第三章分立元件基本電路及其分析

3.1二極管基本應(yīng)用電路3.2基本電壓放大電路3.3基本功率放大電路

3.4差分放大電路

例3.1.1

電路如圖3.1（a）所示，已知二極管的伏安特性如圖3.1（b）所示，求二極管和負(fù)載上的電壓和電流。3.1.1普通二極管基本電路的分析方法

3.1二極管基本應(yīng)用電路1.

圖解法

二極管是一個(gè)非線(xiàn)性器件。二極管電路是一個(gè)非線(xiàn)性電路。圖解法是非線(xiàn)性電路通用的一種分析方法。解由圖3.1（a）可知，UD=V－ID（R1+RL），與二極管特性曲線(xiàn)相交于Q點(diǎn)，如圖3.2所示，Q點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)即為二極管電壓UDQ和電流IDQ。所以，負(fù)載上的電流為IDQ，電壓Uo=IDQRL。圖3.1例3.1.1圖3.2圖解法（1）理想模型

圖（a1）中實(shí)線(xiàn)表示理想二極管的伏安特性，虛線(xiàn)表示實(shí)際二極管的伏安特性。用實(shí)線(xiàn)近似代替虛線(xiàn)所建立的模型即理想模型，圖（b1）為它的代表符號(hào)。

圖解法直觀但不方便?？紤]到半導(dǎo)體器件參數(shù)存在著較大的離散性，通常采用一種近似的等效電路來(lái)分析。其基本思想是將非線(xiàn)性問(wèn)題線(xiàn)性化處理，這當(dāng)然會(huì)帶來(lái)方法上的誤差。為了兼顧分析的精度和方法的簡(jiǎn)捷，根據(jù)二極管的工作條件，一般可選擇以下等效電路模型中的一種進(jìn)行分析。2.

等效電路法首先，判斷二極管的工作狀態(tài)。一般可假設(shè)二極管截止（工作于B段），求出二極管兩端的正向電壓，若小于0，則假設(shè)成立，否則導(dǎo)通（工作于A段）。用理想模型分析電路的步驟如下：然后，利用等效模型分析電路。即二極管截止，等效于開(kāi)路；二極管導(dǎo)通，等效于短路。注意，此法適宜于電源電壓遠(yuǎn)比二極管正向管壓降大的電路中。（2）恒壓降模型

將實(shí)際二極管的伏安特性用圖（a2）所示的實(shí)線(xiàn)來(lái)近似，所得到的模型即恒壓降模型。圖（b2）為它的代表符號(hào)。用恒壓降模型分析電路的步驟如下：

首先，判斷二極管的工作狀態(tài)。一般可假設(shè)二極管截止（工作于B段），求出二極管兩端的正向電壓，若小于導(dǎo)通電壓Uon（典型值為0.7V），則假設(shè)成立，否則導(dǎo)通（工作于A段）。

然后，利用等效模型分析電路。即二極管截止，等效于開(kāi)路；二極管導(dǎo)通，等效于一個(gè)大小為Uon的恒壓源。注意，此法適宜于二極管正向?qū)娏鬏^大（一般不低于1mA）的電路中。（3）折線(xiàn)模型

將實(shí)際二極管的伏安特性用圖（a3）所示的實(shí)線(xiàn)來(lái)近似，所得到的模型即折線(xiàn)模型。圖（b3）為它的代表符號(hào)。用折線(xiàn)模型分析電路的步驟如下：首先，判斷二極管的工作狀態(tài)。一般可假設(shè)二極管截止（工作于B段），求出二極管兩端的正向電壓，若小于門(mén)坎電壓Uth（典型值為0.5V），則假設(shè)成立，否則導(dǎo)通（工作于A段）。然后，利用等效模型分析電路。即二極管截止，等效于開(kāi)路；二極管導(dǎo)通，等效于一個(gè)大小為Vth的恒壓源串聯(lián)一個(gè)電阻rD（典型值為200Ω），rD的大小決定了折線(xiàn)A段的斜率。注意，此法適宜于二極管正向?qū)娏鬏^小的電路中。（4）低頻小信號(hào)模型

二極管在直流電源和低頻小信號(hào)共同作用下，可以先考慮直流電源的作用，確定二極管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，然后再考慮低頻小信號(hào)的作用。前者可以按照前面介紹的方法進(jìn)行分析，后者可以近似等效為一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rd，即利用低頻小信號(hào)模型進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)電阻rd的倒數(shù)實(shí)際上就是二極管特性曲線(xiàn)以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的切線(xiàn)的斜率，即（在Q點(diǎn)上）由此可得例3.1.2電路如圖所示，試分別用理想模型、恒壓降模型和折線(xiàn)模型求輸出電壓UO。解

（1）理想模型

當(dāng)UD＜0時(shí)，假設(shè)成立，D等效于開(kāi)路。輸出電壓

當(dāng)UD≥0時(shí)，假設(shè)不成立，D等效于短路。輸出電壓假設(shè)D截止，D兩端電壓（2）恒壓降模型假設(shè)D截止，D兩端電壓

當(dāng)UD＜Uon時(shí)，假設(shè)成立，D等效于開(kāi)路。此時(shí)，輸出電壓當(dāng)UD≥Uon時(shí)，假設(shè)不成立，D等效于一個(gè)大小為Uon的恒壓源。此時(shí)，輸出電壓（3）折線(xiàn)模型假設(shè)D截止，D兩端電壓

當(dāng)UD＜Uth時(shí)，假設(shè)成立，D等效于開(kāi)路。輸出電壓當(dāng)UD≥Uth時(shí)，假設(shè)不成立，D等效于一個(gè)大小為Uth的恒壓源串聯(lián)一個(gè)電阻rD。輸出電壓例3.1.3

電路如圖所示，已知二極管導(dǎo)通電壓Uon=0.6V，UT=26mV，若ui是有效值為20mV、頻率為1kHZ的正弦信號(hào)，電容在正弦信號(hào)作用下容抗忽略不計(jì)，則輸入的交流電流有效值Ii為多少？解（1）首先求出二極管的動(dòng)態(tài)電阻。在交流信號(hào)為零時(shí)，二極管的直流電流為二極管的動(dòng)態(tài)電阻為(2)

輸入的交流電流等于電阻和二極管電流之和，計(jì)算時(shí)應(yīng)將2V電源看成短路，即

3.1.2普通二極管基本應(yīng)用電路1.整流電路

將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，稱(chēng)為整流。利用二極管的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)整流目的的電路稱(chēng)為整流電路。通常，在分析整流電路時(shí)采用理想模型。

圖示為半波整流電路，設(shè)輸入電壓ui=Umsinωt。當(dāng)ui＞0時(shí)，D導(dǎo)通，uo=Umsinωt；當(dāng)ui＜0時(shí)，D截止，uo=0。

因此輸入、輸出電壓波形如圖所示，輸出為脈動(dòng)的直流電壓。

下圖為全波整流電路，輸入電壓為220V/50Hz交流電，經(jīng)變壓器得到兩個(gè)合適的交流電壓u2。當(dāng)u2＞0時(shí)，即A為“+”、C為“－”時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，電流從A點(diǎn)經(jīng)D1、RL至B點(diǎn)，uo等于上面的u2；當(dāng)ui＜0時(shí)，即A為“－”、C為“+”時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，電流從C點(diǎn)經(jīng)D2、RL至B點(diǎn)，uo等于下面的u2。

因此，輸入、輸出電壓波形如圖所示，RL中的電流方向不變，輸出為脈動(dòng)的直流電壓。2.開(kāi)關(guān)電路

圖示為開(kāi)關(guān)電路中的與門(mén)，其輸出與輸入的邏輯關(guān)系是：只有輸入均為高電平時(shí)輸出才為高電平，其余情況輸出均為低電平。分析這類(lèi)電路時(shí)，通常用恒壓降模型（一般取二極管導(dǎo)通電壓0.7V）。

設(shè)電路中的輸入高電平UIH=3V、輸入低電平UIL=0.3V。當(dāng)輸入電壓波形如圖中的uI1和uI2所示時(shí)，輸出電壓波形如圖中的uO所示。兩個(gè)輸入經(jīng)組合共有四種情況，輸出與它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系、二極管的工作狀態(tài)下表所示。與門(mén)輸入與輸出的關(guān)系：

在二極管應(yīng)用電路中，當(dāng)二極管一端的電位確定時(shí)，另一端的電位也基本確定，稱(chēng)二極管的箝位作用。3.低電壓穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電源是電子電路中常見(jiàn)的組成器件，通常由穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)壓電路的作用就是使得輸出電壓在輸入電壓和負(fù)載一定的變化范圍內(nèi)基本保持不變。下圖為低電壓穩(wěn)壓電路，它是利用二極管的正向特性得到的。

由于某種原因（如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)），引起直流電源電壓UI的波動(dòng)，即UI變成了UI+ΔUI?？梢?jiàn)，ΔUI相當(dāng)于一個(gè)隨機(jī)變化的小電源，與UI串聯(lián)共同作用于電路。因此，這里低電壓穩(wěn)壓電路的分析可用小信號(hào)模型。

例3.1.4

電路中，直流電源電壓UI的正常值為10V，R=10kΩ，若UI變化±1V時(shí)，問(wèn)相應(yīng)的硅二極管電壓（輸出電壓）的變動(dòng)如何？解（1）當(dāng)UI的正常值為10V時(shí)，利用二極管恒壓降模型可得二極管Q點(diǎn)上的電流為如此大的導(dǎo)通電流，用恒壓降模型分析二極管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q是合適的。

（2）設(shè)UT為26mV，則二極管在此Q點(diǎn)上的微變電阻為（3）按題意，UI有±1V的波動(dòng)，相應(yīng)二極管上的波動(dòng)電壓即輸出電壓的變動(dòng)為

上例表明，電源的相對(duì)變化

在實(shí)際電路中二極管還常常用于保護(hù)、限幅、電位偏移和溫度補(bǔ)償?shù)取?/p>

可見(jiàn)，利用二極管正向壓降基本恒定的特點(diǎn)，可以構(gòu)成低電壓穩(wěn)壓電路。若將三只二極管串聯(lián)起來(lái)，等效于一只約2V的穩(wěn)壓管。由于低電壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能不夠理想，所以在3~4V以下，采用多只二極管串聯(lián)，可以獲得較好的穩(wěn)壓特性。對(duì)應(yīng)輸出電壓的相對(duì)變化只有3.1.3特殊二極管在電路中的應(yīng)用

1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

下圖為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，由限流電阻R和穩(wěn)壓管DZ組成，其輸入為變化的直流電壓UI，輸出為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ。

例3.1.5

電路中，已知輸入電壓UI=10~12V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，低限穩(wěn)定電流IZL=5mA，高限穩(wěn)定電流IZH=25mA；負(fù)載電阻RL=600Ω。求限流電阻R的取值范圍。解

由電路可知，IZ=IR-IL。其中，IL=UZ/RL=（6/600）A=10mA。由于UI=10~12V，UZ=6V，所以UR=4~6V，IR也將隨之變化。當(dāng)UI=UImin=10V時(shí)，UR最小，IR最小，IZ也最小，這時(shí)R的取值應(yīng)保證IZmin＞IZL，即IZmin=IRmin-IL＞IZL，故

代入數(shù)據(jù)

可得R＜267Ω。

同理，當(dāng)UI=UImax=12V時(shí)，UR最大，IR最大，IZ也最大，這時(shí)R的取值應(yīng)保證IZmax＜IZH，即IZmax=IRmax-IL＜IZH，故

代入數(shù)據(jù)可得R＞171Ω。

由分析可知，限流電阻的取值范圍為171~267Ω。

2.穩(wěn)壓管限幅電路

在電壓比較器中，為了滿(mǎn)足不同負(fù)載對(duì)電壓幅值的要求，常利用穩(wěn)壓管組成限幅電路。圖示為幾種常見(jiàn)的設(shè)有穩(wěn)壓管限幅電路的電壓比較器及其傳輸特性。圖中各穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均小于集成運(yùn)放輸出電壓的最大幅值UOM，R為穩(wěn)壓管的限流電阻。

電路中，穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓為UZ1，正向?qū)妷簽閁D1；穩(wěn)壓管DZ2的穩(wěn)定電壓為UZ2，正向?qū)妷簽閁D2。

采用雙向穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓為±UZ，電路等同于UZ1=UZ2的情況。

若uI＜0，則集成運(yùn)放輸出電壓為+UOM，使DZ1工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，且DZ2正向?qū)?，因而輸出電壓uO=+（UZ1+UD2）；

若uI＞0，則集成運(yùn)放輸出電壓為-UOM，使DZ1正向?qū)?，且DZ2工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，因而輸出電壓uO=-（UD1+UZ2）。

單穩(wěn)壓管電路中，穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓為UZ，正向?qū)妷簽閁D。若uI＜0，則集成運(yùn)放輸出電壓為+UOM，使DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，因而輸出電壓uO=+UZ；若uI＞0，則集成運(yùn)放輸出電壓為-UOM，使DZ正向?qū)?，因而輸出電壓uO=-UD。例3.1.6窗口比較器電路由兩個(gè)集成運(yùn)放A1和A2組成。輸入電壓分別接到A1的同相輸入端和A2的反向輸入端。兩個(gè)參考電壓URH和URL分別接到A1的反相輸入端和A2的同相輸入端，其中URH＞URL。設(shè)穩(wěn)壓管的Dz的穩(wěn)壓電壓為Uz，試分析電路的傳輸特性？

當(dāng)uI低于URL時(shí)，必然更低于URH，因而A1輸出低電平，D1截止；A2輸出高電平，D2導(dǎo)通，電流如圖中實(shí)線(xiàn)所示，uO=+UZ。

當(dāng)uI高于URH時(shí)，必然更高于URL，因而A2輸出低電平，D2截止；A1輸出高電平，D1導(dǎo)通，電流如圖中虛線(xiàn)所示，uO=+UZ。

當(dāng)uI高于URL且低于URH時(shí)，

A1、A2均輸出低電平，D1、D2均截止，因而uO=0

。

由此可得到電壓傳輸特性，其形狀如窗口。

3.發(fā)光二極管基本應(yīng)用電路

發(fā)光二極管包括可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、激光等不同類(lèi)型。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色決定于所用材料，目前有紅、綠、黃、橙等色，可以制成各種形狀，如長(zhǎng)方形、圓形等。

發(fā)光二極管也具有單向?qū)щ娦?。只有?dāng)外加的正向電壓使得正向電流足夠大時(shí)才發(fā)光，它的開(kāi)啟電壓比普通二極管的大，紅色的在1.6~1.8V之間，綠色的約2V。正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。使用時(shí)，應(yīng)特別注意不要超過(guò)最大功耗、最大正向電流和反向擊穿電壓等極限參數(shù)。發(fā)光二極管因其驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于顯示電路中。例3.1.7

電路如圖3.14所示，已知發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓UD=1.6V，正向電流大于5mA才能發(fā)光，小于20mA才不至損壞。試問(wèn)：

（1）開(kāi)關(guān)處于何種位置時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光？（2）為使發(fā)光二極管正常發(fā)光，電路中R的取值范圍為多少？

解（1）當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)發(fā)光二極管可能發(fā)光。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)發(fā)光二極管兩端可能有合適的電壓，而開(kāi)關(guān)閉合時(shí)發(fā)光二極管兩端的電壓為零。

（2）因?yàn)镮Dmin=5mA，IDmax=20mA，所以故R的取值范圍為220~880Ω。

3.2基本電壓放大電路3.2.1三極管電壓放大電路及其分析

1.共發(fā)射極電路

固定偏流電路是一種最簡(jiǎn)單的共發(fā)射極電路，對(duì)電路的分析主要有兩種方法，即圖解法和等效電路法。固定偏流電路

直流通路

靜態(tài)分析（圖解法）一、圖解法①

靜態(tài)分析靜態(tài)分析的目的是為了確定三極管在電路中的工作狀態(tài)，判斷其能否在電路中起電流控制作用。靜態(tài)分析的步驟如下：

第一步，畫(huà)出直流通路。即將信號(hào)源除去，電容看作開(kāi)路；

第二步，在三極管輸入特性坐標(biāo)系中，畫(huà)出電路輸入回路方程所對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)，直線(xiàn)與三極管輸入特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UBEQ，IBQ）；

第三步，在三極管輸出特性坐標(biāo)系中，畫(huà)出電路輸出回路方程所對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)（又稱(chēng)直流負(fù)載線(xiàn)）

直流負(fù)載線(xiàn)與三極管輸入特性曲線(xiàn)中IB等于IBQ的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）。（輸出回路方程）（輸入回路方程）①

動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析的目的是為了確定電路的放大能力和工作范圍等動(dòng)態(tài)指標(biāo)。電壓放大倍數(shù)的求解步驟如下：

動(dòng)態(tài)分析（圖解法）第一步，由給定輸入電壓ui（即基極與發(fā)射極間的動(dòng)態(tài)電壓ube），在輸入特性上求得基極動(dòng)態(tài)電流ib。

又因?yàn)檩斎胄盘?hào)為零時(shí)必然工作于Q點(diǎn)上，即交流負(fù)載線(xiàn)一定通過(guò)Q點(diǎn)。交流通路第二步，畫(huà)出交流通路，作出交流負(fù)載線(xiàn)。將直流電源除去，電容看作短路。再由交流通路得到輸出電壓和輸出電流的關(guān)系uce=-（Rc∥RL）ic，交流負(fù)載線(xiàn)的斜率由ic/uce確定，即-1/（Rc∥RL）。從而交流負(fù)載線(xiàn)可由點(diǎn)斜式得到。第三步，由在輸出特性上求得集電極動(dòng)態(tài)電流ic和輸出電壓uo（集電極與發(fā)射極間的動(dòng)態(tài)電壓uce）。第四步，uo與ui之比即為電壓放大倍數(shù)Au。

另外，應(yīng)該看到交流負(fù)載線(xiàn)比直流負(fù)載線(xiàn)更陡；負(fù)載越大（RL值越?。┙涣髫?fù)載線(xiàn)越陡；當(dāng)空載（RL=∞）時(shí)，交流負(fù)載線(xiàn)與直流負(fù)載線(xiàn)重合。還應(yīng)該看到uo與ui的相位相反；uo的大小與集電極電阻和負(fù)載的大小有關(guān)。注意，動(dòng)態(tài)分析依賴(lài)于靜態(tài)分析，即uBE=UBEQ+ube，iB=IBQ+ib，uCE=UCEQ+uce，

iC=ICQ+ic

非線(xiàn)性失真分析及工作范圍的確定：

假設(shè)輸入電壓為正弦波，若Q點(diǎn)過(guò)低，基極電流將因三極管在信號(hào)負(fù)半周峰值附近截止而產(chǎn)生失真；集電極電流和集電極與發(fā)射極間的電壓必然隨之失真。這種因三極管截止而產(chǎn)生的失真叫截止失真。由NPN型管組成的基本共射放大電路產(chǎn)生截止失真時(shí)，輸出電壓頂部失真。

反之，若Q點(diǎn)過(guò)高，雖然基極電流不會(huì)產(chǎn)生失真，但集電極電流將因三極管在信號(hào)正半周峰值附近飽和而產(chǎn)生失真，集電極與發(fā)射極間的電壓將隨之失真。這種因三極管飽和而產(chǎn)生的失真叫飽和失真。由NPN型管組成的基本共射放大電路產(chǎn)生飽和失真時(shí)，輸出電壓低部失真。截止失真分析

飽和失真分析

放大電路的最大不失真輸出電壓是指在不失真的情況下能夠輸出的最大電壓，通常用峰-峰值Upp來(lái)表示。顯然，Q點(diǎn)設(shè)置偏低，Upp由Q點(diǎn)和截止區(qū)決定；Q點(diǎn)設(shè)置偏高，Upp由Q點(diǎn)和飽和區(qū)決定。為充分利用三極管的線(xiàn)性工作區(qū)域，以便得到較大的最大不失真輸出電壓，Q點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在交流負(fù)載線(xiàn)的中部。

例3.2.1已知三極管的輸出特性，三極管導(dǎo)通時(shí)b-e間電壓約為0.7V，空載。試分別畫(huà)出下列不同條件下的靜態(tài)工作點(diǎn)，讀出ICQ與UCEQ的值；并分別說(shuō)明當(dāng)輸入正弦信號(hào)加大時(shí)，電路首先出現(xiàn)截止失真還是飽和失真，最大輸出電壓的峰值Uom。（1）Rb=1.2MΩ，Rc=6kΩ，VCC=12V；（2）Rb=1.2MΩ，Rc=4kΩ，VCC=12V；（3）Rb=600kΩ，Rc=4kΩ，VCC=12V；（4）Rb=1.06MΩ，Rc=6KΩ，VCC=6V。解

為求出ICQ和UCEQ，先求IBQ，然后作直流負(fù)載線(xiàn)，iB=IBQ的輸出特性曲線(xiàn)與直流負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。

在空載情況下，交流負(fù)載線(xiàn)與直流負(fù)載線(xiàn)重合。所以比較（UCEQ－UCES）和（VCC－ＵCEQ）的大小，就可知當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)首先出現(xiàn)哪種失真。

當(dāng)（UCEQ－UCES）＞（VCC－ＵCEQ）時(shí)，首先出現(xiàn)截止失真；當(dāng)（UCEQ－UCES）＜（VCC－ＵCEQ）時(shí)，首先出現(xiàn)飽和失真；當(dāng)（UCEQ－UCES）＝（VCC－ＵCEQ）時(shí)，截止失真和飽和失真同時(shí)出現(xiàn)。

（1）由輸入回路可知

由輸出回路可列直流負(fù)載線(xiàn)方程

直流負(fù)載線(xiàn)與三極管輸出特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)，就是此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)Q1。ICQ=1mA，UCEQ=6V。因三極管臨界飽和管壓降UCES約為0.7V（在小功率放大電路中，UCES約為UBEQ），故（UCEQ－UCES）＜（VCC－ＵCEQ），所以電路首先出現(xiàn)飽和失真。最大輸出電壓的峰值Uom=UCEQ－UCES=5.3V。注意，峰-峰值Upp

=2Uom。（2）同理可得Q2，即ICQ=1mA，UCEQ=8V。

因（UCEQ－UCES）＞（VCC－ＵCEQ），所以電路首先出現(xiàn)截止失真。最大輸出電壓的峰值Uom=VCC－ＵCEQ=4V。（3）同理可得Q3，即ICQ=２mA，UCEQ=４V。

因（UCEQ－UCES）＜（VCC－ＵCEQ），所以電路首先出現(xiàn)飽和失真。最大輸出電壓的峰值Uom=UCEQ－UCES=3.3V。（4）同理可得Q4，即ICQ=0.5mA，UCEQ=４V。

因（UCEQ－UCES）＞（VCC－ＵCEQ），所以電路首先出現(xiàn)截止失真。最大輸出電壓的峰值Uom=VCC－ＵCEQ=2V。二、等效電路法

將三極管用折線(xiàn)模型等效，并將UBEQ看成常數(shù)（UBEQ硅管取0.7V，鍺管取0.3V）。第四步，由電路輸出回路方程，求得UCEQ。（輸入回路方程）（輸出回路方程）①靜態(tài)分析靜態(tài)分析的步驟如下：第一步，畫(huà)出直流通路。第二步，列出電路輸入回路方程，求得IBQ。第三步，求得ICQ，即ICQ=βIBQ。動(dòng)態(tài)分析的步驟如下：低頻小信號(hào)等效模型

第一步，畫(huà)出交流通路。第二步，畫(huà)出微變等效電路。交流通路中的三極管用低頻小信號(hào)等效模型取代。②動(dòng)態(tài)分析微變等效電路低頻小信號(hào)等效模型中，rce為三極管的輸出電阻，通常在幾百千歐以上，分析時(shí)一般將其忽略。三極管的輸入電阻rbe由下式求得：

常溫下，UT約為26mV。若無(wú)特殊說(shuō)明，本書(shū)中rbb′取200Ω。第三步，求得電壓放大倍數(shù)。故第四步，求得輸入電阻Ri。故第五步，求得輸入電阻Ro。所以因此

故注意，通過(guò)上述參數(shù)，還可以得到負(fù)載電壓與信號(hào)源之間的關(guān)系，通常用來(lái)表示，即例3.2.2

電路如圖所示，晶體管＝60，rbb'=100Ω。（1）求解Q點(diǎn)；、Ri和Ro；（3）設(shè)Us＝10mV（有效值），問(wèn)Ui＝？Uo＝？若C3開(kāi)路，則Ui＝？Uo＝？（2）求解（1）求Q點(diǎn)、Ri和Ro（2）求（3）設(shè)＝10mV（有效值），則

若C3開(kāi)路，則

三、圖解法與等效電路法的比較

前面所介紹的圖解法和等效電路法，都是放大電路的基本分析方法，各有特點(diǎn)，相互補(bǔ)充。

圖解法形象直觀。當(dāng)輸入信號(hào)幅度較大，三極管工作到非線(xiàn)性區(qū)時(shí)，就需要用圖解法，如后面將要介紹的功率放大電路。此外，在確定工作范圍、非線(xiàn)性失真分析、求取最大不失真輸入輸出電壓及合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)等問(wèn)題上，采用圖解法比較好。

等效電路法簡(jiǎn)捷方便。當(dāng)輸入信號(hào)幅度較小，三極管工作在線(xiàn)性區(qū)時(shí)，通常采用等效電路法，尤其是在放大電路比較復(fù)雜時(shí)更為有效。

固定偏流電路中，當(dāng)電源電壓VCC和集電極電阻Rc確定后，放大電路的Q點(diǎn)就由基極電流IB來(lái)決定，這個(gè)電流就叫做偏流，而獲得偏流的電路叫做偏置電路。固定偏流電路實(shí)際上是由一個(gè)偏置電阻Rb構(gòu)成的，這種電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。但是，這種電路偏流是“固定”的（IB≈VCC/Rb），當(dāng)更換管子或是環(huán)境溫度變化引起管子參數(shù)變化時(shí)，電路的工作點(diǎn)往往會(huì)移動(dòng)，甚至移到不合適的位置而使電路無(wú)法正常工作。四、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定Q點(diǎn)它不僅關(guān)系到波形的失真，而且對(duì)電壓增益也有重大影響。在設(shè)計(jì)或調(diào)試放大電路時(shí)，為獲取較好的性能，必須首先設(shè)置一個(gè)合適的Q點(diǎn)。

如圖所示，實(shí)線(xiàn)為20℃時(shí)的曲線(xiàn)，虛線(xiàn)為40℃時(shí)的曲線(xiàn)。溫度升高，三極管電流放大系數(shù)β和穿透電流ICEO均增加，使得ICQ增加、UCEQ減小，Q點(diǎn)沿直流負(fù)載線(xiàn)上移?？梢?jiàn)，在溫度變化時(shí)，如果能設(shè)法使ICQ維持穩(wěn)定，這一問(wèn)題就可得到解決。

靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定分析圖示為典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，由于偏置電阻Rb1和Rb2的分壓作用，故常稱(chēng)其為分壓式偏置電路。為使Q點(diǎn)穩(wěn)定，即ICQ基本不跟隨環(huán)境溫度的變化而變化，從以下分析可以看出，必須滿(mǎn)足I1>>IBQ、UBQ>>UBEQ。在實(shí)際電路中，為兼顧其他指標(biāo)，對(duì)于硅管，一般選?。篒1=（5~10）IBQUBQ=（3~5）UBEQ至此，分壓式偏置電路的Q點(diǎn)可由直流通路，通過(guò)估算法得到。分壓式偏置電路的微變等效電路

分壓式偏置電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)，可通過(guò)微變等效電路法求得。微變等效電路如圖所示，所以通常

，且

，所以

可見(jiàn)，雖然Re1使放大能力減弱了，但由于僅決定于電阻取值，不受環(huán)境溫度的影響，所以溫度穩(wěn)定性好，而且Re1使電路的輸入電阻增加了。,2.

共基極電路共基極電路是三極管放大電路的又一種組成形式。信號(hào)從三極管發(fā)射極送入、集電極送出，所以稱(chēng)其為共基極電路。由于它的直流通路與分壓式偏置電路一樣，所以對(duì)于它的靜態(tài)分析從略。以下利用微變等效電路法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。共基極電路

共基極電路的動(dòng)態(tài)分析

（1）電壓放大倍數(shù)（2）輸入電阻

輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算

由圖可知所以

（3）輸出電阻

由圖可知，

，所以

因此

所以

，所以，應(yīng)根據(jù)電路的外部條件和需要，結(jié)合它們的特點(diǎn)進(jìn)行合理地選用。如信號(hào)源是電壓源型，應(yīng)選用共發(fā)射極電路，而信號(hào)源是電流源型，應(yīng)選用共基極電路。

3.

共發(fā)射極電路與共基極電路的比較性能共發(fā)射極電路共基極電路電壓放大能力有有電流放大能力有沒(méi)有輸入、輸出電壓相位關(guān)系反相同相輸入電阻較大很小通頻帶較窄較寬4.放大電路的頻率響應(yīng)

阻容耦合放大電路的頻率響應(yīng)

由于耦合電容、旁路電容和電感線(xiàn)圈等電抗元件的存在，當(dāng)信號(hào)頻率下降到一定程度時(shí)，電壓放大倍數(shù)的幅度將減小，且產(chǎn)生超前相移；由于三極管極間電容、電路分布電容和寄生電容等因素的存在，當(dāng)信號(hào)頻率上升到一定程度時(shí)，電壓放大倍數(shù)的幅度將減小，且產(chǎn)生滯后相移。總之，放大倍數(shù)是信號(hào)頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為頻率響應(yīng)或頻率特性。阻容耦合放大電路的頻率響如圖所示，其中放大倍數(shù)的幅度與頻率的關(guān)系，稱(chēng)為幅頻響應(yīng)；放大倍數(shù)的幅角與頻率的關(guān)系，稱(chēng)為相頻響應(yīng)。兩者綜合起來(lái)可全面表征放大電路的頻率響應(yīng)。

必須說(shuō)明的是，前面在電路分析時(shí)忽略了電抗的影響，即將耦合電容、旁路電容和電感線(xiàn)圈的電抗看成零；將三極管極間電容、電路分布電容和寄生電容的容抗看成無(wú)窮大。當(dāng)然，這在一定的信號(hào)頻率范圍內(nèi)是可以的，對(duì)此常用通頻帶定義這個(gè)范圍，以描述電路對(duì)不同信號(hào)頻率的適應(yīng)能力。所謂通頻帶，即放大倍數(shù)的幅度下降倍以?xún)?nèi)的區(qū)域。在低頻段，放大倍數(shù)的幅度下降 倍所對(duì)應(yīng)的頻率，稱(chēng)為下限頻率fL；在高頻段，放大倍數(shù)的幅度下降倍所對(duì)應(yīng)的頻率，稱(chēng)為上限頻率fH。

所以，通頻帶的帶寬

由于放大電路的通頻帶很寬且放大倍數(shù)的幅度很大，所以常用波特圖描述放大電路的頻率響應(yīng)，即將坐標(biāo)系的橫軸用對(duì)數(shù)刻度，但常標(biāo)注為f；幅頻特性的縱軸用表示，稱(chēng)為增益，單位為分貝（dB）。

波特圖不但開(kāi)闊了視野，而且將多級(jí)放大電路各級(jí)放大倍數(shù)的乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算。注意，在波特圖中，通頻帶的定義變成了的增益下降3dB以?xún)?nèi)的區(qū)域。

與三極管電壓放大電路一樣，場(chǎng)效應(yīng)管電壓放大電路同樣要有合適的Q點(diǎn)。所不同的是，場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它需要有合適的柵-源電壓；場(chǎng)效應(yīng)管電壓放大電路的輸入電阻可以達(dá)到107以上，特別適宜于信號(hào)源非常微弱且內(nèi)阻較大、只能提供微安甚至更小的信號(hào)電流的放大電路中。場(chǎng)效應(yīng)管電壓放大電路通常采用的偏置電路有自給偏壓電路和分壓式自偏壓電路兩種。3.2.2場(chǎng)效應(yīng)管電壓放大電路及其分析1.自給偏壓電路

以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，自給偏壓電路如圖所示。當(dāng)已知場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)時(shí)，自給偏壓電路的分析一般采用圖解法；當(dāng)已知場(chǎng)效應(yīng)管的特性參數(shù)時(shí)，自給偏壓電路的分析采用解析法。

圖解法可參照三極管放大電路的分析，以下僅討論用解析法進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析。自給偏壓電路

（1）靜態(tài)分析

由場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性方程和自給偏壓電路的直流通路可知,場(chǎng)效應(yīng)管的Q點(diǎn)由以下方程聯(lián)列決定：

很明顯，由于UGSQ取值的限制，自給偏壓電路僅適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。

場(chǎng)效應(yīng)管低頻小信號(hào)等效模型如圖所示。由于場(chǎng)效應(yīng)管柵-源間的動(dòng)態(tài)電阻rgs極大，分析時(shí)可近似認(rèn)為柵-源間開(kāi)路，基本不從信號(hào)源索取電流；由于場(chǎng)效應(yīng)管漏-源間的動(dòng)態(tài)電阻rds通常在幾百千歐數(shù)量級(jí)，漏極電阻或負(fù)載電阻一般比rds小很多，分析時(shí)同樣將其忽略，因而當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，漏極電流僅僅取決于柵-源電壓，可以認(rèn)為輸出回路僅僅是一個(gè)電壓控制的電流源。（2）動(dòng)態(tài)分析與三極管放大電路的動(dòng)態(tài)分析一樣，首先建立場(chǎng)效應(yīng)管低頻小信號(hào)等效模型，然后利用等效電路法進(jìn)行分析。從而，可得自給偏壓電路的交流通路和微變等效電路。場(chǎng)效應(yīng)管低頻小信號(hào)等效模型

自給偏壓電路的動(dòng)態(tài)分析

由微變等校電路和有關(guān)參數(shù)的定義可得:

2.分壓式偏置電路

以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管為例，分壓式偏置電路如圖所示。

（1）靜態(tài)分析由場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性方程和分壓式偏置電路的直流通路可知,場(chǎng)效應(yīng)管的Q點(diǎn)由以下方程確定:分壓式偏置電路不僅適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路，也適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。（2）動(dòng)態(tài)分析若無(wú)旁路電容C（開(kāi)關(guān)K處于斷開(kāi)位置），同自給偏壓電路的動(dòng)態(tài)分析一樣，首先建立分壓式偏置電路的微變等效電路。分壓式偏置電路的微變等效電路

若有旁路電容C，則電路的動(dòng)態(tài)分析等同于R=0的情況。忽略rgs和rds，由此可得注意，理論上場(chǎng)效應(yīng)管還有一種具有電壓放大能力的電路組成形式，就是共柵極電路，但由于場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)沒(méi)有發(fā)揮作用，所以很少在實(shí)際電路中應(yīng)用。3.3基本功率放大電路

3.3.1功率放大電路的一般問(wèn)題

任何負(fù)載的驅(qū)動(dòng)，都必須滿(mǎn)足一定的功率要求。前面所介紹的電壓放大電路，討論的主要指標(biāo)是電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等，其輸出電流一般都較小，所以不能提供足夠的電流以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。功率放大電路的主要任務(wù)，就是在大電壓信號(hào)的作用之下，得到一個(gè)大功率輸出信號(hào)。與電壓放大電路不同，功率放大電路由于工作在大信號(hào)的狀態(tài)下，所以有一些特殊問(wèn)題必須重點(diǎn)考慮，主要有：（1）輸出功率要盡可能大

這個(gè)性能可以用最大輸出功率Pom來(lái)評(píng)價(jià)。所謂最大輸出功率，即在輸入正弦信號(hào)且不失真的情況下，負(fù)載能夠獲得的最大交流功率。若最大不失真輸出電壓（有效值）為Uom，負(fù)載電阻為RL，則最大輸出功率（2）效率要高最大輸出功率Pom與此時(shí)直流電源提供的平均功率PV的比值稱(chēng)為效率η，即其中，PV等于直流電源輸出電流的平均值與電源電壓之積。

(3)非線(xiàn)性失真要小

非線(xiàn)性失真與輸出功率和效率等指標(biāo)總是矛盾的，考慮到負(fù)載在一定程度上允許信號(hào)有少量的失真，因此往往以此兼顧輸出功率和效率等其他指標(biāo)。

在實(shí)際應(yīng)用電路中，必須具體情況具體分析，充分抓住矛盾的主要方面予以解決。例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，應(yīng)該重點(diǎn)照顧非線(xiàn)性失真，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場(chǎng)合中，應(yīng)該重點(diǎn)照顧輸出功率和效率。

此外，在功率放大電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在管子上，使管子出現(xiàn)熱量累積，所以還必須考慮管子的散熱問(wèn)題，以及管子的保護(hù)和可換性問(wèn)題。總之，應(yīng)根據(jù)管子工作時(shí)所流過(guò)的最大集電極電流iCmax、所承受的最大管壓降uCEmax和所消耗的最大功率PTmax來(lái)選擇管子。若三極管的最大集電極電流、最大管壓降和集電極最大耗散功率分別為ICM、U（BR）CEO和PCM，則3.3.2三極管基本功率放大電路

前面在討論三極管基本電壓放大電路時(shí)，已介紹過(guò)共發(fā)射極和共基極兩種組態(tài)，自然三極管基本放大電路還有一種組態(tài)，即共集電極電路。事實(shí)上，共集電極電路具備了功率放大電路所必須的基本要求，是一個(gè)最基本、最簡(jiǎn)單的功率放大電路。由于信號(hào)從發(fā)射極送出，所以常稱(chēng)其為射極輸出器。其分析過(guò)程可仿照三極管基本電壓放大電路，需要說(shuō)明的是，在輸出非失真較小的前提下可用等效電路法，否則只能用圖解法。因大多三極管基本功率放大電路的非線(xiàn)性失真都較小，故等效電路法是常用的一種分析方法。共集電極放大電路（1）靜態(tài)分析由三極管基本功率放大電路的直流通路可得：（輸出回路方程）（輸出回路方程）（2）動(dòng)態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)共集電極放大電路的交流通路和微變等效電路如圖所示。微變等效電路法

所以，電壓放大倍數(shù)

因此②輸入電阻

根據(jù)輸入電阻的定義，輸入電阻的計(jì)算電路如圖所示。因此③輸出電阻根據(jù)輸出電阻的定義，輸出電阻的計(jì)算電路如圖所示。所以綜上所述，基本共集電極電路有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：

（1）當(dāng)時(shí)，，具有電壓跟隨作用；（2）輸入電阻較大，可達(dá)幾十千歐以上；（3）輸出電阻小，可達(dá)幾十歐以下。因此

基于共集電極電路的特點(diǎn)，電路的應(yīng)用很廣。利用電路的電壓跟隨作用，可作為多級(jí)放大電路（后面將會(huì)介紹）的中間級(jí)，起到緩沖或隔離前后級(jí)的作用；利用電路的輸入電阻較大，可作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，以增加電路從信號(hào)源獲取信號(hào)的能力；利用電路的輸出電阻小，可作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，以增加電路向負(fù)載提供電流的能力。若電路的輸入信號(hào)較大，電路就可以得到一個(gè)較大的輸出功率。3.3.3場(chǎng)效應(yīng)管基本功率放大電路與三極管共集電極基本放大電路相對(duì)應(yīng)，場(chǎng)效應(yīng)管的共漏基本放大電路具有類(lèi)似的特點(diǎn)。Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的共漏基本放大電路如圖所示，以下僅用等效電路法對(duì)其進(jìn)行分析。1.

靜態(tài)分析由場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性方程和共漏基本放大電路的直流通路可知,場(chǎng)效應(yīng)管的Q點(diǎn)由以下方程聯(lián)列決定

2.動(dòng)態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù)所以微變等效電路如圖所示。由此可得（2）輸入電阻（3）輸出電阻所以輸出電阻分析電路如圖所示。由此可得3.3.4互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路前面討論的三極管和場(chǎng)效應(yīng)管基本功率放大電路，輸入信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過(guò)管子，這種工作方式的電路被稱(chēng)為甲類(lèi)功率放大電路。其特點(diǎn)是非線(xiàn)性失真小，但輸出功率和效率低?？梢宰C明，在忽略管子非線(xiàn)性區(qū)域的情況下，甲類(lèi)功率放大電路的效率也不會(huì)超過(guò)50%。通過(guò)分析可以看到，靜態(tài)電流是造成管耗、效率降低的主要因素。若降低靜態(tài)工作點(diǎn)Q，使得靜態(tài)電流為零，亦即讓電路工作在乙類(lèi)狀態(tài)下，就可以充分提高電路的效率。但顯然，電路輸出會(huì)出現(xiàn)最嚴(yán)重的截止失真。對(duì)此，可以根據(jù)補(bǔ)償原理，在電路結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，從而也就有了乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。1.電路組成及其特點(diǎn)圖（a）為兩射極輸出器組成的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。T1和T2分別為NPN管和PNP管，兩管的基極和發(fā)射極相互連接在一起，兩管的集電極分別接正電源和負(fù)電源，信號(hào)從基極輸入，從發(fā)射極輸出，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)對(duì)稱(chēng)的電路?？紤]到三極管發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)才導(dǎo)通，因此當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，T2截止，T1承擔(dān)放大任務(wù)，電路相當(dāng)于圖（b）；當(dāng)輸入信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，T1截止，T2承擔(dān)放大任務(wù)，電路相當(dāng)于圖（c）。由此可見(jiàn)，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都有幾乎一樣的信號(hào)輸出。兩射極輸出器組成的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

但是，由于實(shí)際管子的發(fā)射結(jié)都存在一段死區(qū)，當(dāng)輸入信號(hào)不足以克服這段死區(qū)時(shí)，管子就不能有效導(dǎo)通，從而使得輸出出現(xiàn)如圖所示的非線(xiàn)性失真，這個(gè)失真被稱(chēng)為交越失真。不過(guò)，無(wú)論是哪種方法，其實(shí)質(zhì)都是在乙類(lèi)工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)抬高靜態(tài)工作點(diǎn)。這種介于甲類(lèi)和乙類(lèi)工作方式的電路被稱(chēng)為甲乙類(lèi)功率放大電路。圖示電路被稱(chēng)為甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，也是一種最實(shí)用的功率放大電路。消除交越失真的辦法有很多，通常在T1和T2之間加兩個(gè)正向?qū)ǖ亩O管，或者在T1和T2之間加一個(gè)UBE倍增電路。顯然，前者采用的方法雖然簡(jiǎn)單，但管子的偏置電壓無(wú)法調(diào)整；后者只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R1和R2的比值，就可改變T1和T2的偏壓值。加二極管加UBE倍增電路在功率放大電路中，負(fù)載電流常達(dá)到幾安以上，為了提高功放管的電流放大系數(shù)，常用多個(gè)三極管組成復(fù)合管。

分析時(shí)，可將復(fù)合管等效成一個(gè)管子。這個(gè)管子的管型與復(fù)合管的前置管相同，電流放大系數(shù)近似等于兩個(gè)管子電流放大系數(shù)的乘積。即

復(fù)合管應(yīng)用

為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)功放管的靜態(tài)電流為零，若功放管集電極與發(fā)射極間的飽和壓降為，則負(fù)載上能夠獲得的交流電壓的峰值因而，最大不失真電壓的有效值所以，最大輸出功率2.電路的輸出功率和效率所以，效率在最大輸出功率時(shí)，集電極電流最大，直流電源的輸出功率也最大，因而在忽略三極管基極電流的情況下，直流電源的最大輸出電流

在半個(gè)周期內(nèi)提供的平均電流為，因此兩個(gè)電源所提供的總功率

可見(jiàn)，功率放大電路的效率總是低于78.5%的。由于大功率管的飽和管壓降常為2~3V，故常不可忽略。在互補(bǔ)功率放大電路中，為了在選擇功放管的極限參數(shù)時(shí)留有余地，通常設(shè)功放管的飽和管壓降UCES為零。因此，功放管最大集電極電流

若忽略三極管飽和管壓降，即UCES=0，則3.功放管的選擇同理，可得T1管承受的最大管壓降也為2VCC。當(dāng)輸出電壓幅度最大時(shí)，雖然功放管集電極電流最大但管壓降最小，故管耗不是最大；當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，雖然功放管管壓降最大但集電極電流最小，故管耗也不是最大。因而必定在輸出電壓幅值為一特定值時(shí)管耗最大。對(duì)此，可以列出管耗和輸出電壓幅值的關(guān)系式，然后通過(guò)求極值的方法得到管耗的最大值和此時(shí)的輸出電壓幅值。當(dāng)T1管導(dǎo)通且輸出電壓最大，即uOmax=VCC時(shí)，T2管承受最大管壓降，且為結(jié)論是，當(dāng)輸出電壓的幅值為時(shí)，管耗最大，且每個(gè)管子的管耗為在忽略功放管飽和管壓降的前提下，管子的最大功耗PTmax與電路最大輸出功率Pom之間的關(guān)系為由以上分析可知，選擇功放管時(shí)其極限參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足：（1）集電極最大允許耗散功率；（2）c-e間擊穿電壓；（3）最大集電極電流。

前面討論的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，輸出端與負(fù)載直接耦合，因沒(méi)有通過(guò)耦合電容，所以習(xí)慣上稱(chēng)其為OCL（OutputCapacitorless）電路。而采用一個(gè)電源的互補(bǔ)功率放大電路，電路如圖所示，輸出端必須通過(guò)耦合電容與負(fù)載耦合，但因沒(méi)有通過(guò)耦合變壓器，所以習(xí)慣上稱(chēng)其為OTL（OutputTransformerless）電路。3.3.5其它類(lèi)型的功率放大電路1.單電源互補(bǔ)功率放大電路單電源互補(bǔ)功率放大電路同理，依照互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的分析方法，可得單電源的互補(bǔ)功率放大電路的效率和功放管的最大功耗等參數(shù)，其實(shí)只需將前面互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路分析結(jié)論中的VCC用VCC/2替換即可。采用一個(gè)電源的互補(bǔ)功率放大電路，每個(gè)功放管的工作電壓和最大輸出電壓的峰值為所以，最大輸出功率

由于OTL電路低頻特性的好壞取決于耦合電容容量的大小，大容量電容均為電解電容，當(dāng)容量大到一定程度時(shí)，因其極板面積大且卷成筒狀放入外殼中而產(chǎn)生電感效應(yīng)和漏阻，所以耦合電容在實(shí)用電路中最大也不會(huì)超過(guò)一二千微法。如果這樣大的電容量不能滿(mǎn)足低頻特性的要求，就只能選擇直接耦合。2.橋式推挽功率放大電路

橋式推挽功率放大電路，又稱(chēng)BTL（BalancedTransformerless）電路，它的特點(diǎn)是能夠使用單電源和直接耦合方式。橋式推挽功率放大電路

若輸入為正弦信號(hào)時(shí)，在正半周，T1和T4導(dǎo)通，T2和T3截止；在負(fù)半周，T1和T4截止，T2和T3導(dǎo)通。輸出信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)都能跟隨輸入信號(hào)。

典型電路中，T1~T4管均具有同樣的特性，R1=R2=R3=R4。

由于BTL電路的輸入和輸出都沒(méi)有與整個(gè)電路形成共地，所以電路的抗干擾能力相對(duì)較弱。設(shè)靜態(tài)電流為零，T1~T4管的飽和管壓降為，則最大輸出電壓的峰值因此，最大輸出功率效率

前面所介紹的基本放大電路，從電路結(jié)構(gòu)上來(lái)講都是單級(jí)放大電路，其性能指標(biāo)往往不能滿(mǎn)足電路系統(tǒng)的要求。一個(gè)完整的電路系統(tǒng)，通常要求輸入電阻高，同時(shí)電壓放大能力和功率放大能力足夠大。因此，必須將多個(gè)基本放大電路通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆绞接袡C(jī)地耦合在一起，以滿(mǎn)足多方面的性能要求。3.3多級(jí)放大電路

多級(jí)放大電路的耦合方式，最常見(jiàn)的有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合等，它們各有特點(diǎn)。3.3.1多級(jí)放大電路的耦合方式及其特點(diǎn)1.阻容耦合

下圖為兩級(jí)阻容耦合放大電路。前級(jí)為共射放大電路，主要起電壓放大作用；后級(jí)為共集放大電路，主要起功率放大作用。

用電阻和電容將各個(gè)單級(jí)放大電路連接起來(lái)，稱(chēng)為阻容耦合。

其特點(diǎn)是各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立；低頻特性差；不易集成。

2.直接耦合將各個(gè)單級(jí)放大電路直接連接起來(lái)，稱(chēng)為直接耦合。下圖為兩級(jí)阻容耦合放大電路。前級(jí)為共射放大電路，主要起電壓放大作用；后級(jí)為共集放大電路，主要起功率放大作用。

由于前后級(jí)電路直接相連，各級(jí)間的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，當(dāng)改變電路某一參數(shù)時(shí)，可能帶來(lái)各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。

直接耦合放大電路具有很好的低頻特性，便于集成。目前，集成電路幾乎都采用直接耦合方式，因其高性能低價(jià)位而廣泛用于模擬電路。只有在工作頻率特別高或輸出功率特別大的情況下，才考慮采用分立元件電路。3.變壓器耦合

由于電路之間靠磁路耦合，因而與阻容耦合放大電路一樣，各級(jí)間的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，但低頻特性差，不能集成化，笨重。變壓器耦合放大電路的最大優(yōu)點(diǎn)是可以利用變壓器的阻抗變換作用，進(jìn)一步提高電路的放大能力。

4.光電耦合放大電路的前后級(jí)可以通過(guò)光電耦合器加以連接。光電耦合器光電耦合器由發(fā)光二極管D和光電三極管T1相互絕緣地組合在一起構(gòu)成。D與輸入級(jí)相連，并將輸入級(jí)提供的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)；T1與T2組成復(fù)合管，并與輸出級(jí)相連，同時(shí)將光信號(hào)還原成電信號(hào)，傳送給輸出級(jí)。

光電耦合是以光信號(hào)為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳遞的。目前已有集成光電耦合放大器問(wèn)世，因其抗干擾能力強(qiáng)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。注意，前后級(jí)放大電路必須同時(shí)保證D、T1和T2的工作點(diǎn)合適，否則光電耦合器就不能正常工作。

3.3.2多級(jí)放大電路的分析1.靜態(tài)分析首先畫(huà)出直流通路，然后用估算法進(jìn)行分析。例3.3.1電路如圖所示，試求T1和T2的靜態(tài)工作點(diǎn)。

解

先分析T1的靜態(tài)工作點(diǎn)。因IDQ1＞＞IB2，忽略T2對(duì)T1的影響，所以T1的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列方程聯(lián)列決定：

再求T2的靜態(tài)工作點(diǎn)。T2的靜態(tài)工作點(diǎn)由下列方程聯(lián)列求得：

2.動(dòng)態(tài)分析

多級(jí)放大電路的方框圖如圖所示?？梢?jiàn)，前級(jí)放大電路的輸出就是后級(jí)放大電路的輸入。所以，根據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義，N級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)為

多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于組成它的各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積。根據(jù)輸入電阻和輸出電阻的定義，可得多級(jí)放大電路的輸入電阻等于第一級(jí)（即輸入級(jí)）的輸入電阻；輸出電阻等于末級(jí)（即輸出級(jí)）的輸出電阻。Ri=Ri1Ro=RoN

必須注意的是，在計(jì)算前級(jí)的電壓放大倍數(shù)和輸入電阻時(shí)，應(yīng)將后級(jí)的輸入電阻看成前級(jí)的負(fù)載；在計(jì)算后級(jí)的輸出電阻時(shí)，應(yīng)將前級(jí)的輸出電阻看成后級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻。例3.3.1

設(shè)電路靜態(tài)工作點(diǎn)合適，試求電路、Ri和Ro的表達(dá)式。

解

（1）求對(duì)前級(jí)來(lái)講，負(fù)載電阻為后級(jí)的輸入電阻。即前級(jí)的電壓放大倍數(shù)為后級(jí)的電壓放大倍數(shù)所以（2）求Ri

（3）求Ro

對(duì)后級(jí)來(lái)講，信號(hào)源內(nèi)阻為前級(jí)的輸出電阻。前級(jí)的輸出電阻為所以直接耦合放大電路既能放大交流信號(hào)又能放大直流信號(hào)，但由于直流通路相互關(guān)聯(lián)，一旦前級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)稍有偏移，這種不定而又不斷的偏移對(duì)后級(jí)來(lái)講相當(dāng)于一個(gè)緩慢變化著的信號(hào)，它就會(huì)被逐級(jí)放大，致使放大器輸出電壓發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)甚至將原有信號(hào)淹沒(méi)。這種輸入電壓為零，輸出電壓不為零的現(xiàn)象被稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。在實(shí)際放大電路中，不解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題，電路是無(wú)法正常工作的。

產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，主要有電源電壓的波動(dòng)、元件的老化和半導(dǎo)體器件對(duì)溫度的敏感性等等。原因知道了，似乎可以從這里入手解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題了，但事實(shí)上是不行的，因?yàn)榘雽?dǎo)體器件性能參數(shù)受環(huán)境溫度的影響是很難克服的，這也是常將零點(diǎn)漂移表示為溫度漂移的原因。怎么辦呢？負(fù)補(bǔ)償技術(shù)為我們提供了一條很好的解決手段：利用電路結(jié)構(gòu)參數(shù)的對(duì)稱(chēng)性，將產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移抵消。這就是差分放大電路最原始的設(shè)計(jì)思想。3.4差分放大電路3.4.1基本差分放大電路

基本差分放大電路結(jié)構(gòu)參數(shù)具有對(duì)稱(chēng)性，即Rb1=Rb2=Rb，Rc=Rc2=Rc，T1和T2在各種環(huán)境下具有相同的特性。電路采用+VCC和-VEE兩路電源供電。電路可以利用其對(duì)稱(chēng)性得到半邊等效電路進(jìn)行分析。直流半邊等效電路1.靜態(tài)分析

靜態(tài)時(shí)，uI1=uI2=0，T1和T2的靜態(tài)工作點(diǎn)相同，IEQ1=IEQ2=IEQ，電阻Re上流過(guò)的電流為2IEQ，可將電阻Re看成是兩個(gè)電阻為2Re的并聯(lián)，且每個(gè)并聯(lián)電阻上流過(guò)的電流為IEQ。由此可得基本差分放大電路的直流半邊等效電路。由輸出回路方程，可得由圖可得輸入回路方程因?yàn)樗酝ǔＲ虼?/p>

若兩個(gè)輸入端所加信號(hào)電壓大小相等、方向相同，則稱(chēng)之為共模信號(hào)，用uIC表示。