電工電子技術(shù)基本放大電路演講人：日期:目錄02晶體管放大器類(lèi)型01放大電路基礎(chǔ)概念03放大器性能參數(shù)04放大電路設(shè)計(jì)與分析05應(yīng)用實(shí)例06反饋放大電路01放大電路基礎(chǔ)概念Chapter放大原理與定義能量轉(zhuǎn)換與控制原理放大器通過(guò)直流電源獲取能量，將輸入信號(hào)的微小變化轉(zhuǎn)換為輸出端的大幅度信號(hào)變化，核心是利用有源器件（如晶體管）對(duì)電流或電壓的調(diào)控能力實(shí)現(xiàn)功率增益。線(xiàn)性與非線(xiàn)性放大理想放大器需嚴(yán)格保持輸入輸出信號(hào)的線(xiàn)性關(guān)系，但實(shí)際電路中因器件特性會(huì)產(chǎn)生諧波失真；非線(xiàn)性放大器則專(zhuān)門(mén)用于調(diào)制、整流等特定應(yīng)用場(chǎng)景。增益參數(shù)定義電壓增益（Av=Vo/Vi）、電流增益（Ai=Io/Ii）和功率增益（Ap=Po/Pi）是量化放大性能的核心指標(biāo)，分貝（dB）為單位時(shí)需采用20log或10log換算公式。頻率響應(yīng)特性放大電路的有效工作帶寬由下限截止頻率（fL）和上限截止頻率（fH）決定，涉及耦合電容、寄生電容等分布參數(shù)的影響機(jī)制。核心元器件介紹雙極型晶體管（BJT）NPN/PNP型三極管通過(guò)基極電流控制集電極電流，需配置合適偏置電路建立Q點(diǎn)，其h參數(shù)模型常用于小信號(hào)分析。無(wú)源元件選型旁路電容（CE）需滿(mǎn)足Xc≤0.1Re的低頻阻抗條件，耦合電容（Cc）的容值選擇與電路低頻響應(yīng)直接相關(guān)，電阻網(wǎng)絡(luò)決定靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性。場(chǎng)效應(yīng)管（FET）JFET和MOSFET依靠柵極電壓調(diào)控溝道導(dǎo)電性，具有輸入阻抗高、噪聲低的優(yōu)勢(shì)，適用于高靈敏度前級(jí)放大。運(yùn)算放大器（Op-Amp）集成化差分放大器包含輸入級(jí)、中間增益級(jí)和輸出級(jí)，開(kāi)環(huán)增益可達(dá)10^5以上，需配合反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成實(shí)用電路?；痉糯笞饔梅治鲭娏鞣糯筇匦酝怀觯妷涸鲆娼咏?但輸出阻抗極低（Ro≈(Rs+rbe)/(1+β)），常用作阻抗變換緩沖級(jí)。共集電極電路（射隨器）

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RC耦合通過(guò)電容隔離直流工作點(diǎn)，直接耦合需考慮電平匹配，變壓器耦合可實(shí)現(xiàn)阻抗變換但頻帶受限，級(jí)聯(lián)總增益為各級(jí)增益乘積。多級(jí)放大耦合典型電壓放大器結(jié)構(gòu)，輸出信號(hào)與輸入反相，電壓增益表達(dá)式為Av=-β(Rc//RL)/rbe，輸入阻抗約等于rbe，適用于中頻帶放大場(chǎng)景。共射放大電路高頻響應(yīng)優(yōu)異，輸入阻抗低（Zi≈re）而輸出阻抗高，電流增益α≈1，適用于射頻放大和電流傳輸場(chǎng)合。共基極電路02晶體管放大器類(lèi)型Chapter共發(fā)射極放大器高電壓增益特性共發(fā)射極放大器的電壓放大倍數(shù)較高，通?？蛇_(dá)幾十至幾百倍，適合用于小信號(hào)放大場(chǎng)景，如音頻前置放大或射頻信號(hào)處理。其增益與負(fù)載電阻、晶體管參數(shù)及偏置條件密切相關(guān)。頻率響應(yīng)限制由于米勒效應(yīng)的影響，高頻性能較差，帶寬受限。需通過(guò)補(bǔ)償電容或負(fù)反饋技術(shù)擴(kuò)展頻帶，適用于中低頻放大電路設(shè)計(jì)。輸入與輸出阻抗特性輸入阻抗中等（約1kΩ~5kΩ），輸出阻抗較高（約幾千歐姆），需通過(guò)阻抗匹配電路優(yōu)化信號(hào)傳輸效率。輸入信號(hào)從基極注入，輸出信號(hào)從集電極提取，相位反轉(zhuǎn)180度。共集電極放大器電壓跟隨特性輸出電壓與輸入電壓同相且幅值接近（增益略小于1），常用于阻抗變換或信號(hào)緩沖，如驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載（揚(yáng)聲器、長(zhǎng)電纜等）。其發(fā)射極輸出特性可降低信號(hào)源內(nèi)阻的影響。高輸入阻抗與低輸出阻抗電流放大作用輸入阻抗可達(dá)幾十千歐姆，適合連接高內(nèi)阻信號(hào)源；輸出阻抗極低（約幾十歐姆），能有效驅(qū)動(dòng)重負(fù)載，減少信號(hào)衰減。雖然電壓增益低，但電流放大能力強(qiáng)（β+1倍），適用于功率放大或信號(hào)隔離場(chǎng)景，如多級(jí)放大器的輸出級(jí)設(shè)計(jì)。123共基極放大器穩(wěn)定的增益特性電壓增益與晶體管β值無(wú)關(guān)，僅取決于集電極電阻與發(fā)射極電阻比值，增益穩(wěn)定性高，適用于需要精確放大的場(chǎng)合，如儀器儀表信號(hào)鏈。低輸入阻抗與高輸出阻抗輸入阻抗極低（約幾十歐姆），需與低阻信號(hào)源匹配；輸出阻抗高（約幾百千歐姆），適合連接高阻負(fù)載。輸入信號(hào)從發(fā)射極注入，輸出信號(hào)從集電極提取，相位同相。高頻性能優(yōu)越共基極放大器因基極接地，消除了米勒電容效應(yīng)，高頻截止頻率遠(yuǎn)高于共射和共集電路，廣泛應(yīng)用于射頻（RF）放大、振蕩電路及高頻通信系統(tǒng)。03放大器性能參數(shù)Chapter電壓增益計(jì)算定義與公式推導(dǎo)電壓增益是放大器輸出電壓與輸入電壓的比值，通常用分貝（dB）表示，計(jì)算公式為Av=20log(Vout/Vin)，需結(jié)合晶體管參數(shù)（如β值）和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（共射、共基等）進(jìn)行理論推導(dǎo)。非線(xiàn)性失真補(bǔ)償在大信號(hào)輸入時(shí)，放大器可能因工作點(diǎn)偏移導(dǎo)致增益非線(xiàn)性，需引入負(fù)反饋或預(yù)失真技術(shù)以保持增益一致性。負(fù)載效應(yīng)分析實(shí)際電路中負(fù)載電阻會(huì)顯著影響電壓增益，需通過(guò)戴維南等效模型計(jì)算輸出端等效阻抗，并分析負(fù)載變化對(duì)增益穩(wěn)定性的影響。輸入輸出阻抗特性輸入阻抗建模輸入阻抗由偏置電阻、晶體管動(dòng)態(tài)電阻（如rπ）及反饋網(wǎng)絡(luò)共同決定，高頻下還需考慮寄生電容導(dǎo)致的阻抗頻率依賴(lài)性。輸出阻抗優(yōu)化輸出阻抗直接影響帶載能力，采用射極跟隨器或電流源負(fù)載可降低輸出阻抗，而共射結(jié)構(gòu)需通過(guò)并聯(lián)電容或串聯(lián)電感改善高頻特性。阻抗匹配設(shè)計(jì)為最大化功率傳輸，需通過(guò)π型/T型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輸入/輸出阻抗與信號(hào)源/負(fù)載的共軛匹配，減少反射損耗。頻率響應(yīng)分析低頻截止點(diǎn)確定耦合電容和旁路電容形成高通特性，需計(jì)算各電容對(duì)應(yīng)的截止頻率（如fL=1/(2πRC)），并綜合評(píng)估整體低頻響應(yīng)。高頻衰減機(jī)制晶體管結(jié)電容（Cπ、Cμ）和布線(xiàn)寄生電容導(dǎo)致增益滾降，通過(guò)密勒效應(yīng)分析和極點(diǎn)-零點(diǎn)定位優(yōu)化帶寬。相位裕度評(píng)估多級(jí)放大器中相位延遲可能引發(fā)振蕩，需采用波特圖或奈奎斯特判據(jù)確保足夠的相位裕度（通常＞45°）以維持穩(wěn)定性。04放大電路設(shè)計(jì)與分析Chapter通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)為晶體管提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，確保放大器在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)處于線(xiàn)性放大區(qū)，需精確計(jì)算基極電阻與集電極電阻比值以避免飽和或截止。固定偏置電路設(shè)計(jì)采用上下拉電阻分壓結(jié)構(gòu)降低溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響，配合發(fā)射極電阻引入直流負(fù)反饋，顯著提高靜態(tài)工作點(diǎn)的溫度穩(wěn)定性。分壓式偏置電路優(yōu)化利用恒流源替代傳統(tǒng)電阻偏置，可提供高動(dòng)態(tài)阻抗的偏置電流，特別適用于差分放大電路和高精度放大場(chǎng)景，能有效抑制電源波動(dòng)干擾。電流源偏置技術(shù)010203偏置電路配置等效電路模型建立將非線(xiàn)性晶體管線(xiàn)性化為受控電流源與輸入輸出阻抗網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)hie、hfe、hoe等參數(shù)描述低頻下的放大特性，適用于手工計(jì)算和初級(jí)仿真分析。小信號(hào)H參數(shù)模型混合π型高頻模型噪聲等效模型構(gòu)建引入結(jié)電容和擴(kuò)散電容效應(yīng)，能準(zhǔn)確表征晶體管在高頻段的增益衰減和相位變化，是分析帶寬、截止頻率等高頻特性的核心工具。在等效電路中添加等效噪聲電壓源和電流源，通過(guò)噪聲系數(shù)計(jì)算量化放大器的信噪比劣化程度，為低噪聲電路設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。失真與噪聲控制負(fù)反饋技術(shù)應(yīng)用通過(guò)電壓串聯(lián)或電流并聯(lián)等反饋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將輸出信號(hào)回饋至輸入端，可同時(shí)降低諧波失真和互調(diào)失真，改善頻率響應(yīng)線(xiàn)性度。靜態(tài)工作點(diǎn)優(yōu)化精確設(shè)置Q點(diǎn)位于負(fù)載線(xiàn)中點(diǎn)附近，確保信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)放大，避免截止失真和飽和失真，需綜合考慮電源電壓與負(fù)載阻抗匹配。電源去耦與接地設(shè)計(jì)采用多層板電源平面與星型接地布局，配合0.1μF高頻去耦電容，有效抑制電源紋波和地彈噪聲，提升小信號(hào)放大質(zhì)量。低溫漂元件選型選用金屬膜電阻、低溫漂運(yùn)放等器件，降低環(huán)境溫度變化引起的參數(shù)漂移，保持放大電路長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。05應(yīng)用實(shí)例Chapter音頻放大電路應(yīng)用高保真音響系統(tǒng)采用多級(jí)放大電路設(shè)計(jì)，通過(guò)電壓放大和功率放大級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)低失真、寬頻響的音頻信號(hào)還原，滿(mǎn)足音樂(lè)播放和錄音設(shè)備的專(zhuān)業(yè)需求。耳機(jī)驅(qū)動(dòng)電路利用低噪聲運(yùn)算放大器或?qū)Ｓ靡纛l芯片，提供足夠的輸出電流和電壓擺幅，確保高阻抗耳機(jī)的高動(dòng)態(tài)范圍和清晰音質(zhì)表現(xiàn)。公共廣播系統(tǒng)結(jié)合前置放大與ClassD功放技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離音頻信號(hào)傳輸?shù)母咝史糯?，適用于商場(chǎng)、車(chē)站等大范圍場(chǎng)景的語(yǔ)音播報(bào)。射頻放大電路應(yīng)用無(wú)線(xiàn)通信基站采用GaN或LDMOS功率放大器模塊，提升射頻信號(hào)發(fā)射效率，支持5G/4G網(wǎng)絡(luò)的高頻段、大帶寬信號(hào)覆蓋需求。衛(wèi)星接收系統(tǒng)通過(guò)低噪聲放大器（LNA）設(shè)計(jì)，在接收端放大微弱衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)抑制噪聲干擾，確保通信鏈路的信噪比穩(wěn)定性。雷達(dá)信號(hào)處理利用寬帶射頻放大器鏈，實(shí)現(xiàn)脈沖或連續(xù)波信號(hào)的線(xiàn)性放大，滿(mǎn)足軍事、氣象雷達(dá)對(duì)目標(biāo)探測(cè)的距離和分辨率要求。運(yùn)算放大器基礎(chǔ)應(yīng)用通過(guò)配置電阻電容網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)放構(gòu)成低通、高通或帶通濾波器，用于信號(hào)處理系統(tǒng)中的頻段選擇與噪聲抑制。有源濾波器設(shè)計(jì)采用儀表放大器或差分放大電路，放大熱電偶、應(yīng)變片等傳感器的微弱輸出信號(hào)，并消除共模干擾，提高測(cè)量精度。傳感器信號(hào)調(diào)理利用運(yùn)放的高輸入阻抗和低輸出阻抗特性，實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離與阻抗匹配，防止前后級(jí)電路間的負(fù)載效應(yīng)影響。電壓跟隨器與緩沖器01020306反饋放大電路Chapter反饋機(jī)制原理信號(hào)采樣與比較反饋放大電路通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保輸出信號(hào)與預(yù)期目標(biāo)一致。負(fù)反饋與正反饋區(qū)別負(fù)反饋通過(guò)抑制輸出信號(hào)的波動(dòng)來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)，如降低增益誤差；正反饋則放大輸出信號(hào)變化，常用于振蕩電路或特定信號(hào)增強(qiáng)場(chǎng)景。環(huán)路增益分析反饋系數(shù)與開(kāi)環(huán)增益共同決定環(huán)路增益，影響系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和相位裕度，是判斷反饋效果的核心參數(shù)。負(fù)反饋類(lèi)型與作用采樣輸出電流并并聯(lián)反饋至輸入，能降低輸入阻抗、提高輸出阻抗，適用于電流放大或阻抗匹配場(chǎng)景。電流并聯(lián)負(fù)反饋改善非線(xiàn)性失真擴(kuò)展頻帶寬度通過(guò)采樣輸出電壓并串聯(lián)反饋至輸入端，可提高輸入阻抗、降低輸出阻抗，常用于電壓放大電路以穩(wěn)定增益。負(fù)反饋通過(guò)抑制諧波分量，顯著減少放大電路的非線(xiàn)性失真，提升信號(hào)保真度。負(fù)反饋通過(guò)降低中頻增益換取更寬的頻帶，使高頻和低頻響應(yīng)特性得到均衡優(yōu)化。電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋對(duì)穩(wěn)定性影響相位裕度與振蕩風(fēng)險(xiǎn)反饋環(huán)路中若相