1、第二章 放大器基礎(chǔ),第二章 基本放大器,2.2 放大器的圖解分析法,2.3 放大器工作點的穩(wěn)定,2.4 放大器微變等效電路分析法,2.5 共集和共基放大電路,2.6 場效應(yīng)管放大電路,2.1 放大器的組成及工作原理,2.1 放大器的組成及工作原理,2.1.1 放大器功能及組成,聲音先經(jīng)過話筒轉(zhuǎn)換成隨聲音強(qiáng)弱變化的電信號；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還原成比原來響亮得多的聲音。,放大器：電子設(shè)備中不可缺少的組成部分，主要功能是放大信號，即把微弱的電信號（電流、電壓、或功率）通過電子器件的控制作用，將直流電源功率轉(zhuǎn)換成一定幅度的、隨輸入信號變化的輸出信號。基本

2、特征是功率放大。,擴(kuò)音機(jī)是一種常見的放大器，如圖3.1.1所示。,圖2.1.1擴(kuò)音機(jī)框圖,圖2.1.2放大器的框圖,放大器的組成框圖,2.1.2 放大電路的基本概念及性能指標(biāo),一.放大的基本概念,放大把微弱的電信號的幅度放大。 一個微弱的電信號通過放大器后，輸出電壓或電流的幅得到了放大，但它隨時間變化的規(guī)律不能變，即不失真。不失真的情況下放大才有意義。,放大的本質(zhì)： 能量的控制和轉(zhuǎn)換；即在輸入信號作用下，通過放大電路將 直流電源的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載所獲得的能量，使負(fù)載從電源獲得的能量大于信號源所提供的能量。,二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo),放大倍數(shù)又叫增益，是衡量放大器放大能力的指標(biāo)，有電壓放大倍數(shù)，

3、電流放大倍數(shù)，功率放大倍數(shù)等，一般以主要探討電壓放大倍數(shù)。,1. 放大倍數(shù)表示放大器的放大能力,（1）電壓放大倍數(shù)定義為: AU=uo/ui,（2）電流放大倍數(shù)定義為: AI=io/ii,2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻,Ri=ui / ii,一般來說， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。 （2）當(dāng)信號源有內(nèi)阻時， Ri越大， ui就越接近uS。,3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻,輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。,輸出電阻的定義：,4. 通頻帶,通頻帶：,fbw=fHfL,放

4、大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線,在信號頻率下降到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值明顯下降，使放大倍數(shù)的數(shù)值等于0.707倍Aum 的 頻率 fL稱為下限截止頻率,在信號頻率上升到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值也將減小，使放大倍數(shù)的數(shù)值等于0.707倍 Aum 的頻率稱fH為上限截止頻率,中頻放大倍數(shù):Aum,5. 非線性失真系數(shù),6.最大不失真輸出電壓,最大不失真輸出電壓：當(dāng)輸入電壓再增大就會使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時的輸出電壓: Uom或用峰峰值Uopp表示,且,7. 最大輸出功率與效率,輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比稱為非線性失真系數(shù)D 。設(shè)基波幅值為A1 ,諧波幅值為 A2,A3 則,最

5、大輸出功率 Pom ：在輸出信號不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大功率。此時，輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出電壓。,直流電源能量的利用率稱為效率 ，設(shè)電源消耗的功率為 PV 則效率 等于最大輸出功率Pom與PV 之比 ，即,以NPN管接成最常用的共射放大電路為例來說明基本放大電路的組成原則及工作原理。,一、共射放大電路的組成,如圖2.2.1所示為基本的共射放大電路，它由NPN型硅管及若干電阻組成,其中晶體管是起放大作用的核心元件。,圖2.2.1 基本的共射放大電路,2.2 放大器的圖解分析法,圖2.2.1所示電路的輸入回路與輸出回路以發(fā)射極為公共端，故稱之為共射放大電路，并稱公共端為“地”。,當(dāng)

6、 時，稱放大電路處于靜態(tài)。,當(dāng) 時，稱放大電路處于動態(tài)。,常見的兩種共射放大電路,直接耦合共射放大電路（如圖2.2.2（a）所示）和阻容耦合共射放大電路（如圖2.2.2（b）所示）,（b）阻容耦合共射放大電路,（a）直接耦合共射放大電路,圖2.2.2 常見的兩種共射放大電路,二三極管的放大原理 三極管工作在放大區(qū)： 發(fā)射結(jié)正偏， 集電結(jié)反偏。,UCE（-ICRc）,放大原理：,UBE,IB,IC（bIB）,電壓放大倍數(shù)：, uo,ui,放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。,三.單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用,各元件作用：,使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵oIB和U

7、BE。,基極電源與基極電阻,集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。,集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?耦合電容： 電解電容，有極性， 大小為10F50F,作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。,+,+,各元件作用：,基本放大電路的習(xí)慣畫法,靜態(tài)工作點Ui=0時電路的工作狀態(tài),ui=0時,由于電源的存在，電路中存在一組直流量。,IC,+ UBE -,+ UCE -,四. 靜態(tài)工作點,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以稱為靜態(tài)工作點。,為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點？,放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，

8、是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。,畫出放大電路的直流通路,2. 靜態(tài)工作點的估算,將交流電壓源短路，將電容開路。,直流通路的畫法：,畫直流通路：,Rb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。,用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點（ IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ）,ICQ= IB,例：用估算法計算靜態(tài)工作點。,已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。,解：,請注意電路中IB和IC的數(shù)量級,五、直流通路與交流通路,一般情況下，在放大電路中，直流量（靜態(tài)電流與電壓）和交流信號（動態(tài) 電流與電壓）總是共存的。為了研究問題方便起見，常把它們分開考慮，分成直 流通路和交流通路

9、。,（一）直流通路及其畫法,直流通路：在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的 通路。用于研究靜態(tài)工作點。,畫法原則：（1）電容視為“開路”；（2）電感線圈視為短路（即忽略線圈電阻）。,（二）交流通路及其畫法,交流通路：輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的通路。用于研究動態(tài)參數(shù)。,畫法原則：（1）電容值大的電容（如耦合電容）視為短路； （2）無內(nèi)阻的直流電源（如+VCC）視為短路。,（三）直流、交流通路畫法圖例,圖2.3.1 如圖2.2.1 所示基本共射放大電路的直流通路和交流通路,(a)直流通路, (b)交流通路,基本共射放大電路,例 1,(a)直流通路 (b)交流通路 圖2.3.2

10、 圖2.2.2（b）放大電路的直流通路與交流通路,單管阻容耦合共射放大電路,例 2,（一）. 用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點,UCE=VCCICRC,直流負(fù)載線,由估算法求出IB，IB對應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點就是工作點Q,IB,靜態(tài)UCE,靜態(tài)IC,六、 放大電路的圖解分析法,1. 交流放大原理（設(shè)輸出空載）,假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號 ui,靜態(tài)工作點,（二）. 用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況,注意：uce與ui反相！,各點波形,uo比ui幅度放大且相位相反,工作原理演示,結(jié)論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：,雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時量方向始

11、終不變,（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。,對交流信號(輸入信號ui),2.放大器的交流通路,交流通路分析動態(tài)工作情況 交流通路的畫法：,將直流電壓源短路，將電容短路。,交流通路,3.交流負(fù)載線,輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q 影響動態(tài)！,交流負(fù)載線,其中：,交流量ic和uce有如下關(guān)系：,即：交流負(fù)載線的斜率為：,交流負(fù)載線的作法： 斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）,經(jīng)過Q點。,交流負(fù)載線的作法：,IB,交流負(fù)載線,直流負(fù)載線,斜 率為-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,經(jīng)過Q點。,注意： （1）交流負(fù)載線是有交流 輸入信號時工作點的運(yùn)動軌跡

12、。,（2）空載時，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。,(a)輸入回路 (b)輸出回路 圖2.3.3 動態(tài)分析,交流負(fù)載下的動態(tài)分析,uo,可輸出的最大不失真信號,（1）合適的靜態(tài)工作點,4非線性失真與Q的關(guān)系,uo,（2）Q點過低信號進(jìn)入截止區(qū),稱為截止失真,信號波形,基本共射放大電路的截止失真,uo,（3）Q點過高信號進(jìn)入飽和區(qū),稱為飽和失真,信號波形,截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”,共射放大電路的飽和失真,應(yīng)當(dāng)指出：飽和失真與截止失真均屬于非線性失真，而且是比較極端情況。實際上，在輸入信號的整個周期內(nèi)，即使晶體管始終工作在放大區(qū)域，也會因為輸入特性和輸出特性的非線性是輸出波形產(chǎn)生失真，只不

13、過當(dāng)輸入信號幅值較小時，這種失真非常小，可忽略不計而已。,5、圖解最大不失真的輸出電壓,圖2.3.5 圖解,方法如下：,確定Q點，方法同前；,2.畫出交流負(fù)載線，方法同前；,3.確定,如圖2.3.5所示，其中 稱最大不飽和失真輸出幅度； 稱最大不截止失真輸出幅度。則,對于前面分析的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化。,1. 溫度對靜態(tài)工作點的影響,2.3 放大器工作點的穩(wěn)定,1、溫度對UBE的影響,2、溫度對值及ICEO的影響,動畫演示,2. 典型的分壓式偏置電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,圖2.4.2 靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路,（a）直接耦合電路 （b）阻容

14、耦合電路 （c）所示電路的直流通路,阻容耦合分壓式 靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路,選I2=（510）IB I1 I2,（1） 結(jié)構(gòu)及工作原理,靜態(tài)工作點 穩(wěn)定過程：,UBE=UB-UE =UB - IE Re,UB穩(wěn)定,演示,思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路,條件：交流小信號,2.4 . 放大器的微變等效電路分析法,2.4.1 晶體管的h參數(shù)及其等效電路,1、三極管的共射h參數(shù)等效電路,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論：,求變化量：,在小信號情況下：,或,各h參數(shù)的物理意義：,輸出端交流短路時的 輸入電阻，用rbe表示。,輸入端開路時的電壓反饋系數(shù)， 用r表示。,輸出端交流短路時的電流放大 系數(shù)， 用表示。,輸

15、入端開路時的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。,該式可寫為：,由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路：,2、簡化的h參數(shù)等效電路,（1）r10-3，忽略。,（2）rce105，忽略。,得三極管簡化的h參數(shù)等效電路。,3. rbe的計算,VCEQ時iB 對vBE的影響，是三極管在Q點附近b與e之間的動態(tài)電阻，用rbe表示。,rbe的組成： rbe = rbb + rbe re 很小，忽略,rbb ：基區(qū)體電阻,rbe：發(fā)射結(jié)正偏電阻,常溫下：,2.4.2. 放大器的交流分析,1. 畫出放大器的微變等效電路,動畫演示,（1）畫出放大器的交流通路,（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替,2、電壓放大倍數(shù)的

16、計算：,負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。,3、輸入電阻的計算：,根據(jù)輸入電阻的定義：,定義：,當(dāng)信號源有內(nèi)阻時：,由圖知：,所以：,所以：,4、輸出電阻的計算：,根據(jù)定義：,例2.4.1 共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k, RL=3k,BJT的b =60。,1、試求電路的靜態(tài)工作點Q。,解：,2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。,解：畫微變等效電路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,3. 若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 下失真 ，是截止還是飽和 失真？

17、應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？,解：為截止失真。 應(yīng)減小Rb。,例2.4.2 阻容耦合分壓式共射極電路分析,選I2=（510）IB I1 I2,（1）電路 組成及工作原理 （帶RE的共射極電路）,（2）直流通道及靜態(tài)工作點估算:,IB=IC/,UCE = VCC - ICRC - IERe,IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re,電容開路,畫出直流通道,將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號等效電路,（3）動態(tài)分析：,電壓放大倍數(shù)：,輸入電阻：,輸出電阻：,思考：若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響？,一. 共集電極放大電路,1. 結(jié)構(gòu)：,2.5 共集和共

18、基放大電路,2. 直流通道及靜態(tài)工作點分析：,3. 動態(tài)分析,（1）交流通道及微變等效電路,（2）電壓放大倍數(shù)：,（3）輸入電阻,（4）輸出電阻,射極輸出器的特點：電壓放大倍數(shù)=1， 輸入阻抗高，輸出阻抗小。,演示：,射極輸出器的應(yīng)用,1、放在多級放大器的輸入端，提高整個放大器的輸入電阻。,2、放在多級放大器的輸出端，減小整個放大器的輸出電阻。,2、放在兩級之間，起緩沖作用。,二. 共基極電路,1. 靜態(tài)工作點,直流通路：,2. 動態(tài)分析,畫出電路的交流小信號等效電路,（1）電壓放大倍數(shù),（2）輸入電阻,（3）輸出電阻,3. 三種組態(tài)的比較,共集,共基,共射,2.7 場效應(yīng)管放大電路,一、 場效應(yīng)管放大電路的三種接法,(a)共源電路 (b)共漏電路 (c)共柵電路 圖2.7.1 場效應(yīng)管放大電路的三種接法,(N溝道結(jié)形場效應(yīng)管為例),二、 場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置及其分析估算,為了使電路正常放大,必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點以保證在信號的 整個周期內(nèi)場