第2章 放大电路

2.1 基本放大电路

三极管是一种具有放大功能的电子器件，但单独的三极管是无法放大信号的，只有给三极管提供电压，让它导通才具有放大能力。为三极管提供导通所需的电压，使三极管具有放大能力的简单放大电路通常称为基本放大电路，又称偏置放大电路。常见的基本放大电路有固定偏置放大电路和分压式偏置放大电路。

2.1.1 固定偏置放大电路

固定偏置放大电路是一种最简单的放大电路。固定偏置放大电路如图2-1所示。

图2-1（a）所示为NPN型三极管构成的固定偏置放大电路，图2-1（b）所示是由PNP型三极管构成的固定偏置放大电路。它们都由三极管VT和电阻Rb、Rc组成，Rb称为偏置电阻，Rc称为负载电阻。接通电源后，有电流流过三极管VT，VT就会导通而具有放大能力。下面来分析图2-1（a）所示的NPN型三极管构成的固定偏置放大电路。

1.电流关系

接通电源后，从电源VCC正极流出电流，分成两路：一路电流经电阻Rb流入三极管VT基极，再通过VT内部的发射结从发射极流出；另一路电流经电阻Rc流入VT的集电极，再通过VT内部从发射极流出；两路电流从VT的发射极流出后汇合成一路电流，再流到电源的负极。

三极管3个极分别有电流流过，其中流经基极的电流称为电流Ib，流经集电极的电流称为电流Ic，流经发射极的电流称为电流Ie。电流Ib、Ic、Ie的关系为

Ib+Ic=Ie

Ic=Ib·β（β为三极管VT的放大倍数）

2.电压关系

接通电源后，电源为三极管各极提供电压，电源正极电压经Rc降压后为VT提供集电极电压Uc，经Rb降压后为VT提供基极电压Ub，电源负极电压直接加到VT的发射极，发射极电压为Ue。电路中Rb阻值较Rc的阻值大很多，所以处于放大状态的NPN型三极管的3个极的电压关系为

Uc>Ub>Ue

3.三极管内部两个PN结的状态

图2-1（a）中的三极管VT为NPN型三极管，它内部有两个PN结，集电极和基极之间有一个PN结，称为集电结；发射极和基极之间有一个PN结，称为发射结。因为VT的3个极的电压关系是Uc>Ub>Ue，所以VT内部两个PN结的状态是：发射结正偏（PN结可相当于一个二极管，P极电压高于N极电压时称为PN结正偏），集电结反偏。

综上所述，三极管处于放大状态时具有的特点如下。

① Ib+Ic=Ie，Ic=Ib·β。

② Uc>Ub>Ue（NPN型三极管）。

③发射结正偏导通，集电结反偏。

4.静态工作点的计算

在图2-1（a）所示电路中，三极管VT的Ib（基极电流）、Ic（集电极电流）和Uce（集电极和发射极之间的电压，Uce=Uc−Ue）称为静态工作点。

三极管VT的静态工作点计算方法如下：

（三极管处于放大状态时Ube值为定值，硅管一般取Ube=0.7V，锗管取Ube=0.3V）

Ic=β·Ib

Uce=Uc−Ue=Uc−0=Uc=VCC−URc=VCC−Ic Rc

举例：在图2-1（a）所示电路中，VCC=12V，Rb=300kΩ，Rc=4kΩ，β=50，求放大电路的静态工作点Ib、Ic、Uce。

静态工作点计算过程如下：

以上分析的是NPN型三极管固定偏置放大电路，读者可根据上面的方法来分析图2-1（b）所示电路中的PNP型三极管固定偏置放大电路。

固定偏置放大电路结构简单，但当三极管温度上升引起静态工作点发生变化时（如环境温度上升，三极管内的半导体材料导电能力增强，会使电流Ib、Ic增大），电路无法使静态工作点恢复正常，从而会导致三极管工作不稳定，所以固定偏置放大电路一般用在要求不高的电子设备中。

2.1.2 分压式偏置放大电路

分压式偏置放大电路是一种应用最为广泛的放大电路，这主要是因为它能有效克服固定偏置放大电路无法稳定静态工作点的缺点。分压式偏置放大电路如图2-2所示，该电路为NPN型三极管构成的分压式偏置放大电路。R1为上偏置电阻，R2为下偏置电阻，R3为负载电阻，R4为发射极电阻。

1.电流关系

接通电源后，电路中有电流I1、I2、Ib、Ic、Ie产生，各电流的流向如图2-2所示。不难看出，这些电流有以下关系

I2+Ib=I1

Ib+Ic=Ie

Ic=Ib·β

2.电压关系

接通电源后，电源为三极管各个极提供电压，+VCC电源经R3降压后为VT提供集电极电压Uc，+VCC经R1、R2分压为VT提供基极电压Ub，电流Ie在流经R4时，在R4上得到电压UR4，UR4大小与VT的发射极电压Ue相等。图中的三极管VT处于放大状态，Uc、Ub、Ue 3个电压满足以下关系

Uc>Ub>Ue

3.三极管内部两个PN结的状态

由于Uc>Ub>Ue，其中Uc>Ub使VT的集电结处于反偏状态，Ub>Ue使VT的发射结处于正偏状态。

4.静态工作点的计算

在电路中，三极管VT的电流Ib远小于电流I1，基极电压Ub基本由R1、R2分压来确定，即

由于Ube=Ub−Ue=0.7V，所以三极管VT的发射极电压为

Ue=Ub−Ube=Ub−0.7V

三极管VT的集电极电压为

Uc=VCC−UR3=VCC−Ic R3

举例：在图2-2所示电路中，VCC=18V，R1=39kΩ，R2=10kΩ，R3=3kΩ，R4=2kΩ，β=50，求放大电路的Ub、Uc、Ue和静态工作点Ib、Ic、Uce。

计算过程如下

5.静态工作点的稳定

与固定偏置放大电路相比，分压式偏置放大电路最大的优点是具有稳定静态工作点的功能。分压式偏置放大电路静态工作点稳定过程分析如下。

当环境温度上升时，三极管内部的半导体材料导电性增强，VT的电流Ib、Ic增大→流过R4的电流Ie增大（Ie=Ib+Ic，电流Ib、Ic增大，Ie就增大）→R4两端的电压UR4增大（UR4=Ie•R4，R4不变， Ie增大，UR4也就增大）→VT的发射极电压Ue上升（Ue=UR4）→VT的发射结两端的电压Ube下降（Ube=Ub−Ue，Ub基本不变，Ue上升，Ube下降）→Ib减小→Ic也减小（Ic=Ib•β，β不变，Ib减小，Ic也减小）→Ib、Ic减小到正常值，从而稳定了三极管的电流Ib、Ic。

2.1.3 交流放大电路

偏置放大电路具有放大能力，若给偏置放大电路输入交流信号，它就可以对交流信号进行放大，再输出幅度大的交流信号。为了使偏置放大电路以较好的效果放大交流信号，并能与其他电路很好连接，通常要给偏置放大电路增加一些耦合、隔离和旁路元件，这样的电路常称为交流放大电路。图2-3所示就是一种典型的交流放大电路。

1.元器件说明

图中的电阻R1、R2、R3、R4与三极管VT构成分压式偏置放大电路。C1、C3称为耦合电容，C1、C3容量较大，对交流信号阻碍很小，交流信号很容易通过C1、C3，C1用来将输入端的交流信号传送到VT的基极，C3用来将VT集电极输出的交流信号传送给负载RL，C1、C3除了传送交流信号外，还起隔直作用，所以VT基极直流电压无法通过C1到输入端，VT集电极直流电压无法通过C3到负载RL。C2称为交流旁路电容，可以提高放大电路的放大能力。

2.直流工作条件

因为三极管只有在满足了直流工作条件时才具有放大能力，所以分析一个放大电路是否具有放大能力先要分析它能否为三极管提供直流工作条件。

三极管要工作在放大状态，需满足的直流工作条件主要有：有完整的电流Ib、Ic、Ie通路；能提供电压Uc、Ub、Ue；发射结正偏导通，集电结反偏。这3个条件具备了，三极管才具有放大能力。一般情况下，如果三极管电流Ib、Ic、Ie在电路中有完整的通路就可认为它具有放大能力，因此以后在分析三极管的直流工作条件时，一般分析三极管的电流Ib、Ic、Ie通路就可以了。

VT的电流Ib的通路是：电源VCC正极→电阻R1→VT的基极→VT的发射极；

VT的电流Ic的通路是：电源VCC正极→电阻R3→VT的集电极→VT的发射极；

VT的电流Ie的通路是：VT的发射极→R4→地→电源VCC负极。

电流Ib、Ic、Ie通路也可用如下流程图表示：

从上面的分析可知，三极管VT的电流Ib、Ic、Ie在电路中有完整的通路，所以VT具有放大能力。试想一下，如果R1或R3开路，三极管VT有无放大能力，为什么？

3.交流信号处理过程

满足了直流工作条件后，三极管具有了放大能力，就可以放大交流信号。图2-3所示电路中的Ui为小幅度的交流信号，它通过电容C1加到三极管VT的基极。

当交流信号电压Ui为正半周时，Ui极性为上正下负，电压经C1送到VT的基极，与基极的直流电压（VCC经R1提供）叠加，使基极电压上升，VT的电流Ib增大，电流Ic也增大，流过R3的电流Ic增大，R3上的电压UR3也增大（UR3=Ic R3，因Ic增大，故UR3增大），VT集电极电压Uc下降（Uc=VCC−UR3，UR3增大，故Uc下降），该下降的电压即为放大输出的信号电压，但信号电压被倒相180°，变成负半周信号电压。

当交流信号Ui为负半周时，Ui极性为上负下正，电压经C1送到VT的基极，与基极的直流电压（VCC经R1提供）叠加，使基极电压下降，VT的电流Ib减小，电流Ic也减小，流过R3的Ic电流减小，R3上的电压UR3也减小（UR3=Ic R3，因Ic减小，故UR3减小），VT集电极电压Uc上升（Uc=VCC−UR3， UR3减小，故Uc上升），该上升的电压即为放大输出的信号电压，但信号电压也被倒相180°，变成正半周信号电压。

也就是说，当交流信号电压正、负半周送到三极管基极，经三极管放大后，从集电极输出放大的信号电压，但输出信号电压与输入信号电压相位相反。三极管集电极输出信号电压再经耦合电容C3隔直后送给负载RL。

2.1.4 放大电路的3种基本接法

1.放大电路的一些基本概念

为了让大家更容易理解放大电路，先来介绍一些放大电路的基本概念。

（1）输入电阻和输出电阻

一个放大电路通常可以用图2-4所示的电路来等效，这样等效的依据是：在放大电路工作时，输入信号送到放大电路输入端，对于输入信号来说，放大电路就相当于一个负载电阻Ri，这个电阻Ri称为放大电路的输入电阻；放大电路将输入信号放大后，会输出信号到负载RL两端，因为放大电路有信号输出，所以对于负载RL来说，放大电路就相当于一个内阻为Ro、电压为U2的信号源，这里的内阻Ro称为放大电路的输出电阻。

图中的U1为信号源电压，R1为信号源内阻，RL为负载。图中间点画线框内的部分是放大电路的等效图，U2是放大的信号电压，Ui为放大电路的输入电压，负载RL两端的电压Uo为放大电路的输出电压，流入放大电路的电流Ii称为输入电流，从放大电路流出的电流Io称为输出电流，Ri为放大电路的输入电阻，Ro为放大电路的输出电阻。

从减轻输入信号源负担和提高放大电路的输出电压角度考虑，输入电阻Ri的阻值大一些好，因为在输入信号源内阻R1不变时，输入电阻Ri大一方面会使放大电路从信号源吸取的电流Ii小，同时可以在放大电路输入端得到比较高的电压Ui，这样放大电路放大后输出的电压很高。如果需要提高放大电路的输出电流Io，输入电阻Ri小一些更好，因为输入电阻小时放大电路输入电流大，放大后输出的电流就比较大。

放大电路的输出电阻Ro的阻值，要求是越小越好，因为输出电阻小时，在输出电阻上消耗的电压和电流都很小，负载RL就可以获得比较大的功率，也就是说放大电路输出电阻小，则该放大电路带负载能力强。

（2）放大倍数和增益

放大电路的放大倍数有以下3种。

①电压放大倍数。电压放大倍数是指输出电压Uo与输入电压Ui的比值，用Au表示

②电流放大倍数。电流放大倍数是指输出电流Io与输入电流Ii的比值，用Ai表示

③功率放大倍数。功率放大倍数是指输出功率Po与输入功率Pi的比值，用AP表示

在实际应用中，为了便于计算和表示，常采用放大倍数的对数来表示放大电路的放大能力，这样得到的值称为增益，增益的单位为分贝（d B）。增益越大说明电路的放大能力越强。

电压增益为

电流增益为

功率增益为

例如，当放大电路的电压放大倍数分别为100倍和10 000倍时，它的电压增益分别就是40d B和80d B。

2.放大电路的3种基本接法

根据三极管在电路中的连接方式不同，放大电路有3种基本接法：共发射极接法、共基极接法和共集电极接法。放大电路的3种基本接法如图2-5所示。

放大电路的3种基本接法电路可从下面几个方面来分析。

（1）是否具备放大能力

前面已经讲过，要判断三极管电路是否具备放大能力，一般可通过分析电路中三极管的电流Ib、Ic、Ie有无完整的通路来判断，若有完整的通路就说明该放大电路具有放大能力。图2-5所示电路中3种基本接法电路的三极管电流Ib、Ic、Ie分析如下。

共发射极接法电路中三极管的电流Ib、Ic、Ie通路：

共基极接法电路中三极管的电流Ib、Ic、Ie通路：

共集电极接法电路中三极管的电流Ib、Ic、Ie通路：

从上面的分析可以看出，3种基本接法电路中的三极管电流Ib、Ic、Ie都有完整的通路，所以它们都具有放大能力。

（2）共用电极形式

一个放大电路应具有输入和输出端，为了使输入、输出端的交流信号能有各自的回路，要求输入和输出端应各有两极，而三极管只有3个电极，这样就会出现一个电极被输入、输出端共用的情况。

在分析放大电路时，为了掌握放大电路交流信号的处理情况，需要画出它的交流等效图，在画交流等效图时不考虑直流。画交流等效图要掌握以下两点。

①电源的内阻很小，对于交流信号可视为短路，即对交流信号而言，电源正、负极相当于短路，所以画交流等效图时应将电源正、负极用导线连起来。

②电路中的耦合电容和旁路电容容量比较大，对交流信号阻碍很小，也可视为短路，在画交流等效图时大容量的电容应用导线取代。

根据上述原则，可按图2-6所示的方法绘制图2-5（a）所示共发射极放大电路的交流等效图。

用同样的方法可绘制其他两种基本接法放大电路的交流等效图。3种基本接法放大电路的交流等效图如图2-7所示。

在图2-7（a）所示电路中，基极是输入端，集电极是输出端，发射极是输入和输出回路的共用电极，这种放大电路称为共发射极放大电路。

在图2-7（b）所示电路中，发射极是输入端，集电极是输出端，基极是输入和输出回路的共用电极，这种放大电路称为共基极放大电路。

在图2-7（c）所示电路中，基极是输入端，发射极是输出端，集电极是输入和输出回路的共用电极，这种放大电路称为共集电极放大电路。

（3）3种基本接法放大电路的特点

3种基本接法放大电路的特点见表2-1。

2.1.5 电路实践：朗读助记器原理与检修（一）

朗读助记器是一种利用声音反馈来增强记忆的电子产品。在朗读时，助记器的话筒（又称传声器）将声音转换成电信号，然后对电信号进行放大，最后又将电信号经耳机还原成声音，人耳听到增强的朗读声音可强化朗读内容的记忆。朗读助记器电路较为复杂，本书将它分成3个部分说明。

1.电路原理

图2-8所示是朗读助记器的第一部分电路原理图。

电路分析如下。

（1）信号处理过程

在朗读时，话筒BM将声音转换成电信号，这种由声音转换成的电信号称为音频信号。音频信号由音量电位器RP1调节大小后，再通过C1送到三极管VT1基极，音频信号经VT1放大后从集电极输出，通过C3送到耳机插座X2_out，如果将耳机插入X2插孔，就可以听到自己的朗读声。

（2）直流工作情况

6V直流电压通过接插件X4送入电路，+6V电压经R10降压后分成3路：第1路经R1、插座X1的内部簧片为话筒提供工作电压，使话筒工作；第2路经R2、R3分压后为三极管VT1提供基极电压；第3路经R4为VT1提供集电极电压。三极管VT1获得电压后有电流Ib、Ic、Ie流过，VT1处于放大状态，可以放大送到基极的信号并从集电极输出。

（3）元器件说明

BM为内置驻极体式话筒，用于将声音转换成音频信号，BM有正、负极之分，不能接错极性。X1为外接输入插座，当外接音源设备（如收音机、MP3等）时，应将音源设备的输出插头插入该插座，插座内的簧片断开，内置话筒BM被切断，而外部音源设备送来的信号经X1簧片、RP1和C1送到三极管VT1基极进行放大。X3为扬声器接插件，当使用外接扬声器时，可将扬声器的两根引线与X3连接。X2为外接耳机插座，当插入耳机插头后，插座内的簧片断开，扬声器接插件X3被断开。

R10、C5构成电源退耦电路，用于滤除电源供电中的波动成分，使电路能得到较稳定的供电电压。在电路工作时，+6V电源经R10为三极管VT1供电，同时还会对C5充电，在C5上充得上正下负的电压。在静态时，VT1无信号输入，VT1导通程度不变（即Ic保持不变），流过R10的电流I基本稳定，电压UA保持不变，在VT1有信号输入时，VT1的电流Ic会发生变化，当输入信号幅度大时， VT1放大时导通程度深，电流Ic增大，流过R10的电流I也增大，若没有C5，A点电压会因电流I的增大而下降（I增大，R10上电压增大），有了C5后，C5会向R4放电弥补电流Ic增多的部分，无须通过R10的电流I增大，这样A点电压变化很小。同样，如果VT1的输入信号幅度小，VT1放大时导通浅，电流Ic减小，若没有C5，电流I也减小，A点电压会因电流I减小而升高，有了C5后，多余的电流I会对C5充电，这样电流I不会因Ic减小而减小，A点电压保持不变。

2. 安装与调试

图2-8（b）是安装好第一部分电路的朗读助记器。在调试朗读助记器时，需要用到一个0～12V可调电源供电，该电源的电路及制作见“第8章 电源电路”，万用表选择直流电压挡并接到电源的输出端，调节调压电位器，使电源输出电压为6V，再将6V电源接到朗读助记器，并将耳机插入X2-out插孔，如图2-8（c）所示，然后朝话筒讲话，检查从耳机中能否听到自己的声音，同时调节电位器RP1，听声音有无变化，由于只有一级放大电路，所以声音比较小。

2-1：朗读助记器安装与调试（一）

3.电路的检修

下面以“无声”故障为例来说明朗读助记器第一部分电路的检修方法，检修过程如图2-9所示。