【模电】放大电路的组成原则

放大电路的组成原则

组成原则
常用的两种共射放大电路

组成原则

通过对基本共射放大电路的简单分析可以总结出，在组成放大电路时必须遵循以下几个原则：
1. 必须根据所用放大管的类型提供直流电源，以便设置合适的静态工作点，并作为输出的能源。对于晶体管的放大电路，电源的极性和大小应使晶体管发射结处于正向偏置，且静态电压 $|{U\tiny BEQ}|$ 大于开启电压 $U\tiny on$ ，以保证晶体管工作在导通状态；集电结处于反向偏置，以保证晶体管工作在导通状态；集电结处于反向偏置，以保证晶体管工作在放大区。对于场效应管放大电路，电源的极性和大小应为场效应管的栅 - 源之间、漏 - 源之间提供合适的电压，从而使之工作在恒流区。
2. 电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。
3. 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管，输入信号必须能够改变基极与发射极之间的电压，产生 $\Delta{\large u}{\tiny BE}$ ，从而改变基极或发射极电流，产生 $\Delta{i}{\tiny B}$ 、 $\Delta{i}{\tiny E}$ 。对于场效应管，输入信号必须能够改变栅极 - 源极之间的电压，产生 $\Delta{\large u}{\tiny GS}$ 。这样，才能改变放大管输出回路的电流，从而放大输入信号。
4. 当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流(晶体管的 $\Delta{i}{\tiny C}$ 、 $\Delta{i}{\tiny E}$ 或场效应管的 $\Delta{i}{\tiny D}$ 、 $\Delta{i}{\tiny S}$ )能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。

常用的两种共射放大电路

根据上述原则可以构成与下图基本共射放大电路不尽相同的共射放大电路。

在实用放大电路中，为了防止干扰，常要求输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端，即“地”端，称为“共地”。这样，将上图所示电路中的基极电源与集电极电源合二为一，并且为了合理设置静态工作点，在基极回路又增加一个电阻，便得到下图所示的共射放大电路。由于上图与下图所示电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连，故称为“直接耦合”。
直接耦合共射放大电路
将上图所示电路的输入端短路便可求出静态工作点。
$\begin{cases} {I\tiny BQ}=\frac{{V\tiny CC}-{U\tiny BEQ}}{R\tiny b2}-\frac{{U\tiny BEQ}}{R\tiny b1} \\ {I\tiny CQ}={\={\beta}}{I\tiny BQ}={\beta}{I\tiny BQ} \\ {U\tiny CEQ}={V\tiny CC}-{I\tiny CQ}{R\tiny c} \end{cases}$
应当指出， $R\tiny b1$ 是必不可少的。试想，若 ${R\tiny b1}=0$ ，则静态时，由于输入端短路， ${I\tiny BQ}=0$ ，晶体管将截止，电路不可能正常工作。 ${R\tiny b1}$ 、 ${R\tiny b2}$ 的取值与 $V\tiny CC$ 相配合，才能得到合适的基极电流 $I\tiny BQ$ ，合理地选取 $R\tiny c$ ，才能得到合适的管压降 ${U\tiny CBQ}$ 。当有输入信号时的波形分析如下图所示。
基本共射放大电路的波形分析
$（a）{\large u\tiny i}的波形（b）{\large i\tiny B}({\large i\tiny C})的波形（c）{\large u\tiny CE}的波形（d）{\large u\tiny o}的波形$
当有输入信号作用时，由于信号电压将在下图(a)所示的基本共射放大电路中 ${R\tiny b}$ 和下图(b)所示的直接耦合共射放大电路中在 ${R\tiny b1}$ 上均有损失，因而减小了晶体管基极与发射极之间的信号电压，也就会影响电路的放大能力。下图©所示的阻容耦合共射放大电路既解决了“共地”问题，又使一定频率范围内的输入信号几乎毫无损失地加到放大管的输入回路。

$（ a ）基本共射放大电路$

$（ b ）直接耦合共射放大电路$

$（ c ）阻容耦合共射放大电路$
上图所示的阻容耦合共射放大电路中，电容 $C\tiny 1$ 用于连接信号源与放大电路，电容 $C\tiny 2$ 用于连接放大电路与负载。在电子电路中起连接作用的电容称为耦合电容，利用电容连接电路称为阻容耦合。由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与放大电路、放大电路与负载之间没有直流量通过。耦合电容的容量应足够大，使其在输入信号频率范围内的容抗很小，可视为短路，所以输入信号几乎无损失地加在放大管的基极与发射极之间。可见，耦合电容的作用是“隔离直流，通过交流。”令输入端短路，可以求出静态工作点。
$\begin{cases} {I\tiny BQ}=\frac{{V\tiny CC}-{U\tiny BEQ}}{R\tiny b}\\ {I\tiny CQ}={\={\beta}}{I\tiny BQ}={\beta}{I\tiny BQ} \\ {U\tiny CEQ}={V\tiny CC}-{I\tiny CQ}{R\tiny c} \end{cases}$
上图所示的阻容耦合共射放大电路中，电容 $C\tiny 1$ 上的电压为 $U\tiny BEQ$ ，电容 $C\tiny 2$ 上的电压为 $U\tiny CEQ$ ，方向如图中所标注。由于在输入信号作用时， $C\tiny 1$ 上电压基本不变，因此可将其等效成一个电池，如下图所示。
阻容耦合共射放大电路输入回路等效电路
这样，放大管基极与发射极之间总电压为 $U\tiny BEQ$ 与 $u\tiny i$ 之和。 $u\tiny i$ 、 $\large i\tiny C$ 、 $\large i\tiny B$ 、 $\large u\tiny CE$ 、 $u\tiny o$ 的波形分析如下图所示。应该注意，输出电压 $u\tiny o$ 等于集电极与发射极之间总电压减去 $C\tiny 2$ 上的电压为 $U\tiny CEQ$ ，所以 $u\tiny o$ 为纯交流信号。
基本共射放大电路的波形分析

现有一个直流电源，试用一只PNP型管组成公射放大电路。
解：
在放大电路中，直流电源一方面设置合适的静态工作点，另一方面作为负载的能源。
为使晶体管导通，发射结应正偏，因而PNP型管的发射极应接电源的正极，而基极应接电源的负极；
为了限制基极电流，基极回路应加电阻 $R\tiny b$ ，如下图(a)所示。
为使晶体管工作在放大状态，集电极应反偏，因而PNP型管的集电极应接电源的负极；
为了将集电极电流的变化转换为电压的变化，集电极应通过电阻 $R\tiny c$ 接电源的负极，如下图(b)所示。
为了使输入信号驮载在b - e静态电压上，则应在晶体管基极与信号源之间加一个电阻或电容，如下图( c )、( d )所示；
下图( c )电路的输入端为直接耦合方式，下图( d )电路的输入端为阻容耦合方式；它们的输出端均采用了直接耦合方式，当然也可采用阻容耦合方式。