是:
(1)因电容具有“隔直”作用,所以各级电路的静态工作点相互独立,互不影响。这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。此外,还具有体积小、重量轻等优点。
(2)因电容对交流信号具有一定的容抗,若电容量不是足够大，则在信号传输过程中会受到一定的衰减。尤其不便于传输变化缓慢的信号。此外,在集成电路中制造大容量的电容很困难,所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。 2
RsRb1Rc1T1Rc2T2?UCCCb1Cb2RLCe2 为了避免在信号传输过程中，耦合电容对缓慢变化的信号带来不良影响,也可以把级与级之间直接用导线连接起来,这种连接方式称为直接耦合。
多级放大电路的直接耦合是指前一级放大电路的输
usuiuoRe图3-34 直接耦合多级放大器出直接接在下一级放大电路的输入端，如图3-34所示为两级直接耦合放大电路。很显然直接耦合放大电路的各级静态工作点相互影响，并且还存在零点漂移现象，即当输入电压ui＝0时，受环境温度等因素的影响，输出电压uo将在静态工作点的基础上漂移。若输入信号比较微弱，零点漂移信号有时会覆盖要放大的信号，使得电路无法正常工作，因此要抑制零点漂移，使漂移电压和有用信号相比可以忽略。抑制零点漂移常用的方法是采用差分放大电路，见本书第6章。 直接耦合的特点是:
(1)既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。
(2) 需要电位偏移电路，以满足各级静态工作点的需要。
(3)存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。 3
usRs?UCCRb11Tr1Rb21Tr2C1RLuoT1T2uiCe1Rb12Re1Rb22Cb2Ce2Re图3-35 变压器耦合多级放大器 放大器的级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。其电路如图3-35所示。变压器耦合电路多用于低频放大电路中， 变压器可以通过电磁感应进行交流信号的传输，并且可以进行阻抗匹配，以使负载得到最大功率。由于变压器不能传输直流，故各级静态工作点互不影响，可分别计算和调整。另外由于可以根据负载选择变压器的匝比，以实现阻抗匹配，故变压器耦合放大电路在大功率放大电路中得到广泛的应用。但由于存在电磁干扰，也很难集成，且变压器的重量太
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第3章 晶体三极管及其放大电路
大。所以在电压放大电路中现已很少用变压器耦合。 4）光电耦合
光电耦合器件是把发光器件(如发光二极管)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合构成电一光和光一电的转换器件。图3-36a所示为常用的三极管型光电耦合器(4N25)原理图。当电信号施加道光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏三极管受到光照后饱和导通，产生电流iC；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏三极管截止。若基极有引出线则可满足温度补偿等要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。
光电耦合器主要有以下特点：
阳极发光二极管阴极(a)集电极光敏三极管发射极＋12V1k4N25Q1Q2ui6.2 k33 k(b)T图3-36 光电耦合器件及其应用(a) 光电耦合器件(b) 光电耦合开关电路1)光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，具有较强的抗干扰能力。因为，干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。即使干扰电压的幅度较大，馈送到光电耦合器输入端的噪声电压也很小，只能形成很微弱的电流，不足以使二极管发光。
2)光电耦合器具有较好的电隔离。由于光电耦合器输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。
3)光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。
4)光电耦合器的响应速度极快，其响应延迟时间只有10μS左右，适于对响应速度要求很高的场合。
此外，电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用．光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中
图3-36b所示电路是一个光电耦合开关电路。当输入信号ui为低电平时，三极管T处于截止状态，光电耦合器4N25中发光二极管的电流近似为零，输出端Q1、Q2间的电阻值很大，相当于开关“断开”；当ui为高电平时，T导通，B1中发光二极管发光，Q1、Q2间的电阻值变小，相当于开关“接通”。该电路因ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态。
在许多数据采集电路中，需要将信号源与放大器进行电气隔离，以免损坏测试电路或仪器。如图3-37所示是光电耦合隔离放大电路之一。这是一个典型的交流耦合放大电路。5V电源通过R1给发光二极管提供一定的直流电流，与ui叠加后共同作用在发光二极管的输入端。适当选取发光回路限流电阻R1，使4N25的电流传输比为一常数，即可保证该电路的线性放大作用。从图中可以看到，信号输入回路与放大电路部分采
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+5VC1R1R247+15V5104N25R6C2100 kui22 μFR410 k100R322 μF-A+9.1 kuoR5图3-37 交流耦合放大电路第3章 晶体三极管及其放大电路
用不同电源，保证了电气上的隔离。
图3-38所示是由A1和T1等组成的红外光耦合话筒电路。话音信号通过麦克风转换成电信号，由A1放大后送到三极管T1基极，T1放大后使发光二极管D随声音的强度变化而发光，通过光电耦合从光敏三极管集电极输出信号，再由前置放大器A2放大，然后送给功率放大器。 3.4.2多级放大电路的分析和计 算
1. 电压增益
多级放大电路的分析和计算与单级放大器的分析方法基本相同。对一个n级级联的放大器，假设各级的电压放大系数分
220?F C1 R1 + 1k? 话 筒 +9V R2 100k? C1 A1 10?F R7 10k? 发送器 R5 1k? R3 1k? R4 10k? T1 R6 220? 接收器 T2 +9V R10 3.3k? R9 100k? A2 去功放电路 D C3 R8 + 1?F 1k? 图3-38 红外光耦合话筒电路??A??A????A?，则总别为Au1u2u3u n的电压放大系数为
???????Uo?Uo1?Uo2?Uo3?????Uon?A?A???Au nu1u2Au3???Au n (3-60) ?????UiUiUi2Ui3Uin在计算每级电压增益时，必须考虑前后级之间的影响，即前级放大器作为后级放大器的信号源，后级放大器是前级放大器的负载，例如RL1?Ri2，RL1?Rc1//Ri2。 2. 输入电阻和输出电阻
多级放大电路的输入电阻Ri就是第一级放大电路的输入电阻；多级放大电路的输出电阻Ro就是末级放大电路的输出电阻。 例3-13 共射-共集两级阻容耦合放大电路如例3-13图所示。已知三极管T1、T2的?1 =?2 = 50，UBE= 0.7V。
(1) 求电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro； (2) 若只有T1组成的单级放大器，RL接在第一级输出端A、O点之间，求第一级电压增益。
(3) 当RL按图所示连接在第二级输出端时，试计算电路总的电压增益。 解：这是一个两级放大器，第一级为共射极放大器，第二级为共集电极放大器。 1) 先求该电路的静态工作点和rbe1，再求输入电阻Ri和输出电阻Ro。
+Us?Rb1151 kΩRc14.2 kΩRb21Cb2150 kΩ?15V?UCCCb1Rs50 ΩUB1/T122μ22μA51 ΩT2uiRb12R/e1Cb222μCe1uo1100μus12 kΩ1 kΩRe1Re23.3 kΩRL5.1 kΩO(a)uo?Ib1Rs+Ui?+Ube1?T1?Ic1??Ib1rbe1+?rbe2?Ib2T2?Ib2?-Rb--Re/1?Ie1Rc1Uo1Rb21-Re2Uo?RLRi/RL1（b）Ro例3-13 图 RC耦合共射—共集放大器UB1?UCC?
Rb12?2.86 V
Rb11?Rb1261