2.1 基本放大电路

三极管是一种具有放大功能的电子元器件，但单独的三极管是无法放大信号的，只有给三极管提供电压，让它导通才具有放大能力。 为三极管提供导通所需的电压，使三极管具有放大能力的简单放大电路通常称为基本放大电路，又称偏置放大电路。常见的基本放大电路有固定偏置放大电路和分压式偏置放大电路。

2.1.1 固定偏置放大电路

固定偏置放大电路是一种最简单的放大电路。固定偏置放大电路如图2-1所示。

图2-1（a）所示为NPN型三极管构成的固定偏置放大电路，图2-1（b）所示是由PNP型三极管构成的固定偏置放大电路。它们都由三极管VT和电阻R _b 、R _c 组成，R _b 称为偏置电阻，R _c 称为负载电阻。接通电源后，有电流流过三极管VT，VT就会导通而具有放大能力。下面来分析图2-1（a）所示的NPN型三极管构成的固定偏置放大电路。

1. 电流关系

接通电源后，从电源 V _CC 正极流出电流，分作两路：一路电流经电阻R _b 流入三极管VT基极，再通过VT内部的发射结从发射极流出；另一路电流经电阻R _c 流入VT的集电极，再通过VT内部从发射极流出；两路电流从VT的发射极流出后汇合成一路电流，再流到电源的负极。

三极管三个极分别有电流流过，其中流经基极的电流称为 I _b 电流，流经集电极的电流称为 I _c 电流，流经发射极的电流称为 I _e 电流。 I _b 、 I _c 、 I _e 电流的关系为 I _b + I _c = I _e

I _c = I _b · β （ β 为三极管VT的放大倍数）

2. 电压关系

接通电源后，电源为三极管各极提供电压，电源正极电压经R _c 降压后为VT提供集电极电压 U _c ，电源经R _b 降压后为VT提供基极电压 U _b ，电源负极电压直接加到VT的发射极，发射极电压为 U _e 。电路中R _b 阻值较R _c 的阻值大很多，所以处于放大状态的NPN型三极管的三个极的电压关系为 U _c ＞ U _b ＞ U _e 。

3. 三极管内部两个PN结的状态

图2-1（a）中的三极管VT为NPN型三极管，它内部有两个PN结，集电极和基极之间有一个PN结，称为集电结，发射极和基极之间有一个PN结称为发射结。因为VT的三个极的电压关系是 U _c ＞ U _b ＞ U _e ，所以VT内部两个PN结的状态是：发射结正偏（PN结可相当于一个二极管，P极电压高于N极电压时称为PN结电压正偏），集电结反偏。

综上所述， 三极管处于放大状态时具有的特点如下：

① I _b + I _c = I _e ， I _c = I _b · β 。

② U _c ＞ U _b ＞ U _e （NPN型三极管）。

③ 发射结正偏导通，集电结反偏。

4. 静态工作点的计算

在图2-1（a）所示电路中， 三极管VT的 I _b （基极电流）、 I _c （集电极电流）和 U _ce （集电极和发射极之间的电压， U _ce = U _c - U _e ）称为静态工作点。

三极管VT的静态工作点计算方法如下

（三极管处于放大状态时 U _be 值为定值，硅管一般取 U _be =0.7V，锗管取 U _be =0.3V）

I _c = β · I _b

U _ce = U _c - U _e = U _c -0= U _c = V _CC - U _RC = V _CC - I _c R _c

举例：在图2-1（a）所示电路中， V _CC =12V， R _b =300kΩ， R _c =4kΩ， β =50，求放大电路的静态工作点 I _b 、 I _c 、 U _ce 。

静态工作点计算过程如下

以上分析的是NPN型三极管固定偏置放大电路，读者可根据上面的方法来分析图2-1（ _b ）所示电路中的PNP型三极管固定偏置放大电路。

固定偏置放大电路结构简单，但当三极管温度上升引起静态工作点发生变化时（如环境温度上升，三极管内的半导体材料导电能力增强，会使 I _b 、 I _c 电流增大），电路无法使静态工作点恢复正常，从而会导致三极管工作不稳定，所以固定偏置放大电路一般用在要求不高的电子设备中。

2.1.2 分压式偏置放大电路

分压式偏置放大电路是一种应用最为广泛的放大电路，这主要是因为它能有效克服固定偏置放大电路无法稳定静态工作点的缺点。 分压式偏置放大电路如图2-2所示，该电路为NPN型三极管构成的分压式偏置放大电路。R ₁ 为上偏置电阻，R ₂ 为下偏置电阻，R ₃ 为负载电阻，R ₄ 为发射极电阻。

1. 电流关系

接通电源后，电路中有 I ₁ 、 I ₂ 、 I _b 、 I _c 、 I _e 电流产生，各电流的流向如图2-2所示。不难看出，这些电流有以下关系

I ₂ + I _b = I ₁

I _b + I _c = I _e

I _c = I _b · β

2. 电压关系

接通电源后，电源为三极管各个极提供电压，+ V _CC 电源不仅经R ₃ 降压后为VT提供集电极电压 U _c ，而且经R ₁ 、R ₂ 分压为VT提供基极电压 U _b ， I _e 电流在流经R ₄ 时，在R ₄ 上得到电压 U _R4 ， U _R4 大小与VT的发射极电压 U _e 相等。图中的三极管VT处于放大状态， U _c 、 U _b 、 U _e 三个电压满足以下关系

U _c ＞ U _b ＞ U _e

3. 三极管内部两个PN结的状态

由于 U _c ＞ U _b ＞ U _e ，其中 U _c ＞ U _b 使VT的集电结处于反偏状态， U _b ＞ U _e 使VT的发射结处于正偏状态。

4. 静态工作点的计算

在电路中，三极管VT的 I _b 电流远小于 I ₁ 电流，基极电压 U _b 基本由R ₁ 、R ₂ 分压来确定，即

由于 U _be = U _b - U _e =0.7V，所以三极管VT的发射极电压为

U _e = U _b - U _be = U _b -0.7

三极管VT的集电极电压为

U c= V _CC - U _R3 = V _CC - I _c R ₃

举例：在图2-2所示电路中， V _CC =18V， R ₁ =39kΩ， R ₂ =10kΩ， R ₃ =3kΩ， R ₄ =2kΩ， β =50，求放大电路的 U _b 、 U _c 、 U _e 和静态工作点 I _b 、 I _c 、 U _ce 。

计算过程如下

5. 静态工作点的稳定

与固定偏置放大电路相比，分压式偏置放大电路最大的优点是具有稳定静态工作点的功能。分压式偏置放大电路静态工作点稳定过程分析如下所述。

当环境温度上升时，三极管内部的半导体材料导电性增强，VT的 I _b 、 I _c 电流增大→流过R ₄ 的电流 I _e 增大（ I _e = I _b + I _c ， I _b 、 I _c 电流增大， I _e 就增大）→R ₄ 两端的电压 U _R4 增大（ U _R4 = I _e × R ₄ ， R ₄ 不变， I _e 增大， U _R4 也就增大）→VT的e极电压 U _e 上升（ U _e = U _R4 ）→VT的发射结两端的电压 U _be 下降（ U _be = U _b - U _e ， U _b 基本不变， U _e 上升， U _be 下降）→ I _b 减小→ I _c 也减小（ I _c = I _b × β ， β 不变， I _b 减小， I _c 也减小）→ I _b 、 I _c 减小到正常值，从而稳定了三极管的 I _b 、 I _c 电流。

2.1.3 交流放大电路

偏置放大电路具有放大能力，若给偏置放大电路输入交流信号，它就可以对交流信号进行放大，再输出幅度大的交流信号。为了使偏置放大电路以较好的效果放大交流信号，并能与其他电路很好连接，通常要给偏置放大电路增加一些耦合、隔离和旁路元件，这样的电路常称为交流放大电路。图2-3所示就是一种典型的交流放大电路。

1. 元器件说明

图中的电阻R ₁ 、R ₂ 、R ₃ 、R ₄ 与三极管VT构成分压式偏置放大电路；C ₁ 、C ₃ 称为耦合电容，C ₁ 、C ₃ 容量较大，对交流信号阻碍很小，交流信号很容易通过C ₁ 、C ₃ ，C ₁ 用来将输入端的交流信号传送到VT的基极，C ₃ 用来将VT集电极输出的交流信号传送给负载R _L ，C ₁ 、C ₃ 除了传送交流信号外，还起隔直作用，所以VT基极直流电压无法通过C ₁ 到输入端，VT集电极直流电压无法通过C ₃ 到负载R _L ；C ₂ 称为交流旁路电容，可以提高放大电路的放大能力。

2. 直流工作条件

因为三极管只有在满足了直流工作条件后才具有放大能力，所以分析一个放大电路是否具有放大能力先要分析它能否为三极管提供直流工作条件。

三极管要工作在放大状态，需满足的直流工作条件主要有：有完整的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流途径；能提供 U _c 、 U _b 、 U _e 电压；发射结正偏导通，集电结反偏。这三个条件具备了三极管才具有放大能力。一般情况下，如果三极管 I _b 、 I _c 、 I _e 电流在电路中有完整的途径就可认为它具有放大能力，因此以后在分析三极管的直流工作条件时，一般分析三极管的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流途径就可以了。

VT的 I _b 电流的途径是：电源 V _CC 正极→电阻R ₁ →VT的b极→VT的e极；

VT的 I _c 电流的途径是：电源 V _CC 正极→电阻R ₃ →VT的c极→VT的e极；

VT的 I _e 电流的途径是：VT的e极→R ₄ →地→电源 V _CC 负极。

I _b 、 I _c 、 I _e 电流途径也可用如下流程图表示：

从上面的分析可知，三极管VT的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流在电路中有完整的途径，所以VT具有放大能力。试想一下，如果R ₁ 或R ₃ 开路，三极管VT有无放大能力，为什么？

3. 交流信号处理过程

满足了直流工作条件后，三极管具有了放大能力，就可以放大交流信号。 图2-3所示电路中的 U _i 为小幅度的交流信号电压，它通过电容C ₁ 加到三极管VT的b极。

当交流信号电压 U _i 为正半周时， U _i 极性为上正、下负，正电压经C ₁ 送到VT的b极，与b极的直流电压（ V _CC 经R ₁ 提供）叠加，使b极电压上升，VT的 I _b 电流增大， I _c 电流也增大，流过R ₃ 的 I _c 电流增大，R ₃ 上的电压 U _R3 也增大（ U _R3 = I _c R ₃ ，因 I _c 增大，故 U _R3 增大），VT集电极电压 U _c 下降（ U _c = V _CC - U _R3 ， U _R3 增大，故 U _c 下降），该下降的电压即为放大输出的信号电压，但信号电压被倒相180°，变成负半周信号电压。

当交流信号电压 U _i 为负半周时， U _i 极性为上负、下正，负电压经C ₁ 送到VT的b极，与b极的直流电压（ V _CC 经R ₁ 提供）叠加，使b极电压下降，VT的 I _b 电流减小， I _c 电流也减小，流过R ₃ 的 I _c 电流减小，R ₃ 上的电压 U _R3 也减小（ U _R3 = I _c R ₃ ，因 I _c 减小，故 U _R3 减小），VT集电极电压 U _c 上升（ U _c = V _CC - U _R3 ， U _R3 减小，故 U _c 上升），该上升的电压即为放大输出的信号电压，但信号电压也被倒相180°，变成正半周信号电压。

也就是说，当交流信号电压正、负半周送到三极管基极，经三极管放大后，从集电极输出放大的信号电压，但输出信号电压与输入信号电压相位相反。三极管集电极输出信号电压再经耦合电容C ₃ 隔直后送给负载R _L 。

2.1.4 放大电路的三种基本接法

1. 放大电路的一些基本概念

为了让大家更容易理解放大电路，先来介绍一些放大电路的基本概念。

（1）输入电阻和输出电阻

一个放大电路通常可以用图2-4所示的电路来等效，这样等效的依据是：在放大电路工作时，输入信号送到放大电路输入端，对于输入信号来说，放大电路就相当于一个负载电阻R _i ，这个电阻R _i 称为放大电路的输入电阻；放大电路对输入信号放大后，会输出信号送到负载R _L 两端，因为放大电路有信号输出，所以对于负载R _L 来说，放大电路就相当于一个具有内阻为R _o 和电压为 U ₂ 的信号源，这里的内阻R _o 称为放大电路的输出电阻。

图中的 U ₁ 为信号源电压，R ₁ 为信号源内阻，R _L 为负载。图中间点画线框内的部分是放大电路的等效图， U ₂ 是放大的信号电压， U _i 为放大电路的输入电压，负载R _L 两端的电压 U _o 为放大电路的输出电压，流入放大电路的电流 I _i 称为输入电流，从放大电路流出的电流 I _o 称为输出电流，R _i 为放大电路的输入电阻，R _o 为放大电路的输出电阻。

从减轻输入信号源负担和提高放大电路的输出电压来看，输入电阻R _i 大一些好，因为在输入信号源内阻R ₁ 不变时，输入电阻R _i 大一方面会使放大电路从信号源吸取的 I _i 电流小，同时可以在放大电路输入端得到比较高的 U _i 电压，这样放大电路放大后输出的电压很高。如果需要提高放大电路的输出电流 I _o ，输入电阻R _i 小一些更好，因为输入电阻小时放大电路输入电流大，放大后输出的电流就比较大。

对于放大电路的输出电阻R _o ，要求是越小越好，因为输出电阻小时，在输出电阻上消耗的电压和电流都很小，负载R _L 就可以获得比较大的功率，也就是说放大电路输出电阻小则该放大电路带负载能力强。

（2）放大倍数和增益

放大电路的放大倍数有以下3种。

① 电压放大倍数。电压放大倍数是指输出电压 U _o 与输入电压 U _i 的比值，用 A _u 表示

② 电流放大倍数。电流放大倍数是指输出电流 I _o 与输入电流 I _i 的比值，用 A _i 表示

③ 功率放大倍数。功率放大倍数是指输出功率 P _o 与输入功率 P _i 的比值，用 A _P 表示

在实际应用中，为了便于计算和表示，常采用放大倍数的对数来表示放大电路的放大能力，这样得到的值称为增益，增益的单位为分贝（dB）。增益越大说明电路的放大能力越强。

例如，放大电路的电压放大倍数分别为100倍和10000倍时，它的电压增益分别就是40dB和80dB。

2. 放大电路的三种基本接法

根据三极管在电路中的连接方式不同，放大电路有三种基本接法：共发射极接法、共基极接法和共集电极接法。 放大电路的三种基本接法如图2-5所示。

放大电路的三种基本接法电路可从下面几个方面来分析。

（1）是否具备放大能力

前面已经讲过，要判断三极管电路是否具备放大能力，一般可通过分析电路中三极管的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流有无完整的途径来判断，若有完整的途径，就说明该放大电路具有放大能力。图2-5所示电路中，三种基本接法电路的三极管 I _b 、 I _c 、 I _e 电流分析如下所述。

共发射极接法电路中三极管的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流途径：

共基极接法电路中三极管的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流途径：

共集电极接法电路中三极管的 I _b 、 I _c 、 I _e 电流途径：

从上面的分析可以看出，三种基本接法电路中的三极管 I _b 、 I _c 、 I _e 电流都有完整的途径，所以它们都具有放大能力。

（2）共用电极形式

一个放大电路应具有输入和输出端，为了使输入、输出端的交流信号能有各自的回路，要求输入和输出端应各有两极，而三极管只有三个电极，这样就会出现一个电极被输入、输出端共用。

在分析放大电路时，为了掌握放大电路交流信号的处理情况，需要画出它的交流等效图，在画交流等效图时不考虑直流。 画交流等效图要掌握以下两点。

① 电源的内阻很小，对于交流信号可视为短路，即对交流信号而言，电源正、负极相当于短路，所以画交流等效图时应将电源正、负极用导线连起来。

② 电路中的耦合电容和旁路电容容量比较大，对交流信号阻碍很小，也可视为短路，在画交流等效图时大容量的电容应用导线取代。

根据上述原则，可按图2-6所示的方法画出图2-5（a）所示共发射极接法放大电路的交流等效图。

用同样的方法可画出其他两种基本接法放大电路的交流等效图。三种基本接法放大电路的交流等效图如图2-7所示。

在图2-7（a）所示电路中，基极是输入端，集电极是输出端，发射极是输入和输出回路的共用电极，这种放大电路称为共发射极放大电路。

在图2-7（b）所示电路中，发射极是输入端，集电极是输出端，基极是输入和输出回路的共用电极，这种放大电路称为共基极放大电路。

在图2-7（c）所示电路中，基极是输入端，发射极是输出端，集电极是输入和输出回路的共用电极，这种放大电路称为共集电极放大电路。

（3）三种基本接法放大电路的特点

三种基本接法放大电路的特点见表2-1。

2.1.5 朗读助记器的原理与检修（一）

朗读助记器是一种利用声音反馈来增强记忆的电子产品。在朗读时，助记器的话筒将声音转换成电信号，然后对电信号进行放大，最后又将电信号经耳机还原成声音，人耳听到增强的朗读声音可强化朗读内容的记忆。朗读助记器电路较为复杂，本书将它分成三个部分说明。

1. 电路原理

图2-8所示是朗读助记器的第一部分电路原理图。

电路分析如下所述。

（1）信号处理过程

在朗读时，话筒（又称送话器）BM将声音转换成电信号，这种由声音转换成的电信号称为音频信号。音频信号由音量电位器R _P1 调节大小后，再通过C ₁ 送到三极管VT ₁ 基极，音频信号经VT ₁ 放大后从集电极输出，通过C ₃ 送到耳机插座X ₂ _out和扬声器插座X ₃ 。如果将耳机插入X ₂ 插孔，就可以听到自己的朗读声。

（2）直流工作情况

6V直流电压通过接插件X ₄ 送入电路，+6V电压经R ₁₀ 降压后分成三路：第一路经R ₁ 、插座X ₁ 的内部簧片为话筒提供工作电压，使话筒工作；第二路经R ₂ 、R ₃ 分压后为三极管VT ₁ 提供基极电压；第三路经R ₄ 为VT ₁ 提供集电极电压。VT ₁ 获得供电后有 I _b 、 I _c 、 I _e 电流流过，VT ₁ 处于放大状态，可以放大送到基极的信号并从集电极输出。

（3）元器件说明

BM为内置驻极体式话筒，用于将声音转换成音频信号，BM有正、负极之分，不能接错极性。X ₁ 为外接输入插座，当外接音源设备（如收音机、MP3等）时，应将音源设备的输出插头插入该插座，插座内的簧片断开，内置话筒BM被切断，而外部音源设备送来的信号经X ₁ 簧片、R _P1 和C ₁ 送到VT ₁ 基极进行放大。X ₃ 为扬声器插座，当使用外接扬声器时，可将扬声器的两根引线与X ₃ 连接。X ₂ 为外接耳机（又称受话器）插座，当插入耳机插头后，插座内的簧片断开，扬声器被切断。

R ₁₀ 、C ₅ 构成电源退耦电路，用于滤除电源供电中的波动成分，使电路能得到较稳定的供电电压。在电路工作时，+6V电源经R ₁₀ 为三极管VT ₁ 供电，同时还会对C ₅ 充电，在C ₅ 上充得上正、下负电压。在静态时，VT ₁ 无信号输入，VT ₁ 导通程度不变（即 I _c 保持不变），流过R ₁₀ 的电流 I 基本稳定， U _A 电压保持不变，在VT ₁ 有信号输入时，VT ₁ 的 I _c 电流会发生变化，当输入信号幅度大时，VT ₁ 导通程度加深， I _c 电流增大，流过R ₁₀ 的电流 I 也增大，若没有C ₅ ，A点电压会因电流 I 的增大而下降（ I 增大，R ₁₀ 上电压增大），有了C ₅ 后，C ₅ 会向R ₄ 放电弥补 I _c 电流增多的部分，无须通过R ₁₀ 的电流 I 增大，这样A点电压变化很小。同样，如果VT ₁ 的输入信号幅度小时，VT ₁ 导通程度减弱， I _c 电流减小，若没有C ₅ ，电流 I 也减小，A点电压会因电流 I 减小而升高，有了C ₅ 后，多余的电流 I 会对C ₅ 充电，这样电流 I 不会因 I _c 减小而减小，A点电压保持不变。

2. 电路的检修

下面以“无声”故障为例来说明朗读助记器第一部分电路的检修方法，检修过程如图2-9所示。