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。

电路识图9-集成电路的识图方法

随着微电子技术的不断发展，各种无线电电子设备越来越多的使用了集成电路，集成电路符号也就越来越多的出现在各种电路图中。由于电路图中一般不画出集成电路的内部电路，使得用集成电路构成的电路图不像分立元件电路图那样直观易读，因此，看懂含有集成电路的电路图需要掌握一些特殊的看图方法。

一、了解集成电路的基本功能

集成电路往往都是电路图中各单元电路的核心，在单元电路中起着主要的作用。从图面上看，某些单元电路就是由一块或几块集成电路再配以必须的外围元器件构成的。要看懂这样的电路图，关键是了解和掌握处于核心地位的集成电路的基本功能，以此为突破口分析整个电路的工作原理。

集成电路的品种繁多，功能各异，特别是对于缺少资料和经验的电子爱好者来说，了解电路图中集成电路的功能并非易事。但是，我们可以通过了解电路作用、查找资料、分析接口情况等方法，来搞清楚集成电路的基本功能。

1、根据单元电路所承担的任务，判断集成电路的基本功能

一般而言，集成电路是单元电路的核心，单元电路的作用主要是依靠该集成电路来实现和完成的。所以，根据单元电路所承担的任务和所起的作用，即可大致判断出在单元电路中起核心作用的集成电路的基本功能。

下面举例作进一步的说明，下图所示是以集成电路IC1为核心构成的一个单元电路，

下图所示是某扩音机电路原理方框图，由图中可知该单元电路的作用和任务是对音频信号进行功率放大，因此，作为核心器件的集成电路IC1的基本功能是功率放大，IC1应该是一个集成功率放大器。

2、通过查找资料，了解集成电路的基本功能

一般在较完整的电路图中，均会标注有各个集成电路的型号。我们可以根据电路图提供的型号，通过查阅集成电路手册等技术资料，搞清楚这些集成电路的基本功能以及其它相关数据，这对于看懂集成电路电路图会有极大的帮助。

在上面介绍的功率放大单元电路中，集成电路IC1的型号是LM3886，通过查阅手册可以很清楚的了解到：LM3886是高性能集成功率放大器，频率响应范围5Hz~100kHz，输出功率50W，总谐波失真0.03%，具有过压、过载、超温保护功能和静噪功能，以LM3886为核心构成的音频功放单元电路具有很好的技术性能。

3、依据其前级和后级电路的接口情况，分析集成电路的基本功能

由于新型集成电路层出不穷，而阅图者所能接触到的技术资料有限，这会给查找集成电路资料造成困难。在无法通过查阅资料了解集成电路的情况下，我们还可以通过分析集成电路与前级电路的接口关系，以及与其后续电路的接口关系来确定集成电路的基本功能。

仍以前面所述功率放大单元电路为例，集成电路IC1的前级电路是音量控制电路，输入电压信号经音量电位器RP1后到达IC1。集成电路IC1的后面连接的是扬声器BL。通过分析可知，音量电位器RP1输出的电压信号不足以推动扬声器BL发声，在它们之间必须有一个功率放大器，所以，处于音量电位器RP1与扬声器BL之间的集成电路IC1的基本功能应该是功率放大。

二、识别集成电路的引脚

一个集成电路内部通常集成了一个甚至多个单元电路，通过若干个引脚与外接电路相连接。在电路图中，集成电路仅以一个矩形或三角形图框表示，往往缺乏内部细节，在这种情况下，看懂电路图的关键是正确识别集成电路的各个引脚。

集成电路的引脚是集成电路内部电路与外围电路的连接点，只有按照要求在这些引脚上连接上外接的元器件或电路，集成电路才能正常工作。这里包括三个方面的情况：一是这些引脚上的外接的元器件是整个集成电路的有机组成部分，只有在外接元器件的配合下，集成电路才能构成一个完整的电路；二是通过这些引脚，为集成电路提供工作电源；三是通过这些引脚，为集成电路提供输入信号，并引出集成电路处理后的输出信号。所以，识别和掌握集成电路各引脚的作用和功能，是看懂和分析含有集成电路的电路图的有效方法。

各种集成电路由于功能不同，决定了它们的引脚也不尽相同。但是电源引脚，接地引脚，信号输入和输出引脚则是大多数集成电路所必有的。

1、电源引脚

电源引脚的作用是为集成电路引入直流工作电压。集成电路有单电源供电和双电源供电两种类型。单电源供电一般是采用单一的正直流电压作为工作电压，集成电路有一个电源引脚，在电路图中有时在电源引脚旁标注有“VCC”字样，如下图a）所示。双电源供电一般是采用对称的正、负直流电压作为工作电压，集成电路有两个电源引脚，在电路图中有时分别在正、负电源引脚旁标注有“+VCC”和“-VSS”字样。如下图b）所示。

即使没有标注字符，集成电路的电源引脚也是比较容易识别的。电源引脚的外电路具有以下明显的特征：

1）电源引脚直接与相应的电源电路的输出端相连接。

2）电源引脚与地之间一般都接有大容量的滤波电容，见上图中的C1，C3，有的电路还在大容量滤波电容旁并接一个小容量的高频滤波电容，见上图中的C2，C4。

集成电路也可能有更多的电源引脚。主要是以下两种情况：

1）有些集成电路内部的前、后级单元电路分别有自己独立的电源引脚，以便分别供电或接入电源退藕电路，如下图所示。

2）有些集成电路内部包含有电子滤波稳压电路，可以输出稳定的直流电压为其它单元电路供电，因此该集成电路另外有一个电源输出引脚，如下图所示。

电源稳压集成电路没有专门的电源引脚。这是因为电源稳压集成电路是串接在电源电路中工作的，直流电压从稳压集成电路的输入端输入，经内部电路稳压后从输出端输出，如下图所示。

2、接地引脚

接地引脚的作用是将集成电路内部的地线与外电路的地线连通。集成电路一般有一个接地引脚，在电路图中有时在接地引脚旁标注有“GND”字符，接地引脚的外电路的明显特征是它直接与电路图中的地线相连接，或者直接绘有接地符号。

在电路图中，有些集成电路可能有多个接地引脚。主要有两种情况：

1）有些集成电路内部的前、后级单元电路分别有自己独立的接地引脚，如下图所示。

2）将集成电路内部闲置不用的单元电路的信号引脚接地，以保证整个集成电路工作的稳定性，如下图所示。这样接地的引脚并不是真正的接地引脚，但在分析电路图时可以不做严格区分。

3、信号输入引脚

信号输入引脚的作用是将输入信号引入集成电路。除了信号源类集成电路外，一般集成电路至少有一个信号输入引脚，在电路图中有时在信号输入引脚旁边标注有“IN”字符，如下图a）所示。有些集成电路同时具有同相输入和反相输入两个信号输入引脚，则在电路图中同相输入引脚旁边标注有“+”字符，反相输入引脚旁标注有“-”字符，如下图b)所示。

集成电路信号输入引脚的外电路特征是：它通过一个耦合元件与前级电路的输出端相连接。这个耦合元件可以是耦合电容C，耦合电阻R，或者是RC耦合电路，也可以是耦合变压器T等，如下图所示。

有些集成电路有较多的信号输入引脚。可以分为三种情况：

1）集成电路内部的前、后级单元电路分别有自己独立的信号输入引脚，如下图a）所示。

2）集成电路具有混合处理多个输入信号的功能，所以有多个信号输入引脚，如下图b）所示。

3）集成电路内部包含有两个（或更多）互相独立的单元电路，例如双声道功放集成电路，每一声道都有自己的信号输入引脚，如下图c）所示。

振荡器、函数发生器等信号源类集成电路一般没有信号输入引脚。

4、信号输出引脚

信号输出引脚的作用是将集成电路的输出信号引出。集成电路至少有一个信号输出引脚，在电路图中有时在信号输出引脚旁边标注有”OUT“字符，如下图所示。

集成电路信号输出引脚的外电路特征是：它通过电容、电阻、变压器等耦合元件与后续电路的输入端相连接，如下图所示，

或者直接驱动扬声器、发光二级管、指示表头等负载，如下图所示。

有些集成电路有较多的信号输出引脚，有三种情况：

1）集成电路内部的前、后级单元电路分别有自己独立的信号输出引脚，如下图a）所示。

2）集成电路具有多种输出功能，所以具有多个信号输出引脚，如下图b）所示。

3）集成电路内部包含有两个（或更多）互相独立的单元电路，例如双声道功放集成电路，每一声道都有自己的信号输出引脚，如下图c）所示。

5、其它引脚

除了上述四种基本引脚之外，有些集成电路还有一些其它引脚，如外接电阻、电容、电感、晶体等元器件的引脚；自举、消振、负反馈、退藕等保证工作的引脚；静噪、控制等附加功能引脚等。

如功率放大单元电路中，集成电路IC1型号为LM3886，单列直插封装，共有11个引脚，其中3个为空脚，2个同为正电源引脚，如下图所示。1脚为正电源引脚，4脚为负电源引脚，7脚为接地引脚，10脚为同相输入引脚，9脚为反相输入引脚，3脚为输出引脚，8脚为静噪引脚。

三、从集成电路的输入输出关系上分析

在电路图中，集成电路仅以一矩形或三角形图框表示，一般不画出内部电路，这给我们分析电路图带来一定难度。在缺乏集成电路内部资料的情况下，如何看懂电路图呢？下面介绍如何运用”黑箱理论“来解决这一问题，即把集成电路看做是一个”黑箱“，我们不必去研究”黑箱“内部的结构和工作过程，而从其输入信号与输出信号的关系上进行分析，从而看懂整个电路图。

1、幅度变换关系

集成电路的输出信号与输入信号相比，其幅度发生了变化而其它参数不变，如下图所示，如果输出信号的幅度大于输入信号的幅度，我们就可以判定这个集成电路是一个放大电路。例如电压放大器，中频放大器，前置放大器，功率放大器等；如果输出信号的幅度小于输入信号的幅度，则说明该集成电路是一个衰减电路，例如衰减器，分压器等。

2、频率变化关系

集成电路的输出信号与输入信号相比，其频率发生了变化，如下图所示，如果输出信号的频率低于输入信号的频率，则说明该集成电路是一个变频电路，如果输出信号的频率高于输入信号的频率，则说明该集成电路是一个倍频电路，如果输出信号的频带是输入信号的一部分，则说明该集成电路是一个滤波电路。

3、阻抗变化关系

集成电路的输出信号与输入信号相比，其阻抗发生了变化，如下图所示，则称该集成电路是一个阻抗变换电路。如果输出信号的阻抗低于输入信号的阻抗，则说明该集成电路是电压跟随器、缓冲器等；如果输出信号的阻抗高于输入信号的阻抗，则说明该集成电路是阻抗匹配电路、恒流输出电路等。

4、相位变化关系

集成电路的输出信号与输入信号相比，其相位发生了变化，如下图所示，则称该集成电路是一个移相电路。如果移相角度为180度，可以成为反相电路。

5、波形变化关系

集成电路的输出信号与输入信号相比，其波形发生了变化，如下图所示，则称该集成电路是一个整形电路。如输出信号幅度受到限制的限幅电路，波形边沿变得陡峭的施密特触发器电路，强调输入信号变化率的微分电路，强调输入信号随时间积累情况的积分电路等。

以上是集成电路输出信号与输入信号之间的一些基本关系，除此之外，还有诸如调制关系、解调关系、逻辑关系、控制关系等。有些集成电路的输入、输出信号之间可能同时包含数种上述基本关系，甚至具有更复杂的输入、输出关系。因此，熟练掌握这些基本关系，有助于我们融会贯通，举一反三的分析各种集成电路电路图。

四、分析集成电路的接口关系

电路图中往往会包含有若干个集成电路，它们之间通过一定的电路组成了一个有机的整体。分析各个集成电路之间以及集成电路与其他分立元件单元电路之间的接口关系，也是看懂集成电路电路图的有效方法。

1、从集成电路与其它集成电路的接口关系上分析

在电路图中，已知了一些集成电路的功能与作用，我们就可以从各集成电路之间的接口关系上，分析出未知集成电路在电路图中的作用，以图 所示电路为例，IC1为一未知集成电路，其两个输入端中：”IN1“与高放集成电路的输出端相接，输入高频信号；”IN2“与本振集成电路的输出端相接，输入本振信号。IC1的输出端”OUT“与中放集成电路的中频信号输入端相接。因此，通过分析可以得知，IC1为混频集成电路，电台信号经高放级放大后输入IC1，，同时本振级产生的本振信号也输入IC1，由IC1混频后输出中频信号至中放级。

2、从集成电路与分立元件单元电路的接口关系上分析

由于分立元件单元电路比较直观、容易看懂，因此，通过对集成电路与分立元件单元电路接口关系的分析，可以帮助我们掌握该集成电路在电路中的作用。在下图所示电路中，集成电路IC2通过变压器T3与分立元件电路相连接。该分立元件单元电路是一个典型的检波电路，VD2为检波二极管，C11，R10，C12组成滤波网络，RP1为音量电位器，T3为中频变压器，IC2的输出信号由T3耦合至检波电路进行检波。因此,IC2是中频放大器集成电路，承担电路中中频放大的任务。

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