用一个晶体管接成单管放大器,放大倍数有限,一般只能做到十几倍,而送到放大器输入端的信号往往很小、只有几微瓦,经一个晶体管放大后,输出幅度不大,还不足以推动负载(如喇叭),因而实际放大器中总是用了多个晶体管,让这些晶体管串接起来进行放大,得到成千上万倍、甚至几千万倍的放大倍数。例如用两个晶体管装成的再生式收音机,可得到约10mW的输出功率,推动一只2.5英寸喇叭放声;而中、短波收音机,要得到50~100mW输出功率,一般需要用6个以上的晶体管。
用多个晶体管组成放大器,就有个管子间如何连接的问题,也就是管子间信号如何传送的问题,因而管子间的连接方法也叫做耦合方法。
晶体管间的连接方法
放大器中晶体管间的连接方法,常用的有三种:(1)用电容连接,(2)用变压器连接,(3)直接连接。
(1)用电容连接:图1两个晶体管间用电容C\(_{2}\)连接,电容C1、C\(_{2}\)、C3对交流近乎短路,对直流呈开路,因而用电容连接不会影响各级管子的直流工作状态。这些连接电容构成了前后级管子的交流通路,因而可将前级看成是后级的信号源,或将后级看成是前级的交流负载,若后级管子的输入电阻为hie\(_{2}\),放大器的输入电阻就为Ri2=R\(_{b3}\)∥Rb4∥hie\(_{2}\),b3、R\(_{b4}\)》hie2时,R\(_{i2}\)≈hie2,即前级放大器的交流负载上R'\(_{L}\)=RC1∥R\(_{i2}\)≈RC1hie\(_{2}\)RC1+hie\(_{2}\),由此可见,用电容连接的放大器,其交流负载R'L将小于其直流负载R\(_{C1}\),表示在晶体管输出特性曲线上的负载线斜率将发生变化,图2中AB线为直流负载线, 其斜率(tg\(^{-}\)11;RC1)取决于直流负载电阻R\(_{C1}\)。直流工作点Q是偏置电路确定的,在交流工作时,交流负载变为R'L,因而负载线是过Q点、斜率为tg-1\(\frac{1}{R'}\)\(_{L}\)的MN线,这条线叫做交流负载线,它描述了管子的交流工作状态。当输入信号Vs使基极电流变化i\(_{b}\)时,工作点Q不会在直流负载线AB上移动,而将在交流负载线MN上滑动,相应可作出输出电流ic和输出电压V\(_{c}\)。


图1电路中,前级晶体管输出信号取自其集电极负载电阻R\(_{C1}\)上电压的变化,RC1加大会使交流负载R'\(_{L}\)有所增加,交流负载线斜率tg\(^{-}\)1\(\frac{1}{R'}\)L减小,从图2可看出,负载线将更倾斜,电压输出将加大。但过于加大R\(_{C1}\),交流负载线过于倾斜,输出电流将很小,也就是说RC1同时还有限流作用,它影响管子工作的动态范围。为此,在一些电路中,可将R\(_{C1}\)(RC2)换成电感线圈,如图3。由于电感线圈L的直流电阻甚小,它就不会像R\(_{C1}\)那样限制IC1的增长,从而使管子的输出动态范围增加。又由于电感L对交流信号呈现阻抗为X\(_{L}\)=2πfL,例如一个L=10mH的电感,在工作频率f=10KHz时,阻抗XL=6.28×10KHz×10mH=628Ω,即相当于一个628Ω的电阻,因而由它来代替R\(_{C1}\),集电极同样可输出交流信号。这种接法,也叫做电感连接。

(2)用变压器连接:图4两个晶体管间用变压器B\(_{1}\)的初次级连接,变压器隔断了直流,使前后级管子的直流工作状态互不影响,但它却将交流信号从前级耦合到后级。变压器初级接在前级管子集电极上,其效果同图3电感连接方法是一样的,即变压器连接也使管子输出动态范围增加。

用变压器连接的最大好处在于信号传送效率高。我们知道,变压器初次级圈数N\(_{1}\)、N2与初次级电压V\(_{1}\)、V2是成正比的,而与初次级电流成反比,即\(\frac{N}{_{1}}\)N2=V\(_{1}\);V2=\(\frac{I}{_{2}}\)I1。于是可以容易地推算出初次级阻抗的比值r\(_{1}\);r2=\(\frac{V}{_{1}}\)/I1V\(_{2}\)/I2=V\(_{1}\);V2·\(\frac{I}{_{2}}\)I1=(N\(_{2}\);N2)\(^{2}\),这就说明,变压器初次级阻抗比等于其圈数比n=\(\frac{N}{_{1}}\)N2的平方,可写为r\(_{1}\)= n2r2,也就是我们可用改变圈数比的办法控制阻抗比,使前级管子的高阻输出与后级管子的低阻输入通过变压器连接起来,前后级输出、输入阻抗匹配,使信号功率的传输效率最高。
3.直接连接;图5a中前级管子的集电极直接连到了后级管子的基极,这种接法构通了交流信号,也接通了直流。后级基极电位就是前级集电极的电位,前级的负载电阻R\(_{C1}\)同时又是后级的基极电阻,使两管直流电路互受影响,直流工作点互相牵制。譬如前级管子IC1的变化就将影响后级管子的基极电位,从而使其直流工作点发生变化,因而这种连接方法,各管直流工作点的调整较为困难。

图5b这种直接连接方法,被认为是一种较好的低噪声、高稳定电路,其中接成共射形式前级管子的集电极,直接连到了接成共基形式后级管子的发射极。以前已讲过,晶体管共射接法的功率增益较大,但由于内反馈较大而稳定性较差;而共基接法虽然功率增益小,输入电阻也很小,但其内反馈小,因而工作稳定性极好。将两者结合起来,构成共射—共基电路,互相取长补短,就成为一种较好的电路。由于共基接法的内反馈极小,故对前后级的隔离度很大,目前这种电路常用作隔离放大器,例如可将它插入到振荡器和负载之间。
还有可以用PNP、NPN两种不同极性的晶体管交替直接连接起来,如图5c。只要调整好各管工作点,完全可以根据输出幅度的要求,逐个控制各管的集电极电位。目前已广泛应用的无变压器功放电路中(OTL、OCL等),就采用了这种办法。
晶体管间的直接连接,由于各级直流工作点互相牵制,在电源波动或环境温度变化时,若第一级管子工作点发生变化,势必使这种变化直接传到第二级去放大,这样逐级放大的结果,尽管第一级没有信号输入,输出端的输出也不是零,且随温度变化而变化,这种现象叫做直流放大器的零点漂移。
克服零点漂移的较好办法是将两管接成所谓差动式放大器,如图6。这种放大器中,两管发射极连在一起,共用一个发射极电阻。输入信号加到两管基极,极性正好相反,输出信号从两管集电极取得(即取两者输出之差)。只要电路两边完全对称,管子参数选得对称性好些,那末无论电源波动或温度变化,对两管的影响都一样,从两管集电极的输出电压中,两管的影响应互相抵消掉。差动放大器的放大倍数与单管放大器相等,但由于其零漂小、稳定性好,故应用极广,尤其被大量用于集成电路中。

晶体管的选用
1.根据电路要求选择确定晶体管的极性,是用PNP型还是NPN型,并根据所放大的信号来确定采用何种特性的管子,例如用于放大开关信号(方波)的管子应选用开关晶体管。
2.管子功率的大小,主要应根据管子在电路中的工作情况和电路结构来定。用于小信号放大的管子,一般选用P\(_{CM}\)=100~300mW的小功率管就可以了,例如用在收音机前置低放以前各级的放大管。用于功率放大的管子,应根据输出功率和电路结构来确定其功率。例如收音机功放管,同样采用变压器连接并要满足100mW输出功率,单管甲类功放就比两管推挽功放要求管子功率大很多。
3.管子的频率特性应根据放大器的工作频率来定。例如,中短波收音机的混频管,由于电路工作频率在十几兆赫,就必须选用高频管,而低放管,工作在音频范围,用低频管就可以了。电视机高频头中的高放管,工作频率高达数百兆赫,就应选用超高频管。至于具体f\(_{α}\)、fβ、f\(_{T}\)等参数的选定,不但要看放大器的最高工作频率fs,还要考虑到管子接成什么形式,接成共射电路时,要求f\(_{β}\)≥(3~10)fs,而接成共基电路时,对管子频率要求就可降低,可按f\(_{α}\)≈βfβ换算。
4.管子直流参数的选择一般要求应留有足够余量,使管子工作时不致超出其极限参数的规定,但也不能盲目地要求过高。
最高反压的确定要考虑管子的接法,例如共射接法要注意BV\(_{ceo}\)应满足要求,而共基接法则要注意BVcbo。还应考虑管子间的连接方法:例如晶体管间用电容连接时,由于管子集电极接有R\(_{c}\),在正常情况下,这种放大器中管子的Vce约调到供电电压E\(_{c}\)的一半,即Vce=12E\(_{c}\),有时根据输入信号的幅度大小,亦允许Vce调到25%~75%E\(_{c}\),这就说明,要求管子BVceo≥E\(_{c}\)就可以了。当晶体管间采用变压器连接时,Ec几乎全部加到管子集电极上,又由于初级线圈的感应电压叠加在E\(_{c}\)上,就要求管子必须有2Ec 的耐压,即BV\(_{ceo}\)≥2Ec。
电流放大倍数β的选择与电路工作频率、管子接法及电路稳定性有关。例如,当管子按共射、共集接法时,放大器的放大倍数与管子β关系较大,一般希望β大些,但过大了会引起电路自激,无法稳定工作。当放大器工作频率甚高时,直流β选择过高亦意义不大,因为这时的关键指标是fT了。而当管子按共基接法时,由于α=\(\frac{β}{1+β}\)≈1,这时选β高的管子亦意义不大了。
饱和压降V\(_{ces}\)也是个很重要的参数。当管子工作电流较大时,选管时就必须考虑这一参数,例如功放管的选择。在同类管子进行比较时,应该在相同的Vce、I\(_{c}\)条件下比较,应选用Vces较小的管子。(金国钧编译)