《電子電路設(shè)計(jì)與制作》 任務(wù)二 放大電路的設(shè)計(jì)與制作

任務(wù)二放大電路的設(shè)計(jì)與制作一、任務(wù)描述設(shè)計(jì)并制作一個(gè)三極管單級(jí)放大器。以共發(fā)射極放大器為例，放大信號(hào)ui由三極管的基極輸入，被放大后的信號(hào)uo由集電極輸出，基極與發(fā)射極構(gòu)成輸入回路，集電極與發(fā)射極構(gòu)成輸出回路，發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端。共發(fā)射極放大器能夠放大信號(hào)的電壓又能放大信號(hào)的電流，而且輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相；輸入電阻與輸出電阻阻值適中，一般為幾千歐，電壓放大倍數(shù)一般在幾十、倍，可用于電壓信號(hào)的放大，常被用作多級(jí)放大器的中間級(jí)。二、任務(wù)目標(biāo)1.素質(zhì)目標(biāo)（1）構(gòu)建分析、設(shè)計(jì)共發(fā)射極放大電路的能力。（2）養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)能力，形成嚴(yán)密的邏輯思維。（3）形成良好的工作方法、工作作風(fēng)和職業(yè)道德。2.知識(shí)目標(biāo)（1）了解放大電路的主要功能及應(yīng)用。（2）掌握晶體管放大電路的3種基本形式。（3）掌握共發(fā)射極放大電路的組成及各元器件的作用。（4）熟悉三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、輸入輸出特性。

3.技能目標(biāo)（1）能夠根據(jù)任務(wù)描述設(shè)計(jì)共發(fā)射極放大電路。（2）能夠正確選擇三極管類(lèi)型并能檢測(cè)好壞。（3）制作完成電路的焊接與調(diào)試。（4）熟練使用示波器、信號(hào)發(fā)生器。三、任務(wù)分析放大電路是一種增加電信號(hào)幅度或功率的電子電路。應(yīng)用放大電路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱(chēng)為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎(chǔ)?，F(xiàn)代使用最廣的是以晶體管（雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管）放大電路為基礎(chǔ)的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特殊類(lèi)型的真空管，如功率三極管或四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場(chǎng)放大管等。根據(jù)放大電路的作用可以將其分為：電壓放大電路、電流放大電路和功率放大電路。根據(jù)放大電路的組成元件可以分為晶體管放大電路和場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。晶體管放大電路的基本形式有三種：共射放大電路，共基放大電路和共集放大電路；場(chǎng)效應(yīng)管放大電路基本形式有兩種：共源放大電路，共漏放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需要相互組合使用。（一）共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路簡(jiǎn)稱(chēng)共射電路，其原理電路如圖2-1所示。輸入端外接需要放大的信號(hào)源ui；輸出端外接負(fù)載RL。發(fā)射極為輸入信號(hào)ui和輸出信號(hào)uo的公共端。公共端通常稱(chēng)為“地”（實(shí)際上并非真正接到大地），其電位為零，是電路中其他各點(diǎn)電位的參考點(diǎn)，用“⊥”表示。1.電路的組成及各元件的作用（1）三極管為NPN管，具有放大功能，是放大電路的核心。（2）直流電源VCC使三極管工作在放大狀態(tài)，VCC一般為幾伏到幾十伏。（3）基極偏置電阻Rb它使發(fā)射結(jié)正向偏置，并向基極提供合適的基極電流（。Rb一般為幾十千歐至幾百千歐。（4）集電極負(fù)載電阻Rc它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成集-射極之間電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。Rc的值一般為幾千歐至幾十千歐。（5）耦合電容C1、C2又稱(chēng)隔直電容，起通交流隔直流的作用。C1、C2一般為幾微法至幾十微法的電解電容器，在聯(lián)結(jié)電路時(shí)，應(yīng)注意電容器的極性，不能接錯(cuò)。2.放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)是指放大電路沒(méi)有交流輸入信號(hào)（ui=0）時(shí)的直流工作狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)，電路中只有直流電源VCC作用，三極管各極電流和極間電壓都是直流值，電容C1、C2相當(dāng)于開(kāi)路，其等效電路如圖2-2所示，該電路稱(chēng)為直流通路。對(duì)放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析的目的是為了合理設(shè)置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（用Q表示），即靜態(tài)時(shí)電路中的基極電流IBQ、集電極電流ICQ和集-射間電壓UCEQ的值，防止放大電路在放大交流輸入信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的非線性失真。

根據(jù)圖2-7所示直流通路，可求得三極管的靜態(tài)值IBQ為

三極管工作于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，這時(shí)UBEQ基本不變，對(duì)于硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。由于UBEQ一般比VCC小得多，式（7-3）可以寫(xiě)成三極管具有電流放大能力，因此有：例2-1已知圖中UCC=10V，RB=250KΩ，RC=3KΩ，β=50，求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

解所以，Q=｛IB=37.2μA，IC=1.86mA，UCE=4.42V｝。由此可見(jiàn)，共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是由基極偏置電阻Rb決定的。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)基極偏置電阻Rb可以使放大電路獲得一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。3.放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路在有輸入信號(hào)時(shí)（ui≠0）的工作狀態(tài)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)時(shí)，在直流電壓VCC和輸入交流電壓信號(hào)ui的共同作用下，電路中的電流和電壓是由直流分量和交流分量的疊加而成脈動(dòng)直流信號(hào)。說(shuō)明：由于放大電路是交、直流共存的電路，因而名稱(chēng)、符號(hào)較多。為了便于分析，將放大電路中規(guī)定的電流和電壓符號(hào)列于表2-1。動(dòng)態(tài)時(shí)，為了分析交流信號(hào)的傳輸情況，通常需要先畫(huà)出交流電流所流經(jīng)的路徑，即交流通路，如圖2-8所示。此時(shí)，耦合電容C1、C2對(duì)交流的容抗很小，因而可視為短路；直流電源的內(nèi)阻很小，交流通過(guò)時(shí)的電壓降可忽略，因此直流電源也可視為短路。4．放大電路的性能指標(biāo)分析電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的三個(gè)主要性能指標(biāo)，分析這三個(gè)指標(biāo)最常用的方法是微變等效電路法，這是一種在小信號(hào)放大條件下，將非線性的三極管放大電路等效為線性電路進(jìn)行分析的方法。（1）三極管的微變等效電路按共發(fā)射極方式聯(lián)結(jié)的三極管交流通路如圖2-4所示。從輸入端B、E來(lái)看，由于在小信號(hào)輸入條件下，三極管的輸入特性近似為線性，ube和ib成正比，因此B、E間可用電阻rbe來(lái)等效；從輸出端C、E來(lái)看，集電極電流ic=βib，幾乎與uce無(wú)關(guān)，因此可用受控恒流源ic=βib來(lái)等效。

rbe稱(chēng)為三極管的輸入電阻，低頻小功率管的輸入電阻rbe可用下式估算由上式可見(jiàn)，rbe與靜態(tài)工作電流IE有關(guān)。當(dāng)?shù)皖l小功率管的靜態(tài)工作電流IC=1~2mA時(shí)，rbe約為1kΩ。（2）共射放大電路動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分析電壓放大倍數(shù)Au放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的重要指標(biāo)，可知共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為：RL′—式中Au——電壓放大倍數(shù)；—交流負(fù)載等效電阻，RL′=RC//RL-（Ω）。共射放大電路的電壓放大倍數(shù)一般較大，通常為幾十倍至幾百倍。式中，負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。空載時(shí)，交流負(fù)載等效電阻RL′=RC，因此空載電壓放大倍數(shù)為：由于RC//RL<RC，因此Au<Au0，即放大電路接負(fù)載RL后，放大倍數(shù)下降。通常，Rb為幾百千歐，rbe約為1千歐，Rb＞＞rbe，所以

輸入電阻Ri輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。輸入電阻越大，放大電路的實(shí)際輸入電壓就越接近于所接信號(hào)源電壓。

根據(jù)圖2-9所示電路，共射放大電路的輸入電阻為

可見(jiàn)，共射放大電路的輸入電阻Ri較小，一般為幾百歐至幾千歐。

輸出電阻Ro輸出電阻是從輸出端向放大電路看進(jìn)去的等效電阻。輸出電阻越小，放大電路接上負(fù)載后的輸出電壓下降越小，即放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。共射放大電路的輸出電阻Ro≈RC。由于RC一般為幾千歐至幾十千歐，因此共射放大電路輸出電阻Ro較大，電路的帶負(fù)載能力也較差。（1）RL接入和斷開(kāi)兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)

例2-2如圖2-5所示電路，已知；（2）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；（3）輸出端開(kāi)路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)解：先求靜態(tài)工作點(diǎn)：再求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻（1）RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)RL斷開(kāi)時(shí)的電壓放大倍數(shù)（2）輸入電阻輸出電阻Ro為：（3）電壓放大倍數(shù)：5.放大電路非線性失真實(shí)踐表明，若靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置不當(dāng)，在放大電路中將會(huì)出現(xiàn)輸出電壓uo和輸入電壓ui波形不一致的現(xiàn)象，即非線性失真，如圖2-6所示為非線性失真波形圖。失真圖2-6非線性（1）飽和失真圖2-11中，若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在Q1點(diǎn)，則集電極電流ICQ1過(guò)大，接近飽和區(qū)。當(dāng)ib1按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q1點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，造成iC1的正半周和輸出電壓uo1的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變。這種由于三極管進(jìn)入飽和區(qū)工作而引起的失真稱(chēng)為飽和失真。通過(guò)增大基極偏置電阻Rb，減小IBQ1，可將靜態(tài)工作點(diǎn)適當(dāng)下移，以消除飽和失真。（2）截止失真圖2-11中，若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在Q2點(diǎn)，則集電極電流ICQ2太小，接近截止區(qū)。由圖可見(jiàn)，此時(shí)iC2的負(fù)半周和輸出電壓uo2的正半周出現(xiàn)平頂畸變。這種由于三極管進(jìn)入截止區(qū)工作而引起的失真稱(chēng)為截止失真。通過(guò)減小基極偏置電阻Rb，增大IBQ2，可將靜態(tài)工作點(diǎn)適當(dāng)上移，以消除截止失真。（二）射極輸出器1.電路結(jié)構(gòu)射極輸出器的電路結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，三極管的集電極直接接電源VCC，發(fā)射極接射極電阻Re。對(duì)交流信號(hào)而言，基極是信號(hào)的輸入端，發(fā)射極是輸出端，集電極相當(dāng)于接地，是輸入、輸出回路的公共端，故稱(chēng)共集電極放大電路。由于信號(hào)從發(fā)射極輸出，所以又稱(chēng)射極輸出器。2．射極輸出器的特點(diǎn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及如圖2-8計(jì)算機(jī)仿真電路（圖中kOhm表示千歐姆）可知，射極輸出器的輸出電壓與輸入電壓數(shù)值相近、相位相同，即輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)的變化而變化，這是射極輸出器最顯著的特點(diǎn)，因此又稱(chēng)射極跟隨器。圖2-8射極輸出器仿真電路此外，射極輸出器還具有輸入電阻大（可達(dá)幾十千歐至幾百千歐）、輸出電阻小（一般為幾歐至幾百歐）的特點(diǎn)，因而多級(jí)放大電路、電子測(cè)量?jī)x器以及集成電路中得到廣泛的應(yīng)用。（三）功率放大電路功率放大電路的任務(wù)是輸出足夠的功率，推動(dòng)負(fù)載工作，例如揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。功率放大電路和電壓放大電路都是利用三極管的放大作用將信號(hào)放大，不同的是功率放大電路以輸出足夠的功率為目的，工作在大信號(hào)狀態(tài)，而電壓放大電路的目的是輸出足夠大的電壓，工作在小信號(hào)狀態(tài)。1.功率放大電路的基本概念功率放大電路應(yīng)滿足以下要求：（1）輸出功率足夠大為了獲得較大的輸出信號(hào)電壓和電流，往往要求三極管工作在極限狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮到三極管的極限參數(shù)PCM、ICM和U(BR)CEO。

（2）效率高所謂效率是指功率放大電路向負(fù)載輸出的信號(hào)功率與直流電源提供的功率之比。功率放大電路在輸出信號(hào)功率的同時(shí)，晶體管本身也發(fā)熱損耗功率，稱(chēng)為管耗。顯然，為了提高效率，應(yīng)盡量減小管子的功耗。（3）非線性失真小功率放大電路在大信號(hào)的工作狀態(tài)，很容易產(chǎn)生非線性失真，因此需要采取措施，減小非線性失真。2.互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路圖2-9雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路a）輸入波形b）電路結(jié)構(gòu)c）輸出波形（1）雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路簡(jiǎn)稱(chēng)OCL電路，圖2-9b所示是它的基本電路組成。圖中，正、負(fù)電源的絕對(duì)值相同。V1管和V2管為參數(shù)特性對(duì)稱(chēng)一致的NPN和PNP管，它們的基極連在一起作為輸入端，發(fā)射極連在一起直接接負(fù)載RL。顯然，V1管和V2管均為射極輸出器接法。工作原理如下。①靜態(tài)工作分析由于V1管和V2管的基極都未加偏置電壓，因此靜態(tài)時(shí)，兩管都不導(dǎo)通，靜態(tài)電流為零，管子工作在截止區(qū)，電源不供給功率。由于電路對(duì)稱(chēng)，因此發(fā)射極電位為零，負(fù)載上無(wú)電流。0②動(dòng)態(tài)工作分析設(shè)輸入信號(hào)為正弦電壓ui，如圖2-9（a）所示。在正半周時(shí)，V1管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，V2管發(fā)射結(jié)反偏截止，由+VCC提供的電流ic1經(jīng)V1管流向負(fù)載，在負(fù)載RL上獲得正半周輸出電壓uo。同理，在負(fù)半周時(shí)，V1管發(fā)射結(jié)反偏截止，V2管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，由-VCC提供的電流ic2從-VCC端經(jīng)負(fù)載流向V2管，在RL上獲得負(fù)半周輸出電壓uo。可見(jiàn)，在ui的整個(gè)周期內(nèi)，V1管和V2管輪流導(dǎo)通，相互補(bǔ)充，從而在RL上得到完整的輸出電壓uo，故稱(chēng)為互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。

由于V1管和V2管均為射極輸出器接法，因此uo≈ui，如圖2-9c所示。根據(jù)功率的定義，輸出功率為：式中，Uom為輸出電壓uo的峰值。理想條件（不計(jì)三極管飽和壓降和穿透電流）下，負(fù)載獲得最大輸出電壓時(shí)，其峰值接近電源電壓+VCC，故負(fù)載獲得的最大輸出功率Pom為：此時(shí)，功率放大電路的效率達(dá)到最大，約為78.5%?？梢宰C明，功率三極管的最大管耗與最大輸出功率Pom的關(guān)系為因此，在選擇功率三極管時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：③交越失真及其消除方法

在上述電路中，V1管和V2管的基極都未加偏置電壓，靜態(tài)時(shí)UBE=0。由于三極管有一死區(qū)電壓，當(dāng)ui小于死區(qū)電壓時(shí)，兩管均不導(dǎo)通，輸出為零，只有當(dāng)ui增加到大于死區(qū)電壓時(shí)，管子才導(dǎo)通，因此，當(dāng)輸入正弦電壓ui時(shí)，在輸出電壓uo的正負(fù)半周交接處出現(xiàn)失真，如圖圖2-10a所示，這種失真稱(chēng)為交越失真。圖2-10交越失真的消除a）交越失真b）消除交越失真的OCL電路為了消除交越失真，必須在V1管和V2管的基極設(shè)置偏置電壓。圖2-10b所示電路中，利用兩個(gè)二極管VD1和VD2的直流電壓降，作為V1管和V2管的基極偏置電壓，使V1管和V2管工作在微導(dǎo)通狀態(tài)，既可消除交越失真，又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的管耗。單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路簡(jiǎn)稱(chēng)OTL電路，如圖2-11所示。與OCL電路不同的是，OTL電路為單電源供電，并且在它的發(fā)射極輸出端接有一幾百微法的大電容C。V3管組成共射電壓放大電路，作為功率輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)。（2）單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路圖2-11單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路實(shí)質(zhì)上是具有±電源的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。電容C上的電壓起著直流負(fù)電源的作用，作為V2管的直流供電電源。當(dāng)V1導(dǎo)通時(shí)，+VCC對(duì)C充電；當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，C放電。為使充、放電過(guò)程中，電容電壓保持不變，要求電容有足夠大的電容量，否則將使輸出電壓uo的正、負(fù)半周不對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生失真?？梢宰C明，OTL電路的最大輸出功率為3.集成功率放大電路簡(jiǎn)介

集成功率放大電路是將功率放大電路中的各個(gè)元件及其聯(lián)線制作在一塊半導(dǎo)體芯片上的整體。它具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在收錄機(jī)、電視機(jī)及伺服放大電路中獲得廣泛應(yīng)用。如圖2-12所示為音頻集成功率放大器LM386的管腳排列及典型應(yīng)用電路。實(shí)際應(yīng)用中，放大電路的輸入信號(hào)都是很微弱的，一般為毫伏級(jí)或微伏級(jí)。為獲得推動(dòng)負(fù)載工作的足夠大的電壓和功率，需將輸入信號(hào)放大成千上萬(wàn)倍。由于前述單級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)通常只有幾十倍，所以需要將多個(gè)單級(jí)放大電路聯(lián)結(jié)起來(lái)，組成多級(jí)放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行連續(xù)放大。圖2-12LM386集成功率放大電路a）引腳排列b）典型應(yīng)用電路1.多級(jí)放大電路的組成

圖2-13多級(jí)放大電路組成框圖

多級(jí)放大電路的組成框圖如圖2-13所示。多級(jí)放大電路中，輸入級(jí)用于接收輸入信號(hào)。為使輸入信號(hào)盡量不受信號(hào)源內(nèi)阻的影響，輸入級(jí)應(yīng)具有較高的輸入電阻，因而常采用高輸入電阻的放大電路，例如射極輸出器等。中間電壓放大級(jí)用于小信號(hào)電壓放大，要求有較高的電壓放大倍數(shù)。輸出級(jí)是大信號(hào)功率放大級(jí)，用以輸出負(fù)載需要的功率。2.多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式及特點(diǎn)在多級(jí)放大電路中，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)結(jié)方式稱(chēng)為耦合。級(jí)間耦合時(shí)應(yīng)滿足以下要求：各級(jí)要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；信號(hào)能從前級(jí)順利傳送到后級(jí)；各級(jí)技術(shù)指標(biāo)能滿足要求。

常見(jiàn)的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合以及光電耦合等。（1）阻容耦合阻容耦合多級(jí)放大電路如圖2-14所示。圖中，前級(jí)的輸出電阻通過(guò)電容C2（稱(chēng)為耦合電容）與后級(jí)的輸入電阻相連，因而稱(chēng)為阻容耦合。圖2-14阻容耦合多級(jí)放大電路

阻容耦合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在多級(jí)分立元件交流放大電路中獲得廣泛應(yīng)用。但阻容耦合放大電路不能放大直流和緩變信號(hào)，并且集成電路中制造大電容也比較困難，使阻容耦合的應(yīng)用又具有很大的局限性。（2）變壓器耦合變壓器耦合多級(jí)放大電路如圖2-15所示。圖中，前級(jí)的輸出通過(guò)變壓器與后級(jí)的輸入端相連，因而稱(chēng)為變壓器耦合。變壓器耦合的最大特點(diǎn)是能夠進(jìn)行阻抗變換，實(shí)現(xiàn)負(fù)載與放大電路之間的阻抗匹配，使負(fù)載獲得最大功率。圖2-15變壓器耦合多級(jí)放大電路

由于變壓器具有體積大、笨重和頻率特性差的缺點(diǎn)，同時(shí)也不能放大直流和緩變信號(hào)，因此應(yīng)用較少。（3）直接耦合直接耦合多級(jí)放大電路如圖2-16所示。由圖可見(jiàn)，前級(jí)的輸出端直接與后級(jí)的輸入端相連，因而稱(chēng)為直接耦合。直接耦合的多級(jí)放大電路具有良好的頻率特性，不但能放大交流，還能放大直流和緩變信號(hào)，所以又稱(chēng)“直流放大電路”。但由于前級(jí)與后級(jí)直接相連，因此需要解決：①靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制可能導(dǎo)致的多級(jí)放大電路無(wú)法進(jìn)行正常線性放大的問(wèn)題；②零點(diǎn)漂移問(wèn)題。由于直接耦合無(wú)電容、無(wú)變壓器，因此在集成電路中得到廣泛應(yīng)用。圖2-16直接耦合多級(jí)放大電路（4）光電耦合光電耦合電路如圖2-17所示。圖中，方框內(nèi)是光電耦合器，它由發(fā)光二極管和光電晶體管封裝在同一管殼內(nèi)組成。前級(jí)輸出信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，光電晶體管接受光照后，產(chǎn)生光電流。光電流的大小隨輸入端信號(hào)的增加而增大。光電耦合器以光為媒介，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)從前級(jí)向后級(jí)傳輸，它的輸入端和輸出端在電氣上絕緣，具有抗干擾、隔噪聲等特點(diǎn)，已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。圖2-17光電耦合電路四、相關(guān)知識(shí)三極管，全稱(chēng)應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管。晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成輻值較大的電信號(hào)，也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。（一）三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分類(lèi)導(dǎo)體二極管內(nèi)部只有一個(gè)PN結(jié)，若在半導(dǎo)體二極管P型半導(dǎo)體的旁邊，再加上一塊N型半導(dǎo)體如圖2-28（a）所示。這種結(jié)構(gòu)的器件內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)，且N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體交錯(cuò)排列形成三個(gè)區(qū)，分別稱(chēng)為發(fā)射區(qū)，基區(qū)和集電區(qū)。從三個(gè)區(qū)引出的引腳分別稱(chēng)為發(fā)射極，基極和集電極，用符號(hào)e、b、c來(lái)表示。處在發(fā)射區(qū)和基區(qū)交界處的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)；處在基區(qū)和集電區(qū)交界處的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)。具有這種結(jié)構(gòu)特性的器件稱(chēng)為三極管。圖2-18（a）所示三極管的三個(gè)區(qū)分別由NPN型半導(dǎo)體材料組成，所以，這種結(jié)構(gòu)的三極管稱(chēng)為NPN型三極管，圖2-18（b）是NPN型三極管的符號(hào)，符號(hào)中箭頭的指向表示發(fā)射結(jié)處在正向偏置時(shí)電流的流向。根據(jù)同樣的原理，也可以組成PNP型三極管。例如“”符號(hào)時(shí)，因?yàn)樵摲?hào)的箭頭是由基極指向發(fā)射極的，說(shuō)明當(dāng)發(fā)射結(jié)處在正向偏置時(shí)，電流是由基極流向發(fā)射極。根據(jù)前面所討論的內(nèi)容已知，當(dāng)PN結(jié)處在正向偏置時(shí)，電流是由P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體，由此可得，該三極管的基區(qū)是P型半導(dǎo)體，其它的兩個(gè)區(qū)都是N型半導(dǎo)體，所以該三極管為NPN型三極管。三極管按材料可分為硅三極管、鍺三極管；三極管按導(dǎo)電類(lèi)型可分為PNP型和NPN型，鍺三極管多為PNP型，硅三極管多為NPN型；按工作頻率分為高頻(f/T>3MHz)、低頻(f/T<3MHz)和開(kāi)關(guān)三極管；按功率又分為大功率(PC．>1W)、中功率′(PC在0.5～1W)和小功率(P，<0．5W)三極管圖2-18三極管結(jié)構(gòu)圖及符（二）三極管的特性晶體管的伏安特性曲線是描述三極管的各端電流與兩個(gè)PN結(jié)外加電壓之間的關(guān)系的一種形式，其特點(diǎn)是能直觀、全面地反映晶體管的電氣性能的外部特性。如圖2-19由三極管組成的基本放大電路。晶體三極管為三端器件，在電路中要構(gòu)成四端網(wǎng)絡(luò)，它的每對(duì)端子均有兩個(gè)變量（端口電壓和電流），因此要在平面坐標(biāo)上表示晶體三極管的伏安特性，就必須采用兩組曲線，我們最常采用的是輸入特性曲線和輸出特性曲線。圖2-19基本放大電路1.輸入特性曲線輸入特性是指三極管輸入回路中，加在基極和發(fā)射極的電壓UBE與由它所產(chǎn)生的基極電流IB之間的關(guān)系。如圖2-20（a）所示。圖2-20三極管伏安特性曲線（1）UCE=0時(shí)相當(dāng)于集電極與發(fā)射極短路，此時(shí)IB和UBE的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)正向二極管并聯(lián)的伏安特性。因?yàn)榇藭r(shí)JE和JC均正偏，IB是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)分別向基區(qū)擴(kuò)散的電子電流之和。（2）UCE≥1V時(shí)，即：給集電結(jié)加上固定的反向電壓，集電結(jié)的吸引力加強(qiáng)！使得從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子絕大部分流向集電極形成Ic。同時(shí)，在相同的UBE值條件下，流向基極的電流IB減小，即特性曲線右移。總之，晶體管的輸入特性曲線與二極管的正向特性相似，因?yàn)閎、e間是正向偏置的PN結(jié)（放大模式下）。2.輸出特性曲線輸出特性通常是指在一定的基極電流IB控制下，三極管的集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE同集電極電流Ic的關(guān)系。如圖2-20（b）所示，我們所見(jiàn)的是共射輸出特性曲線表示以IB為參變量時(shí)，Ic和UCE間的關(guān)系：即Ic=f(UCE)|IB=常數(shù)實(shí)測(cè)的輸出特性曲線如圖所示：根據(jù)外加電壓的不同，整個(gè)曲線可劃分為四個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)。圖2-20三極管伏安特性曲線如圖2-20（b）晶體管工作在放大模式下，UBE>0.7V，UBC<0，此時(shí)特性曲線表現(xiàn)為近似水平的部分，而且變化均勻，它有兩個(gè)特點(diǎn)：

①I(mǎi)C的大小受IB的控制；ΔIC>>ΔIB；

②隨著UCE的增加，曲線有些上翹。

此時(shí)：ΔIC>>ΔIB，管子在放大區(qū)具有很強(qiáng)的電流放大作用。

結(jié)論：

在放大區(qū)，UBE>0.7V，UBC<0，Je正偏，Jc反偏，Ic隨IB變化而變化，但與UCE的大小基本無(wú)關(guān)。此時(shí)ΔIc>>ΔIB，具有很強(qiáng)的電流放大作用！圖2-20三極管伏安特性曲線強(qiáng)的電流放大作用！輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=βIB，且ΔIC=βΔIB飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCE<UBE，βIB>IC，UCE≈0.3V截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。即：UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO≈0（三）三極管的管腳識(shí)別1.目測(cè)法無(wú)論是NPN型或是PNP型的三極管,它們均包含三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個(gè)電極：發(fā)射極（e)、基極(b)和集電極(c)。同時(shí)在三個(gè)區(qū)的兩兩交界處形成兩個(gè)PN結(jié)，分別稱(chēng)為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，因此共有四種三極管類(lèi)型。它們對(duì)應(yīng)的型號(hào)分別為：3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。常見(jiàn)的三極管如圖2-21所示。圖2-21目測(cè)法辨別三極管引腳2.測(cè)量法（1）三極管類(lèi)型和基極b的判別將萬(wàn)用表置于R×100或R×1k擋，用黑表筆碰觸某一極，紅表筆分別碰觸另外兩極，若兩次測(cè)得的電阻都小（或都大），則黑表筆（或紅表筆）所接引腳為基極且為NPN型（或PNP型）。（2）發(fā)射極e和集電極c的判別若已判明三極管的基極和類(lèi)型，任意假設(shè)另外兩個(gè)電極為e、c端。判別c、e時(shí)按圖2-22所示進(jìn)行。以PNP型管為例，將萬(wàn)用表紅表筆假設(shè)接c端，黑表筆接e端，用潮濕的手指捏住基極b和假設(shè)的集電極c端，但兩極不能相碰（潮濕的手指代替圖中100k的電阻R）。再將假設(shè)的c、e電極互換，重復(fù)上面步驟，比較兩次測(cè)得的電阻大小。測(cè)得電阻小的那次，紅表筆所接的引腳是集電極c，另一端是發(fā)射極e。（a）PNP型辨別集電極、發(fā)射極（b）PNP型辨別集電極、發(fā)射極圖2-22三極管集電極、發(fā)射極的檢測(cè)方法

（四）三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)反映了三極管各種性能的指標(biāo)，是分析三極管電路和選用三極管的依據(jù)。1.電流放大系數(shù)（1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

，它表示三極管在共射極連接時(shí)，某工作點(diǎn)處直流電流IC與IB的比值，當(dāng)忽略ICBO時(shí)

。（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)，它表示三極管共射極連接、且UCE恒定時(shí)，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，即

。（3）管子的值大小時(shí)，放大作用差；β值太大時(shí)，工作性能不穩(wěn)定。因此，一般選用為30～80的管子。2.集-基反向飽和電流ICBOICBO是指發(fā)射極開(kāi)路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時(shí)，所對(duì)應(yīng)的反向電流。它是少子的漂移電流。在一定溫度下，ICBO是一個(gè)常量。隨著溫度的升高ICBO將增大，它是三極管工作不穩(wěn)定的主要因素。在相同環(huán)境溫度下，硅管的ICBO比鍺管的ICBO小得多。

3.穿透電流ICEOICEO是指基極開(kāi)路，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時(shí)的集電極電流。ICEO與ICBO的關(guān)系為：

該電流好象從集電極直通發(fā)射極一樣，故稱(chēng)為穿透電流。ICEO和ICBO一樣，也是衡量三極管熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

4.最大允許集電極耗散功率PCMPCM是指三極管集電結(jié)受熱而引起晶體管參數(shù)的變化不超過(guò)所規(guī)定的允許值時(shí)，集電極耗散的最大功率。當(dāng)實(shí)際功耗Pc大于PCM時(shí)，不僅使管子的參數(shù)發(fā)生變化，甚至還會(huì)燒壞管子。PCM可由下式計(jì)算：

PCM＝Ic*Vce

當(dāng)已知管子的PCM時(shí)，利用上式可以在輸出特性曲線上畫(huà)出PCM曲線。

5.最大允許集電極電流ICM當(dāng)IC很大時(shí)，β值逐