三极管、场效应管、运算放大器基本放大电路的结构特点与电路分析

基本放大电路是放大电压或电流的电路。

基本放大电路的结构特点

根据工作条件和电路的不同，基本放大电路的结构也有所差异，根据电路的结构和放大元件的不同，大体可将基本放大电路分为晶体管放大电路、场效应管放大电路、多级放大器和负反馈放大器、差动放大电路、运算放大电路等。

晶体管最基本的作用之一就是放大，因此，使用晶体管制成的电路具有放大作用。

下图是晶体管放大电路的功能示意图。

在对晶体管放大电路进行识读前，应首先了解电路的结构组成。

下图是典型的晶体管放大电路。

由上图可知，晶体管放大电路主要是由晶体管、电阻器和电容器等组成。

晶体管是一种电流放大器件，当输入信号加至晶体管基极时，基极电流随之变化，进而使集电极电流产生相应变化。由于晶体管本身具有放大倍数，根据电流的放大关系，是经过晶体管后的信号放大了一定倍数，输出信号经耦合电容阻止直流后输出，这时在电路的输出端便得到了放大后的信号波形。

场效应管与晶体管一样，也具有放大作用，场效应管是电压控制器件，它具有输入阻抗高，噪声低的特点。

场效应管的三个电极分别是栅极、源极、漏极，分别相当于晶体管的基极、发射极、集电极。由其构成的放大电路可分为三种：共源、共漏和共栅极放大器。

场效应管三种组态电路见下图。

图a)是共源放大器，相当于三极管中的共射极放大器，是一种最常见电路。

图b)是共漏放大器，相当于三极管共集电极放大器i，输入信号从漏极与栅极之间输入，输出信号从源极与漏极之间输出，这种电路又称为源极输出器或源极跟随器。

图c)是共栅放大器，相当于三极管共基极放大器，输入信号从栅极与源极之间输入，输出信号从漏极与栅极之间输出。这种放大器的高频特性比较好。

典型的场效应管放大电路见下图。

.在场效应管的漏极和源极之间加上一定电压，并串接一个电阻，那么改变或调整Ugs，就可改变Id的大小，进而改变输出电压，实现电压放大。

3、运算放大器电路的结构特点与电路分析

标准的运算放大器由三种放大电路组成：差动放大器、电压放大器和推挽式放大器。

运算放大器的基本构成见下图

基本运算放大电路有很高的电压放大倍数，因此在作为放大运用时，总是接成负反馈的闭环结构；否则电路是非常不稳定的。运算放大器有两个输入端，因此输入信号有三种不同的接入方式，即反相输入、同相输入和差动输入。无论是哪种种输入方式，反馈网络都是接在反相输入端和输出端之间。

利用运算放大器构成的温度检测电路见下图。

MC1403为基准电压产生电路，其2脚输出经电阻和电位器等元件分压后加到运算放大器的同相输入端，热敏电阻饥饿在运算放大器的负反馈环路中。环境温度发生变化，热敏电阻的阻值随之发生变化，IC1的输出加到IC3的反相输入端，经IC3放大后作为温度传感信号输出，IC1相当于一个测量放大器，IC2是IC1的负反馈电路，RP2，RP3可以微调负反馈量，从而提高测量的精度和稳定性。

基本放大电路的分析实例

1、宽频带放大电路的分析实例

典型宽频带放大电路见下图，该电路是一种典型的共射极放大电路。

该电路是一种1-250MHz宽频带放大器电路。该电路采用两级放大器作为放大电路，VT3作为输出级放大器。

主要是由晶体管放大器VT1，VT2，VT3以及相应的分压电阻器，耦合电容器等组成，其中VT1，VT2，VT3主要用来对输入的信号进行三级放大，分压电阻器主要用来为晶体管提供工作电压，耦合电容器可用来将信号耦合后送往下一级的晶体管中。

在该电路中，其输入信号由接口J1输入，经电容C1耦合后送入三极管VT1的基极，有三极管放大后经其集电极输出，并经电容C5耦合后送往三极管VT2的基极进行放大，经集电极输出，经电容C9耦合后再送往晶体管VT3的基极上，最终由发射极送往输出口J2。

2、超小型收音机电路的分析实例

见下图，它采用两只晶体管，其中的场效应管放大电路采用了固定式偏置方式。

该电路主要是由场效应管VT以及晶体管2SC2001，耦合电容器C1和C4以及周围元器件组成。场效应管VT用来进行高频信号的放大。

由外接天线接收信号，经C1进入LC振荡电路。LC振荡电路由磁棒线圈和电容组成，谐振电路选频后，经C4耦合至场效应管VT的栅极，与栅极负偏压叠加，加到场效应管山脊上，使场效应管VT的漏极电流相应变化，并在负载电阻R1上产生压降，经C5隔离直流后输出，在输出端得到放大了的信号电压，放大后的信号送入三极管2SC2001的基极，该管还具有检波功能，将调制在高频载波信号上的音频信号检出，输出较纯净的音频信号到耳机。

3、电容耦合多级放大器电路的分析实例

典型的电容耦合多级放大器电路见下图。

该电路由两个共发射极晶体管放大器连接而成的电容耦合两级放大器，可获得较高的放大倍数。信号经过电容器C1耦合到共发射极晶体管VT1的基极，经集电极输出通过电容器C2耦合到后级共发射极晶体管VT2的输入端（基极）。

使用电容器C2耦合，就可以防止某极放大器的直流偏压影响下一级的直流偏压，但是交流信号能够通过耦合电容送入下一级电路。

4、小型录音机音频信号放大器的分析实例

见下图，该电路是一个由多级放大器和负反馈放大电路组成。可将话筒输入的音频信号放大，然后送入录音头，用来保存声音信号。

该电路主要由话筒、电位器、晶体管放大器以及周围的分压电阻器，耦合电容器，反馈回路中的电容器等组成。其中VT1，VT2，VT3组成多级放大器。

话筒信号经电位器RP1调整后加到晶体管VT1，R4接在VT1的发射极作为电流负反馈电阻稳定直流工作点，C3为去耦电容使VT1交流增益提高。音频信号经三级放大后加到变压器T1的初级线圈。VT3的集电极输出经R18，C16反馈到VT1的基极，用以改善放大器的频率特性。该放大器的输出采用变压的方式可以补偿高频信号。

5、OTL音频功率放大器电路的分析实例

见下图。该电路的输出级是一个典型的差动放大器电路，其输入级采用VT1和VT2组成的差动放大器进行音频信号的放大。

VT1、VT2构成差动输入级电压放大器，VT3是推动管，VT4和VT5为功放输出管的静态偏置二极管，VT6-VT9构成复合互补对称式OTL电路，是输出级电路，其中VT6和VT7为两只NPN型同极性复合管，等效成一个NPN型晶体管，VT8和VT9是PNP和NPN复合管。等效成一只PNP型晶体管。

输入信号经过耦合电容C1加到VT1的基极，经放大后从集电极输出，直接耦合到VT3的基极，放大后从集电极输出。VT3集电极输出的正半周信号经VT6和VT7放大，由C7耦合到SP1中，VT3管集电极输出的负半周信号经VT8和VT9放大，由C7耦合到SP1中，在SP1上获得正、负半轴一个完整的信号。

VT1和VT2构成单端输入、单端输出式差动电路，是一级电压放大器。VT1基极偏置由R1提供，VT2基极偏置由R7提供，R7的右端接输出端，其直流电压为1/2（+V）。

推动极VT3的基极电压取自VT1的集电极，这两极之间采用直接耦合方式。C5是VT3的高频电压并联负反馈式消振电容，它容量小，对音频信号而言呈开路，对高频信号容抗很小，具有大的负反馈作用，以抑制放大器可能出现的高频自激。

场效应管的甲类功放是什么意思？

由于甲类功放在信号放大过程中，不存在交越失真，音乐味浓郁．深受音响发烧友推崇 而制约甲类功放普及的一个重要因素是几乎所有的单端甲类机器都需要输出变压器；另外甲类机器功耗较大．机器的稳定性也受到影响。

一般家用的甲类功放，具有的6 W 的功率输出．足以满足音乐欣赏的要求．前提是听音面积不能太大．另外音箱要有较好的灵敏度，从降低制作成本、减小功耗、提高可靠性的角度考虑．需要选择一种结构简单，功耗相对较低的线路。

PASS ZEN 系列放大器具有结构简单，音质好等突出优点。PASS ZEN1放大器比PASS ZEN4，A5等放大器输出功率小得多．电路非常简洁，且静态功耗也小得多．由于PASS ZEN1采用电容作耦合输出，可避免直流输出对扬声器造成的损坏，所以制作时可省去扬声器保护电路；不必担心电容输出放大器的低频下潜问题，从实际测试和听音情况看，声音在20-20000Hz范围内比较平坦，同时由于采用VMOS放大管，音色酷似电子管放大器。

PASS ZEN1放大器原理图如图1所示，从电路上可以看出ZEN1是一级恒流源负载的放大电路，利用IRFP9240作为恒流管，工作在甲类放大状态。由于原理图中所标注型号MOS管较难购买到，实际制作时本机选用代用管。其中MSA92用A1013代替，IRFP9240用IRFP9640代替，IRFP140用IRFP640代替，当然也可选取类似VMOS管做替代实验，但由于脚位及开启电压差别过大，不应用K系列与J系列场效应管。

下面就制作过程中的几个关键问题做介绍。

（1）电源电路

由于PASS ZEN1放大器工作在单端甲类状态，双通道工作时，静态电流约为4 A，如采用单只变压器供电，变压器容量与次级线径均要较大，否则采用每声道独立供电是个不错的选择。本机采用1只500W 环流为双声道供电；由于静态电流较大，整流桥的容量、品质一定要有保证，双声道供电应选用50A整流桥，否则压降过大，整流桥严重发热，甚至烧毁，应保证供电电压在34 V左右；同时由于电源电路负载较重，滤波电容一定要有足够的容量，否则可能引发交流声，如在不采用稳压供电情况下难以消除交流声，可采用简单的RC滤波形式，效果也很好，此时R应采用阻值在0.1 Ω 以下的电阻，并采用多阶滤波形式。

（2）放大电路调试

PASS ZEN1的静态工作电流由R1设定，适当加大R1可进一步降低功耗，但同时机器的最大输出功率也有所下降。在散热片面积偏小情况下，可利用上述方法折中，但一般不建议这样做。

在电路连接无误情况下，给机器加电，测量Q1的S，D脚间电压，并调整P1，使得S，D间电压为供电电压的一半。

（3）机器音色的调校

对本放大器音色影响较大的器件， 主要是IRFP140及输出电容C3，C4，电容应尽量选取音频专用电容器，同时也可使用1支6800 uF并联1支1 uF CBB电容代替C3，C4。

（4）机器的散热与功率管的固定

由于甲类机器发热量很大，应采用大型外置散热器或强制风冷。功率管可直接固定在散热片上，由于散热片温度很高，电路板应距离散热片稍远，通过导线连接功率管。

PASS ZEN1是一部增益较小的纯后级，需连接前级放大器才可驳接CD等播放器。若无前级，可利用节型场效应管2SK30自制一部前级。由于2SK30属于耗尽型场效应管，偏置电路变得简单，考虑到利用PASS ZEN1的电源。实际使用的前级放大器原理图如图2。

图2 2SK30前级原理图

注意，在不使用2SK30前级时，由于信号采用反相放大，应按图1所示连接扬声器，但在加入2SK30后，由于2SK30同样构成一个反相放大器，图1所示扬声器的连接相位应颠倒。

至此，一部有浓郁电子管音色的单端场效应管放大器制作完毕，电路简洁，音色均衡，解析力也相当不错。

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