2.2 任务资讯

2.2.1 放大电路概述

1．放大电路的作用和分类

放大电路的作用就是将微弱的信号放大到便于测量和利用的程度。表面上，放大电路是将信号的幅度由小逐渐增大，但放大的实质是能量转换，即由一个能量较小的输入信号控制直流电源，使之转换成一个能量较大的交流信号输出，从而驱动负载。因此，晶体三极管在放大电路中只是一种能量控制和转换元件，而不是一种能源。例如，从收音机天线接收到的无线电信号或从传感器得到的信号，有时只有微伏或毫伏的数量级，必须经过放大后才能驱动扬声器或进行观察、记录与控制；而且收音机消耗的能量是来自于电池或经变压器转换后的直流电源能量，而不是来自于天线接收的电磁波。

图2-1是一个扩音机的组成方框图。话筒作为信号源，它将声音变成微弱的电信号（只有几毫伏），然后经过三级电压放大电路放大，得到较大的信号电压（如几伏），再经过功率放大电路得到较大的信号功率，推动扬声器工作，发出洪亮的声音。前几级放大电路的主要任务是放大信号电压，所以叫电压放大电路，也称前置级放大电路，它是本任务研究的主要对象。功率放大电路将在以后加以讨论。

按照不同的分类方式，放大电路的有很多种。

（1）按信号的强弱不同分为：电压放大电路和功率放大电路外。如上述扩音机电路中，有电压放大电路和功率放大电路。

（2）按被放大信号的频率不同可分为：直流放大电路（放大变化缓慢的信号）、低频放大电路（工作频率是10Hz～300kHz，其中音频信号的工作频率是10Hz～20Hz）、高频放大电路（工作频率在300kHz以上）。

（3）按使用的器件不同分为：电子管放大电路、晶体管放大电路、场效应管放大电路以及集成运算放大电路等。

（4）按级与级间的耦合方式不同分为：阻容耦合放大电路、变压器耦合放大电路和直接耦合放大电路等。

（5）按被放大信号的工作频带不同可分为：宽带放大电路（如视频放大电路工作频带为0Hz～6MHz）和窄频带放大电路（如调谐放大电路）。

还可以根据其他方式分类，这里不一一列举。

2．放大电路的主要性能指标

对于放大电路的要求主要有两个方面：一是放大倍数要高，二是信号失真要小。具体衡量放大电路的主要性能指标有以下几个。

（1）放大倍数（或增益）。放大电路可用方框图表示，如图2-2所示。习惯上，将放大电路的输入端放在电路的左边，输出端放在电路右边。如图2-2中，1-1＇端为放大电路的输入端，2-2＇端为放大电路的输出端。ui、uo分别表示输入、输出信号电压；ii、io分别表示输入、输出信号电流。

放大电路的放大倍数（或增益）是衡量电路放大能力的重要指标，它定义为输出信号幅值变化量与输入信号幅值变化量之比，常用三种形式表示。

电压放大倍数Au：定义为输出电压与输入电压之比。

电流放大倍数Ai：定义为输出电流与输入电流之比。

功率放大倍数Ap：定义为输出功率与输入功率之比。

工程上，常用增益来衡量放大电路的放大能力，单位是分贝（dB）。

电压增益：

电流增益：

功率增益：

以上各项性能均是在输出信号不失真条件下测量和计算的。

（2）输入电阻ri和输出电阻ro

放大电路的输入电压受信号源的影响和放大电路的输出随负载接入而变化的影响可以分别用输入电阻和输出电阻来表示。因为二者都对交流信号而言，故均属于交流电阻。

输入电阻ri的定义：为输入电压与输入电流之比，即：

对于信号源来说，放大电路的输入电阻ri就是其负载电阻。也就是放大电路的输入端1-1＇端向右看的等校电阻，如图2-3所示。

输入电阻的大小视信号源的性质来考虑。如果信号源是电压源，为了使放大电路得到较大的输入电压，应使ri＞Rs，即等效输入电阻越大越好。如果信号源是电流源，为了使放大电路得到较大的输入电流，应使ri＜Rs，即等效输入电阻越小越好。

输出电阻ro的定义：从负载两端向信号源方向看，放大电路是一线性无源网络，根据戴维南定理可知，对于任一线性无源网络，总可以用一电阻和电压源串联来等效，那么这个等效电阻就是放大电路的输出电阻ro。将负载电阻RL移开，接一已知电压源u＇o，经过电压源得电流为i＇o，即有如图2-4所示求输出电阻的电路。由戴维南定理求输出电阻表达式为：

（3）失真。放大电路的失真是指放大电路的输出波形与输入波形比较，其形状发生了变化。非线性失真是由放大电路输入和输出特性引起的。如果放大电路的工作点设置不当或输入信号幅度过大，使放大电路工作在非线性区域，其输出波形变成非正弦波，这种失真称为非线性失真。

放大电路工作时，它的实际输入信号是由许多频率分量组合而成的复杂信号，要求放大电路对不同频率的信号有相同的放大能力，但放大电路一般含有电容或电感的电抗元件，使放大电路对不同频率的信号有不同的放大能力而引起输出波形失真，这种失真称为频率失真。

值得注意的是，非线性失真和频率失真都会使输出波形失真，但两者是有差别的，非线性失真产生了输入信号中不存在的新的频率分量，而频率失真是使信号中各频率分量的相对大小发生变化。总的要求放大电路的失真越小越好。

2.2.2 三极管

半导体三极管又叫晶体三极管或双极型晶体管，简称为晶体管。它是放大电路的最基本元件之一。

1．三极管的结构

（1）三极管的基本结构。图2-5为半导体三极管的结构模型，它是由一块本征半导体中掺入不同杂质制成两个PN结，并引出三个电极构成的。若两边是N型半导体、中间是P型半导体，则称为NPN型三极管，如图2-5（a）所示；若两边是P型半导体、中间是N型半导体，则称为PNP型三极管，如图2-5（b）所示。图中示出了相应的电路符号。

从图中可以看出，一个三极管的基本结构包括：三个区（发射区、集电区、基区），两个PN结（集电结、发射结），三个电极（基极B、发射极E、集电极C）。从结构上看，虽然发射区和集电区都是N型（或P型）半导体，但是它们的掺杂浓度不同。半导体三极管制造工艺的特点是发射区掺杂浓度最高，基区掺杂浓度最低且很薄（微米量级），集电结面积大。因此使用时，必须弄清管脚，避免接错。

（2）三极管的分类。半导体三极管按照使用材料的不同，可以分为硅管和锗管两类，一般情况下，NPN型多为硅管，PNP型多为锗管。

半导体三极管按工作频率高低可分为低频管（3MHz以下）和高频管（3MHz以上）两类。

半导体三极管按照功率可分为大、中、小功率管等。

此外，根据特殊性能要求，又有开关管、低噪声管、高反压管等。

2．三极管的工作条件和基本组态

（1）三极管的工作条件。半导体三极管在电子线路中常用作放大器件。三极管要实现的放大作用，除了要有上述内部条件外，还必须具备一定的外部条件，也就是合适的偏置电压：使三极管的发射结处于正向偏置电压，集电结处于反向偏置。

（2）三极管的基本组态。三极管在接成放大电路时，在三个电极中有一个电极作为信号输入回路和输出回路的公共端并接地，另两个端子一个接输入信号源，一个接输出负载。所以，按信号输入和输出回路公共端的不同，放大电路有三种不同的组态，即共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路。三种放大组态如图2-6所示。

在这三种放大组态中，基极总是在输入回路中，集电极总是在输出回路中。无论哪种接法，要实现放大作用，必须满足外部条件，即发射结正偏，集电结反偏。

3．三极管的电流分配关系和电流放大作用

由于NPN管与PNP管在工作原理上相同，只是工作时外加偏置电压极性和各极电流方向相反而已，因此下面只以NPN管为例进行分析。图2-7所示为NPN型管工作在放大组态时内部载流子的运动和各极电流。

（1）三极管内部载流子的传输过程。图2-7所示电路给出了在一定外加电压作用下，三极管内部载流子的运动规律及电流分配关系。

1）发射区的多数载流子向基区扩散——形成发射极电流IE。当发射结外加正向偏置电压时，发射结的空间电荷区因正向偏置而变窄，有利于多数载流子的扩散运动，即发射区的多数载流子扩散注入至基区，与此同时，基区的空穴也向发射区扩散，形成较大的发射极电流IC。由于发射区的掺杂浓度远高于基区的掺杂浓度，所以流过发射结的电流IC主要是由从发射区注入基区的电子形成，而从基区注入发射区的空穴量很少，在图2-7中忽略了从基区扩散到发射区的空穴。

2）电子在基区的复合——形成基极电流IB。多数载流子—电子从发射区注入基区后，使基区靠近发射结处电子浓度很高。而集电结因处于反向偏置状态，使得靠近集电结处的电子浓度很低。因此，在基区形成电子浓度差，从而电子靠扩散作用，继续向集电区运动。电子扩散的同时，在基区将与空穴相遇产生复合，形成基极电流IB。由于基区空穴浓度比较低，且基区很薄，因此复合的电子数是极少数，绝大多数电子均能扩散到靠近集电结的边缘，被集电区收集。

3）集电区收集电子——形成集电极电流IC。由于集电结处于反向偏置状态，在结电场的作用下，使得扩散到基区且靠近集电结边缘的电子很快漂移至集电区。因为集电结的面积大，所以基区扩散过来的电子，基本上全部被集电区收集，形成集电极电流IC。

此外，因为集电结反向偏置，所以集电区中的空穴和基区中的电子（均为少数载流子）在结电场的作用下作漂移运动。

上述载流子的传输过程如图2-7所示。通过上述分析可知，晶体三极管内部载流子运动的主流是发射区向基区扩散电子，形成发射极电流，少量电子在基区复合，形成基极电流，大多数电子被集电区收集形成集电极电流。因为电子带负电，所以电流方向与电子运动方向相反。在发射区注入基区的电子总数中，复合数量与被送到集电结边缘的数量占多大比例，主要取决于基区厚度和基区的空穴浓度，三极管制成后，这个比例关系就被确定。

除了上述载流子运动外，还有一些次要因素，在考虑温度特性时有必要考虑它们，其中基区和集电区中的少数载流子（即基区的电子和集电区的空穴），在集电结反偏情况下，集电区中的空穴漂移到基区，基区的电子漂移到集电区，共同形成反向饱和电流ICBO, ICBO从集电极流入，从基极流出。一般情况下，ICBO＜IB，因此可以忽略。但考虑当温度升高后，本征激发增强，少数载流子数目增多，ICBO将增大，因此考虑温度特性时，需要计及反向饱和电流。

（2）三极管的电流分配关系。当晶体三极管满足外部条件——发射结正偏、集电结反偏时，三极管处于放大状态。从外电路来看，根据基尔霍夫电流定律，三极管的各极电流满足的基本关系为：

IB、IC、IE之间除了满足上述关系外，还存在一定的分配关系，这种分配关系在三极管制成时就已经确定。根据管子用法不同，常分别用两个比例系数来建立它们之间的分配关系。

1）IC与I E的关系。通过共基极直流放大系数来描述，的定义为：

是小于1且接近于1的值，一般为0.9～0.99。基区越窄，电子、空穴复合越少，则越接近于1。

通过可建立的各极电流关系式如下：

2）IC与I B的关系

IC与IB的关系通过共发射极直流放大系数来描述，β的定义为：

通常IC＞IB，即。

由建立的晶体三极管各极电流关系式如下：

上述与都是描述三极管的电流分配关系，只是定义不同，两者可以互相转换，其转换关系如下：

又可得

若考虑反向饱和电流ICBO的影响，用表示的各极电流关系为：

式中：

ICEO叫做穿透电流，在数值上为ICBO的倍。在温度变化时，IC E O对I C的影响较大，故在讨论温度对晶体三极管的影响时，必须考虑ICEO的影响。在常温下，ICEO在工程计算上可以忽略不计。穿透电流ICEO的物理意义可用图2-8说明。

如图2-8所示，当基极开路时，电源电压UCC大部分降在集电结上形成反向偏置电压，发射结只分得很少一部分正向电压（因为集电结反偏，电阻很大；发射结正偏，电阻很小）。发射区仍有极少量电子扩散到基区，与基区的空穴复合，因基极开路，这部分空穴只能由集电区漂移到基区的空穴来提供，此时基区复合电流实为基极反向饱和电流ICBO；而发射区扩散过来的大多数电子直接穿过基区进入集电区，与集电区的空穴复合，而形成的电流量为（由电流分配关系得）。因此集电极穿透电流ICEO有两部分组成，即。

（3）三极管的电流放大作用。图2-9所示电路，是晶体三极管组成的共发射极放大电路原理电路，基极是放大器的输入端，集电极是输出端，发射极是公共端。在外加输入信号电压Δui作用下，基极电流有一个变化量ΔIb，由于晶体管存在电流分配关系，集电极电流和发射极电流也会发生相应变化，它们的变化量分别为ΔIc和ΔIe。ΔIc和ΔIe的比值称为共发射极交流放大系数，用β表示，即：

或

一般在工程分析上，β值与-β在数字上被认为近似相等。但两者的含义不同，-β是直流电流放大系数，而β是对变化量（或交流量）而言。式（1-21）表明，将基极电流ΔIc作为输电流，集电极信号电流ΔIc作为输出电流，则ΔIc是ΔIb的β倍，实现了电流的放大作用。所谓放大作用，是指输入一个较小的变化量，输出得到一个较大的变化量。三极管的电流放大作用表现在：由基极电流的较小变化量，控制集电极电流发生较大的变化量，所以三极管是一个电流控制器件。

需要指出的是，晶体管三极管的放大作用并不是三极管本身能凭空产生出新的能量，实际上，在集电极电阻R上得到的信号能量，完全是由集电极直流电源能量转换而来的，三极管只能在能量转换中起控制作用。

4．三极管的工作条件和基本组态

三极管各极电压电流之间的关系可以用伏安特性曲线来表示，这就是三极管的特性曲线。三极管的特性曲线分输入特性曲线和输出特性曲线两种。它们可以通过晶体管特性图示仪测得，也可以用实验的方法测绘。图2-10所示电路是晶体管共发射极连接时，输入、输出特性曲线的测试电路。

（1）输入特性曲线。三极管的输入特性曲线是以uCE为参变量，描述iB与uBE之间的关系曲线。图2-11（a）是典型NPN型三极管的共射输入特性曲线。由图可见，三极管的输入特性曲线与二极管正向特性相似，也有门限电压（亦称导通电压），不同的是UCE对输入特性曲线有影响。下面分两种情况讨论。

1）当U CE＜1V时，三极管的（发射结、集电结）均正偏，此时的三极管相当于两个PN结的并联，曲线与二极管相似，所以增大UCE时，输入曲线明显右移。

2）当U CE≥1V时，集电结反向偏置，发射结正向偏置，这时再继续增大U CE特性曲线右移不明显，不同的U CE输入曲线几乎重合。所以一般只给出一条U CE≥1V的实用曲线。

从曲线上可以看出，输入特性是非线性的。三极管发射结的导通电压与二极管基本一致，工程计算中，取值为硅管的导通电压约为0.7V，锗管的导通电压约为0.3V。

（2）输出特性曲线。三极管的输出特性曲线表示IB取不同值时，iC与uCE之间的关系。图2-11（b）所示是典型NPN型三极管的输出特性曲线。由图可见，三极管的工作状态分为三个区，截止区、放大区和饱和区。

1）放大区。三极管工作在放大区的条件：发射结正偏，集电结反偏。

从图上可以看出，三极管工作在放大区有以下两个特点。

特点之一：基极电流iB对iC有很强的控制作用，即iB有很小的变化量ΔIb时，iC就会有很大的变化量ΔIc，两者的比值近似为一常数，即满足关系：β=ΔIc/ΔIb。

特点之二：基极电流iB一定时，iC基本不随uCE变化，即对uCE而言，iC具有恒流性。利用这一特性，晶体三极管可做成恒流源电路，在集成电路中广泛应用。

2）截止区。在输出特性曲线上，对应IB≤0以下的区域称为截止区。

三极管工作在截止区的条件：发射结反偏，集电结反偏。

三极管工作在截止区的特点是：基极电流iB=0，集电极电流iC很小，从前面分析知道，此时集电极电流值为iC=ICEO≈0，管子处于截止状态。因三极管截止时，相当于开关断开。

3）饱和区。在输出特性曲线上，曲线呈直线上升靠近纵轴的区域称为饱和区。该区uCE很小，并且uCE≤uBE，通常把uCE=uBE（即集电极与基极电位相等），集电结为零偏置称为临界饱和。

三极管工作在饱和区的条件：发射结正偏，集电结正偏。

三极管工作在饱和区的特点有两个。

特点之一：在IB一定条件下，uCE略有增加，iC迅速上升。

特点之二：在uCE一定条件下，增加IB, iC几乎不变。

小功率管饱和时极间电压常按如下值计算：硅管 UBE =0.7V, UCE =0.3V；锗管UBE =0.3V, UCE =0.1V。其中 UCE 电压称为饱和压降，极为UCES，由于饱和时，三极管的极间电压都很小，相当于开关短路。

三极管饱和区和截止区都叫非线性区，对应的工作状态叫饱和状态与截止状态。通常把三极管工作在这两个区的特性称为三极管的开关特性。

5．三极管的主要参数

三极管的参数是对其特性的定量描述，这些参数可以从手册上得到，或通过仪器测量得到，是我们正确使用和合理选择三极管的依据。三极管的主要参数有以下几类：

（1）放大倍数。

1）直流电流放大系数：共发射极的电流放大系数-β，是集电极直流电流与基极直流电流之比，即：

共基极的电流放大系数-α，是集电极直流电流与发射极直流电流之比，即：

2）交流电流放大系数：共发射极的电流放大系数β，是集电极交流电流与基极交流电流之比，即：

共基极的电流放大系数α，是集电极交流电流与基极交流电流之比，即：

在工程计算上，一般可认为三极管放大电路的对应交、直流电流放大系数近似相等。

（2）极间饱和电流。

1）基极反向饱和电流IC B O：是发射极开路，集电结外加反向偏置电压时，集电极与基极间的反向电流。其值越小，表明三极管的温度稳定性越好。

2）穿透电流IC E O：是基极开路时，集电极与发射极间的反向电流。也是越小三极管的温度稳定性越好。

（3）极限参数

1）集电极最大允许电流IC M。集电极的工作电流iC，在一个很大范围内其β值是基本不变的，但当β值超过某一数值后，β值降明显下降。通常把β值下降到最大值的2/3时所对应的iC值规定为集电极最大允许电流ICM。

2）集电极最大允许耗散功率PC M。三极管工作时，集电极—发射极间直流电压UCE与集电极直流电流IC乘积定义为集电极耗散功率PC，即

由于三极管的工作电流通过集电结时，要消耗功率产生热量，使管子的结温升高，由于结温不能超过上限温度，因此三极管的功率也受到限制，即集电极最大允许耗散功率PCM。PCM不仅与管子的结构有关，还与散热条件有关，有良好的散热条件，可以提高PCM。

3）反向击穿电压。当发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压，计作U（BR）CBO。当基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压，计作U（BR）CEO。当集电极开路时，发射极与基极间的反向击穿电压，计作U（BR）EBO。

一般情况下，U（BR）EBO＜U（BR）CEO＜U（BR）CBO。在放大电路中，由于发射结通常处于正向偏置状态，极少发生集电极开路时的击穿现象，所以在选择最大工作极限电压时参考集—射间的击穿电压U（BR）CEO，使集—射间的工作电压远低于U（BR）CEO，保证管子不被击穿。

在共射输出特性曲线上，由以上三个极限参数所限定的区域如图2-12所示，称之为三极管的安全工作区。为确保三极管正常而安全地工作，使用时不应超过这个区域。

（4）温度对三极管参数的影响。温度对三极管各参数的影响，主要有以下三方面。

1）对ICBO的影响。在室温下，三极管的集电极反向饱和电流ICBO很小；当温度升高时，反向电流急剧增大，输出特性曲线向上移。

2）对β的影响。三极管的电流放大系数β（或β-）值随温度升高而变大，输出特性曲线变稀疏，即间距变大。

3）对发射结导通电压U BE的影响。温度升高时，输入特性曲线向左移，通电压U BE值减小。

6．三极管的检测

三极管管型、材料、电极的识别，也可以通过管壳上的符号、标识来加以识别。下面主要介绍用万用表检测三极管的方法。

（1）三极管极性、管型的判别。用万用表R×1k挡确定三极管的管型、极性。

1）基极的判别。将万用表的一个笔固定接三极管的某一个电极，而另一表笔依次接另外两个电极，将这样测得的两个数据作为一组，可测得六组读数。若其中一组读数中的两个是读数同大（或同小）时，则可判定与表笔固定连接的那一电极为三极管的基极。

2）管型的判别。基极确定以后，将三极管的基极与红表笔相连，黑表笔依次接另外两个电极，如果测得的两个读数同大，则说明三极管的两个PN结均处于反向偏值，可以判断该管的基极从P区引出，即该管为NPN型；如果测得的两个读数同小，则说明三极管的两个PN结均处于正向偏值，可以判断该管的基极从N区引出，即该管为PNP型。如果将黑表笔与基极固定连接，红表笔分别接另外两个电极，其判断方法类似，这里不再赘述。

3）集电极的判别。判断出三极管的基极、管型后，利用三极管正向电流放大系数比反向电流放大系数大的原理，确定集电极。

例如：利用方法1）、2）已判断某管为NPN型管，且基极已经确定。假设没确定的两个电极中的某一个为集电极，用手捏住三极管的基极与假设的集电极（即在这两极间接上一人体电阻，注意不要将两极直接端接），将万用表的黑表笔接假设的集电极，红表笔接余下的电极（也是假设的发射极），观察万用表的表盘指针的偏转；再将假设的两电极对换，重复上述方法，并观察万用表的表盘指针的偏转。则指针偏转不大的那次假设是正确的，即假设的集电极是实际的集电极，余下的是发射极。判断集电极的检测方法可通过图2-13所示电路来帮助理解。对于PNP型管的判别，将万用表两表笔对调可用来判别。

（2）三极管性能的简易判别。用万用表的R×100或R×1k档测量。

1）穿透电流IC E O。可用如图2-14所示电路来判别三极管的穿透电流的大小。图中电源的正极相当于万用表的黑表笔，负极相当于万用表的红表笔，万用表的指针偏转越小，集电极与发射极间的电阻越大，说明穿透ICEO越小，管子的性能越稳定。一般，硅管的穿透ICEO比锗管的小，高频管的穿透ICEO比低频管的小，小功率管的穿透ICEO比大功率管的小。

2）电流放大系数β。在进行上述测试时，若在基极与集电极间接入100K电阻或接入人体电阻（用手捏住，但要直接短接），如图2-13（a）所示，则指针偏转角度越大，说明β值越大。

3）稳定性能。在判别IC E O时，用手捏住管壳，借人体体温使管子的温度上升，此时管子集电极与发射极间的反向电阻将变小。若表头指针向右偏转不大，则管子的稳定性较好；若表头指针迅速向右偏，则管子的稳定性较差。

2.2.3 三极管放大电路

图2-15是共发射极放大电路。图中，V是NPN型三极管，它是整个放大电路的核心，通过它的控制作用实现信号的放大。放大电路的组成原则是：①为保证三极管V工作在放大区，发射结必须正向偏置；而集电结必须反向偏置。图中Rb、UBB即保证发射结处于正向偏置状态；Rc, UCC保证集电结处于反向偏置状态。②为了有效地放大信号，电路中应保证输入信号能加到三极管的发射结，以控制三极管的电流。同时，也应保证放大了的信号能从电路中输出。

1．各元件的作用

（1）基极电源电压UBB和集电极电源UCC：其作用是为整个电路提供能源，保证三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。

（2）基极偏置电阻Rb：其作用是为基极提供合适的偏置电流。

（3）集电极电阻Rc：其作用是将集电极电流转换成电压输出。

（4）耦合电容C1、C2：对信号频率而言，其容抗足够小，可视作短路。其作用是隔直流、通交流。

（5）RL是负载电阻。

2．放大电路的习惯画法

图2-15中使用两个电源UBB和UCC，这给使用者带来不便，为此通常采用单电源，将Rb接至UCC即可。由于在电子电路中，习惯将电源用正极或负极对地的电位来表示正或负电源，所以一般用符号“VCC”表示集电极电源。习惯画法如图2-16所示。

3．放大电路中电压、电流的方向及符号的规定

（1）电压、电流正方向的规定。为了便于分析，规定电压的正方向都以输入、输出回路的公共端为负，其他各点为正；电流方向以三极管各极电流的实际方向为正方向。

（2）电压、电流符号的规定。

1）直流分量。用大写字母和大写下标表示。如IB、IC、UBE、UCE表示三极管各极的直流电流和直流电压。

2）交流分量的瞬时值。用小写字母和小写下标表示。如ib、ic、ube、uce表示三极管各极的交流电流、交流电压的瞬时值。

3）交流分量的有效值。用大写字母和小写下标表示。如Ib、Ic、U b e、U c e表示三极管各极的交流电流、交流电压的有效值。

4）总量变化（即交直流的叠加）。用小写字母和大写下标表示。如iB、iC、uBE、uCE表示三极管各极的电流、电压的总的变化量。按上述规定有：iB=IB+ib; iC=IC+ic; uBE=UBE+ube; uC E=UC E+uce。

由图2-16可清楚地看到，在放大电路中，既有直流电源，又有交流信号源，因此电路中交流、直流并存。具体对一个放大电路进行定性、定量分析时，首先要求出各处的直流电压和电流的数值，以便判断放大电路是否工作在放大区，这也是放大电路放大交流信号的前提和基础。其次分析放大电路对交流信号的放大性能，如放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻及失真问题。前者讨论的对象是直流成分，而后者讨论的是交流成分。因此，在对放大电路进行具体分析时，必须正确分清直流通路和交流通路。

2.2.4 三极管放大电路的分析方法

1．直流通路

在放大电路中，因为既有直流电源，又有交流信号源，直流电源保证三极管工作在放大区，交流信号源是被放大的对象，因此，我们可用叠加定理来分析放大电路。当交流信号源为零时，电路中只有直流电源作用，这时画出的电路就是直流通路。因电容对直流开路，所以图2-16所示电路对应的直流通路如图2-17（a）所示。

2．交流通路

当放大电路中只有交流信号源作用时，所对应的电路就是交流通路。在交流通路中，因耦合电容的容量足够大，对交流信号源可视作短路。图2-16所示电路对应的交流通路如图2-17（b）所示。

放大电路的分析主要包括两各部分：直流分析和交流分析。

直流分析又称为静态分析，目的是分析放大电路中三极管各极的电压、电流值，即基极电流IB、集电极电流IC、集电极与发射极间的电压UBE，以确定三极管是否工作在线性放大区。

交流分析又称为动态分析，目的是分析放大电路的主要性能指标，即求出其电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro等。

3．放大电路的图解分析法

图解法和微变等效电路法是分析放大电路的两种基本方法。所谓图解法就是根据三极管输入、输出特性曲线，通过作图的方式来分析三极管各极电流、电压波形的一种方法。它能对放大电路的工作状态进行全面、直观的描述。其分析基本思路是先进行直流（静态）分析，然后进行交流（动态）分析。

当放大电路输入交流信号为零，即ui=0时，分析三极管各极电流、电压值，称为静态分析。

静态分析的目的是通过直流通路分析放大电路中三极管的工作状态。为了使放大电路能够正常工作，三极管必须处于放大状态。因此，要求三极管各极的直流电压、电流必须有合适的值，即有合适的静态值：IB、UBE、IC和UCE。对应这四个数值，可在三极管的输入特性曲线和输出特性曲线上各确定一个固定的点，我们把这个固定的点称之为静态工作点，通常用“Q”表示。为了便于说明此时的电压、电流值对应于静态工作点“Q”的参数，以后把它们分别记作IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ。

（1）图解法的作图方法

1）确定IB Q值

估算IB Q值：根据图2-18（a）所示直流通路的基极输入回路，列出输入回路的直流电压方程

由于三极管导通时UBE变化很小，可认为是常数，一般地

硅管 U BE=0.6～0.7V，取0.7V

锗管 U BE=0.2～0.3V，取0.3V

所以，当V C C、Rb已知时，由式（2-27）可以直接估算出IB Q值

可直接由式（2-28）估算出，而不必作图求之。

作图求IB Q值：由式（2-27）可知，三极管外的I B与U B E关系是一直线方程，所以在输入特性曲线上可以作出该直线，它与输入特性曲线的交点就是静态工作点Q。然后，根据IBQ值在输出特性曲线上找到对应的输出曲线。具体分析时，如果没给出输入曲线，可根据具体电路列出电压方程估算出IBQ值，而不用作图分析。

2）列出输出回路的直流负载线方程，作出直流负载线，确定输出曲线上的Q点。

列出输出回路的电压方程：在图2-18（a）所示直流通路的集电极输出回路中，根据KVL可列出回路的电压方程

从方程（2-29）可以看出IC与UCE是线性关系，该方程称为输出负载线方程。

作出直流负载线 并确定Q点 将方程2-29所表示的直线画在输出特性曲线平面上则得到输出负载线。输出负载线的作图方法为在输出特性曲线平面内找到满足于方程（2-29）的两个特殊的点M（0,）及N（VCC,0），连接M、N点得到输出直流负载线。直流负载线MN与iB=IB Q所对应的输出特性曲线的交点即为输出特性曲线上的Q点（UCEQ, ICQ）。

综上所述，用图解法可以确定静态工作点，亦即求出无信号输入时各极的电流、电压值。其步骤是：①画出放大电路的直流通路；②列出输入回路的直流电压方程，确定IBQ值。方法一：将UBE近似认为是常数，估算出IBQ值；方法二：在输入特性坐标上，画出输入回路的电压方程所表示的直流负载线，找出它与输入特性曲线的交点Q，求IBQ和UBEQ值。③列出输出回路的电压方程，在输出特性坐标上画出直流负载线，根据已得的IBQ值，找到对应于iB=IBQ的输出曲线与直流负载线的交点Q，即可得IBQ和UCEQ。

例2-1在图2-18所示电路中，已知Rb=280Ω, Rc=3kΩ, VCC=12V, UBE=0.7V，三极管的输出特性曲线如图2-19所示，试用图解法确定静态工作点。

解：（1）画出直流通路如图2-18（a）所示。

（2）估算IBQ值

（3）列出输出回路的电压方程，并作出直流负载线

UCE=VCC-ICRc

在输出特性坐标上，找到满足上述方程的两点M（0,）及N（VCC,0），即点M（0, 4m A）和点N（12V,0），连接M点、N点，就得到直流负载线。直流负载线M N与iB=IB Q=40μA这一特性曲线的交点，即为Q点，从图中可查出U CE Q=6V, ICQ=2m A。

4．电路参数对静态工作点的影响

在后面我们将看到静态工作点的位置十分重要，且静态工作点与电路的参数有关。下面我们将分析电路参数Rb、Rc和VCC对静态工作点的影响，为调试电路给出理论指导。为明确元件参数对Q点的影响，当讨论某个参数对Q点的影响时，其他参数看作是固定值。

（1）Rb对Q点的影响。Rb变化，仅对IBQ有影响，而对负载线无影响。如果增大Rb，则IBQ减小，工作点沿负载线下移至Q1；如果减小Rb，则IBQ增大，工作点沿负载线上移至Q2，如图2-20（a）所示。

（2）Rc对Q点的影响。Rc变化，仅改变直流负载线的与纵坐标焦点N的位置，与横坐标的交点M点不变，即仅改变直流负载线的斜率，对IBQ没有影响。

Rc增大，N点下降，直流负载线变平坦，工作点沿IBQ对应的输出曲线左移Q1点。

Rc减小，N点上升，直流负载线变陡峭，工作点沿IBQ对应的输出曲线右移Q2点。如图2-20（b）所示。

（3）VCC对Q点的影响。VCC变化不仅影响IBQ，还影响直流负载线在坐标轴上的截距，但对负载线的斜率没有影响，因此，VCC对Q点的影响将使负载线产生平移。VCC上升，IBQ增大，负载线的斜率不变，因此，负载线向右上方平移，Q点移至Q1点位置。VCC下降，IBQ减小，负载线的斜率不变，因此，负载线向左下方平移，Q点移至Q2点位置。

实际调试中，主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点，而很少通过改变VCC来改变工作点。

5．动态分析

当放大电路有交流信号输入时，三极管各极电流、电压将在直流（静态）值的基础上叠加交流信号，并随交流信号的变化而变化，这种状态分析称为动态分析。这时电路中极的电压、电流都是由直流和交流量叠加而成的。动态分析的对象是放大电路的交流通路；分析的目的是根据输入信号求出各极电流、电压波形，确定输出电流、电压的最大动态范围，求出放大电路的电压、电流放大倍数。下面以图2-16所示的放大电路为例分析。

（1）根据ui的波形在输入特性曲线上求iB。

假设放大电路输入端所加信号为：。

利用叠加定理分析图2-16所示电路。将该电路等效为直流电压源VCC单独作用和交流信号源单独作用的电路，如图2-17（a）、（b）所示。

在图2-17（a）中，由前面静态分析可求得UBEQ, IBQ, ICQ和UCEQ。

在图2-17（b）中有：，所以有

根据uBE的波形由输入特性曲线上可以作出iB波形，如图2-20（a）所示。在Q点附近，ib与ube近似线性关系，即可得：

（2）作输出回路的交流负载线。

要画出iC与uCE的波形，必须先根据输出回路写出iC与uCE的关系式。由叠加定理知：

可见，只要找出交流分量ic与uce的关系，那么iC与uCE的关系也就确定了。

由图2-20（b）知，对于交流信号而言，集电极负载电阻是Rc与RL并联，记作R＇L=Rc//RL。根据图示的交流电压、电流方向，可写出下列关系式：

由式（2-31）、（2-32）和（2-33）得：

上式亦可写成：

由此可见，式（2-35）或（2-36）是直线方程，表示iC与uCE是线性关系。在输出特性坐标中，按式（2-35）画出的直线称为输出回路的交流负载线。作交流负载线的方法是：第一，静态时iC=ICQ+ic=ICQ, uCE=UCEQ+uce=UCEQ，当将它们代入（2-36）或（2-36）时，方程成立，所以，交流负载线过静态工作点Q（UCEQ, ICQ）；第二，交流负载线的斜率为（　），所以根据点斜式可以画出交流负载线。

交流负载线的另一画法是在输出特性坐标内，找两个特殊的点Q（UCEQ, ICQ）、P（UCEQ+ICQR＇L,0），连接P、Q并延长，即得到交流负载线。

如果放大电路输出端空载，则R＇L=Rc，这时方程（2-35）与（2-33）相同，即空载时的直流负载线与交流负载线重叠。

（3）动态波形分析。

从前面的分析可知，uB波形是在已知输入电压波形ui的基础上叠加静态值UBEQ得到的，将得到的uB波形逆时针旋转900后并移至输入特性曲线下方，根据输入特性曲线作出iB波形后，如图2-21（a）所示。在输出特性曲线平面上，根据iB波形沿着交流负载线，确定iC的波形，并作出uC E波形，如图2-21（b）所示。从上面动态分析可知，共发射极放大电路的输出电压uo（即uce）与输入电压ui的相位相差1800，即相位相反（简称反相）。在图2-20可通过作图，求出输入、输出电压的幅值，因此可计算出该放大电路的电压放大倍数Au，即

式中，负号表示uo与ui的相位相反。

同理可求得电流放大倍数Ai，即

6．波形失真与工作点的关系

（1）非线性失真。图2-22所示的静态工作点比较适中，且输入信号幅度比较小，因而各极电压、电流变化是成比例的，亦即三极管工作在线性放大区。如果加大输入信号幅度，输出电压也相应加大，它的输出将受到限制。

如果静态工作点不合适或者是输入信号幅度过大，就会出现非线性失真。

1）当静态工作点设置过低，在输入信号的负半周，发射极因反偏而截止，三极管的工作状态进入截止区，因而引起电流iB、iC和电压uCE的波形失真，称为截止失真。由图2-22（a）可以看出，对于NPN三极管共发射极放大电路，对应截止失真时，输出电压uCE的波形出现顶部失真。

2）如果静态工作点过高，在输入信号的正半周，三极管的基极电位接近甚至高于集电极电位，三极管工作状态进入饱和区，此时，基极电流继续增大，而集电极电流不再随基极电流iB的变化线性变化，因此引起集电极电流iC和电压uC E的失真，称为饱和失真。由图2-22（b）可看出，对于NPN三极管共发射极放大电路，当产生饱和失真时，输出电压uCE的波形出现底部失真。

如果放大电路用PNP三极管共发射极放大电路，失真波形正好相反。截止失真，uCE是底部失真；饱和失真，uCE是顶部失真。

正是由于上述原因，放大电路存在最大不失真输出电压幅值Ucem或峰-峰值UP-P。调整静态工作点可以获得最大不失真输出电压。

2．静态工作点的调整

当静态工作点已经确定的条件下，最大不失真输出电压，是指逐渐增大输入信号ui的幅度，三极管尚未进入饱和或截止时，输出所能获得的最大不失真输出电压。如果uI增大首先进入饱和区，则最大不失真输出电压受饱和区的限制，Ucem=UCEQ-UCES；如果首先进入截止区，则最大不失真输出电压受截止区限制，Ucem=ICQ×R＇L，最大不失真输出电压值选取静态工作点到截止区和饱和区水平方向距离较小的一个，峰-峰值则等于最大不失真电压的2倍，即：UP-P=2Ucem。

当放大电路的静态工作点可调节时，调节放大电路的静态工作点，并逐渐增大输入信号的幅度，使三极管放大电路输出电压波形在正负峰值出同时出现失真；再减小输入信号幅度，在三极管尚没进入截止区与饱和区时，输出所获得的电压就是最大不失真电压。此时，静态工作点应该正好在负载线位于饱和与截止区之间的中间位置处，（VCC-UCES）,UP-P=2Ucem=（VCC-UCES）。

（1）静态工作点设置过低，出现截止失真。这时，因为静态电流IBQ太小，输入信号的负半周进入了截止区，因而引起电流iB、iC和电压uCE的波形失真。通过调节放大电流的基极偏置电阻Rb，即减小Rb，使IBQ增加，从而使静态工作点Q上移，进入三极管放大区的中间位置，便可解决截止失真问题。另外，还可以通过调节RC的大小，来改善截止失真，读者可以自行分析。

（2）静态工作点设置过高，出现饱和失真。这时，因为景泰电流IBQ太大，输入信号的正半周进入了饱和区，因而引起电流iB、iC和电压uCE的波形失真。通过调节放大电流的基极偏置电阻Rb，即增大Rb，使IBQ减小，从而使静态工作点Q下移，进入三极管放大区的中间位置，便可解决饱和失真问题。另外，也可以通过调节RC的大小，来改善饱和失真，读者可以自行分析。

（3）当静态工作点设置合适时，从上面分析知道，放大电路有最大不失真电压输出，但要注意，当输入信号ui的幅度太大时，也容易同时出现饱与截止失真。

关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下。

（1）首先作出直流负载线，求出静态工作点Q。

（2）作出交流负载线。根据要求从交流负载线可画出输出电流、电压波形，或求出最大不失真输出电压值。

7．静态工作点的稳定及偏置电路

（1）温度对静态工作点的影响。半导体器件是一种对温度十分敏感的器件。从前面的介绍我们知道，温度对晶体三极管的影响，主要反映在如下几个方面。

1）温度升高，反向饱和电流ICBO增加，穿透电流ICEO=（1+β）ICBO也增加。反映在输出曲线上是使其上移。

2）温度上升，发射结导通电压U BE下降，在外加电压和电阻不变的情况下，使基极电流IB上升。

3）温度上升，使三极管的电流放大倍数β增大，使特性曲线间距增大。

综合上述三方面的因素，温度升高，将引起集电极电流IC增加，使静态工作点随之升高。从前面分析知，静态工作点选择过高，将产生饱和失真；反之亦然。

为了稳定静态工作点，解决的办法可以从两方面入手考虑：第一，是使外界环境处于恒温状态，将放大电路置于恒温槽中，但这样会付出很高的代价，也不灵活，因而次方法只用于特殊要求的地方。第二，在电路结构上加以改进，使静态工作点保持稳定。最常用的方法就是具有负反馈的分压式偏置电路稳定静态工作点。

（1）分压式偏置电路。我们知道，静态工作点的变化集中在电流IC的变化上，因此，工作点稳定的具体表现就是IC的稳定。为了克服IC的漂移，可将集电极电流或电压变化量的一部分反过来馈送到输入回路，影响基极电流IB的大小，以补偿IC的变化，这就是常用来稳定静态工作点的反馈法。反馈法中常用的电路有电流反馈式偏置电路、电压反馈式偏置电路和混合反馈式偏置电路三种，其中电流反馈式偏置电路最常用，如图2-23所示。

1）电路特点。电流反馈式偏置电路的直流通路如图2-23（b）所示。基极直流偏置由电阻Rb1和Rb2构成，利用它们的分压作用将基极电位VB基本稳定在某一数值上。发射极串联偏置电阻Re，利用发射极电流IE在Re上产生的压降VE，调节UBE。当IC因温度升高而增大时，VE=Re×IE≈Re×IC，所以UE增大，UBE减小，使IB下减小，于是达到了稳定静态工作点的目的。由于IE≈IC，所以只要稳定IE，则IC便稳定了，为此电路要做到两点：

第一，要保持基极电位V B基本恒定，使它与IB无关，由图2-23（b）可得

VCC=I1Rb1+I2Rb2

因为I1=I2+IB，在选用Rb1、Rb2时，若使I2＞IB，有I1≈I2，则

所以

此式说明VB与晶体管无关，不随温度变化而改变，故VB可认为是恒定不变的。

第二，由于IE=VE/Re，所以要稳定工作点，应使UE恒定，不受UBE的影响，因此要求满足条件：

则有：

具备上述条件后，就可以认为工作点与三极管参数无关，达到稳定静态工作点的目的。同时，当选用不同放大倍数β值的三极管时，工作点也近似不变，有利于调试和生产。

2）工作点稳定原理。当温度升高时，因为三极管参数的变化使IC和I E增大，IE的增大导致VE电位升高。由于VB电位固定不变，因而发射结正向偏置电压UBE将随之降低，使基极电流IB减小，从而抑制了IC、IE因温度升高而增大的趋势，达到稳定静态工作点的目的。上述过程是一种自动调节作用，可以将其稳定过程表示如下：

T↑ →IE（IC）↑ →VE（=IERe）↑ →UBE（=VB-VE）↓

从上面的分析可以知道，该电路是利用发射极电流IE在Re上产生的压降VE，来调节UBE的，显然，Re越大，温度稳定性就越好。不过Re加大后，VE也跟着变大。这样，为了保持同样的输出电压幅度，势必要加大工作电源电压VCC。此外，由于Re的存在，使电压放大倍数减小（详细分析见后述等效电路法分析）。如果只要求稳定静态工作点，不希望减小放大倍数，可在Re两端并联一大电容Ce（称为旁路电容），对于交流而言，Re被短路，从而使电压放大倍数与基本共射电路相同。

为了保证该电路的稳定性，要求VB基本不变，Rb1、Rb2应选小一些，但是从节约电源角度出发这是不利的，而且还会影响（减小）放大器的输入电阻。因此，在进行工程电路设计时，一般选取

I1≥（5～10）IB（硅管）

I1≥（10～20）IB（锗管）

VB≥（3～5）UBE（硅管）

VB≥（5～10）UBE（锗管）

对于硅管，VB=3～5V；锗管，VB=1～3V。

对于图2-23所示静态工作点，可以按下述关系式进行估算：

3）举例分析。

例2-2图2-23（a）所示放大电路，已知V C C=10 V, Rb 1=20k Ω, Rb 2=5.1k Ω, Rc=3k Ω, Re=1k Ω, R L=3k Ω, β=50, U B E=0.7 V。试求其静态工作点。

解：由公式可得

8．放大电路的微变等效分析法

放大电路的放大对象是变化量，研究放大电路时除了要保证放大电路具有合适的静态工作点外，更重要的是还要研究其放大性能。对放大电路的放大性能有两个方面的要求：一是放大倍数要尽可能大；二是输出信号要尽可能不失真。用图解法进行动态分析，虽然能直观地反映了输入电流与输出电流、电压波形关系，形象地反映出工作点不合适引起的非线性失真。但它对交流性能指标的分析，如对电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算，就显得十分麻烦或是无能为力。所以，图解法主要用来分析信号的非线性失真和大信号工作状态（其他方法不能），而对于小信号放大器的主要性能指标分析，通常采用等效电路分析法。

（1）三极管的微变等效电路。我们从晶体三极管的输入、输出曲线可以看到，只要静态工作点Q设置合适，而且在输入信号不是太大的情况下，放大电路中晶体三极管各极的电流、电压之间都有相应的线性关系。因而可给晶体三极管建立一个小信号的线性模型，这就是其微变等效电路。用利用微变等效电路，可以将含有非线性元件（三极管）的放大电路转换成为我们熟悉的线性电路，然后，就可以利用电路分析课程中学习的有关方法分析求解了。

图2-24（a）的三极管电路，可用一个二端口网络2-24（b）来等效。只要二端网络端口间的电压、电流与三极管的外部电压、电流对应相等且关系一致时，则二端口网络与晶体三极管等效，即对应ube、ib和uce、ic间的关系都保持不变。现在来确定由图2-24（b）输入端和输出端看进去的等效线性元件及其参数。

为了简便起见，图2-25所示是晶体三极管典型的输入、输出特性曲线，其中Q点为静态工作点。

从输入特性曲线可知，在小信号工作时，Q点附近的iB与uBE近似线性关系，因此基极与发射极之间可等效为一交流线性电阻，记作“rbe”。具体求法是：过Q点作曲线的切线，切线斜率的倒数即为等效电阻rbe。若电压、电流变化量为交流正弦波，则有

正向输入特性曲线也可以用二极管的PN结方程来描述。考虑到三极管的结构特点，即基极很薄，所以基极电流还受到基区体电阻的限制，在工程估算中将rbe看作三极管输入端的等效电阻，亦即输入电阻。它还应包括基区体电阻在内，故用下列公式计算：

式中rb b＇是三极管的基区体电阻，小功率管可取300 Ω计算；后面一项与静态工作点有关，是发射结的等效结电阻。其中，（1+β）是考虑到发射结电阻等效到基极回路时，要将发射极电流IEQ折算为基极电流IBQ的折算系数，即电流比系数（IE/IB=1+β）。可以看出等效电阻rbe的大小与静态工作点I E Q（或IB Q）值有关。通常对于小功率管，当电流IC Q=1～2m A时，rb e约为1k Ω左右。

（2）三极管输出回路的等效电路。由图2-26（b）的输出特性曲线可以看出，三极管在输入基极变化电流ΔiB的作用下，就有相应的集电极电流ΔiC输出，它们的受控关系为：ΔiC=βΔ i B或写成i c=βi b

β为输出特性曲线上静态工作点Q处的电流放大倍数。若Q点位于输出特性的放大区，且放大区的特性曲线与横坐标轴平行（满足恒流源特性），且电流的变化幅度不会进入非线性区（饱和或截止区），则从输出端2-2＇向输入方向看去，三极管是一个输出电阻rce=ΔΔuCEiC接近无穷大的受控电流源。当ΔiB的正方向由基极指向发射极时，受控电流源的方向由集电极指向发射极，这样得到的输出回路等效电路如图2-26（b）所示。

2.2.5 共发射极放大电路

放大电路性能指标分析计算，包括电压（或电流）放大倍数、输入电阻和输出电阻等的分析计算。分析步骤一般为：画出放大电路的交流通路；晶体三极管用简化微变等效电路取代，其他外部元件、独立信号源按原来位置画在交流等效电路的相应端；用基尔霍夫电压（或电流）定律求解线性电路。

典型的共发射极放大电路（简称共射放大电路）如图2-27（a）所示。

在熟知了画交流通路的原则后，可以直接画出放大电路对应的微变等效电路。如图2-27（a）所示中，耦合电容C1、C2和旁路电容Ce均为电解电容器，它们对信号频率的容抗足够小，可视作短路，直流电压源对交流信号也视作短路，用简化微变等效电路取代晶体管，画出放大电路的交流等效电路，如图2-27（b）所示。

1．电压放大倍数Au

由图2-27（b）等效电路可得：

2．输入电阻ri

由图2-27（b）等效电路可看出，从信号源右边两端向负载方向看，放大器是一线性无源网络，该无源网络等效于线性电阻ri，则根据电路分析中无源网络等效电阻的求解方法，则有

当Rb1、Rb1＞＞rbe时，ri≈rbe。

3．输出电阻ro

由图2-27（b）等效电路可知，若从负载RL两端左边向放大器输入方向看，该电路是一线性含源网络，由戴维南定理可知，它可以等效为一个独立电压源uoc和一个电阻ro的串联，并可按戴维南定理中，求其等效电阻的方法分析计算出ro值。

求输出电阻ro的具体方法是

（1）使图2-27（b）中输入端信号源短路（即us=0，保留内阻Rs）。

（2）将图2-27（b）中负载R L移开，并在输出端加已知电压uo，由电压uo产生的电流为io，如图2-28所示。则根据求无源网络等效电阻的分析方法有：

从上述分析可知，我们还可将图2-27（a）所示放大电路，等效为如图2-28所示的电路模型。从该电路模型中可以看出，对信号源而言，放大电路的输入电阻ri是信号源的负载，如果信号源是电压源，则ri值越大越好。如果要使放大电路与信号源匹配，则ri=Rs时，放大电路从信号源获得的功率最大。而放大电路对于负载RL而言，它又是负载RL的等效信号源，则该等效信号源的内阻为ro，并且可以用这个电阻ro来衡量放大电路的带负载能力。当ro越小时，负载从放大电路获得的输出电流越大，则放大电路的带负载能力越强。

从图2-28所示的等效电路模型还可以得知，在考虑信号源内阻Rs时，放大电路的输出电压对信号源电压us的比值，这一比值称为放大电路的源电压放大倍数，用“Aus”表示，则

2.2.6 三极管共集放大电路——射极输出器

如图2-29（a）所示，它是由基极输入信号，发射极输出信号，集电极是输入回路和输出回路的公共端，故称共集电极电路，简称共集放大电路。又由于是从发射极输出信号，故又称射极输出器。射极输出器中的电阻Re，也具有稳定静态工作点的作用，这一点将在以后负反馈分析中得知。图2-29（b）和（c）分别是射极输出器的交流通路及等效电路。

1．电压放大倍数

由图2-29（b）可得

式中R＇L=Re/RL。一般（1+β）R'L＞rbe，故Au近似等于1，正因为输出电压接近输入电压，两者的相位又相同，故射极输出器又称为射极跟随器。

射极输出器虽然没有电压放大作用，但由于有ie=（1+β）ib，所以仍具有电流放大和功率放大作用。

2．输入电阻

由图2-29（b）可得

式中

所以

从式（2-49）可以看出，射极输出器的输入电阻是由偏置电阻Rb与基极回路电阻[rbe+（1+β）R＇L]并联而得，其中（1+β）R＇L可认为是发射极的等效负载电阻R＇L折算到基极回路的电阻。射极输出器的输入电阻通常为几十千欧到几百千欧。

3．输出电阻

由于射极输出器的电压放大倍数近似为1，即uo≈ui，当输入电压ui一定时，输出电压uo基本保持不变，表明射极输出器具有恒压输出特性，故其输出电阻较低。图2-30为求其输出电阻的等效电路。根据求ro的等效电路方法得

所以

若不计信号源内阻Rs，则有

又若

则有

上式表明，射极输出器的输出电阻是很小的。rbe+（Rs/Rb）是基极回路的总电阻，而输出电阻是从发射极往输入端看的等效电阻，因发射极电流ie是基极电流ib的（1+β）倍，所以将基极回路总电阻折算到发射极回路来时，相应的电阻需要除以1+β。同时可以看出，三极管的β越大，射极输出器的输出电阻越低，通常为几欧至几十欧。

例2-3射极输出器电路如图2-29（a）所示，已知其中V C C=6 V, R b=91kΩ, R e=2kΩ, R L=2kΩ, R s=0.5 kΩ, U B E=0.2 V，三极管的β=50，试求：

（1）计算电路的静态工作点。

（2）分析电路的动态性能指标Au、ri和ro。

解：（1）求静态工作点：由图2-29（a）的直流通路，根据KVL列出电压方程

VCC=IBQRb+UBE+IEQRe

=IBQRb+UBE+（1+β）IBQRe

故有

IC Q=βIB Q=50 × 0.03=1.5 m A

UCEQ=VCC-IEQRe≈6-1.5×2=3V

（2）求动态性能指标：

1）电压放大倍数Au得

2）输入等效电阻ri得

3）输出等效电阻ro得

由于射极输出器的输入电阻很大，向信号源吸取电流很小，所以常用作多级放大电路的输入级。又因它的输出电阻小，具有较强的带负载能力，且有较大的电流放大能力，故常用作多级放大电路的输出级（功放电路）。此外，还可利用其输入电阻大、输出电阻小的特点，进行阻抗匹配。常常被用来接在两个共发射极放大电路之间，作为缓冲（隔离）级，以减小后级电路对前级的影响。

2.2.7 三极管共基放大电路

共基极放大电路是由发射极输入信号，从集电极输出信号，基极作为输入、输出的公共端（交流参考地电位）。习惯上有两种画法，如图2-31所示。由电路图不难看出，其直流通路与分压式电流负反馈偏置电路的共发射极电路相同，因此，求静态工作点的公式和方法与共发射极电路完全一样，不再赘述。

图2-32是共基极放大电路的交流通路和微变等效电路。由图中可见，ui与uo的公共端为基极。其动态交流性能指标分析如下：

1．电压放大倍数

由图2-32（b）得

2．输入电阻

由图2-32（b）得

其中：

所以

由于，

因此可近似写成

3．输出电阻

在图2-32（b）中，按求输出电阻的方法，将信号源短路，负载RL移开，并在原负载所在电路的两端加上电压uo，即可画出求其等效输出电阻的电路如图2-33所示。由此图可得

从上分析可见，共基极放大电路的输入电阻是很小的，因为在共基极的接法中，输入的是发射极电流。在相同的输入电压ui的作用下，共基极电路中产生的发射极输入电流是共发射极放大电路中产生的基极输入电流的1+β倍，所以输入电阻相应地要减小到1/（1+β）倍。

从式（2-54）可知，共基极放大电路的输出电压uo与输入电压ui相位相同；共基极的输出电流io≈ic，输入电流ii≈ie，因此其电流放大倍数α=ic/ie≈1（即共基极电流放大倍数α略小于1）。共基极放大电路的电压放大倍数大小与共发射极放大电路的电压放大倍数相当。其输出电阻也与共发射极放大电路的相同。共基极电路具有输入电阻低、放大倍数高的特点，又因它在高频电路中不易受线路分布电容和杂散电容的影响，所以其高频特性也比较好，故常用于宽带放大电路和高频振荡电路中。

2.2.8 多级放大电路

前面讲过的基本放大电路，其电压放大倍数一般只能达到几十至几百。然而在实际工作中，放大电路所得到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来放大，是达不到实际要求的，因此必须通过多级放大电路连续多次放大，才可满足实际要求。

1．多级放大电路的组成

多级放大电路的组成可用图2-34所示的框图来表示，它含有输入级、中间级和输出级。

对输入级的要求，与信号源的性质有关。例如，当输入信号源为高输入内阻电压源时，则要求输入级也必须有高的输入电阻，以减小信号在内阻上的损耗。如果输入信号源为电流源，为了充分利用信号电流，则要求输入级有较低的输入电阻。

中间级的主要任务是电压放大。多级放大电路的放大倍数，主要取决于中间级，它本身就可能由几级放大电路组成，保证多级放大电路有较高的电压放大倍数。

输出级的主要作用是功率放大，以推动负载工作。当负载仅需要足够大的电压时。

则要求输出具有大的电压动态范围。更多场合下，输出级要推动扬声器、电机等执行部件，需要输出足够大的功率，所以输出级常用于提高放大电路的输出功率，以满足负载的需要，因而常称之为功率放大电路。

2．多级放大电路的级间耦合方式

多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中，我们把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，必须满足以下几方面的要求：耦合后，各级电路仍具有合适的静态工作点；保证信号在级与级之间能顺利而有效地传输过去；耦合后，多级放大电路的性能指标必须满足实际负载的要求。为了满足上述要求，一般用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。

（1）阻容耦合。是通过电阻、电容将前级输出接至下一级的电路，如图2-35所示电路。通过电容C1与信号源相连，通过C2连接第一级和第二级，通过电容C3连接至负载RL。考虑输入电阻，则每一个电容都是与电阻相连，故我们把级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合。

由图2-35电路可得阻容耦合放大电路的特点如下。

1）优点：因电容具有“隔直流”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。而且，只要将电容选得足够大，就可使得前级输出信号在一定频率范围内，几乎不衰减地传送到下一级，能保证信号的有效传递。所以阻容耦合在元件组成的放大电路中得到了广泛的应用。此外，该电路还具有体积小、重量轻等优点。

2）缺点：因电容对交流信号具有一定的容抗，在信号传输过程中，总会有一定的衰减，尤其是对于变化缓慢的信号容抗很大，不便于传输。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）直接耦合。为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响，也可以将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。几种直接耦合电路如图2-36所示。

图2-36（a）中，第二级V2的发射结正向电压仅0.7V左右，所以限制了第一级V1管的集电极电压，使其处于饱和状态附近，限制了输出电压的范围。而且，V2管基极电流是通过VCC、Rc1提供，如果选择的电流过大，可使V2管进入饱和，甚至烧毁V2管发射结。为此，应采用改善措施。

图2-36（b）是在图2-36（a）的基础上改善了的电路。它在V2管的发射极接入了电阻Re2，从而提高了V2管的基极电位VB2，这就保证了第一级集电极可以有较高的静态电位，而不至于进入饱和区。但是，Re2的接入，将使第二级电压放大倍数大大降低。

图2-36（c）中，用稳压管V Z代替图（b）中的Re 2，由于稳压管的动态电阻小，这样可使第二级放大倍数损失较小，解决了前一级电路的缺陷。图2-36（c）电路也带来了新的困难，即电平上移问题。如果稳压管的稳压值Uz=5.3V，则VB2=6V，为了保证V2管工作在放大区，且也要求具有较大的动态范围，设UCE 2=5V，则VC 2=UCE 2+VE 2=5+5.3=10.3V。若有第三级，则将使得前级的基极、集电极电位逐级上升，最终由于工作电压VCC的限制而无法实现。因此该电路中V2管的集电极电压变化范围变小，限制了输出电压的幅度。

为此，又提出了图2-36（d）电路，这种电路的后级采用了PNP管，由于PNP管的集电极电位比基极电位低，因此，可使各级获得合适的工作状态。该电路在集成电路中常被采用。

另外，在直接耦合电路中，为了解决零输入——零输出（即在输入电压ui=0时，要求输出电压uo=0），常采用双电源供电的电路。将上述接地出通过-VEE电源接地，即可解决此问题。

从上面的分析，我们不难得出直接耦合的特点如下。

1）优点：既可放大交流信号，也可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）缺点：存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。（零点漂移问题将在以后分析。）

（3）变压器耦合。我们把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2-37所示。

变压器耦合的特点如下。

1）优点：因变压器不能传输直流信号，只能传输交流信号和进行阻抗变换，所以，各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。改变变压器的匝数比，容易实现阻抗变换，因而容易获得较大的输出功率。

2）缺点：变压器体积大而重，不便于集成。同时，频率特定较差，也不能传输直流和变化非常缓慢的信号。

3．多级放大电路性能指标的估算

多级放大电路的基本性能指标与单级放大电路相同，即有电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

（1）电压放大倍数。两级放大电路如图2-38所示，其电压放大倍数为

加以推广至n级放大电路有

Au=Au1× Au2× Au3×……× Aun

在多级放大电路中，由于各级是级联的，前一级输出是后一级的输入，因而总的电压放大倍数应该是各级电压放大倍数的乘积。不过，在计算每一级电压放大倍数时，必须考虑前后级之间的相互影响。处理前后级的方法有两种，第一种为前一级的输出电压是后一级的输入电压，而后一级的输入电阻是前一级的实际负载电阻；第二种为先计算出前一级在负载端开路时的输出电压和输出电阻，然后把它们作为后一级信号源电压和内阻，接至后一级的输入端，再计算后一级考虑信号源内阻时的电压放大倍数。在一般情况下，第一种方法使用相对简单。

（2）输入电阻和输出电阻。多级放大电路的输入电阻和输出电阻的计算方法与单级放大电路相同。一般说来，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，而多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。由于多级放大电路的放大倍数为各级放大倍数的乘积，所以，在设计多级放大电路的输入、输出级时，主要考虑输入电阻和输出电阻的要求，而放大倍数的要求则由中间级完成。不过也要注意级与级之间影响，例如输入级为射极跟随器时，它输入电阻还与下一级的输入电阻有关。

例2-4两级阻容耦合放大电路如图2-38所示。已知电路参数V C C=9 V, Rb 1 1=60k Ω, Rb 1 2=30k Ω, Rc 1=3.9k Ω, Re 1 1=300 Ω, Re 1 2=2k Ω, β1=40, Rb 2 1=60k Ω, Rb 2 2=30k Ω, Rc 2=2k Ω, R L=60k Ω, Re 2=2k Ω, β2=50。电路中各电容的容量足够大，对交流可视为短路。试求：（1）放大电路的静态工作点；（2）放大电路的交流性能指标Au、ri和ro。

解：（1）由于放大电路两级之间被电容C2隔开，所以可以分别计算各自的静态工作点。

V1的静态工作点：

V2的静态工作点：

（2）两级放大电路性能指标分析。先画出图2-38所示电路对应的交流等效电路如图2-39所示。由求得的静态值可计算出三极管的输入等效电阻rb e 1和rb e 2的大小，即

计算各级的电压放大倍数，得

所以

两级放大电路总的电压放大倍数为

Au=Au 1 × Au 2=（-2.9）×（-50）=145

两级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，则

ri=ri 1=R b 11/Rb12/[rbe1+（1+β）Re11]

两级放大电路的输出电阻就是末级的输出电阻，因此

ro=ro 2=R c 2=2k Ω

2.2.9 反馈放大电路

前面各节分别介绍了各种基本放大电路的工作原理及性能指标，他们虽然都具有放大功能，但其性能指标却不能满足实际需要。为了改善放大电路的性能，通常都要在放大电路中引入各种形式的负反馈。本节主要讨论反馈的基本概念、负反馈放大电路类型、负反馈对放大电路性能的影响和深度负反馈性能指标的估算。

1．反馈的定义

所谓反馈就是把放大电路的输出量（电压或电流）的部分或全部，通过一定的方式送回到放大电路的输入端的过程。如果反馈到输入端的信号与原输入信号比较的结果，是使放大电路的净输入信号减弱，则称之为负反馈；否则，如果反馈的结果是使净输入信号增强，则称之为正反馈。

2．负反馈方框图及基本关系式

具有负反馈的放大电路的原理方框图如图2-40所示，它由基本放大器和反馈网络两部分组成。图中，箭头线表示信号的传输方向；符号∑表示信号叠加；xi称为原输入信号，它由前级电路提供；xf称为反馈信号，它是由反馈网络送回到输入端的信号；x＇i称为净输入信号；“+”和“-”表示xi和xf参与叠加时的规定正方向，即xi-xf=x＇i; xo称为输出信号。

通常，把输出信号的一部分取出的过程称为“取样”，把原输入信号xi和反馈信号xf的叠加过程称为“比较”。引入反馈后，按照信号的传输方向，基本放大器与反馈网络构成一个闭合环路，所以有时又把引入了反馈的放大器叫闭环放大器，而未引入反馈的放大器叫开环放大器。

反馈放大电路中的几个基本参数定义式如下：

——称为开环放大倍数。

——称为反馈系数。

—— 称为闭环放大倍数。

因为xi=x＇i+xf=x＇i+Fxo=x＇i+FAxi，所以

上式是反馈放大电路的基本关系式，它是分析反馈问题的基础。其中1+AF称为反馈深度，用来表示反馈的强弱。当1+AF＞1时，称为深度负反馈，此时有

上式说明，当放大电路引入深度负反馈时，其闭环放大倍数仅取决于反馈网络中的参数，与基本放大电路A中的半导体器件的参数无关。因此深度负反馈的闭环放大倍数（Af）十分稳定。

3．负反馈的四种基本组态

按取样方式和比较方式的不同，可把负反馈放大电路分为以下四种类型。

（1）电压反馈和电流反馈。按取样方式不同来来分，反馈可以分为电压反馈和电流反馈。图2-41（a）画出了两种取样方式的方框图。

1）电压反馈：反馈信号xf取样于输出电压uo，即xf与uo成正比。对交流信号而言，此时，基本放大器、反馈网络、负载三者是并联连接的。

2）电流反馈：反馈信号xf取样于输出电压io，即xf与io成正比。对交流信号而言，此时，基本放大器、反馈网络、负载三者是串联在输出回路中的。

无论是何种取样方式，反馈到输入端的反馈信号xf可能是电压uf也可能是电流if，究竟反馈信号xf是电压还是电流，这要取决于输入回路的比较方式。

（2）串联反馈和并联反馈。按输入回路中原输入信号与反馈信号的比较方式不同，反馈又可以分为串联反馈和并联反馈。图2-42画出了两种不同比较方式的方框图。

1）串联反馈：对交流信号而言，反馈网络、信号源、基本放大器三者在比较端是串联连接的，则称为串联反馈。此时，在串联回路中比较的是电压信号，反馈信号以电压uf形式出现，与原输入电压信号ui进行比较，产生净输入电压信号u＇i。在负反馈条件下三者满足如下比较关系式：

2）并联反馈：对交流信号而言，反馈网络、信号源、基本放大器三者在比较端是并联连接的，则称为并联反馈。此时，在并接点比较的是电流信号，反馈信号以电流if的形式出现，与原输入电流信号ii进行比较，产生净输入电流信号i＇i。在负反馈条件下它们的比较关系式为：

图2-42中还指出了两种比较方式对信号源的要求。对于串联负反馈，应当保持原输入电压信号ui恒定才能起到更好的反馈效果，即要求信号源接近于恒压源，电压源的内阻RS越小越好。对于并联负反馈则应当保持原输入电流信号ii恒定，即要求信号源接近于恒流源，电流源的内阻RS越大越好。

一般情况下，反馈网络为一无源网络，它由电阻、电容或电感等组成，最常见的为电阻网络。由于某一反馈网络只能取其中一种取样和以一种方式进行比较，因此按取样和反馈方式的不同，负反馈放大器就有四种不同的类型，即电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。为了区别这四种负反馈类型的特点，表2-1列出了各自对应的基本关系式以及对信号源的要求。

4．反馈类型及反馈极性的判别

负反馈放大电路按输出端取样信号方式的不同和输入端比较方式的不同，分为四种类型的负反馈电路，它们对放大电路性能有着不同的影响，因此在对负反馈放大电路进一步分析之前，必须从具体电路上对反馈类型进行判别，即首先确定放大电路有无反馈，找出反馈元件，确定反馈通路，然后判断反馈类型和反馈极性。

（1）反馈类型的判别

1）反馈元件的识别。判断放大电路有无反馈的方法是：找出反馈元件，确认反馈通路。如果电路中存在连接在输出回路和输入回路之间的元件，即存在反馈。如果电路中不存在连接在输出回路和输入回路之间的元件，即不存在反馈，这种情况又称为开环。

按上述方法可以找出图2-43（a）中的Rf为反馈元件，图2-43（b）中的R e为反馈元件。

2）直流反馈和交流反馈。按信号的频率分，反馈可以分为直流反馈和交流反馈。在放大电路的输入端加上交流信号后，放大电路中同时存在着直流分量和交流分量。

直流反馈：若反馈环内，直流分量可以流通，则该反馈环可以产生直流反馈。直流负反馈主要用于稳定静态工作点。

交流反馈：若反馈环内，交流分量可以流通，则该反馈环可以产生交流反馈。交流负反馈主要用来改善放大器的性能，交流正反馈主要用来产生振荡。

若反馈环内，直流分量和交流分量均可以流通，则该反馈环既可以产生直流反馈又能产生交流反馈。图2-43（a）中Rf既可以引入直流反馈，又可以引入交流反馈。

3）电压反馈和电流反馈。在确定有反馈的情况下，从输出端的取样方式来分，如果不是电压反馈，就必定是电流反馈，所以只要判定是否是电压反馈或电流反馈即可。通常判断是否是电压反馈较容易，主要有下面两种判别方法。

判定方法之一：假设输出（或负载）短路法。将反馈放大电路的输出端对地短路，若反馈信号随之消失，则为电压反馈，否则为电流反馈。因为输出端对地短路后，输出端的电压为零，若反馈信号随之消失，则说明反馈信号正比于输出电压，故为电压反馈；若反馈信号依然存在，则说明反馈信号不是正比于输出电压，故不是电压反馈，而是电流反馈。

判定方法之二：按电路连接的结构特点来判定。在输出通路中，若放大电路的输出端与反馈网络的取样端处于同一个放大器件的相同电极，则为电压反馈；否则为电流反馈。

按上述方法可以判定，图2-43（a）为电压反馈，图2-43（b）为电流反馈。

4）串联反馈和并联反馈。串联反馈与并联反馈的判定方法也有两种。

判定方法之一：对于输入端的比较方式而言，若信号源的端和反馈网络的比较端接在同一个放大器件的相同电极上，则为并联反馈；否则，为串联反馈。这种方法是通过观察反馈信号在输入端的连接方式来判别其反馈类型的，称之为观察法。

判定方法之二：是采用输入假设短路法来判别，即将放大电路输入端的反馈节点假设对地短接法。如果是串联反馈，在输入端的比较方式一定是在回路中比较电压，即有根据KVL列出的回路电压方程u＇i=ui-u f。如果是并联反馈，在输入端比较方式一定是在反馈接点处比较电流，即有根据K CL列出的节点电流方程i＇i=ii-i f。如果把输入回路中的反馈节点对地短路，对于串联反馈来说，相当于u＇i=0，于是有ui=uf，因此输入信号是能够加到基本放大器上去的。而对于并联结构来说，输入信号则因此而被短路，无法加入基本放大电路上去。

按上述方法可以判定，图2-43（a）为并联反馈，图2-43（b）为串联反馈。

（2）反馈极性的判断。反馈电路按信号的反馈极性可分为负反馈和正反馈。负反馈多用于改善放大电路的性能；正反馈多用于振荡电路产生振荡信号。反馈极性的判定通常用“瞬时极性法”，其步骤如下。

1）在基本放大器输入端，假定输入信号为某一瞬时极性（一般假设对地为“+”）。

2）根据各级放大电路输出与输入信号之间的相位关系（对于分立元件放大器：共发射极的输出与输入信号反相，共集电极的输出与输入信号同相，共基极的输出与输入信号同相。对于集成运算放大器：输出与反相输入信号的相位相反，与同相输入信号的相位相同。），依次推断其他各点信号的瞬时极性。

3）判定在反馈信号的影响下，净输入信号的变化趋势。使净输入信号加强的为正反馈，使净输入信号减弱的为负反馈。

按上述方法可以判定图2-43（a）是负反馈。其判定过程如下：假设三极管的基极输入信号瞬时极性为“+”，因为该放大电路是共射放大电路，其集电极输出信号的相位与输入信号相位相反，则此时集电极瞬时为“-”。由于是并联反馈，反馈信号以电流形式出现，而且电流遵循从高电位“+”流向低电位“-”的原则，则在Rf上形成的反馈电流if是流出比较节点的，使净输入基极电流ib减小，所以是负反馈。

同理可以判定图2-43（b）中Re也是构成负反馈。

（3）举例分析。前面介绍了反馈元件及反馈网络的识别方法、反馈类型和极性等的判定方法，在分析具体电路时，可以按以下几个步骤来进行判定。

1）找出反馈元件，确认反馈通路，判别是本级反馈，还是越级反馈。

2）判别是交流反馈，还是直流反馈，本部分主要分析交流反馈。

3）根据输出回路的取样方式，判别是电压反馈，还是电流反馈。

4）根据输入回路的比较方式，辨别是串联反馈，还是并联反馈。

5）根据瞬时极性法，判别是正反馈，还是负反馈。

根据以上步骤，判别图2-44中各电路的反馈类型。

在图2-44（a）所示电路中，R＇e和R e都是反馈电阻，其中Re只反馈直流信号，而R＇e既反馈直流信号又反馈交流信号。根据它们在输出回路的取样方式可以判别为电流反馈；根据它们在输入回路的比较方式可以判别为串联反馈，交流反馈电压uf是电阻R＇e两端的电压；假设输入电压ui的瞬时极性如图所示，根据三极管的共射极放大器的集电极与发射极反相、发射极与基极同相的原则，可以判定反馈电压uf与原输入电压ui比较的结果是使放大器的净输入电压减小，因此可以确定该放大电路的反馈类型为电流串联负反馈。

在图2-44（b）所示电路中，电阻R＇e 1、Re 1、Re 2和R f都具有反馈作用，其中R＇e 1、Re 1、Re 2是本级直流反馈电阻，具有稳定静态工作点的作用。按照图（a）中的方法，可以判定它们都构成电流串联负反馈。这里重点分析由Re1和Rf构成的越级反馈网络的反馈类型。从图（b）中可知，由于C3隔直流，所以Rf在输出端只能取到交流信号，即是反馈交流信号；根据它在输出回路的取样方法可判别为电压反馈；由Rf从输出端取样得到的信号，通过Re1出现在输入回路中，根据其输入回路的比较方式，可以确定为串联反馈；再假设输入电压的瞬时极性如图所示，沿信号流通方向，最终确定电阻Re1两端的电压极性如图所示，它使放大器的净输入电压减小，可以判定是负反馈。因此，可以确定该放大电路中的Re1和Rf构成电压串联负反馈。

在图2-44（c）所示电路中，Rb 1是越级反馈元件，而且既反馈交流又反馈直流；从输出回路取样方式可以判别为电压反馈；从输入回路的比较方式可以判别为电流反馈；假设输入电压的瞬时极性如图所示，根据电流从高电位流向低电位的原则，可以判定反馈电流ii在电阻Rb1上的流动方向，它使放大器的净输入电流减小，可以判定是负反馈。因此，该放大电路中的电阻Rb1构成电压并联负反馈。

在图2-44（d）所示电路中，Rf和C f是越级反馈元件，只反馈交流信号；从输出回路取样方式可以判别为电流反馈；从输入回路的比较方式可以判别为电流反馈；假设输入电压的瞬时极性如图所示，根据电流从高电位流向低电位的原则，可以判定反馈电流ii在电阻Rf上的流动方向，它使放大器的净输入电流减小，可以判定是负反馈。因此，该放大电路中的电阻Rf和Cf构成电流并联负反馈。

5．负反馈对放大电路性能的影响

在讨论静态工作点的稳定问题时，我们曾经看到采用负反馈的好处：当温度改变或器件老化引起半导体器件的参数变化时，直流负反馈可以稳定静态工作点。同时，我们还看到负反馈的存在使放大电路的放大倍数下降。放大电路引入负反馈以后，虽然损失了一部分增益，却能换取其他性能的改善。例如提高放大倍数的稳定性，扩展通频带，减小非线性失真，减小放大电路的内部噪声，改变输入输出电阻等。下面将分别加以讨论。

（1）提高放大倍数的稳定性。引入负反馈以后，放大电路放大倍数稳定性的提高通常用相对变化量来衡量。即比较开环放大倍数相对变化量和闭环放大倍数相对变化量。

有公式可知：。因此将此式对A求导数，可得：

上式表明引入负反馈后，闭环放大倍数的相对变化量是开环放大倍数相对变化量的倍。反馈越深，稳定性越好。

例2-5设某放大电路的开环放大倍数A=1000。由于电源电压下降，开环放大倍数降为900，引入的负反馈后，求闭环放大倍数的相对变化量及闭环放大倍数。

解：开环时放大倍数的相对变化量为

反馈深度

闭环放大倍数相对变化量为

闭环放大倍数为

可见，引入负反馈以后降低了闭环放大倍数，但提高了其稳定性。

值得注意的是：①负反馈只能减小由基本放大电路引起的放大倍数的变化量，对反馈网络元件变化引起的放大倍数变化量是没有改善作用的。因此F的不稳定，直接引起Af的不稳定。②负反馈的调节作用不能保持输出量的绝对不变，只能使输出量的变化减小。

（2）减小非线性失真和抑制噪声及干扰。

一个理想的线性放大电路，其输出波形与输出波形应该是线性放大关系。可是由于电路中存在非线性器件，当输入信号幅度比较大或静态工作点设计不合理时，会导致输出波形产生一定的非线性失真。如果在放大电路中引入负反馈后，其非线性失真就可以减小。

如图2-45（a）所示，一个开环放大电路在输入正弦信号时，输出产生了失真，假设该失真波形是正半周幅值大，负半周幅值小。引入负反馈后，输出端的失真波形反馈到输入端，与输入波形叠加，因此净输入信号成为正半周小、负半周大的波形。此波形经过放大后，使得输出端正、负半周波形之间的差已减小，从而减小了放大电路输出波形的非线性失真，如图2-45（b）所示。

需要指出的是，负反馈只能减小放大电路自身产生的非线性失真，而对输入信号的非线性失真，负反馈是无能为力的。

放大电路的噪声是由放大电路中各元器件内部载流子不规则的热运动引起的。而干扰来自于外界因素的影响，如高压电网、雷电等的影响。由于噪声和干扰的影响，而使放大电路在没有任何输入信号的情况下，输出端也会出现无规则的信号。负反馈的引入可以减小干扰和噪声，但输入信号也将按同样规律减小，结果输出端的输出信号与噪声的比值（称为信噪比）并没有提高。由于负反馈为提高输入信号的幅度创造了条件，而放大电路内部的干扰和噪声又是一定的，因此可以通过人为地提高输入信号的幅度，来提高有用信号对无用信号（即干扰和噪声）的比例（即提高信噪比）。输入信号幅度的提高，这就要求信号源必须有足够的负载能力。

同样的道理，负反馈只能抑制反馈环内的干扰和噪声。如果干扰信号混合在输入信号中，则引入负反馈也是无济于事的。

（3）扩展通频带。在阻容耦合放大电路中，由于耦合电容和旁路电容的存在，会引起低频区放大倍数下降并产生相移；分布电容和晶体管极间电容的存在，会引起高频区放大倍数下降和相移。由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性，所以引入负反馈后，在低频区和高频区放大倍数的下降程度将减小，从而使通频带展宽。

可以证明，引入负反馈后，其闭环上限截止频率为开环放大电路上限截止频率的1+AF倍，即

闭环下限截止频率是开环下限截止频率的1/（1+AF）倍，即

按照通频带的定义开环放大电路的通频带为fBW=fH-fL

闭环放大电路的通频带为：fBWf=fHf-fLf

由于fHf＞fH, fLf＜fL，所以闭环通频带远远大于开环通频带。

当fH＞fL时，fBW=fH-fL≈fH，所以

该式表明，引入负反馈后，可使通频带展宽约1+AF倍。当然，这是以牺牲中频放大倍数为代价的，因为从前面的分析可以知道，负反馈放大电路的放大倍数下降了1/（1+AF）倍。因此，无论开环或闭环放大电路，它的“增益—带宽积”为一常数。

（4）负反馈对输入电阻的影响。负反馈对输入电阻的影响，只与比较方式有关，而与取样方式无关。

1）串联负反馈使输入电阻提高

图2-46（a）是串联负反馈的方框图。

ri为开环输入电阻，即

rif为闭环输入电阻，即

可见，引入串联负反馈后，输入电阻可以提高1+AF倍。

但应当指出的是：当考虑偏置电阻Rb时，输入电阻应为rif/Rb，故输入电阻的提高受到Rb的限制。当Rb值较小时，则输入电阻取决于Rb，此后即使加大负反馈强度，对输入电阻也不会产生明显的影响。

2）并联负反馈使输入电阻减小

图2-46（b）是并联负反馈的方框图。

ri为开环输入电阻，即

rif为闭环输入电阻，即

可见，引入并联负反馈后，输入电阻减小为开环输入电阻的1/（1+AF）倍。

（5）负反馈对输出电阻的影响，取决于反馈网络与放大电路输出端的连接方式，而与输入连接方式无关。

1）电压负反馈使输出电阻减小。放大器引入电压负反馈后，输出电压的稳定性提高了，即电路具有恒压特性，由此可知电路的输出电阻减小了。由理论分析可知引入电压负反馈后，输出电阻rof减小到原来的

2）电流负反馈使输出电阻增大。放大器引入电流负反馈后，输出电流的稳定性提高了，即电路具有恒流特性，也就是说电流负反馈使输出电阻增大。由理论分析可知，电流负反馈后使输出电阻rof增大到原来的

以上分析说明：为了改善放大电路的性能，可以适当引入负反馈。而为了改善放大电路的某些性能应，到底该如何引入负反馈呢？一般原则是：要稳定静态工作点，应引入直流负反馈；要改善交流性能，应引入交流负反馈；要稳定输出电压，应引入电压负反馈；要稳定输出电流，应引入电流负反馈；要提高输入电阻，应引入串联负反馈；要减小输入电阻，应引入并联负反馈。

6．深度负反馈放大电路的估算

负反馈放大电路的放大倍数、输入和输出电阻的定量计算，既要考虑反馈信号的作用，又要考虑反馈电路对原电路的各种影响。尤其是在多级反馈系统中，要严格地进行定量计算是很复杂的。通常先进行近似估算，然后通过实际测量和调试来确定其各项性能指标。下面只讨论在深度负反馈条件下闭环放大倍数的计算。

（1）深度负反馈的特点。在负反馈放大电路中，当反馈深度（1+AF）＞1时的反馈，称为深度负反馈。通常，只要是多级负反馈放大电路，都可以认为是深度负反馈。或只要（1+AF）≥10时，也可以认为是深度负反馈。此时，由于1+AF≈AF，因此有：

由上式得出：

1）深度负反馈的闭环放大倍数Af仅由反馈系数F来决定，而与开环放大倍数几乎无关。

2）外加输入信号近似等于反馈信号。

因为，所以可知

上式表明，在深度负反馈条件下，净输入信号x＇i=xi-xf≈0，通常称之为“虚断”或“虚短”（如果x＇i表示电流，即i＇i=0，则称为“虚断”；如果x＇i表示电压，即u＇i=0，则称为“虚短”）。

注意：x＇i不能为零，否则放大电路的输入端就是短路状态，放大电路因此没有输出信号xo，反馈也就不存在。

对于串联负反馈，具体表现为：

由于串联负反馈的闭环输入电阻增大，在深度负反馈条件下，使i＇i≈0。

对于并联负反馈，具体表现为：

由于并联负反馈的闭环输入电阻减小，在深度负反馈条件下，使u＇i≈0。

通常，将净输入电压近等于零称为“虚短”；将净输入电流近等于零称为“虚断”。从上面的分析可知：在深度负反馈条件下，无论是串联反馈还是并联反馈，“虚短”与“虚断”总是同时存在的，而且这就是估算深度负反馈放大电路放大倍数的理论依据。

（2）深度负反馈放大倍数的估算。

例2-6估算图2-47所示反馈放大电路的电压放大倍数Auf。

解：由于图2-47（a）所示电路是电压串联负反馈放大电路，所以在深度负反馈条件下，ui≈uf。因而其反馈系数为

所以闭环电压放大倍数为

另外，从电路结构上可以认为，反馈电压是输出电压经电阻Rf和Re1串联分压后得到的，所以

仍可得

由于图2-47（b）所示电路是电流串联负反馈放大电路，所以在深度负反馈条件下，仍有ui≈uf。因为uf=ie× R＇e, uo=-io×Rc≈ie× Rc，所以其反馈系数为

所以闭环电压放大倍数为：

例2-7估算图2-48所示反馈放大电路的源电压放大倍数Ausf。

解：由于图2-48（a）是电压并联负反馈，所以信号源近似于恒流源，因而Rs一定很大；另一方面，并联负反馈使输入电阻减小，而且是深度负反馈，所以其闭环输入电阻一定很小，可见，在并联负反馈电路中，Rs＞rif必定成立，这时ui≈0（虚短）。

由图2-48（a）的输入回路可得：

因为是深度负反馈，ii≈if（虚断），所以闭环源电压放大倍数为：

由于图2-48（b）是电压并联负反馈，在深度负反馈条件下，ii≈if（虚断）；并且在Rs＞＞rif必定成立时，有ui≈0（虚短），所以有：

又从图2-48（b）的输出端可知

所以闭环源电压放大倍数为：

从以上分析过程可以看到，在深度负反馈条件下，放大倍数仅由一些电阻来决定，几乎与放大电路无关。若不是深度负反馈，则用上述方法计算出来的结果误差较大，此时应采用其他方法分析。