第2章　模拟电路与集成电路设计

2.1　放大电路——从一个直流稳压电源设计开始

（1）设计目的　直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点，近年来直流稳压电源高频化是其发展的方向。高频化使开关电源小型化，并使直流稳压电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。这里以具有放大环节的串联型晶体管稳压电路来进行介绍。串联型稳压电源的制作可扫二维码学习。

（2）画出串联型晶体管稳压电路单元设计模块　具有放大环节的串联型晶体管稳压电路由四个环节组成，如图2-1所示。

（3）根据原理框图确定串联型稳压电路各元件的作用在图2-2串联型稳压电路中VT1为调整元件，R₃和VZ为基准电压元件（这里VZ为稳压二极管），VT2为比较放大元件，R₁ R₂是该电路的取样电路。

图2-2　串联型稳压电路

（4）对设计出的串联型稳压电路稳压原理分析验证正确性　串联型稳压电路稳压原理如图2-3所示。U_I增大时，自动调整过程如下：

图2-3　串联型稳压电路稳压原理

在图2-3中，当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经VT2放大后送至调整管VT1的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。

上面就是具有放大环节的串联型晶体管稳压电路设计，是不是很容易呢？下面就对模拟电路与集成电路设计进行详细介绍。

2.1.1　常见三极管放大电路

（1）共发射极放大电路　图2-4所示为共发射极放大电路的基本组成电路图。它的特点是对电压、电流和功率都能进行放大，且输入电阻和输出电阻适中，因此被广泛使用。共发射极放大电路对输入的信号电压还具有倒相作用，常用在低频放大电路的输入级、中间级或输出级。

图2-4　共发射极放大电路

（2）共集电极放大电路　图2-5所示为共集电极放大电路的基本组成电路图。它的特点是：电压放大倍数接近而略小于1，电压跟随特性好；具有一定的电流和功率放大能力；在这三种电路中，输入阻抗最高，输出阻抗最低。在多级放大电路中，因具备阻抗变换作用，常用作中间级以隔离前后级间的影响，也可用作输出级，提高不定期负载的能力。

图2-5　共集电极放大电路

（3）共基极放大电路　图2-6所示为共基极放大电路的基本组成电路图。它的主要特点是输入阻抗低，其放大倍数和共发射极电路差不多，频率响应特性好，常用于高频情况下。

图2-6　共基极放大电路

三极管放大电路可应用于多种电路，直接耦合三极管放大电路用于光控感应开关制作可扫二维码学习。

2.1.2　三极管放大电路直流工作点的估算

直流工作状态是指放大器处于无信号输入的状态，此时电路中各处的电压、电流都是直流量，通常又叫做静态。静态工作点（直流工作点）则是此时三极管直流电压U_BE、U_CE和直流电流I_B、I_C的统称，用Q表示。

三极管放大电路的常见分析方法有图解法、等效电路法和估算法。本节主要介绍较为简便的估算法。

（1）固定偏置电路　估算法求静态工作点：

一般情况下规定将NPN型三极管看作是硅管，且U_BEQ是0.7V，PNP型三极管看作是锗管，且U_BEQ是0.3V，在估算法中可忽略不计。

例2-1　估算静态工作点

图2-7所示的放大器中，设U_G=10V，R_B=100kΩ，R_C= 3kΩ，若晶体管电流放大系数β=20，试估算静态工作点。

从电路图可知，三极管是NPN型，U_CEQ=0.7V，则

静态工作点的设置对放大电路是很重要的，它关系到电压的增益以及波形的失真情况。因此为了使放大器得到较好的性能，必须先设置合适的静态工作点。还有多种原因造成静态工作点不稳定，如电源电压不稳定、三极管老化等，其中温度的变化对三极管参数的变化影响也很大。而固定偏置电路的温度稳定性较差，只能用在环境温度变化不大、要求不高的场合。

（2）分压式稳定工作点偏置电路　图2-8所示为分压式稳定工作点偏置电路，该电路可以有效地抑制温度对静态工作点的影响。其工作原理：当温度升高时，I_CQ增大引起I_EQ相应增大，则R_E上的电压降U_EQ=I_EQR_E也增大，U_BQ保持不变，U_BEQ=U_BQ-U_EQ，则U_BEQ减小，使得I_BQ减小，从而抑制了I_CQ的增加，达到稳定静态工作点的目的。

静态工作点的计算：