2.2　基本放大电路

放大电路的功能是利用三极管的电流放大作用，将微弱的电信号不失真地放大，实现较小的能量对较大能量地控制。

2.2.1　共发射极基本放大电路的组成

1.电路组成

如图2-8所示是最简单的共发射极放大电路。其中1-1'为放大电路的输入端，外接需要放大的信号源。2-2'是输出端，外接负载。其中发射极是输入信号与输出信号的公共端，所以称共发射极放大电路。通常公共端称“地”，设其电位为零，作为电路其他各点电位的参考，以符号“⊥”表示。接地端通常不是真正接大地，而是接机壳。直流电源V_CC的一极接地，在图中NPN型三极管放大电路的电源负极接地。

2.电路元件的作用

① 三极管VT：NPN型管，具有放大功能，是放大电路的核心。

② 直流电源V_CC：它为放大电路提供能源，为发射结提供正偏电压，集电结反向电压，使其工作在放大状态，一般为几伏到几十伏。

③ 基极偏置电阻R_B：V_CC通过R_B为基极提供合适的基极电流，使发射结正偏，一般为几十千欧至几百千欧。

④ 集电极负载电阻R_C：V_CC通过R_C为三极管提供适当的U_CE，R_C的另一个作用是将放大的集电极电流转化为信号电压输出，使之具有电压放大作用，一般为几千欧至几十千欧。

⑤ 耦合电容C₁、C₂，又称隔直电容：起到隔直传送交流的作用，一般为几微法到几十微法的电解电容器。

3.放大电路各级电压、电流的正方向和符号规定

① 为分析方便，规定电压（不论直流交流）正方向以公共端为负端，其他各点为正端；电流正方向是电流的实际方向。

② 放大电路各级电压、电流的符号规定。

直流分量：大写字母和大写下标，例：I_B。

交流分量：小写字母和小写下标，例：i_b。

③ 总变化量：小写字母和大写下标，例：i_B = I_B +i_b。

④ 交流有效值：大写字母和小写下标，例：I_b。

2.2.2　共发射极基本放大电路的静态分析和动态分析

1.静态分析

放大电路没有输入信号时的工作状态称静态。由于u_i=0，相当于将两输入端短路。

（1）直流通路

电路在直流电源电压V_CC作用下，电路中的电流和电压都是不变的直流量，所以分析时需画直流通路。由于电容器是隔直的，直流电不会从C₁、C₂通过，将电容视为开路。放大电路中若有电感，因电感对直流无阻抗，而视为短路。如图2-9 所示为放大电路直流通路。

（2）估算法解静态分析

静态时，三极管I_B、I_C和U_CE的大小，称静态工作点，并以I_BQ、I_CQ、U_CEQ表示。

三极管处于放大状态，其发射结必须正偏，这时基-射极电压静态值为U_BEQ=0.7V（硅管），U_BEQ=0.3V（锗管），其他静态值可通过直流通路求得。

基极电流

　　（2-13）

集电极电流

I_CQ=βI_BQ　　（2-14）

集-射极电压

　　（2-15）

当V_CC≫U_BEQ时，U_BEQ可忽略，可写成

I_BQ、U_BEQ和I_CQ、U_CEQ分别对应输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点Q。

（3）图解法求静态分析

根据三极管的输出特性曲线，用作图的方法求静态值称为图解法。图2-10（b）为晶体管的输出特性曲线，图解法的步骤如下。

① 用估算法求出基极电流I_BQ。

② 根据在输出特性曲线中找到对应的曲线。

③ 作直流负载线。

由U_CE=V_CC-I_CR_C，它可用截距法在输出特性曲线的坐标平面上作出这条线，其u_CE轴上的截距为V_CC（M点），i_C轴上的截距为（N点），连接M、N两点，便得到外部电路伏安特性曲线。该直线由直流通路确定，其斜率为，它由集电极直流负载电阻R_C决定，故称放大电路的直流负载线。

④ 求静态工作点Q，并确定I_CQ、U_CEQ值。

I_B不同，直流负载线与其交点各不相同，当已知基极电流I_BQ时，直流负载线与I_BQ这条输出特性曲线的交点Q，便是静态工作点。Q对应的I_BQ、I_CQ、U_CEQ就是放大电路静态工作点的电流和电压值。如图2-11所示为用图解法确定放大电路的静态工作点。

【例2-1】　在图2-12（a）所示共发射极放大电路中，已知三极管的U_BEQ=0.7V，β=50，R_B=280kΩ，R_C=3kΩ，V_CC=12V，三极管的输出特性曲线如图2-12（b）所示，分别用估算法和图解法计算静态工作点。

解：（1）用解析法计算静态工作点

（2）用图解法确定静态工作点

由直流负载线方程U_CE=V_CC-I_CR_C作直流负载线，代入已知数据得U_CE=V_CC-I_CR_C=6-3I_C，令I_C=0，得U_CE=12V，在输出特性曲线上确定M点；再令U_CE=0V，得I_C=12/3=4mA，在输出特性曲线上确定N点，连接MN得直流负载线，如图2-12（b）所示。

由于已经由公式计算出I_BQ=40μA，因此直流负载线与I_BQ=40μA曲线的交点为静态工作点Q，由Q点所对应的坐标可得

I_CQ=2mA，U_CEQ=6V

综上所述，确定静态工作点的方法有两种：用估算法计算静态工作点，计算方法简单准确；用图解法确定静态工作点，作图比较麻烦，准确性差，但可以直观地看到静态工作点的位置，有助于放大电路的动态分析，特别是对于非线性失真的分析。

2.动态分析

放大电路有交流输入信号u_i时的工作状态，称为动态，这时三极管的各个电流和电压都含有直流分量和交流分量。直流分量由上节介绍的求静态值来确定。交流分量是叠加在直流分量上的。由于耦合电容对交流的容抗很小，将电容视为短路，由于电源内阻很小，其两端交流电压很小，可将直流电源视为短路。

（1）交流通路

交流通路是在输入信号u_i作用下，交流电流所流过的路径。由于耦合电容对交流的容抗很小，将电容视为短路，由于电源内阻很小，其两端交流电压很小，可将直流电源视为短路。如图2-13所示为放大电路交流通路。

（2）图解法动态分析

用图解法分析动态工作的主要目的是分析放大电路中输入和输出电压、电流的波形，从而得出输出电压u_o与输入电压u_i间的大小和相位关系。

① 确定静态工作点。根据上节的静态分析，作直流负载线，在已给出的三极管输出特性曲线和输入特性曲线上确定合适的静态工作点Q（I_BQ、I_CQ、U_CEQ），如图2-14所示。

② 在输入特性曲线上求i_B和u_BE的波形。在电路输入端加上输入信号u_i时，如图2-14所示，三极管B、E之间的总电压为：

u_BE=U_BEQ+u_i=U_BEQ+u_be　　（2-16）

工作点Q在输入特性曲线的线性段Q₁、Q₂之间移动。基极电流为：

i_B=I_BQ+i_b　　（2-17）

式中，u_be、i_b均是正弦量。

③ 作交流负载线。在图2-8所示放大电路中，放大电路的输出端接有负载电阻R_L时，由于隔直电容C₂的作用，直流负载线的斜率仍为，如图2-15所示，与负载电阻R_L无关，但在u_i的作用下，C₂对交流信号可视为短路，R_C与 R_L并联，故其斜率为：为R_C与 R_L的并联值），由于，所以交流负载线比直流负载线陡。当输入信号瞬间为零时，放大电路相当于静态，可见交流负载线必通过静态工作点Q。所以作一条斜率为且通过Q点的直线即为交流负载线，如图2-15所示。交流负载线是反映动态电流i_C和u_CE的变化关系。

④ 在输出特性曲线上求i_C和u_CE的波形。工作点Q随i_B的变化在交流负载线Q₁和Q₂之间移动，则

i_C=I_CQ+i_c　　（2-18）

式中，i_c是正弦量，且i_c=βi_b

u_CE=U_CEQ+u_ce　　（2-19）

式中，u_ce也是正弦量，但相位与u_i相反。

⑤ 静态工作点Q对放大性能的影响。所谓失真，指输出信号的波形与输入信号的波形不再相似。对一个放大电路来说，除了得到要求的放大倍数外，还要求输出波形的失真小。当静态工作点Q选择不当，超越三极管输出特性曲线的线性区，将出现非线性失真。如图2-16所示为静态工作点的设置对输出电压波形的影响。

a.截止失真。静态工作点Q偏低，静态电流I_CQ太小，接近截止区，使i_b和i_c负半周被削平，输出电压u_o（u_ce）正半周出现平顶，如图2-17所示。这种由于三极管进入截止区工作而引起的失真称截止失真。

b.饱和失真。静态工作点Q偏高，静态电流I_CQ太大，接近饱和区，i_b的波形虽没失真，但i_c的正半周被削平，输出电压u_o（u_ce）的负半周出现平顶，如图2-18所示。这种由于三极管进入饱和区而引起的失真称饱和失真。

通常放大电路的静态工作点Q在设计时已经选定，若输入信号过大，输出信号将产生饱和失真与截止失真。

失真现象的产生与静态工作点设定有关。正确地选定静点是三极管放大电路的基础。当输入电压u_i较小时，静态工作点可选低些，以减小管子的功耗和噪声。若出现截止失真，通常可提高静态工作点Q来消除它，即可减小基极偏置电阻R_B来达到；若出现饱和失真，可将R_B增加，使静态工作点Q减低，适当离开饱和区，以消除饱和失真。

运行仿真软件，在绘图编辑器中选取信号源、直流电压源、电阻、电容、晶体管等器件创建晶体管共射放大电路，如图2-28所示为仿真电路图。输入信号通过信号发生器产生，初始为一幅度为100mV、频率为1kHz正弦信号，用示波器同时观察输入、输出波形，可以形象直观地呈现静态工作点对波形失真的影响。保持输入信号（A通道）不变，逐渐减小R₃，输出波形（B通道）发生饱和失真，如图2-29（a）所示。然后逐渐增加R₃，输出波形（B通道）发生截止失真，如图2-29（b）所示。

（3）微变等效电路法动态分析

① 三极管的微变等效电路。在介绍放大电路的微变等效电路之前，先介绍三极管的微变等效电路。所谓“微变”是指“输入、输出信号都比较小”，即三极管工作在小信号条件下，在此条件下讨论三极管的等效电路。

三极管的共发射极接法如图2-30（a）所示，它由输入回路和输出回路两部分组成。输入回路中i_b与u_be的关系满足输入特性曲线，如图2-30（b）所示。输出回路中与u_ce的关系满足输出特性曲线，如图2-30（c）所示。讨论三极管的等效电路要从它的特性曲线着手。

a.输入回路的等效。当输入信号u_be很小时，静态工作点Q附近的曲线可以认为是直线，故从输入、输出曲线上可得：

　　（2-20）

r_be是一个非线性电阻，在小信号条件下，可近似认为r_be是一个线性电阻。常温下r_be的近似估算公式为

（2-21）

式中，是基区体电阻，通常低频管的。当I_EQ=1～2mA时，小功率三极管的r_be≈1kΩ。

b.输出回路的等效。三极管工作在放大状态时，输出回路i_c只受i_b的控制，而与u_ce无关，因此可以认为i_c具有恒流特性，因此输出回路可以等效为一个受基极电流i_b控制的恒流源Δi_c=βΔi_b，如图2-30（d）所示。

② 微变等效电路分析法。采用微变等效电路分析法，要先做出放大电路的微变等效电路。做放大电路的微变等效电路时，首先画出放大电路的交流通路，然后再将交流通路中的三极管用三极管的微变等效电路代替，如图2-31所示。

下面由放大电路的微变等效电路计算放大电路的动态性能指标。

a.电压放大倍数

式中，。所以，放大电路的电压放大倍数等于

　　（2-22）

式中，负号说明输出电压与输入电压反相。

放大电路空载时（不带负载），交流负载，电压放大倍数为。由于比R_C小，接负载R_L后下降。共射放大电路的电压放大倍数较大，通常为几十倍到几百倍。

b.输入电阻R_i。

输入电阻

　　（2-23）

一般R_B有几百千欧，而r_be约1kΩ，r_be≪R_B，所以R_i≈r_be。共射放大电路R_i较小，为几百欧至几千欧。

c.输出电阻R_o。由图2-31（b）可见，放大电路的输出电阻R_o，是从放大电路输出端看进去的戴维南等效电阻

R_o≈R_C　　（2-24）

R_o越大，负载变化（即i_o变化）时，输出电压u_o的变化也越大，说明放大电路带负载能力弱；R_o越小，负载变化时，输出电压变化也越小，放大电路带负载能力强。

共射放大电路的输出电阻R_o≈R_C较大，约为几千欧到几十千欧，所以带负载能力较差。

图解法与微变等效电路法是分析放大电路的两种基本方法。图解法真实反映出三极管的非线性，在分析输入大信号及分析输出幅值和波形失真时，用图解法比较合适；微变等效电路法适用于输入小信号时，分析放大电路的动态性能指标。

【例2-2】　电路如图2-32所示，晶体管的β=60，r_bb'=100Ω。

（1）求解Q点、、R_i和R_o；

（2）若C₃开路，则U_i=？U_o=？

解：（1）Q点：

I_CQ=βI_BQ≈1.86mA

U_CEQ≈V_CC-I_EQ（R_c+R_e）=4.56V

、R_i和R_o的分析：

R_o=R_c=3kΩ

（2）若C₃开路，则

R_i=R_b∥[r_be+（1+β）R_e]≈51.3kΩ

2.2.3　分压式偏置电路——静态工作点稳定电路

当温度升高时会引起三极管参数的变化（如I_CBO↑、等），这些参数的变化最终都会导致I_CQ升高。因为电路工作时三极管会发热，所以，即使静态工作点选得合适，也会因温度升高导致静点不稳定。

温度升高，使三极管的I_CQ增加，静态工作点Q上移，从而可能导致饱和失真。反之，温度下降时，静态工作点Q下移，有可能导致截止失真。因此对于放大电路来说，稳定静态工作点是非常重要的，下面介绍一种工作点稳定的典型电路——分压式偏置电路。

如图2-33所示是静点稳定的共射放大电路。它的偏置电阻R_B1、R_B2组成分压电路，射极电阻R_E构成电流负反馈。所以称分压式电流负反馈稳定偏置电路。

1.静态工作点稳定的原理

① 利用R_B1、R_B2固定基极电位。由图2-33（b）可见：I₂=I₁+I_BQ，一般I_BQ很小，I₁≫I_BQ，则I₂≈I₁。

基极电位为U_BQ=V_CC ，U_BQ由V_CC经R_B1+R_B2分压决定，不随温度而变是一固定值。

② 利用R_E实现I_CQ稳定。

通常U_BQ≫U_BEQ，则I_CQ≈I_EQ=≈，式中U_BQ和R_E不随温度而变，所以I_CQ稳定。

静态工作点稳定的物理过程为：

由稳定过程看，R_E越大，U_E越大，静态越稳定。但R_E取得太大，则U_CEQ减小，使放大电路动态范围变小。

2.静态工作点稳定条件

（1）静态分析

计算分压式偏置电路静态工作点的步骤是：

① 基极电位

　　（2-25）

② 集电极电流

　　（2-26）

③ 基极电流

　　（2-27）

④ 集-射极电压

U_CEQ=V_CC-I_CQ（R_C+R_E）　　（2-28）

（2）动态分析

由图2-34所示分压式偏置电路的交流微变等效电路计算放大电路的动态性能指标。

① 电压放大倍数

　　（2-29）

可见，该电路放大倍数的计算公式与基本共射极电路相同。这是分压式偏置电路由于发射极电阻两边并联了电容C_E， C_E对交流信号可视为短路，因此该电路对交流信号不存在反馈。该电路只存在直流反馈，直流反馈可以稳定静态工作点。

② 放大电路的输入电阻R_i。从输入端看进去，有三条支路并联，所以输入电阻

　　（2-30）

③ 放大电路的输出电阻R_o

输出电阻

R_o≈R_C（2-31）

如图2-35所示的仿真电路图中，在VT管基极与直流工作电压之间接有一个R₁和R_W串联电路，与标准的固定式偏置电路相比多出了可变电阻R_W。根据固定式偏置电路判断方法可知，R₁和R_W都符合固定式偏置电阻的标准，所以R₁和R_W都是固定式偏置电阻。采用R_W的目的是：调节R_W电阻时改变了R₁和R_W的阻值之和，而这个总电阻决定了VT管基极电流大小，所以传入R_W的根本目的是为了方便调节电路中VT管基极直流电路的大小。基极直流电流大小会影响三极管的许多工作参数，例如影响三极管的放大倍数、噪声大小、整个放大器的静态电流消耗等。如图2-36所示为仿真波形图，XSC1示波器的A通道为输入波形，B通道为输出波形。

【例2-3】　电路如图2-37所示，晶体管的β=100，r_bb'=100Ω。

（1）求电路的Q点、、R_i和R_o；

（2）若电容C_e开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？

解：（1）静态分析：

动态分析：

R_o=R_c=5kΩ

（2）R_i增大，R_i≈4.1kΩ；减小，。

2.2.4　三极管放大电路的其他组态

1.共集电极放大电路——射极输出器

（1）电路组成

如图2-38（a）所示为共集电极放大电路，基极是信号的输入端，发射极是输出端，集电极则是输入、输出的公共端，所以称共集电极电路。又因从发射极输出信号，又称射极输出器。

（2）静态分析

由图2-38（b）所示直流通路可列方程

V_CC=I_BQR_B+U_BEQ+I_ER_E=I_BQR_B+U_BEQ+（1+β）I_BQR_E

则

　　（2-32）

I_CQ=βI_BQ　　（2-33）

U_CEQ=V_CC-I_EQR_E≈V_CC-I_CQR_E　　（2-34）

（3）动态分析

由图2-39（a）所示交流通路和图2-39（b）所示交流微变等效电路计算放大电路的动态性能指标。

① 电压放大倍数

式中

则

　　（2-35）

一般，故。这表明共集电极电路的输出电压与输入电压数值相近，相位相同，即输出信号随输入信号变化，所以，共集电极电路又称射极跟随器。

尽管共集电极电路无电压放大作用，但输出电流比输入电流大，因此，它具有电流放大与功率放大作用。

② 输入电阻R_i

输入电阻

　　（2-36）

射极输出器输入电阻高，可达几十千欧到几百千欧。

③ 输出电阻R_o。由于，当一定时，输出电压基本不变，说明射极输出器具有恒压输出的特性，所以输出电阻很小，输出电阻

　　（2-37）

射极输出器输出电阻很小，一般为几欧至几百欧。

如图2-40所示为按照射极跟随器原理图搭建的仿真电路图，设置好交流电源参数，在虚拟示波器上仿真得到输入（A通道）和输出（B通道）波形，如图2-41所示，从仿真波形图上我们可直观地看到共集电极放大电路输入和输出电压差别不大，输出波形与输入波形是同相的，电压放大倍数约等于1，故共集电极放大电路没有电压放大能力。

射极输出器虽没有电压放大作用，但有输入电阻高和输出电阻低的特点，应用十分广泛。在电子测量仪器中，应用射极输出器作多级放大电路的输入级，使之具有较高输入电阻，可提高测量仪表的精度；应用射极输出器作多级放大电路的输出级，可使放大电路具有很低的输出电阻，可提高放大电路的带负载能力；射极输出器也可接在两级放大电路之间，作阻抗变换用，在中间起缓冲作用。

2.共基极放大电路

（1）电路组成

共基极放大电路如图2-42所示。它由发射极输入信号，从集电极输出信号。基极旁路电容C₂对交流短路，因而使基极交流接地，即基极是输入回路和输出回路的公共端，故称共基极放大电路。

（2）静态分析

由图2-43所示的直流通路可看出，其直流通路与图2-33所示分压式偏置电路的直流通路相同，其静态工作点的计算也与分压式偏置电路的静态工作点计算式相同，这里不再赘述。

（3）动态分析

交流通路和微变等效电路如图2-44所示。

① 电压放大倍数

式中，则

　　（2-38）

共基极放大电路的电压放大倍数与共射电路相同，但相差一个负号，共基极电路的输入、输出电压同相位。

② 输入电阻R_i。输入电阻，经简化得

　　（2-39）

共基极电路的输入电阻很小，一般为几欧至几十欧。

③ 输出电阻R_o。输出电阻

R_o≈R_C　　（2-40）

如图2-45所示为共基极放大电路的仿真电路图，设置好交流电源参数，仿真得到输入（A通道）和输出（B通道）波形，如图2-46所示，从仿真示波器的设置上可以看出，A通道（输入红色的线）的VOLTS/div的挡级为5mV/div，B通道（输出蓝色的线）的VOLTS/div的档级为20mV/div，由此可以看出，输出电压比输入电压大很多，实现了电压的放大，并且输出与输入波形同相。

综上所述，共基极放大电路的特点是：电流放大系数小于1，电压放大倍数较高，输出电压与输入电压相位相同，输入电阻小，输出电阻大。共基极电路的高频特性较好，常用于高频电子线路中。

3.三种基本放大电路的比较

综上所述，晶体管单管放大电路的三种基本接法的特点归纳如下：

① 共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频电压放大电路的单元电路。

② 共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于电压放大电流的输入级和输出级，在功率放大电路中常采用射极输出的形式。

③ 共基电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数、输出电阻与共射电路相当，是三种接法中高频特性最好的电路。常作为宽频带放大电路。

如表2-1所示为三种基本放大电路的比较。

2.2.5　场效应管放大电路

1.静态分析

由于场效应管也具有放大作用，如不考虑物理本质上的区别，可把场效应管的栅极（G）、源极（S）、漏极（D）分别与三极管的基极（B）、发射极（E）、集电极（C）相对应，所以利用场效应管也可构成三种组态电路，它们分别称为共源、共漏和共栅放大电路。虽然场效应管放大电路的组成原则与晶体管的类似，首先要有合适的静态工作点，使场效应管工作在放大区，其次要有合理的交流通路，使信号能顺利传输并放大。场效应管放大电路分析方法也与晶体管的类似，先静态分析后动态分析。

由于场效应管是电压控制器件，且种类较多，故在电路组成上仍有其特点。

（1）自偏压电路

由N沟道耗尽型场效应管构成的共源放大电路如图2-47（a）所示，C₁、C₂为隔直耦合电容，C_S为源极电阻旁路电容，它们对交流信号的容抗近似为零；R_D为漏极负载电阻，起到将输出电流转换为输出电压的作用；R_G为栅极电阻，用以提供栅源间直流通路。该电路利用漏极电流I_DQ在源极电阻R_S上产生的压降，通过R_G加至栅极以获得所需的偏置电压。由于场效应管的栅极不吸取电流，R_G中无电流通过，因此栅极G和源极S之间的偏压U_GSQ=-I_DQR_S。这种偏置方式称为自给偏压，也称自偏压电路。

必须指出，自给偏压电路只能产生反向偏压，所以它适用于耗尽型场效应管，而不适用于增强型场效应管，因此增强型场效应管的栅源电压只有达到开启电压后才能产生漏极电流。

（2）分压式自偏压电路

图2-47（b）所示为采用分压式自偏压电路的场效应管共源放大电路。图中R_G1、R_G2为分压电阻，将V_DD分压后，取R_G2上的压降供给场效应管栅极偏压。由于R_G3中没有电流，它对静态工作点没有影响，所以，由图不难得到

　　（2-41）

由式（2-41）可见，U_GSQ可正、可负，所以这种偏置电路也适用于增强型场效应管。

2.动态分析

如果输入信号小，场效应管工作在线性放大区，可用微变等效电路法来分析。对照三极管的微变等效电路，找出场效应管的微变等效电路。在输入回路，三极管用输入电阻r_be等效；而场效应管的输入电阻r_gS极高，所以场效应管的输入回路（g，s极间）可看成开路。

在输出回路，三极管用一个受控电流源βi_B等效；而场效应管的漏极电流i_d（输出电流）主要受栅源电压u_gs（输入电压）控制。这一控制能力用跨导g_m表示，即Δi_D=g_mΔu_gs，或用i_d=g_mu_gs表示。因此，在输出回路可用一个受栅源电压u_gs控制的受控电流源i_d=g_mu_gs等效，电流源的方向由u_gs的极性决定。

用等效电路法计算场效应管放大电路的动态指标，其步骤与分析三极管放大电路基本相同。如图2-48所示为放大电路的交流通路和微变等效电路。

① 电压放大倍数A_u

，式中

　　（2-42）

式中，负号表示共源电路输出电压与输入电压反相。

由于一般场效应管的跨导g_m只有几毫西，故场效应管放大电路的电压放大倍数比三极管放大电路的小。

② 输入电阻R_i

R_i=R_G3+（R_G1∥R_G2）　　（2-43）

通常，为提高输入电阻，选择R_G3≫（R_G1∥R_G2），故R_i≈R_G3。

③ 输出电阻R_o

R_o=R_D　　（2-44）

3.场效应管放大电路主要特点

场效应管放大电路的主要优点是输入电阻极大、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强等，但由于场效应管的跨导g_m较小，所以场效应管放大电路的电压倍数较低，常用作多级放大电路的输入级。由于MOS管制造工艺简单、占用芯片面积小、器件特性便于控制、功耗小，所以，MOS管放大电路在大规模和超大规模集成电路中得到广泛应用。

2.2.6　多级放大电路的组成及分析方法

1.多级放大电路的组成

大多数放大电路，需把微弱的毫伏级或微伏级的输入信号，放大成足够的输出电压和电流信号，去推动负载工作，所以，必须采用多级放大电路进行连续放大，以满足放大倍数和其他性能方面的要求。如图2-49所示为多级放大电路的方框图，其中输入级和中间级主要用作电压放大，推动级和功率输出级用作功率放大，以满足输出负载所需要的功率。

2.级间耦合形式和特点

多级放大电路中，两级放大电路之间的连接形式称级间耦合。级间耦合要满足以下要求：各级静态工作点要合适；信号能从前级顺利地传送到后级，还要满足一些技术指标的要求。常用耦合方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合。近年来，光电耦合发展得很快。

（1）阻容耦合

如图2-50所示，前级的输出通过电容C₂与后级的输入电阻R_i2连接起来，所以称阻容耦合。利用电容具有隔直流、耦合交流的作用，使前后两级的静态工作点互不影响，而交流信号则可通过电容从前级传送到后级。它具有结构简单、价格低廉等优点，故在交流放大电路中应用广泛。由于耦合电容的作用，不能放大直流和缓慢变化的信号。

（2）直接耦合

如图2-51所示，前级的输出端直接与后级的输入端连接。由于前后两级放大电路直接连通，各级静态工作点互相影响，温度造成的直流工作点漂移会被逐级放大，温漂较大。但它的频率特性好，不仅能放大交流信号，还能放大直流或缓慢变化的信号，所以，又称直流放大电路。由于直接耦合无大电容、无变压器，是集成电路内部电路常用的耦合方式。

直接耦合看似简单，其实不然，它所带来的问题远比阻容耦合严重。其中主要有两个问题需要解决：一个是前、后级的静态工作点之间互相影响问题；另一个是零点漂移问题。

① 前后级静态工作点之间互相影响。互相牵制在阻容耦合电路中，各级之间用电容隔开，直流通路是断开的，因此各级静态工作点互相独立。而直接耦合电路前后级之间存在直流通路。当某一级的静态工作点发生变化时，其前后级也将受到影响。所以，在直接耦合放大电路中必须采取一定的措施，以保证既能有效地传递信号，又要使每一级有合适的静态工作点。

② 零点漂移问题。所谓零点漂移，是指一个理想的直接耦合放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变（不一定是零），但实际上，把一个多级直接耦合放大电路的输入端短接（u_i=0），测其输出端电压时，却可以发现有如图2-52中记录仪所显示的那样，它并不保持恒值，而有忽大忽小缓慢地。无规则地变化的输出电压，这种现象就称为零点漂移。

零点漂移产生的后果是当放大电路输入信号后，这种漂移就伴随着信号共存于放大电路中，难以分辨。如果漂移量大到足以和信号量相比时，放大电路就无法正常工作了。因此，必须知道产生漂移的原因，并相应地采取抑制漂移的措施。

产生零点漂移的因素是任何元器件参数的变化，包括电源的波动，都将造成输出电压的漂移。但是实践证明，温度变化是产生零点漂移的主要因素。在阻容耦合的放大电路中，由于耦合电容的作用，这些变化很缓慢的信号，不会传到下一级放大电路。在多级直接耦合放大电路的各级漂移当中，又以第一级漂移的影响最为严重。因为在直接耦合电路中，第一级的漂移被后级电路逐级放大，以致影响到整个放大电路的工作。所以，抑制漂移要将重点放在第一级。衡量一个放大器的零点漂移，不能只看它的输出电压漂移了多少，还要看放大器的放大倍数有多大。因此，零点漂移一般要折合到输入端来衡量。

抑制零点漂移的具体措施如下。

（a）选用温漂小的元器件。

（b）电路元件在安装前要经过认真筛选和“老化”处理，以确保质量和参数的稳定性。

（c）为了减小电源电压波动引起的漂移，要采用稳定度高的稳压电源。

（d）采用温度补偿电路。

（e）采用调制型直流放大器。

（f）采用差动放大电路。

（3）光电耦合

极与极之间利用光电耦合器来传送信号的方式，称为光电耦合，如图2-53所示。图中，VT₂为光电耦合器，它把发光器件（发光二极管）与光电接收器件（光电晶体管）互相绝缘组合在一起，当输入回路加入电信号后，i_C1使发光二极管发光，将电信号转换成光信号，输出回路的光电晶体管受到光照后产生相应光电流变化i_C2，然后输出。由此可见，光电耦合可以实现信号的传递，而且由于输出回路与输入回路在电气上是相互隔离的，从而可以有效地抑制电干扰和系统噪声。

3.多级放大电路的分析

多级放大电路的电压放大级可用微变等效电路法来分析动态参数。

（1）电压放大倍数

如阻容耦合的多级放大电路，如图2-54所示。前级的输出电压u_o1，就是后级的输入电压u_i2，而后级的输入电阻R_i2，就是前级的交流负载R_L1，即u_o1=u_i2， R_L1=R_i2。

第一级和第二级的电压放大倍数分别为

二级总电压放大倍数为

n级放大电路，其总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即

　　（2-45）

工程上放大倍数常用分贝（dB）表示的定义是

用增益表示多级放大电路的总电压放大倍数时，可把各级电压放大倍数的乘积转化为各级放大电路的电压增益之和，即

　　（2-46）

（2）输入电阻R_i

多级放大电路的输入电路R_i，即为第一级放大电路的输入电阻，即

R_i=R_i1　　（2-47）

（3）输出电阻R_o

多级放大电路的输出电阻R_o，即为最后的第n级放大电路的输出电阻，即

R_o=R_on　　（2-48）