第三章基本放大电路ppt课件

1、 本章小结本章小结第三章基本放大电路3.1放大器概述放大器概述 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 *3.4共射电路图解法共射电路图解法3.5共集电极放大电路共集电极放大电路 3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 一个放大器必须含有一个或多个有源器件，如三极管、一个放大器必须含有一个或多个有源器件，如三极管、场效晶体管等，同时还包含电阻、电容、电感、变压器等无场效晶体管等，同时还包含电阻、电容、电感、变压器等无源元件。放大器框图如图所示。源元件。放大器框图如图所示。3.1放大器概述放大器概述 （2要具有一定宽度的通频带。要具有一定宽度的通频带。（3非线性失真要小。非线

2、性失真要小。非线性失真：在放大信号的过程中，放大了的信号与原信非线性失真：在放大信号的过程中，放大了的信号与原信号相比，波形将产生畸变，这种现象称为非线失真。号相比，波形将产生畸变，这种现象称为非线失真。3.1放大器概述放大器概述（1要有足够的放大倍数。放大倍数是衡量放大器放要有足够的放大倍数。放大倍数是衡量放大器放大能力的参数，放大倍数有电压放大倍数、电流放大倍数和大能力的参数，放大倍数有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。功率放大倍数。3.1.1对放大器的基本要求对放大器的基本要求各参数不随时间变化，无输入时无输出。各参数不随时间变化，无输入时无输出。（4工作要稳定。工作要稳定。 3

3、.1.2放大器的输入放大器的输入3.1放大器概述放大器概述对输入信号的要求：由信号源提供给放大器的电流、电对输入信号的要求：由信号源提供给放大器的电流、电压及功率都不允许超过放大器的最大允许值。压及功率都不允许超过放大器的最大允许值。放大器输入端与前级输出端相连接示意图如图所示。放大器输入端与前级输出端相连接示意图如图所示。 对输出信号的要求：由一个放大器输出给下一级电路的对输出信号的要求：由一个放大器输出给下一级电路的电流、电压和功率都不能超过放大器最大允许值。电流、电压和功率都不能超过放大器最大允许值。3.1.3放大器的输出放大器的输出3.1放大器概述放大器概述放大器输出端与下级输入端相连

4、接示意图如图所示。放大器输出端与下级输入端相连接示意图如图所示。 三极管基本放大电路如图所示。三极管基本放大电路如图所示。 3.2.1基本放大电路的组成基本放大电路的组成3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 电路中各器件的作用如下。电路中各器件的作用如下。（4） VCC：集电极直流电源，为集电结提供反向偏压。：集电极直流电源，为集电结提供反向偏压。（1V：放大管，起：放大管，起电流放大作用。电流放大作用。（3） Rb：基极偏置电：基极偏置电阻。一般是几十千欧至几百阻。一般是几十千欧至几百千欧。千欧。（2） VBB：基极偏置：基极偏置电源，为发射结提供正向偏电源，为发射结提供正向偏压。压。

5、（5） Rc：集电极电阻。一般是几百欧至几千欧。：集电极电阻。一般是几百欧至几千欧。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 （8） Vs：信号源电压；：信号源电压；Rs ：信号源内阻。：信号源内阻。电路中各器件的作用如下。电路中各器件的作用如下。（6） C1、C2 ：输入和输出耦合电容。：输入和输出耦合电容。（7） RL：负载电阻。：负载电阻。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 （4用大写字母带小写下标表示交流分量的有效值。用大写字母带小写下标表示交流分量的有效值。电路中的电压、电流都是由直流成分和交流成分叠加而电路中的电压、电流都是由直流成分和交流成分叠加而成。对直流分量和交流分

6、量，作如下规定：成。对直流分量和交流分量，作如下规定： 3.2.2放大器中电流及电压符号使用规定放大器中电流及电压符号使用规定（1用大写字母带大写下标表示直流分量。用大写字母带大写下标表示直流分量。（2用小写字母带小写下标表示交流分量。用小写字母带小写下标表示交流分量。（3用小写字母带大写下标表示直流分量与交流分量的用小写字母带大写下标表示直流分量与交流分量的叠加。叠加。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 单电源供电的放大电路如图所示。单电源供电的放大电路如图所示。1静态工作点静态工作点3.2.3放大器的静态工作点放大器的静态工作点3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 静态：放大

7、器无信号输入时的直流工作状态叫静态。静态：放大器无信号输入时的直流工作状态叫静态。静态工作点：在静态下电流电压共同确定的点叫静态工静态工作点：在静态下电流电压共同确定的点叫静态工作点，用作点，用 Q 表示。一般描述静态工作点的量用表示。一般描述静态工作点的量用 VBEQ、IBQ、VCEQ 和和 ICQ 表示。表示。bBEQCCBQRVVI BQCQII cCQCCCEQRIVV 一个放大器的静态工作点的设置是否合适，是放大器能否正常工作的重要条一个放大器的静态工作点的设置是否合适，是放大器能否正常工作的重要条件。件。 VBEQ ：硅管一般为：硅管一般为 0.7 V，锗管为，锗管为 0.3 V。

8、3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 假设假设 Rb 阻值适当，使阻值适当，使 IBQ 有合适的数值，则基极的有合适的数值，则基极的总电流总电流IBQ+ib 始终是单方向的始终是单方向的电流，即它只有大小的变化，电流，即它只有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就没有正负极性的变化，这样就不会使发射结反偏而截止，从不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电流而避免了输入电流 ib 的波形失的波形失真。真。 2静态工作点对放大器工作状态的影响静态工作点对放大器工作状态的影响3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 1放大电路放大电路输出：从集电极和发射极之间输出输出：从集电极和发射极之间输

9、出电路中，电路中，vBE、iB、ic、vCE 随随 vi 变化，变化作用如变化，变化作用如下：下：vivBEiBiCvCEvo3.2.4放大原理放大原理输入：从基极和发射极之间输入。输入：从基极和发射极之间输入。放大电路如图所示。放大电路如图所示。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 vi vi 的变化将产生变化的基极电流，使基极总电流发生变的变化将产生变化的基极电流，使基极总电流发生变化，集电极电流在集电极电阻上产生压降，使放大器的集电极化，集电极电流在集电极电阻上产生压降，使放大器的集电极电压电压 将随之变化。经过将随之变化。经过 C2 C2 耦合，耦合，隔断直流，因此输出信号电压隔

10、断直流，因此输出信号电压 vo vo 也随之变化。只要电路参数也随之变化。只要电路参数能使三极管工作在放大区，那么能使三极管工作在放大区，那么 vo vo 的变化幅度将比的变化幅度将比 vi vi 的变的变化幅度大很多倍。化幅度大很多倍。2 2放大原理放大原理cCCCce-RiVv 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 2. 波形波形输出电压与输入电压相位相反，又称这种共发射极的单管输出电压与输入电压相位相反，又称这种共发射极的单管放大电路为反相放大器。放大电路为反相放大器。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 3.2.5直流通路与交流通路直流通路与交流通路放大信号中，即有直流成分

11、又有交流成分。放大信号中，即有直流成分又有交流成分。1直流通路的画法直流通路的画法（1定义：放大器的直流电流流通的回路，包括输入定义：放大器的直流电流流通的回路，包括输入直流通路和输出直流通路。直流通路和输出直流通路。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 电路电路 直流通路直流通路（2画法：将电容视为开路，其他不变。如下图。画法：将电容视为开路，其他不变。如下图。 （2画法：将容量较大的电容视为短路；将直流画法：将容量较大的电容视为短路；将直流电源视为短路，其他元件照画。上述所示电路的交流通电源视为短路，其他元件照画。上述所示电路的交流通路如图所示。路如图所示。 （1定义：放大器的交流信

12、号电流的流通回路。定义：放大器的交流信号电流的流通回路。包括输入交流通路和输出交流通路。包括输入交流通路和输出交流通路。2交流通路的画法交流通路的画法3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 1放大器常用指标放大器常用指标 电流放大倍数电流放大倍数 Ai： 电压放大倍数电压放大倍数 Av： 功率放大倍数功率放大倍数 Ap：3.2.6基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法iovvAv ioiiAi ioppAp （1放大倍数放大倍数 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 电压增益电压增益Gv：（2放大器的增益放大器的增益 电流增益电流增益Gi： 功率增益功率增益Gp：(dB)lg2

13、0iiAG (dB)lg10PPAG 增益增益 G：用分贝数表示放大倍数。单位为分贝：用分贝数表示放大倍数。单位为分贝(dB)。(dB)lg20vvAG 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 也可视为从输入端看进去的等效电阻。如下图也可视为从输入端看进去的等效电阻。如下图 ri 。 ri越大，越大，放大器要求信号源提供的电流越小，信号源的负担越小。在电放大器要求信号源提供的电流越小，信号源的负担越小。在电压放大器中希望放大器输入电阻大一些。压放大器中希望放大器输入电阻大一些。输入电阻输入电阻 ri：输入交流电压：输入交流电压 vi与输入回路产生的输入电流与输入回路产生的输入电流 ii 之

14、比。之比。（3输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻iiiivr 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 ro 表示放大器带负载的能力。输出信号时，自身损耗越小，表示放大器带负载的能力。输出信号时，自身损耗越小，带负载的能力就越强，所以输出电阻越小越好。带负载的能力就越强，所以输出电阻越小越好。输出电阻输出电阻 ro：从放大器输出端：从放大器输出端(不包括外接负载电阻不包括外接负载电阻)看进去看进去的交流等效电阻。如上图所示的交流等效电阻。如上图所示 ro 。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 中频区：在一定频率范围内，放大器的放大倍数高且稳中频区：在一定频率范围内，放大器的放大倍数

15、高且稳定，这个频率范围为中频区。如下图。定，这个频率范围为中频区。如下图。上限频率上限频率 fH：信号频：信号频率上升到使放大倍数为中率上升到使放大倍数为中频时的频时的 0.707 所对应的频所对应的频率。率。通频带：通频带： fL 与与 fH 之间的频率范围称为通频带。记作之间的频率范围称为通频带。记作BW，即：即：BW = fH - fL 。下限截止频率下限截止频率 fL：信号频率下降到使放大倍数为中频时：信号频率下降到使放大倍数为中频时的的 0.707 所对应的频率。所对应的频率。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路放大器在放大不同频率的信号时，其放大倍数是不一样放大器在放大不同频

16、率的信号时，其放大倍数是不一样的，放大电路在不同频率下的放大倍数如图所示。的，放大电路在不同频率下的放大倍数如图所示。（4通频带通频带 2放大器的估算法放大器的估算法（1静态工作点的估算静态工作点的估算解解:例例 3-1图示的放大器的直流通路中，图示的放大器的直流通路中，Vcc = 12 V，三，三极管极管 = 50，其余元件参数见图，估算静态工作点。，其余元件参数见图，估算静态工作点。A= 50 60 A = 3 mA= 12 V - 3 mA 2 k = 6 V 60k200V12bCCbBEQCCBQ RVRVVIBQCQII cCQCCCEQRIVV 3.2三极管基本放大电路三极管基本

17、放大电路 （2输入电阻和输出电阻的估算零。输入电阻和输出电阻的估算零。三极管基极和发射极之间存在一个等效电阻，称为三极三极管基极和发射极之间存在一个等效电阻，称为三极管的输入电阻，用管的输入电阻，用 表示。在低频小信号时，用下式估算。表示。在低频小信号时，用下式估算。 三极管输入电阻三极管输入电阻 rbe的估算公式的估算公式EQbemV26)1(300Ir beirr 放大器的输入电阻放大器的输入电阻 ri 和输出电阻和输出电阻 ro 的估算的估算普通普通 Rb rbe，所以，所以bebir/Rr ro 的估算是从放大器输出端的估算是从放大器输出端(不包括外接负载电阻不包括外接负载电阻)看进看

18、进去的交流等效电阻。去的交流等效电阻。3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 负号表示输出电压负号表示输出电压 vo 的相位与输入电压的相位与输入电压 vi 相位相反。相位相反。放大器输出端外接负载电阻放大器输出端外接负载电阻 RL 时，等效负载电阻时，等效负载电阻（3放大器放大倍数的估算放大器放大倍数的估算LcLR/RR LcoRiv beLbebLbiorRriRivvAv 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 例例 3-2图示的电路中，设三极管图示的电路中，设三极管 = 50，其余，其余参数见图。试求：（参数见图。试求：（1静态工作点；（静态工作点；（2rbe ；（；（3Av

19、；（4ri ；（；（5ro 。 解解:（1求静态工作点求静态工作点= 50 44.4 A = 2.2 mA=12 V - 2.2 mA 3 k = 5.4 VA444k270V12bCCBQ.RVI BQCQII cCQCCCEQRIVV 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 （2） rbe （3求电压放大倍数求电压放大倍数 AVEQbemV26)1(300Ir mA22mV2650)(1 300 . k903 beLrRAv k51LCLCL.RRRRR 383905150.A 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 （4求输入电阻求输入电阻 （5求输出电阻求输出电阻 rO=RC=

20、3 kk90bebi.r/Rr 3.2三极管基本放大电路三极管基本放大电路 3.3.1分压式偏置电路的结构及工作原理分压式偏置电路的结构及工作原理1电路结构电路结构3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路Ce ：发射极旁路电容：发射极旁路电容 Re ：发射极电阻：发射极电阻 由此，由此， VBQ 的大小与三极管的参数无关。的大小与三极管的参数无关。 基极电压基极电压 VBQ 由由 Rb1 和和Rb2 分压后得到，即分压后得到，即Rb2 ：下偏流电阻：下偏流电阻 Rb1 ：上偏流电阻：上偏流电阻 b2b1b2CCBQRRRVV 2工作原理工作原理 BQBEQEQEQCQ)()T(I

21、VVII 或或温温度度其中其中 Ce 的作用是提供交的作用是提供交流信号的通道，减少信号的损流信号的通道，减少信号的损耗，使放大器的交流信号放大耗，使放大器的交流信号放大能力不因而降低。能力不因而降低。温度变化时，三极管的参数将发生变化，导致工作点偏温度变化时，三极管的参数将发生变化，导致工作点偏移。分压式偏置电路稳定工作点的过程可表示为：移。分压式偏置电路稳定工作点的过程可表示为：3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 分压式偏置电路：分压式偏置电路：ICQ 先计算，再算先计算，再算 IBQ 最后算最后算 VCEQ 。 3.3.2静态工作点的计算静态工作点的计算eBQeBEQ

22、BQeEQEQCQRVRVVRVII CQBQII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV 3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 例例 3-3在图所示的两个放大电路中，已知三极管在图所示的两个放大电路中，已知三极管 = 50，VBEQ = 0.7 V，电路其他参数所图所示。，电路其他参数所图所示。（1试求两个电路的静态工作点；试求两个电路的静态工作点；（2若两个三极管的若两个三极管的 = 100，则各自的工作点怎样变化？，则各自的工作点怎样变化？3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 mA020 k560V70V12 bBEQCCBQ.RV

23、VI mA1mA02050BQCQ .II V7k5mA1V12cCQCCCEQ RIVV图图a为固定偏置电路为固定偏置电路 解（解（1先计算两个电路的静态工作点先计算两个电路的静态工作点 3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 图图b为分压式偏置电路为分压式偏置电路 V43k50k20k20V12b2b1b2CCBQ.RRRVV V72V70V43BEQBQEQ.VVV mA1k72V72eEQEQCQ .RVIIV3 . 4)k7 . 2k(5mA1-V12)(ecCQCCCEQ RRIVV3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 （2两个三极管两个三极管 =

24、 100 时时可见，可见， 增大，导致增大，导致 ICQ 增大，使增大，使 VCEQ 降低降低 在图在图b b中，中， 增大一倍，增大一倍， VCEQ VCEQ 不变，不变， IBQ IBQ 减少减少一半。一半。mA2mA020100BQCQ .II V2k5mA2V12cCQCCCEQ RIVV3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 3.3.3电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的计算例例 3-4在图中，已知三极管在图中，已知三极管 = 50， VBEQ = 0.7 V，电路其他参数所图所示。试计算：（电路其他参数所图所示。试计算：（1静态工

25、作点；（静态工作点；（2电压放大倍数电压放大倍数 AV、输入电阻、输入电阻 ri 和输出电压和输出电压 ri 。3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 V33V70V4BEQBQEQ.VVV 解（解（1计算静态工作点计算静态工作点V4 V102012 b2b1b2CCBQ RRRVVmA0330CQBQ.II V4 . 5V)2(1.65V12)(ecCQCCCEQ RRIVV3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 （2计算计算 AV 、 ri 、 ri EQbemV26)1(300Ir k11mA651mV2651 300 . k33. 1LcLcL RRRR

26、RbeLrRAv 5601133150beL.rRA k940beb2b1i.r/R/Rr coRr = 2 k3.3具有稳定工作点的放大电路具有稳定工作点的放大电路 3.4.1图解分析法简介图解分析法简介直流负载线：根据，直流负载线：根据，VCE = VCC- ICRC 在和的直角坐标图在和的直角坐标图上画出相应的点，连接这些点得上画出相应的点，连接这些点得到一条直线，由于它代表放大器到一条直线，由于它代表放大器输出部分直流通路的方程式，所输出部分直流通路的方程式，所以将这条线称为直流负载线。以将这条线称为直流负载线。*3.4共射电路图解法共射电路图解法画法：取画法：取 VCE = 0 时，

27、时， 称为短路电流点。称为短路电流点。IC = 0时，时， VCE = VCC = 12 V，称为开路电压点。连接该两点成一条直线，称为开路电压点。连接该两点成一条直线，这就是直流负载线。将直流负载线画在晶体管的输出特性曲线坐标这就是直流负载线。将直流负载线画在晶体管的输出特性曲线坐标内，求出内，求出IBQ ，就能决定静态工作点。，就能决定静态工作点。eCCCRVI 1用图解法直流负载线分析静态工作点用图解法直流负载线分析静态工作点 图解分析法：运用晶体管特性曲线，通过作图的方法来图解分析法：运用晶体管特性曲线，通过作图的方法来分析放大电路的方法称为图解分析法。分析放大电路的方法称为图解分析法

28、。 例例 3-5某一放大器电路如图某一放大器电路如图a所示。三极管的输所示。三极管的输出特性曲线由出特性曲线由b给出。试在输出特性曲线上作出直流负给出。试在输出特性曲线上作出直流负载线，并确定静态工作点。若图载线，并确定静态工作点。若图a中中 Rc 改为改为 2.5 k 其其他参数保持不变，直流负载线和静态工作点的情况又如何改他参数保持不变，直流负载线和静态工作点的情况又如何改变？变？ *3.4共射电路图解法共射电路图解法 解画出放大电路的直流通路如图解画出放大电路的直流通路如图c所示。作出静态所示。作出静态工作点工作点 Q，改动，改动 RC 后，静态工作点为。后，静态工作点为。Q 3CcCC

29、CCE101 . 5V20IRIVVmA4k1 . 5V20C I令令 IC = 0，得，得 VCE = 20 V，即为，即为N点。点。令令 VCE = 0，得，得 即即为为 M 点；点；确定静态工作点确定静态工作点 Q衔接衔接 M、N 两点，此直流即为直流两点，此直流即为直流负载线。负载线。A40k470V20BCCBQ RVI*3.4共射电路图解法共射电路图解法 A40B IV10CEQ VmA2CQ I在图在图b中找出对应中找出对应 的曲线，此曲线与直流负载的曲线，此曲线与直流负载线线MN的交点即为放大电路的静态工作点的交点即为放大电路的静态工作点Q。在。在Q 处分别作垂线交处分别作垂线

30、交于横坐标、作水平线交于纵坐标可得于横坐标、作水平线交于纵坐标可得 ， 。 k2.5cRC3cCCCCE105 . 2V20IRIVV 当当 VCE = 0 时，时， IC = 8 mA ； IC = 0 时，时， VCE = 20 V。作。作出直流负载中出直流负载中 M1N1 所示。由于所示。由于 ，此时静态工作点为，此时静态工作点为Q 。假设假设 ，VCC= 20 V，则可得，则可得A40B I*3.4共射电路图解法共射电路图解法 2用图解法分析输出端带负载时的放大倍数用图解法分析输出端带负载时的放大倍数（1交流负载线交流负载线画交流负载线的步聚如下：画交流负载线的步聚如下： 在轴上确定在

31、轴上确定 辅助点辅助点 D 的位置，并连接的位置，并连接 D、N 两点，得到辅助线两点，得到辅助线 DN。 LCCCRVi 过静态工作点过静态工作点 Q 作辅助线作辅助线 DN 的平行线的平行线 M N 即得即得交流负载线。交流负载线。 在输出特性曲线上作出直流负载线在输出特性曲线上作出直流负载线 MN，并确定静态，并确定静态工作点工作点 Q 的位置。的位置。*3.4共射电路图解法共射电路图解法 （2输出端带负载时放大倍数的图解分析输出端带负载时放大倍数的图解分析如下图。根据如下图。根据 iB 的的变化范围变化范围 iB3 iB1 ，从图，从图中可得出工作点的变化范中可得出工作点的变化范围围

32、Q1、 Q2 和输出电压的和输出电压的动态范围，动态范围，VCE1 VCE2 所以输出电压的幅值所以输出电压的幅值VOm = VCE2-VCEQ ；若输入；若输入信号的幅值为，则放大器信号的幅值为，则放大器的电压放大倍数的电压放大倍数imomVVAv *3.4共射电路图解法共射电路图解法 3.4.2静态工作点对输出波形失真的影响静态工作点对输出波形失真的影响*3.4共射电路图解法共射电路图解法如下图。如果静如下图。如果静态工作点选择不当将态工作点选择不当将会造成失真，静态工会造成失真，静态工作点与波形失真关系作点与波形失真关系图如图所示。图如图所示。 （1饱和失真饱和失真如果静态工作点如果静态

33、工作点 Q 在交流负载线上位置过高如图中在交流负载线上位置过高如图中 QA点，则在输入信号幅值较大时，管子将进入饱和区，输出电点，则在输入信号幅值较大时，管子将进入饱和区，输出电压波形负半周被部分削除，产生压波形负半周被部分削除，产生“饱和失真饱和失真”。（2截止失真截止失真如果静态工作点如果静态工作点 Q 在交流负载线上位置过低如图中在交流负载线上位置过低如图中 QB点，则在输入信号幅值较大时，管子将进入截止区，输出电点，则在输入信号幅值较大时，管子将进入截止区，输出电压波形正半周被部分削除，产生压波形正半周被部分削除，产生“截止失真截止失真”。（3非线性失真非线性失真非线性失真是由于三极管的工作状态离开线性放大区，非线性失真是由于三极管的工作状态离开线性放大区，进