本章主要介绍晶体管低频放大电路的基本工作原理，要求看懂基本交流放大电路，如偏置电路、耦合电路、负反馈电路及功率放大电路等，熟悉其中各元件的作用；了解设置静态工作点的意义，掌握低频交流放大电路的分析方法；了解负反馈对放大电路工作性能的影响，并能判别反馈类型；了解直接耦合电路中存在的零点漂移问题，并掌握解决的办法；熟悉差动放大电路的电路结构和工作原理及输入输出方式；最后简单了解场效应管及其放大电路的性能和应用。
7-1基本放大电路的组成
放大电路一般由电压放大和功率放大两部分组成。先由电压放大电路将微弱信号加以放大去推动功率放大电路，再由功率放大电路输出足够大的功率去推动执行元件。电压放大电路通常工作在小信号情况下，而功率放大电路通常工作在大信号情况下。在工业电子技术中，常用的交流放大电路是低频放大电路，其工作频率通常在２０～２００００Hz。
７-１-１基本电压放大电路的组成
放大电路组成必须遵循的以下几个原则。
（１）电源的极性必须使发射结正向偏置而集电结处于反向偏置，以保证三极管处于放大状态。
（２）输入回路的接法，应当使输入的变化电压产生变化电流ib。因为ib直接地控制着ic。输出回路的接法，应当使ic尽可能多地流到负载上去，减少其他支路的分流作用。
（３）在无外加信号时，不仅要使放大管处于放大状态，还要有一个合适的工作电压和电流。即合理地设置静态工作点，失真不超过允许范围。
如图７-１所示为根据上述要求由NPN型晶体管组成的最基本的放大单元电路。许多放大电路就是以它为基础，经过适当的改造组合而成的，因此掌握它的工作原理及分析方法是分析其他放大电路的基础。
在一般放大电路中，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，只有三个电极，因此必有一个电极作为输入、输出电路的公共端。由于公共端选择不同，晶体管有三种连接方式：即共发射极电路，共集电极电路和共基极电路。在实用中，三种电路各有特点，本书以共发射极电路为主进行分析，下面具体分析各元件的作用。
７-１-２各元件的作用
晶体管VT：图中的VT是放大电路的放大元件。利用它的电流放大作用，在集电极电路获得放大的电流，这电流受输入信号的控制。从能量观点来看，输入信号的能量是较小的，而输出信号的能量是较大的，但不是说放大电路把输入的能量放大了，能量是守恒的，不能放大，输出的较大能量来自直流电源EC。即能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源EC所供给的能量，以便在输出端获得一个能量较大的信号。这种小能量对大能量的控制作用，就是放大作用的实质，所以晶体管也可以说是一个控制元件。
集电极电源EC：它除了为输出信号提供能量外，还保证集电结处于反向偏置，以使晶体管起到放大作用，EC一般为几伏到几十伏。
集电极负载电阻RC：它的主要作用是将已经放大的集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大，RC阻值一般为几千欧到几十千欧。
基极电源EB和基极电阻RB：它的作用是使发射结处于正向偏置，串联RB是为了控制基极电流IB的大小，使放大电路获得较合适的工作点，RB阻值一般为几十千欧。
耦合电容C１和C２：它们分别接在放大电路的输入端和输出端。利用电容器对直流的阻抗很大，对交流的阻抗很小这一特性，一方面隔断放大电路的输入端与信号源、输出端与负载之间的直流通路，保证放大电路的静态工作点不因输出、输入的连接而发生变化；另一方面又要保证交流信号-通无阻地经过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。通常要求C１，C２上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视做短路，所以电容值要求取值较大，对交流信号频率其容抗近似为零。一般取值５～５０μF，用的是极性电容器，因此连接时一定要注意其极性。
如图７-１所示的电路中，用两个电源EB，EC供电。实际上EB可以省去，再把RB改接一下，只由EC供电，这样只要适当增大RB，使IB维持不变即可。
在放大电路中，通常把公共端接地，设其电位为零，作为电路中其他各点电位的参考点。
同时为了简化电路，习惯上常不画电源EC的符号，而只在连接其正极的一端标出它对“地”的电压值UCC和极性（“＋”或“－”），如图７-２所示。
通常为了便于分析，将电压和电流的符号作了统一规定，以便区分。本书采用如下符号：直流值用英文大写字母表示，并加大写字母的下角标，如IB、IC、UCE等；交流分量瞬时值用英文小写字母表示，并加小写字母的下角标，如ib、ic、ube、uce等；总瞬时值用英文小写字母表示，并加大写字母的下角标，如iB、iC、uBE、uCE等；交变分量有效值，用英文大写字母表示并加小写字母的下角标，如Ib、Ic、Uce、Ube等；平均值用大写字母表示加大写字母的下角标，并加角注（AV），如IB（AV），IC（AV），UCE（AV）等；交变分量幅值，在有效值的基础上，增加角注m，如Ibm、Ucem等，详见表７-１所列。
7-3放大电路的动态分析
在上节静态分析的基础上，当放大电路接入交流输入信号时，晶体管的各个电流和电压都含有直流分量和交流分量，此时放大电路的工作状态称动态。动态分析就是分析信号在电路中的传输情况，即分析各个电压、电流随输入信号变化的情况。微变等效电路法和图解法是动态分析的两种基本方法。
７-３-１微变等效电路法
所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管组成的放大电路等效为一个线性电路。这样，就可以像处理线性电路那样来处理晶体管放大电路。当小信号（微变量）输入时，放大器运行于静态工作点附近的小范围内，三极管的特性曲线可以近似为一直线。在这种情况下，就可以把由非线性元件晶体管组成的放大电路等效为一个线性电路来分析，如图７-５所示。
1-晶体管的微变等效电路
首先，从晶体管的输入回路着手。图７-５（b）是晶体管的输入特性曲线，是非线性的。但当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可以认为是直线，这样Q点的切线与原特性曲线重合，因而可以用一个等效电阻rbe来代替输入电压和输入电流之间的关系，即式中：rbe称为晶体管的输入电阻。因此，晶体管的输入回路可以等效为如图７-５（a）所示。低频小功率晶体管的输入电阻常用下式估算式中，IE是发射极电流的静态值；rbe一般为几百欧到几千欧，它是对交流而言的动态电阻，在晶体管手册中常用hie代表。
再分析晶体管的输出回路，如图７-６（a）所示。图７-６（b）是晶体管的输出特性曲线，在Q点附近的线性工作区是一组近似等距离的平行直线，当UCE为常数时，ΔIC与ΔIB之比为即为晶体管的电流放大系数。在小信号条件下，β是一常数。因此，晶体管的输出回路可以用一等效电流源ic＝βib代替，显然ic是受ib控制的，因此它实际上是一个受控电流源。
此外，晶体管的输出特性曲线并不完全与横轴平行，当IB为常数时，ΔUCE与ΔIC之比式中：rce称为晶体管的输出电阻，在小信号条件下，rce也是一个常数，所以晶体管的输出回路可以等效成rce与电流源βib并联，由于rce的阻值很高，约为几十千欧到几百千欧，所以一般在微变等效电路中把它忽略。
综上所述，三极管可以用图７-７所示的等效电路来表示。三极管的输入端用它的输入电阻rbe来等效，输出端用一个受控电流源βib，rce来等效。
由晶体管的微变等效电路和放大电路的交流通路可得出放大电路的微变等效电路，如图７-８（c）所示。所谓交流通路就是交流信号在放大电路中的传输通道。图７-８（b）是图７-８（a）所示交流放大电路的交流通路。画交流通路的原则是：电路中耦合电容C１、C２的容抗Xc很小，可视为短路；直流电源的内阻一般很小，也可以忽略，视为短路。据此就可画出交流通路。再把交流通路中的晶体管用它的微变等效电路代替，即为放大电路的微变等效电路。微变就是指信号的变化量很小，即小信号。
2-电压放大倍数的计算
设输入的是正弦信号，则图７-８（c）中的各量都可用相量表示，如图７-９所示。因为RBrbe，由图可得式中的负号表示输出电压与输入电压的相位相反。
从式（７-６）中可见，电压放大倍数Au与等效负载电阻RL成正比。因此，放大电路输出端接了负载电阻RL后，将使等效负载电阻RL减小，从而使电压放大倍数Au下降。
如果信号源的内阻Rs为零，则痹Ui＝痹Us，痹Uo对Us的电压放大倍数也是用式（７-６）计算。
如果Rs不为零，由于其上有压降，因而放大电路的实际输入电压痹Ui痹Us，输出电压痹Uo也就相应减小，即对痹Us而言电压放大倍数降低了。
可见考虑信号源内阻Rs的影响时，放大电路的电压放大倍数降低了，Rs愈大，Aus愈小。
【例7-3】如图７-９（b）所示，已知UCC＝１２V，RB＝３００k，RC＝４k，三极管β＝４０，试求：（１）估算静态工作点；（２）估算rbe；（３）当Rs＝０和RL＝时的电压放大倍数Au；（４）当Rs＝０-５k，RL＝４k时的电压放大倍数Aus。
3-放大电路输入电阻和输出电阻的计算
一个放大电路的输入端总是要与信号源（或前级放大电路）相连的，其输出端总是与负载（或后级放大电路）相连的。因此放大电路与信号源和负载之间，或前级放大电路与后级放大电路之间，都是相互联系、相互影响的。利用放大电路输入电阻和输出电阻的概念，可以帮助分析和解决放大电路与信号源、负载之间及放大电路各级之间的耦合问题。
１）输入电阻
放大电路对信号源（或对前级放大电路）来说，相当一个负载，故可用一个等效电阻来代替，这个等效电阻就是放大电路的输入电阻ri，即它等于从放大电路的输入端钮看进去所呈现的交流等效电阻，从求输入电阻的微变等效电路。
２）输出电阻放大电路对负载（或对后级放大电路）来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻ro。它等于从放大电路的输出端钮看进去所呈现的交流等效电阻。放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的情况下求得。从求输出电阻的微变等效电路图７-１１可见，当痹Ui＝０，痹Ib＝０，痹Ic＝β痹Ib＝０。由于晶体管的输出电阻rce很高，在图中已略去，故roRC（７-１１）RC一般为几千欧，因此共射极放大电路的输入电阻较高。
３）输入、输出电阻的大小对放大电路的影响
通常情况下，要求放大电路的输入电阻要大，输出电阻要小。这是因为输入电阻越大，放大电路从信号源或前级放大电路索取的电流愈小，也就是放大电路对信号源（或后级放大电路）的影响越小；输出电阻越小，当负载电阻改变时，使输出电压变化越小，即带负载能力越强。所以，输入电阻和输出电阻也是放大电路性能优劣的一个重要标志。
对放大电路的动态分析也可以应用图解法，就是利用晶体管的特性曲线在静态分析的基础上，用作图的方法来分析各个电压和电流交流分量之间的传输情况和相互关系。
动态时，晶体管的各个电流和电压都含有直流分量和交流分量，即交直流共存。电路中的电流（电压）是交流分量和直流分量的叠加。
设输入信号ui为一正弦电压ui＝Umsint，这时各级电压电流的波形如图７-１２所示。由图７-１２的图解分析可知。
（１）放大电路在动态时的各极电压和电流都含有直流分量和交流分量，即由于电容C２的隔直作用，输出电压为。
（２）电路中的ube、ib、ic与ui同相位，而uce与ui反相。输出电压uo与输入电压ui相位相反，这是单管共射极放大电路的重要特点。
７-３-３波形失真与工作点的关系
对放大电路来说，对它的基本要求就是放大后的输出信号波形与输入信号波形尽可能相似，即失真要尽量小。引起失真的原因有多种，其中最基本的一个，就是静态工作点的位置不合适，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线的线性范围，这种失真称为非线性失真。图７-１３中Q１的位置太低，在ic１的负半周造成晶体管发射结处于反向偏置而进入截止区，使ic１的负半周和uce１的正半周几乎等于零，形成放大电路的截止失真。如果静态工作点选在图中的Q２点时，由于工作点选择过高，在ib２的正半周，放大电路进入饱和区，使ic２的正半周电流不随ib２而变化，形成放大电路的饱和失真。
所以，要避免产生上述非线性失真，就必须正确地选择放大电路的静态工作点的位置，通常静态工作点应大致选在交流负载线的中央，如图７-１３中的Q点。使静态时的集电极电压UCE大致为电源电压UCC的一半，此时放大器工作于晶体管特性曲线上的线性范围，从而获得较大输出电压幅度，而波形上下又比较对称，因此正确地设置静态工作点是调试和设计放大电路的最重要的一步。此外，输入信号的幅度不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。在小信号放大电路中，此条件一般都能满足。
7-4静态工作点的稳定
由上节分析可知，放大电路的静态工作点必须选择适当，以保证不产生非线性失真。但是，放大电路的静态工作点往往因外部因素（如温度变化、电源电压的波动、晶体管的老化等）的变化而变动，从而造成工作点的不稳定，致使放大电路不能正常工作。在这些因素中，影响最大的是温度的变化。因为三极管的特性和参数对温度的变化非常敏感。例如当温度上升时，将使发射结的正向压降UBE减小。当电源电压UCC和偏置电阻RB一定时，将使基极电流IB增加，从而使集电极电流IC也随之增加。此外，当温度升高时，晶体管的ICBO和β等参数随着增大，这都导致集电极电流的静态值IC增大，使静态工作点发生漂移。为此需要讨论一下稳定静态工作点的措施。
图７-１４是一个具有分压式电流负反馈工作点稳定的共发射极放大电路，此电路的特点是以下内容。
首先，利用电阻RB１和RB２分压来固定基极电位。设流过电阻RB１和RB２的电流分别为I１和I２，且I１＝I２＋IB，一般IB很小，I１IB，可以近似认为I１I２，这样基极电位可见，基极电位VB由电源电压UCC、电阻RB１和RB２的分压所决定，不随温度而改变。
