放大電路的用途和組成
放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按頻率分為低頻、中源和高頻;接輸出信號(hào)強(qiáng)弱分成電壓放大、功率放大等。此外還有用集成運(yùn)算放大器和特殊晶體管作器件的放大器。它是電子電路中最復(fù)雜多變的電路。但初學(xué)者經(jīng)常遇到的也只是少數(shù)幾種較為典型的放大電路。
讀放大電路圖時(shí)也還是按照“逐級(jí)分解、抓住關(guān)鍵、細(xì)致分析、全面綜合”的原則和步驟進(jìn)行。首先把整個(gè)放大電路按輸入、輸出逐級(jí)分開，然后逐級(jí)抓住關(guān)鍵進(jìn)行分析弄通原理。放大電路有它本身的特點(diǎn)：一是有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作狀態(tài)，所以有時(shí)往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進(jìn)行分析;二是電路往往加有負(fù)反饋，這種反饋有時(shí)在本級(jí)內(nèi)，有時(shí)是從后級(jí)反饋到前級(jí)，所以在分析這一級(jí)時(shí)還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級(jí)的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來(lái)進(jìn)行全面綜合。
下面我們介紹幾種常見(jiàn)的放大電路：
低頻電壓放大器
低頻電壓放大器是指工作頻率在20 赫～ 20 千赫之間、輸出要求有一定電壓值而不要求很強(qiáng)的電流的放大器。
( 1 )共發(fā)射極放大電路
圖1 ( a )是共發(fā)射極放大電路。C1 是輸入電容， C2 是輸出電容，三極管VT 就是起放大作用的器件， RB 是基極偏置電阻,RC 是集電極負(fù)載電阻。1 、3 端是輸入， 2 、3端是輸出。3 端是公共點(diǎn)，通常是接地的，也稱“地”端。靜態(tài)時(shí)的直流通路見(jiàn)圖1 ( b )，動(dòng)態(tài)時(shí)交流通路見(jiàn)圖1 ( c )。電路的特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多，輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的，性能不夠穩(wěn)定，可用于一般場(chǎng)合。
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( 2 )分壓式偏置共發(fā)射極放大電路
圖2 比圖1 多用3 個(gè)元件?；鶚O電壓是由RB1 和RB2 分壓取得的，所以稱為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻RE 和電容CE ， CE 稱交流旁路電容，對(duì)交流是短路的; RE 則有直流負(fù)反饋?zhàn)饔谩Ｋ^反饋是指把輸出的變化通過(guò)某種方式送到輸入端，作為輸入的一部分。如果送回部分和原來(lái)的輸入部分是相減的，就是負(fù)反饋。圖中基極真正的輸入電壓是RB2 上電壓和RE 上電壓的差值，所以是負(fù)反饋。由于采取了上面兩個(gè)措施，使電路工作穩(wěn)定性能提高，是應(yīng)用最廣的放大電路。
( 3 )射極輸出器
圖3 ( a )是一個(gè)射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖3 ( b )是它的交流通路圖，可以看到它是共集電極放大電路。
這個(gè)圖中，晶體管真正的輸入是V i 和V o 的差值，所以這是一個(gè)交流負(fù)反饋很深的電路。由于很深的負(fù)反饋，這個(gè)電路的特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)小于1 而接近1 ，輸出電壓和輸入電壓同相，輸入阻抗高輸出阻抗低，失真小，頻帶寬，工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級(jí)、輸出級(jí)或作阻抗匹配之用。
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( 4 )低頻放大器的耦合
一個(gè)放大器通常有好幾級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)系就稱為耦合。放大器的級(jí)間耦合方式有三種：①RC 耦合，見(jiàn)圖4 ( a )。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低。但性能不是最佳。② 變壓器耦合，見(jiàn)圖4 ( b )。優(yōu)點(diǎn)是阻抗匹配好、輸出功率和效率高，但變壓器制作比較麻煩。③ 直接耦合，見(jiàn)圖4 ( c )。優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前后級(jí)工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)制作較麻煩。
( 1 )甲類單管功率放大器
圖5 是單管功率放大器， C1 是輸入電容， T 是輸出變壓器。它的集電極負(fù)載電阻Ri′ 是將負(fù)載電阻R L 通過(guò)變壓器匝數(shù)比折算過(guò)來(lái)的：
RC′= ( N1 N2 ) 2 RL=N 2 RL
負(fù)載電阻是低阻抗的揚(yáng)聲器，用變壓器可以起阻抗變換作用，使負(fù)載得到較大的功率。這個(gè)電路不管有沒(méi)有輸入信號(hào)，晶體管始終處于導(dǎo)通狀，靜態(tài)電流比較大，困此集電極損耗較大，效率不高，大約只有35 %。這種工作狀態(tài)被稱為甲類工作狀態(tài)。這種電路一般用在功率不太大的場(chǎng)合，它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是RC 耦合。
( 2 )乙類推挽功率放大器
圖6 是常用的乙類推挽功率放大電路。它由兩個(gè)特性相同的晶體管組成對(duì)稱電路，在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)管子都處于截止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)電流幾乎是零，只有在有信號(hào)輸入時(shí)管子才導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為乙類工作狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)是正弦波時(shí)，正半周時(shí)VT1 導(dǎo)通VT2 截止，負(fù)半周時(shí)VT2 導(dǎo)通VT1 截止。兩個(gè)管子交替出現(xiàn)的電流在輸出變壓器中合成，使負(fù)載上得到純正的正弦波。這種兩管交替工作的形式叫做推挽電路。乙類推挽放大器的輸出功率較大，失真也小，效率也較高，一般可達(dá)60 %。
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( 3 ) OTL 功率放大器
目前廣泛應(yīng)用的無(wú)變壓器乙類推挽放大器，簡(jiǎn)稱OTL 電路，是一種性能很好的功率放大器。為了易于說(shuō)明，先介紹一個(gè)有輸入變壓器沒(méi)有輸出變壓器的OTL 電路，如圖7 。
這個(gè)電路使用兩個(gè)特性相同的晶體管，兩組偏置電阻和發(fā)射極電阻的阻值也相同。在靜態(tài)時(shí)，VT1 、VT2 流過(guò)的電流很小，電容C 上充有對(duì)地為1 2 E c 的直流電壓。在有輸入信號(hào)時(shí)，正半周時(shí)VT1 導(dǎo)通， VT2 截止，集電極電流i c1 方向如圖所示，負(fù)載RL 上得到放大了的正半周輸出信號(hào)。負(fù)半周時(shí)VT1 截止， VT2 導(dǎo)通，集電極電流i c2 的方向如圖所示， RL 上得到放大了的負(fù)半周輸出信號(hào)。這個(gè)電路的關(guān)鍵元件是電容器C ，它上面的電壓就相當(dāng)于VT2 的供電電壓。
以這個(gè)電路為基礎(chǔ)，還有用三極管倒相的不用輸入變壓器的真正OTL 電路，用PNP 管和NPN 管組成的互補(bǔ)對(duì)稱式OTL 電路，以及最新的橋接推挽功率放大器，簡(jiǎn)稱BTL 電路等等。
直流放大器
能夠放大直流信號(hào)或變化很緩慢的信號(hào)的電路稱為直流放大電路或直流放大器。測(cè)量和控制方面常用到這種放大器。
( 1 )雙管直耦放大器
直流放大器不能用RC 耦合或變壓器耦合，只能用直接耦合方式。圖8 是一個(gè)兩級(jí)直耦放大器。直耦方式會(huì)帶來(lái)前后級(jí)工作點(diǎn)的相互牽制，電路中在VT2 的發(fā)射極加電阻R E 以提高后級(jí)發(fā)射極電位來(lái)解決前后級(jí)的牽制。直流放大器的另一個(gè)更重要的問(wèn)題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化，這種變化被逐級(jí)放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號(hào)。放大器級(jí)數(shù)越多，零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場(chǎng)合。
( 2 )差分放大器
解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器，圖9 是應(yīng)用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源，其中VT1 和VT2 的特性相同，兩組電阻數(shù)值也相同， R E 有負(fù)反饋?zhàn)饔谩?shí)際上這是一個(gè)橋形電路，兩個(gè)R C 和兩個(gè)管子是四個(gè)橋臂，輸出電壓V 0 從電橋的對(duì)角線上取出。沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，因?yàn)镽C1=RC2 和兩管特性相同，所以電橋是平衡的，輸出是零。由于是接成橋形，零點(diǎn)漂移也很小。差分放大器有良好的穩(wěn)定性，因此得到廣泛的應(yīng)用。
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集成運(yùn)算放大器
集成運(yùn)算放大器是一種把多級(jí)直流放大器做在一個(gè)集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因?yàn)樗缙谑怯迷谀M計(jì)算機(jī)中做加法器、乘法器用的，所以叫做運(yùn)算放大器。它有十多個(gè)引腳，一般都用有3 個(gè)端子的三角形符號(hào)表示，如圖10 。它有兩個(gè)輸入端、1 個(gè)輸出端，上面那個(gè)輸入端叫做反相輸入端，用“ — ”作標(biāo)記;下面的叫同相輸入端，用“+”作標(biāo)記。
集成運(yùn)算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運(yùn)算，也可以接成交流或直流放大器應(yīng)用。在作放大器應(yīng)用時(shí)有：
( 1 )帶調(diào)零的同相輸出放大電路
圖11 是帶調(diào)零端的同相輸出運(yùn)放電路。引腳1 、11 、12 是調(diào)零端，調(diào)整RP 可使輸出端( 8 )在靜態(tài)時(shí)輸出電壓為零。9 、6 兩腳分別接正、負(fù)電源。輸入信號(hào)接到同相輸入端( 5 )，因此輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相。放大器負(fù)反饋經(jīng)反饋電阻R2 接到反相輸入端( 4 )。同相輸入接法的電壓放大倍數(shù)總是大于1 的。
( 2 )反相輸出運(yùn)放電路
也可以使輸入信號(hào)從反相輸入端接入，如圖12 。如對(duì)電路要求不高，可以不用調(diào)零，這時(shí)可以把3 個(gè)調(diào)零端短路。輸入信號(hào)從耦合電容C1 經(jīng)R1 接入反相輸入端，而同相輸入端通過(guò)電阻R3 接地。反相輸入接法的電壓放大倍數(shù)可以大于1 、等于1 或小于1 。
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( 3 )同相輸出高輸入阻抗運(yùn)放電路
圖13 中沒(méi)有接入R1 ，相當(dāng)于R1 阻值無(wú)窮大，這時(shí)電路的電壓放大倍數(shù)等于1 ，輸入阻抗可達(dá)幾百千歐。
放大電路是電子電路中變化較多和較復(fù)雜的電路。在拿到一張放大電路圖時(shí)，首先要把它逐級(jí)分解開，然后一級(jí)一級(jí)分析弄懂它的原理，最后再全面綜合。讀圖時(shí)要注意： ① 在逐級(jí)分析時(shí)要區(qū)分開主要元器件和輔助元器件。放大器中使用的輔助元器件很多，如偏置電路中的溫度補(bǔ)償元件，穩(wěn)壓穩(wěn)流元器件，防止自激振蕩的防振元件、去耦元件，保護(hù)電路中的保護(hù)元件等。② 在分析中最主要和困難的是反饋的分析，要能找出反饋通路，判斷反饋的極性和類型，特別是多級(jí)放大器，往往以后級(jí)將負(fù)反饋加到前級(jí)，因此更要細(xì)致分析。③一般低頻放大器常用RC 耦合方式;高頻放大器則常常是和LC 調(diào)諧電路有關(guān)的，或是用單調(diào)諧或是用雙調(diào)諧電路，而且電路里使用的電容器容量一般也比較小。④ 注意晶體管和電源的極性，放大器中常常使用雙電源，這是放大電路的特殊性。
例1 助聽(tīng)器電路
圖14 是一個(gè)助聽(tīng)器電路，實(shí)際上是一個(gè)4 級(jí)低頻放大器。VT1 、VT2 之間和VT3 、VT4 之間采用直接耦合方式， VT2 和VT3 之間則用RC 耦合。為了改善音質(zhì)， VT1 和VT3 的本級(jí)有并聯(lián)電壓負(fù)反饋( R2 和R7 )。由于使用高阻抗的耳機(jī)，所以可以把耳機(jī)直接接在VT4 的集電極回路內(nèi)。R6 、C2 是去耦電路， C6 是電源濾波電容。
例2 收音機(jī)低放電路
圖15 是普及型收音機(jī)的低放電路。電路共3 級(jí)，第1 級(jí)( VT1 )前置電壓放大，第2 級(jí)( VT2 )是推動(dòng)級(jí)，第3 級(jí)( VT3 、VT4 )是推挽功放。VT1 和VT2 之間采用直接耦合，VT2 和VT3 、VT4 之間用輸入變壓器( T1 )耦合并完成倒相，最后用輸出變壓器( T2 )輸出，使用低阻揚(yáng)聲器。此外， VT1 本級(jí)有并聯(lián)電壓負(fù)反饋( R1 )， T2 次級(jí)經(jīng)R3 送回到VT2 有串聯(lián)電壓負(fù)反饋。電路中C2 的作用是增強(qiáng)高音區(qū)的負(fù)反饋，減弱高音以增強(qiáng)低音。R4 、C4 為去耦電路， C3 為電源的濾波電容。整個(gè)電路簡(jiǎn)單明了。
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