2.1 放大电路的组成和基本工作原理
2.1.1 共发射极基本放大电路
1.共发射极放大电路的组成
一个放大电路通常由输入信号源、放大元件、直流电源、相应的偏置电路以及输出负载组成。在一般的放大电路中,有两个端点与输入信号相接,而由另两个端点引出输出信号。所以放大电路是一个四端网络。作为放大电路中的晶体管,只有3个电极。因此,必有一个电极作为输入、输出电路的公共端。根据输入回路和输出回路共用的电极不同,由单个晶体管构成的基本放大电路可有3种组态,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。
图2-2所示为共发射极基本放大电路。共发射极放大电路,其输入信号和输出信号的公共端为发射极。公共端在图中的符号“”称为接地,它并不是真正接到大地的“地”电位,而是表示电路中的参考零电位。
图2-2 共发射极基本放大电路
晶体管放大电路要完成对信号放大的任务,首先要设法让晶体管工作于线性放大区。因此图中所加两个电源要保证发射结正向偏置和集电结反向偏置。然后再设法将待放大的输入信号ui加到晶体管的发射结上,使晶体管的发射结电压uBE随着ui变化而变化。
在放大电路的输出端,再将经晶体管放大了的集电极电流信号ΔiC转化为输出电压uo。它的发射极是输入信号和输出信号的公共端,ui是放大电路的输入电压,uo是输出电压。为分析方便,通常规定:电压的正方向是以公共端为负端,其他各点为正端。此电路称为共发射极放大电路,简称共射放大电路。
2.电路中各元件的作用
晶体管VT:电路核心元件。起电流放大作用,用基极电流iB控制集电极电流iC。
直流电源UCC:提供电路所需的能量,保证发射结正向偏置和集电结反向偏置,使晶体管处于放大状态。UCC一般在几伏至十几伏之间,使用时要注意电源的负极要接公共“地”。
偏置电阻Rb:它与直流电源UCC一起为晶体管提供合适的基极电流IB(直流分量),其阻值一般为几百千欧至几兆欧。
集电极负载电阻Rc:把晶体管集电极电流iC的变化转换为电压(iCRc)的变化,从而使晶体管电压uCE发生变化,经耦合电容器C2获得输出电压uo。其阻值一般为几千欧。
图2-3 共发射极基本放大电路的简便画法
耦合电容器C1、C2:放大电路中既有直流又有交流,它们有“隔直、通交”的作用。“隔直”是指利用电容器对直流开路的特点,隔离信号源、放大电路、负载之间的直流联系,以保证它们的直流工作状态相互独立,互不影响。“通交”是指利用电容器对交流近似短路的特点(要求C1、C2的电容量足够大),使交流信号能顺利地通过它。图2-2中C1、C2是有极性的电解电容器,连接时要注意极性。
图2-3所示是共发射极基本放大电路的简便画法。两个电源可以合并为一个。RL为负载电阻。
2.1.2 放大的本质与电路中符号表示
1.放大的本质
电子电路中放大对象是动态信号,为了分析方便,一般用正弦波信号来代表,这样便于分析和计算,实际中的动态信号是千变万化的。
所谓放大,表面看来是将信号的幅度由小增大,但是,放大电路本身并不能放大能量,实际上负载得到的能量来自于放大电路的供电电源,放大的本质是实现能量的控制,放大电路的作用只不过是控制了电源的能量,放大输出后的信号形态及变化规律要和输入的信号保持一致,不能失真。由于输入信号的能量过于微弱,不足以带动负载,因此,需要另外提供一个能源,由能量较小的输入信号控制这个能源,使之输出较大的能量,然后带动负载,这种小能量对大能量的控制作用,就是放大作用的本质。
从以上元件介绍中,初步了解到在放大电路中既有直流又有交流。交流量就是需要放大的变化信号,直流量就是为放大建立平台条件,起铺垫作用。
2.放大器中有关符号的规定
当交流信号ui作用于图2-3电路时,我们以基极电流为例,说明在电路中电流电压的波形及表示符号。
直流分量:用大写字母带大写下标符号来表示。例如,基极直流电流用IB表示。
交流分量:即动态信号,用小写字母带小写下标符号来表示。例如,基极交流电流用ib表示。
交流、直流叠加量:是瞬时值,用小写字母带大写下标符号来表示。例如,基极总电流用iB表示。
(1)直流分量:如图2-4(a)所示的波形,是基极直流电流,用IB表示。在直流分析中为显示静态特点,也用IBQ表示。
(2)交流分量:如图2-4(b)所示的波形,是基极交流电流,用ib表示。
(3)总变化量:如图2-4(c)所示的波形,是交流电流和直流电流叠加后形成的,用iB表示基极总电流:
图2-4 交流分量、直流分量波形
iB=IB+ib
另外,在列式计算时也常用到有效值,或将正弦量计算时用相量表示。
各种电压、电流表示符号如表2-1所示。
表2-1 各种电压、电流表示符号
续表