7.2其他放大电路
7.2.1共集电极放大电路共集电极放大电路又称射极输出器,主要作用是交流电流放大,以提高整个放大电路的带负载能力 。
实用中,一般用作输出级或隔离级 。
1.电路组成共集电极放大电路的组成如图 7.21（ a） 所示,图 7.21
（ b） 为其交流通路 。 各元件的作用与共发射极放大电路基本相同,只是 RE除具有稳定静态工作点外,还作为放大电路空载时的负载 。
(a) 电路图 (b) 交流通路图 7.21共集电极放大电路
2.静态分析
UCC＝ IBRB+UBE+(1+β)IBRE
IB＝
IC ＝ βIB
UCE＝ UCC- IERE≈UCC - ICRE
EB
BECC
RR
UU
)1(
3.动态分析
(1) 电压放大倍数图 7.21(c) 微变等效电路由图 7.21(c)可知
(2) 输入电阻 Ri
故
Ri = RB∥ Ri/ = RB∥ [rbe+（ 1+β） RL/]
/
/
/
/
)1(
)1(
])1([
)1(
Lbe
L
Lbeb
Lb
i
o
u Rr
R
RrI
RI
U
UA
/
/
/ )1()1(
Lbe
b
Lbbeb
b
i
i RrI
RIrI
I
UR
(3) 输出电阻 Ro
求输出电阻的等效电路如图 7.22所示。
由图 7.22可得：
式中 = RS∥ RB
故通常 RE>>,所以
bebbe IIIIII )1(
/)1(
SbeE Rr
U
R
U
)1//(
/
Sbe
Eo
RrR
I
UR
1
/
Sbe Rr
1
)/ / (
1
/
BSbeSbe
o
RRrRrR
/SR
综上所述,共集电极放大电路的主要特点是：输入电阻高,传递信号源信号效率高；输出电阻低,带负载能力强；电压放大倍数小于 1而接近于 1,且输出电压与输入电压相位相同,具有跟随特性 。 因而在实用中,广泛用作输出级或中间隔离级 。
需要说明的是：共集电极放大电路虽然没有电压放大作用,但仍有电流放大作用,因而有功率放大作用 。
[例 7.5] 若图 7.21电路中各元件参数为,UCC = 12V，
RB= 240 kΩ,RE= 3.9 kΩ,RS = 600Ω,RL = 12 kΩ,β=
60,C1和 C2容量足够大,试求,Au,Ri,Ro。
解,μA
IE≈IC=βIB=60× 25=1.5mA
rbe= 300+(1+β) =300+(1+60)
=1.4 kΩ
= RE∥ RL= ≈2,9 kΩ
259.3)601(2 4 0 12)1(
EB
BECC
B RR
UUI
EI
mV26
mA
mV
5.1
26
129.3
129.3
/
LR
故：
Ri = RB∥ [rbe+(1+β) ] = 200∥ [1.4+(1+60)× 2.9]
= 102 kΩ
Ω
99.09.2)601(4.1 9.2)601()1( )1( /
/
Lbe
L
u Rr
RA
33601 10)2 4 0//6.0(104.11 )//(
33
BSbeo RRrR
/LR
共基极放大电路主要作用是高频信号放大,频带宽,其电路组成如图 7.23所示 。
图 7.23 共基极放大电路
7.2.2 共基极放大电路表 7.2 三种组态基本放大电路性能比较电路形式 共发射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路电流放大系数 较大,例如 200 较大，例如 200 <1
电压放大倍数 较大，例如 200 <1 较大，例如 100
功率放大倍数 很大，例如 20000 较大，例如 300 较大，例如 200
输入电阻 中等，例如 5kΩ 较大，例如 50kΩ 较小，例如 50Ω
输出电阻 较大，例如 10kΩ 较小，例如 100Ω 较大，例如 5kΩ
200
输出与输入电压相位相反 相同 相同在许多情况下,输入信号是很微弱的,要把微弱的信号放大到足以带动负载,必须经多级放大 。 在多级放大器中,每两个单级放大电路之间的连接方式称为间级耦合,实现耦合的电路称级间耦合电路 。 对级间耦合电路的基本要求是：不引起信号失真； 尽量减小信号电压在耦合电路上的损失 。
目前,以阻容耦合 （ 分立元件电路 ） 和直接耦合
（ 集成电路 ） 应用最广泛 。 阻容耦合指用较大容量的电容连接两个单级放大电路的连接方式,其特点是各级静态工作点互不影响,电路调试方便,但信号有损失 。 直接耦合指用导线连接两个单级放大电路的连接方式,其特点是信号无损失,但各级静态工作点相互影响,电路调试麻烦 。
7.2.3 多级放大电路一般多级放大器的组成方框图如图 7.24所示 。
图 7.24 多级放大电路组成框图
1.多级放大电路电压放大倍数的计算多级放大电路总的电压放大倍数等于各级电路电压放大倍数的乘积 。 即在计算单级放大电路电压放大倍数时,把后一级的输入电阻作为本级的负载即可 。
2.多级放大电路的输入电阻和输出电阻多级放大电路的输入电阻即为第一级放大电路的输入电阻；多级放大电路的输出电阻即为最后一级
（ 第 n级 ） 放大电路的输出电阻 。 即
Ri = Ri1
Ro=Ron
unuuu AAAA 21
[例 7.6] 两级阻容耦合放大电路如图 7.25所示,各元件参数为,UCC=12V,RB1=100kΩ,RB2=39kΩ,RC1=5.6 kΩ，
R E1=2.2kΩ,=82 kΩ,=47 kΩ,RC2=2.7 kΩ，
RE2=2.7kΩ,RL=3.9kΩ,rbe1=1.4kΩ,rbe2=1.3kΩ,β1=β2
=50。
求：电压放大倍数,输入电阻,输出电阻 。
/B1R /B2R
图 7.25(a) 两级阻容耦合放大电路图 7.25(b) 两级阻容耦合放大电路微变等效电路解,RL1= // // rbe2 = 82 // 47 // 1.3≈1.3 kΩ
= RC1 // RL1 = 5.6 // 1.3≈1.06 kΩ
故
Ri =
Ri1 = RB1 // RB2 // rbe1 = 100 // 39 // 1.4≈1.4 kΩ
Ro = RC2 = 2.7 kΩ
/1BR /2BR
/1LR
7.374.1 06.150
1
/
1
11
be
L
u r
RA?
kRRR LCL 6.19.3//7.2//2/ 2
5.613.1 6.150
2
/
2
22
be
L
u r
RA?
55.2 3 1 8)5.61(7.3721 UUu AAA
4.多级放大电路的频率特性频率特性有幅频特性和相频特性,幅频特性指放大电路的电压放大倍数与频率之间的关系 。 相频特性指输出电压相对于输入电压的相位移 （ 相位差 ） 与频率之间的关系 。 单级阻容耦合放大电路的频率特性如图 7.26所示 。
图 7.26 单级阻容耦合放大电路的频率特性两级阻容耦合放大电路的频率特性如图 7.27所示,
它是将每一级放大电路的频率特性叠加而成 。 多级放大电路的频率特性可用类似的方法获得 。
图 7.27 两级放大电路的频率特性
1,场效应管偏置电路及静态分析场效应管是电压控制器件，它只需要合适的偏压，
而不要偏流 。
（ 1）自偏压电路图 7.28是耗尽型 NMOS管组成的共源极放大电路的自偏压电路。由于栅极不取电流,RG上没有压降，栅极电位 UG=0，所以栅极偏压为：
UGS = UG - US = - IDRS
7.2.4 场效应管放大电路图 7.28 自偏压电路
（ 2） 分压偏置电路自偏压电路只适用由耗尽型 MOS管或结型场效管组成的放大电路 。 对增强型 MOS管,其偏置电压必须通过分压器来产生,如图 7.29所示 。
图 7.29 分压式偏置电路
2.场效应管微变等效电路场效应管也是非线性器件，但当工作信号幅度足够小，且工作在恒流区时，场效应管也可用微变等效电路来代替，如图 7.30所示 。
图 7.30 场效应管微变等效电路
3.场效应管放大电路的微变等效电路分析
(1) 共源极放大电路共源极放大电路微变等效电路如图 7.31所示 。
图 7.31 共源极放大电路的微变等效电路
① 电压放大倍数式中 RL/= RD∥ RL
故
② 输入电阻 Ri和输出电阻 Ro
Ri = RG
Ro= RD
/)//( LimLDgsmo RUgRRUgU
/
Lm
i
o
u RgU
UA
uA
[例 7.7] N沟道结型场效应管自偏压放大电路如图 7.32
所示,已知 UDD = 18V,RD =10 kΩ,RS=2 kΩ，
RG=4MΩ,RL=10 kΩ,gm=1.16 ms。 试求：,Ri,Ro。
图 7.32 [例 7.7] 电路图
uA
解,
Ri = RG = 4MΩ
Ro= RD =10kΩ
8.51010 101016.1)//(/ LDmLmu RRgRgA
（ 2） 共漏极放大电路共漏极放大电路又称源极输出器,其电路和微变等效电路如图 7.33所示 。
(a) 电路图 (b) 微变等效电路图 7.33 共漏极放大电路
① 电压放大倍数式中 RL/= RS∥ RL。
可见,输出电压与输入电压同相,且由于 gmRL/ >>1，
故 Au小于 1,但接近 1。
② 输入电阻 Ri和输出电阻 Ro
Ri = RG
求输出电阻的等效电路如图 7.34所示 。
uA
/
/
/
/
1 Lm
Lm
Lgsmgs
Lgsm
i
o
u Rg
Rg
RUgU
RUg
U
UA
图 7.34 求 Ro等效电路由图可知由于栅极电流,故所以即
gsm
S
dS UgR
UIII
0?gI
UU GS
UgRUI m
S
m
S
m
S
o gR
g
R
I
UR 1//
1
1?
实用中,利用场效应管和半导体三极管各自的特性互相配合,取长补短,组成混合电路,将具有更好的效果 。 混合示意图如图 7.35所示 。
图 7.35 场效应管和三极管混合电路不同类型场效应管对偏置电压的极性的要求,如表 7.3
所示 。
表 7.3 场效应管偏置电压的极性类型 u
GS uDS
N沟道 JFET 负 正
P沟道 JFET 正 负增强型 NMOS 正 正增强型 PMOS 负 负耗尽型 NMOS 正 零 负 正耗尽型 PMOS 正 零 负 负
7.2.1共集电极放大电路共集电极放大电路又称射极输出器,主要作用是交流电流放大,以提高整个放大电路的带负载能力 。
实用中,一般用作输出级或隔离级 。
1.电路组成共集电极放大电路的组成如图 7.21（ a） 所示,图 7.21
（ b） 为其交流通路 。 各元件的作用与共发射极放大电路基本相同,只是 RE除具有稳定静态工作点外,还作为放大电路空载时的负载 。
(a) 电路图 (b) 交流通路图 7.21共集电极放大电路
2.静态分析
UCC＝ IBRB+UBE+(1+β)IBRE
IB＝
IC ＝ βIB
UCE＝ UCC- IERE≈UCC - ICRE
EB
BECC
RR
UU
)1(
3.动态分析
(1) 电压放大倍数图 7.21(c) 微变等效电路由图 7.21(c)可知
(2) 输入电阻 Ri
故
Ri = RB∥ Ri/ = RB∥ [rbe+（ 1+β） RL/]
/
/
/
/
)1(
)1(
])1([
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Lbe
L
Lbeb
Lb
i
o
u Rr
R
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RI
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/
/ )1()1(
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b
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RIrI
I
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(3) 输出电阻 Ro
求输出电阻的等效电路如图 7.22所示。
由图 7.22可得：
式中 = RS∥ RB
故通常 RE>>,所以
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SbeE Rr
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综上所述,共集电极放大电路的主要特点是：输入电阻高,传递信号源信号效率高；输出电阻低,带负载能力强；电压放大倍数小于 1而接近于 1,且输出电压与输入电压相位相同,具有跟随特性 。 因而在实用中,广泛用作输出级或中间隔离级 。
需要说明的是：共集电极放大电路虽然没有电压放大作用,但仍有电流放大作用,因而有功率放大作用 。
[例 7.5] 若图 7.21电路中各元件参数为,UCC = 12V，
RB= 240 kΩ,RE= 3.9 kΩ,RS = 600Ω,RL = 12 kΩ,β=
60,C1和 C2容量足够大,试求,Au,Ri,Ro。
解,μA
IE≈IC=βIB=60× 25=1.5mA
rbe= 300+(1+β) =300+(1+60)
=1.4 kΩ
= RE∥ RL= ≈2,9 kΩ
259.3)601(2 4 0 12)1(
EB
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B RR
UUI
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故：
Ri = RB∥ [rbe+(1+β) ] = 200∥ [1.4+(1+60)× 2.9]
= 102 kΩ
Ω
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33601 10)2 4 0//6.0(104.11 )//(
33
BSbeo RRrR
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共基极放大电路主要作用是高频信号放大,频带宽,其电路组成如图 7.23所示 。
图 7.23 共基极放大电路
7.2.2 共基极放大电路表 7.2 三种组态基本放大电路性能比较电路形式 共发射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路电流放大系数 较大,例如 200 较大，例如 200 <1
电压放大倍数 较大，例如 200 <1 较大，例如 100
功率放大倍数 很大，例如 20000 较大，例如 300 较大，例如 200
输入电阻 中等，例如 5kΩ 较大，例如 50kΩ 较小，例如 50Ω
输出电阻 较大，例如 10kΩ 较小，例如 100Ω 较大，例如 5kΩ
200
输出与输入电压相位相反 相同 相同在许多情况下,输入信号是很微弱的,要把微弱的信号放大到足以带动负载,必须经多级放大 。 在多级放大器中,每两个单级放大电路之间的连接方式称为间级耦合,实现耦合的电路称级间耦合电路 。 对级间耦合电路的基本要求是：不引起信号失真； 尽量减小信号电压在耦合电路上的损失 。
目前,以阻容耦合 （ 分立元件电路 ） 和直接耦合
（ 集成电路 ） 应用最广泛 。 阻容耦合指用较大容量的电容连接两个单级放大电路的连接方式,其特点是各级静态工作点互不影响,电路调试方便,但信号有损失 。 直接耦合指用导线连接两个单级放大电路的连接方式,其特点是信号无损失,但各级静态工作点相互影响,电路调试麻烦 。
7.2.3 多级放大电路一般多级放大器的组成方框图如图 7.24所示 。
图 7.24 多级放大电路组成框图
1.多级放大电路电压放大倍数的计算多级放大电路总的电压放大倍数等于各级电路电压放大倍数的乘积 。 即在计算单级放大电路电压放大倍数时,把后一级的输入电阻作为本级的负载即可 。
2.多级放大电路的输入电阻和输出电阻多级放大电路的输入电阻即为第一级放大电路的输入电阻；多级放大电路的输出电阻即为最后一级
（ 第 n级 ） 放大电路的输出电阻 。 即
Ri = Ri1
Ro=Ron
unuuu AAAA 21
[例 7.6] 两级阻容耦合放大电路如图 7.25所示,各元件参数为,UCC=12V,RB1=100kΩ,RB2=39kΩ,RC1=5.6 kΩ，
R E1=2.2kΩ,=82 kΩ,=47 kΩ,RC2=2.7 kΩ，
RE2=2.7kΩ,RL=3.9kΩ,rbe1=1.4kΩ,rbe2=1.3kΩ,β1=β2
=50。
求：电压放大倍数,输入电阻,输出电阻 。
/B1R /B2R
图 7.25(a) 两级阻容耦合放大电路图 7.25(b) 两级阻容耦合放大电路微变等效电路解,RL1= // // rbe2 = 82 // 47 // 1.3≈1.3 kΩ
= RC1 // RL1 = 5.6 // 1.3≈1.06 kΩ
故
Ri =
Ri1 = RB1 // RB2 // rbe1 = 100 // 39 // 1.4≈1.4 kΩ
Ro = RC2 = 2.7 kΩ
/1BR /2BR
/1LR
7.374.1 06.150
1
/
1
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kRRR LCL 6.19.3//7.2//2/ 2
5.613.1 6.150
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55.2 3 1 8)5.61(7.3721 UUu AAA
4.多级放大电路的频率特性频率特性有幅频特性和相频特性,幅频特性指放大电路的电压放大倍数与频率之间的关系 。 相频特性指输出电压相对于输入电压的相位移 （ 相位差 ） 与频率之间的关系 。 单级阻容耦合放大电路的频率特性如图 7.26所示 。
图 7.26 单级阻容耦合放大电路的频率特性两级阻容耦合放大电路的频率特性如图 7.27所示,
它是将每一级放大电路的频率特性叠加而成 。 多级放大电路的频率特性可用类似的方法获得 。
图 7.27 两级放大电路的频率特性
1,场效应管偏置电路及静态分析场效应管是电压控制器件，它只需要合适的偏压，
而不要偏流 。
（ 1）自偏压电路图 7.28是耗尽型 NMOS管组成的共源极放大电路的自偏压电路。由于栅极不取电流,RG上没有压降，栅极电位 UG=0，所以栅极偏压为：
UGS = UG - US = - IDRS
7.2.4 场效应管放大电路图 7.28 自偏压电路
（ 2） 分压偏置电路自偏压电路只适用由耗尽型 MOS管或结型场效管组成的放大电路 。 对增强型 MOS管,其偏置电压必须通过分压器来产生,如图 7.29所示 。
图 7.29 分压式偏置电路
2.场效应管微变等效电路场效应管也是非线性器件，但当工作信号幅度足够小，且工作在恒流区时，场效应管也可用微变等效电路来代替，如图 7.30所示 。
图 7.30 场效应管微变等效电路
3.场效应管放大电路的微变等效电路分析
(1) 共源极放大电路共源极放大电路微变等效电路如图 7.31所示 。
图 7.31 共源极放大电路的微变等效电路
① 电压放大倍数式中 RL/= RD∥ RL
故
② 输入电阻 Ri和输出电阻 Ro
Ri = RG
Ro= RD
/)//( LimLDgsmo RUgRRUgU
/
Lm
i
o
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UA
uA
[例 7.7] N沟道结型场效应管自偏压放大电路如图 7.32
所示,已知 UDD = 18V,RD =10 kΩ,RS=2 kΩ，
RG=4MΩ,RL=10 kΩ,gm=1.16 ms。 试求：,Ri,Ro。
图 7.32 [例 7.7] 电路图
uA
解,
Ri = RG = 4MΩ
Ro= RD =10kΩ
8.51010 101016.1)//(/ LDmLmu RRgRgA
（ 2） 共漏极放大电路共漏极放大电路又称源极输出器,其电路和微变等效电路如图 7.33所示 。
(a) 电路图 (b) 微变等效电路图 7.33 共漏极放大电路
① 电压放大倍数式中 RL/= RS∥ RL。
可见,输出电压与输入电压同相,且由于 gmRL/ >>1，
故 Au小于 1,但接近 1。
② 输入电阻 Ri和输出电阻 Ro
Ri = RG
求输出电阻的等效电路如图 7.34所示 。
uA
/
/
/
/
1 Lm
Lm
Lgsmgs
Lgsm
i
o
u Rg
Rg
RUgU
RUg
U
UA
图 7.34 求 Ro等效电路由图可知由于栅极电流,故所以即
gsm
S
dS UgR
UIII
0?gI
UU GS
UgRUI m
S
m
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R
I
UR 1//
1
1?
实用中,利用场效应管和半导体三极管各自的特性互相配合,取长补短,组成混合电路,将具有更好的效果 。 混合示意图如图 7.35所示 。
图 7.35 场效应管和三极管混合电路不同类型场效应管对偏置电压的极性的要求,如表 7.3
所示 。
表 7.3 场效应管偏置电压的极性类型 u
GS uDS
N沟道 JFET 负 正
P沟道 JFET 正 负增强型 NMOS 正 正增强型 PMOS 负 负耗尽型 NMOS 正 零 负 正耗尽型 PMOS 正 零 负 负
