2.1.1放大器概述

放大器：把微弱的電信號(hào)放大為較強(qiáng)電信號(hào)的電路?；咎卣魇枪β史糯?。擴(kuò)音機(jī)框圖擴(kuò)音機(jī)是一種常見的放大器，如圖所示。

聲音先經(jīng)過話筒轉(zhuǎn)換成隨聲音強(qiáng)弱變化的電信號(hào)；再送入電壓放大器和功率放大器進(jìn)行放大；最后通過揚(yáng)聲器把放大的電信號(hào)還原成比原來響亮得多的聲音。

第1頁(yè)/共47頁(yè)2.1.2放大器的放大倍數(shù)放大器的框圖輸入端輸入電流輸出電流輸入電壓輸出電壓輸出端第2頁(yè)/共47頁(yè)一、放大倍數(shù)的分類

1．電壓放大倍數(shù)(3.1.1)

2．電流放大倍數(shù)

(3.1.2)

3．功率放大倍數(shù)

(3.1.3)三者關(guān)系為

(3.1.4)

第3頁(yè)/共47頁(yè)二、放大器的增益增益G：用對(duì)數(shù)表示放大倍數(shù)。單位為分貝(dB)。1．功率增益GP

=10lgAP(dB)

2．電壓增益Gv

=20lgAv(dB)

3．電流增益Gi

=20lgAi(dB)

三者關(guān)系為？三者關(guān)系為：GP

=

（Gv+Gi

）/2第4頁(yè)/共47頁(yè)例題

1：電壓放大倍數(shù)為1000，電流放大倍數(shù)為100，求電壓、電流、功率增益各為多少？

解：Gv=20lg1000=60dBGi=20lg100=40dBGp=10lg(1000100)=50dB

例題

2：第一級(jí)電壓放大倍數(shù)為0.01，第二級(jí)為1000，求總放大倍數(shù)和增益。

解一：Av=0.011000=10Gv=20lgAv=20dB解二：Gv1=20lg0.01dB=40dBGv2=20lg1000dB=60dBGv=Gv1

Gv2=20dB

第5頁(yè)/共47頁(yè)二、放大器的增益增益G：用對(duì)數(shù)表示放大倍數(shù)。單位為分貝(dB)。1．功率增益GP

=10lgAP(dB)

2．電壓增益Gv

=20lgAv(dB)

3．電流增益Gi

=20lgAi(dB)

增益為正值時(shí)，電路是放大器，增益為負(fù)值時(shí)，電路是衰減器。例如，放大器的電壓增益為20dB，則表示信號(hào)電壓放大了10倍。又如，放大器的電壓增益為-20dB，這表示信號(hào)電壓衰減到1/10，即放大倍數(shù)為0.1。第6頁(yè)/共47頁(yè)2.2單級(jí)低頻小信號(hào)放大器2.2.1單管共射基本放大電路2.2.2放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)2.2.3共發(fā)射極電路的放大和反向作用第7頁(yè)/共47頁(yè)

單級(jí)低頻小信號(hào)放大器：工作頻率在20Hz(赫)到20kHz(千赫)內(nèi)、電壓和電流都較小的單管放大電路。2.2.1單管共射基本放大電路單管共發(fā)射極放大電路一、電路的組成和電路圖的畫法1．電路組成第8頁(yè)/共47頁(yè)2．元件作用

EB——基極電源。通過偏置電阻Rb，保證發(fā)射結(jié)正偏。

EC——集電極電源。通過集電極電阻RC，保證集電結(jié)反偏。

Rb——偏置電阻。保證由基極電源EB

向基極提供一個(gè)合適的基極電流。

Rc——集電極電阻。將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化。

C1、C2——耦合電容。防止信號(hào)源以及負(fù)載對(duì)放大器直流狀態(tài)的影響；同時(shí)保證交流信號(hào)順利地傳輸。即“隔直通交”。第9頁(yè)/共47頁(yè)實(shí)際電路通常采用單電源供電，如圖(b)所示。單管共發(fā)射極放大電路第10頁(yè)/共47頁(yè)3．電路圖的畫法如右圖所示。“⊥”表示接地點(diǎn)，實(shí)際使用時(shí)，通常與設(shè)備的機(jī)殼相連。RL

為負(fù)載，如揚(yáng)聲器等。單電源供電放大器的習(xí)慣畫法C1、C2

非電解電容器的畫法第11頁(yè)/共47頁(yè)二、電路中電壓和電流符號(hào)寫法的規(guī)定

1．直流分量：用大寫字母和大寫下標(biāo)的符號(hào)，如IB表示基極的直流電流。

2．交流分量瞬時(shí)值：用小寫字母和小寫下標(biāo)的符號(hào)，如ib

表示基極的交流電流。

3．總量瞬時(shí)值：是直流分量和交流分量之和，用小寫字母和大寫下標(biāo)的符號(hào)，如iB=IB+ib，即表示基極電流的總瞬時(shí)值。第12頁(yè)/共47頁(yè)2.2.2放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)：無(wú)信號(hào)輸入(vi=0)時(shí)電路的工作狀態(tài)。

1．靜態(tài)工作點(diǎn)Q

：靜態(tài)時(shí)晶體管直流電壓UBE

、UCE

和對(duì)應(yīng)的IB、IC

值。分別記作UBEQ、IBQ、UCEQ

和ICQ。如下圖所示。靜態(tài)工作點(diǎn)第13頁(yè)/共47頁(yè)UBEQ：硅管一般為0.7V，鍺管為0.3V。靜態(tài)工作點(diǎn)第14頁(yè)/共47頁(yè)[例題]在圖示單級(jí)放大器中，設(shè)VG=12V,Rb=220k，

RC=2k，

=60。求放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。

靜態(tài)工作點(diǎn)解從電路可知，晶體管是NPN型，按照約定視為硅管，則第15頁(yè)/共47頁(yè)2．靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響

靜態(tài)工作點(diǎn)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的工作狀態(tài)影響非常大。若把左圖中的Rb除掉，電路如右圖所示，則IBQ=0，當(dāng)輸入端加正弦信號(hào)電壓vi

時(shí)，在信號(hào)正半周，發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，輸入電流ib

隨vi

變化。在信號(hào)負(fù)半周，發(fā)射結(jié)反偏而截止，輸入電流ib

等于零。即波形產(chǎn)生了失真。除去Rb時(shí)放大器工作不正常

第16頁(yè)/共47頁(yè)2．靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響如果

Rb

阻值適當(dāng)，則

IBQ

不為零且有合適的數(shù)值。當(dāng)輸入端有交流信號(hào)vi

通過C1加到晶體管的發(fā)射結(jié)時(shí)，基極電流在直流電流

IBQ

的基礎(chǔ)上隨vi

變化，即交流

ib

疊加在直流IBQ

上。第17頁(yè)/共47頁(yè)2．靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響如果IBQ

的值大于ib

的幅值，那么基極的總電流IBQ+

ib

始終是單方向的直流電，即它只有大小的變化，沒有正負(fù)極性的變化，這樣就不會(huì)使發(fā)射結(jié)反偏而截止，從而避免了輸入電流

ib

的波形失真。綜上可見，一個(gè)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，是放大器能否正常工作的重要條件。由電源VG

和偏置電阻Rb

組成的電路，就是為了提供合適的偏流而設(shè)置的，稱為偏置電路。第18頁(yè)/共47頁(yè)2.2.3共發(fā)射極電路的放大和反相作用1．信號(hào)放大與反相由于基極電流對(duì)集電極電流的控制作用，集電極電流在靜態(tài)值ICQ

的基礎(chǔ)上跟著ib

變化ic=ICQ+ic同樣，集電極與發(fā)射極電壓也是靜態(tài)電壓UCEO

和交流電壓uce兩部分合成，即uCE=UCEQ+uce交流輸入信號(hào)vi

經(jīng)過電容C1作用在晶體管的發(fā)射結(jié)，引起基極電流的變化，這時(shí)基極總電流為iB=IBQ+ib第19頁(yè)/共47頁(yè)由于集電極電流ic

流過電阻RC時(shí)，在RC

上產(chǎn)生電壓降ic

RC

，則集電極與發(fā)射極間總的電壓應(yīng)為：負(fù)號(hào)表示ic

增加時(shí)vce

將減小，即vce

與ic

反相。經(jīng)耦合電容C2的“隔直通交”，放大器，輸出端獲得放大后的輸出電壓

vo

＝vce＝－ic

Rc，即vo與vi

相反。

uCE=UCEQ+uce第20頁(yè)/共47頁(yè)2．直流通路和交流通路畫法(1)直流通路：電容視為開路，電感視為短路，其他不變。(2)交流通路：電容和電源視為短路。直流、交流通路畫法第21頁(yè)/共47頁(yè)單級(jí)放大器的工作特點(diǎn)：

(1)為了不失真地放大信號(hào)，放大器必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

(2)共發(fā)射極放大器對(duì)輸入的信號(hào)電壓具有放大和倒相作用。

(3)在交流放大器中同時(shí)存在著直流分量和交流分量?jī)煞N成分。直流分量反映的是直流通路的情況；交流分量反映的是交流通路的情況。第22頁(yè)/共47頁(yè)2.3放大電路的分析方法2.3.1圖解法2.3.2估算法第23頁(yè)/共47頁(yè)2.3.1圖解法通常采用圖解法和估算法對(duì)放大電路的基本性能進(jìn)行分析。圖解法：利用晶體管特性曲線，通過作圖分析放大器性能。一、用圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)1．直流負(fù)載線放大器的輸出回路

第24頁(yè)/共47頁(yè)

靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析

由直流通路得VCE和IC

關(guān)系的方程為VCE=VG

-

ICRc

根據(jù)上式在左圖晶體管輸出特性曲線族上作直線MN，斜率是1/Rc。由于Rc

是直流負(fù)載電阻，所以直線MN

稱為直流負(fù)載線。第25頁(yè)/共47頁(yè)2．靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析如圖所示，若給定IBQ=IB3，則曲線IBQ=IB3

與直線MN

的交點(diǎn)

Q，即為靜態(tài)工作點(diǎn)。過Q

點(diǎn)分別作橫軸和縱軸的垂線得對(duì)應(yīng)的VCEQ、ICQ。由于晶體管輸出特性是一組曲線，所以，對(duì)應(yīng)不同的IBQ，靜態(tài)工作點(diǎn)Q

的位置也不同，所對(duì)應(yīng)的VCEQ、ICQ

也不同。第26頁(yè)/共47頁(yè)二、用圖解法分析輸出端帶負(fù)載時(shí)的放大倍數(shù)1．交流負(fù)載線交流通路交流負(fù)載電阻為過Q點(diǎn)，作斜率為的直線，得交流負(fù)載線MN。第27頁(yè)/共47頁(yè)2．放大倍數(shù)的圖解分析如圖所示。根據(jù)iB

的變化范圍iBmax

和iBmin，得到工作點(diǎn)的變化范圍Q1、Q2，可得輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍VCEmax–VCEmin。所以輸出電壓的幅值Vom=VCEmax–VCEQ,若輸入信號(hào)的幅值為Vim，則放大器的電壓放大倍數(shù)為放大倍數(shù)的圖解分析vo

＝vce＝－ic

Rc第28頁(yè)/共47頁(yè)三、靜態(tài)工作點(diǎn)與波形失真的圖解1．飽和失真如果靜態(tài)工作點(diǎn)接近于QA

，在輸入信號(hào)的正半周，管子將進(jìn)入飽和區(qū)，輸出電壓vce

波形負(fù)半周被部分削除，產(chǎn)生“飽和失真”。2．截止失真如果靜態(tài)工作點(diǎn)接近于QB，在輸入信號(hào)的負(fù)半周，管子將進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓vce波形正半周被部分削除，產(chǎn)生“截止失真”。3．非線性失真飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。是由于管子工作狀態(tài)進(jìn)入非線性的飽和區(qū)和截止區(qū)而產(chǎn)生的。為了獲得幅度大而不失真的交流輸出信號(hào)，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在負(fù)載線的中點(diǎn)Q

處。vo

＝vce＝－ic

Rc第29頁(yè)/共47頁(yè)工程應(yīng)用消除非線性失真的方法由上頁(yè)圖可知，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高時(shí)，IBQ

偏大，出現(xiàn)飽和失真，要消除飽和失真，可將偏置電阻Rb增大，即可使IBQ

下降，靜態(tài)工作點(diǎn)下移動(dòng)。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)，IBQ

偏小，出現(xiàn)截止失真，要消除截止失真，可將偏置電阻Rb減小，靜態(tài)工作點(diǎn)上移動(dòng)。為調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，常將偏置電阻設(shè)置成可調(diào)電阻，為防止可調(diào)偏置電阻調(diào)為零電阻時(shí)靜態(tài)工作電流過大引起的三極管損壞，又常將可調(diào)偏置電阻與一固定電阻相串聯(lián)。第30頁(yè)/共47頁(yè)2.2.2估算法估算法：應(yīng)用數(shù)學(xué)方程式通過近似計(jì)算來分析放大器的性能。一、估算靜態(tài)工作點(diǎn)由放大器的直流通路得出估算靜態(tài)工作點(diǎn)的公式：第31頁(yè)/共47頁(yè)

[例3.3.1]如圖所示放大器，設(shè)VG=12V，Rb=200k，RC=3k，若晶體管電流放大系數(shù)

=35，試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。估算靜態(tài)工作點(diǎn)

解第32頁(yè)/共47頁(yè)二、估算輸入電阻、輸出電阻和放大倍數(shù)1．晶體管輸入電阻rbe的估算公式

晶體管的輸入電阻rbe：晶體管基極和發(fā)射極之間交流電壓vi與相應(yīng)交流電流ib之比。估算公式為：

rbb是晶體管基區(qū)電阻，在小電流(IEQ約幾毫安)情況下，低頻小功率管約為300，因此，在低頻小信號(hào)時(shí)從式可見，rbe與靜態(tài)電流IEQ有關(guān)，靜態(tài)工作點(diǎn)不同，rbe取值也不同。常用小功率管的rbe約為1k左右。第33頁(yè)/共47頁(yè)2．放大器的輸入電阻ri和輸出電阻ro

(1)輸入電阻ri

輸入電阻ri：從放大器輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻。從圖中可以看出，ri=Rb//rbe

一般Rb>>rbe

，所以ri

rbe

如圖所示放大器的交流通路，

ri

表示放大器從信號(hào)源吸取信號(hào)幅度的大小。ri

越大，信號(hào)源內(nèi)阻損耗越小，放大器得到的有效輸入信號(hào)越大。結(jié)論：?jiǎn)渭?jí)放大器的輸入電阻ri

近似等于晶體管的輸入電阻rbe。交流通路第34頁(yè)/共47頁(yè)(2)輸出電阻ro交流通路

輸出電阻ro：從放大器輸出端(不包括外接負(fù)載電阻)看進(jìn)去的交流等效電阻。因晶體管輸出端在放大區(qū)呈現(xiàn)近似恒流特性，其動(dòng)態(tài)電阻很大，所以輸出電阻近似等于集電極電阻。即

ro表示放大器帶負(fù)載的能力。輸出電阻越小，輸出信號(hào)時(shí)，自身?yè)p耗越小，帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。第35頁(yè)/共47頁(yè)3．估算放大倍數(shù)的公式放大器輸出端外接負(fù)載電阻RL

時(shí)，等效負(fù)載電阻即故第36頁(yè)/共47頁(yè)

[例3.3.2]

單級(jí)放大器中，Rc=3k，設(shè)靜態(tài)電流IE=2.1mA，晶體管

=35。求輸出端帶負(fù)載電阻RL=3k時(shí)，電壓放大倍數(shù)Av解第37頁(yè)/共47頁(yè)2.4放大器的偏置電路2.4.1固定偏置電路2.4.2分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路第38頁(yè)/共47頁(yè)2.4.1固定偏置電路固定偏置電路電路如圖所示。由直流通路可見，偏置電流IBQ

是通過偏置電阻Rb

由電源VG

提供，當(dāng)VG>>VBEQ

時(shí)只要VG

和Rb

為定值，IBQ

就是一個(gè)常數(shù)，故把這種電路稱為固定偏置電路。該電路由于因此，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，雖然IBQ

為常數(shù)，但

和ICEQ

的增大會(huì)導(dǎo)致ICQ

的上升?？梢姡娐返臏囟确€(wěn)定性較差。只能用在環(huán)境溫度變化不大，要求不高的場(chǎng)合。第39頁(yè)/共47頁(yè)2.4.2分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路1．元件作用

Rb1：上偏置電阻，Rb2：下偏置電阻，Re：發(fā)射極電阻，Ce：發(fā)射極旁路電容。電路特點(diǎn)是靜態(tài)工作點(diǎn)比較穩(wěn)定。動(dòng)畫分壓式偏置電路第40頁(yè)/共47頁(yè)

2．工作原理基極電壓VBQ

由Rb1

和Rb2

分壓后得到，即

固定。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，引起

ICQ

增加，導(dǎo)致的IEQ

增加，使VEQ=IEQ·Re

增大。由于VBEQ=VBQ-

VEQ，使得VBEQ

減小，于是基極偏流IBQ

減小，使集電極電流ICQ

的增加受到限制，從而達(dá)到穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的目的。穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程簡(jiǎn)述如下：TICQIEQVEQ