模拟电子-放大的概念和放大电路的指标

1、第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 放大的概念和放大电路的主要性放大的概念和放大电路的主要性能指标能指标2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 工作点稳定电路工作点稳定电路2.5 放大电路的三种基本接法放大电路的三种基本接法2.1 2.1 放大的概念和放大电路放大的概念和放大电路的主要性能指标的主要性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标一、放大的概念一、放大的概念1、什么是放大？、什么是放大？ 在模拟电路中，往往需要把微弱信号增强到可以察觉或利在模拟电路中，往往需要把微弱

2、信号增强到可以察觉或利用的程度，这种技术称为用的程度，这种技术称为放大放大。2、放大的实质、放大的实质 放大的实质是一种能量控制作用，放大的实质是一种能量控制作用，用较小的能量控制较大用较小的能量控制较大的能量的能量。3、放大器的组成部分、放大器的组成部分 用来完成放大任务的电子装置称为用来完成放大任务的电子装置称为放大器放大器或或放大电路放大电路。 放大电路包括控制信号功率的放大电路包括控制信号功率的电子器件（有源元件）、电子器件（有源元件）、无源元件和电源无源元件和电源三部分。三部分。 利用晶体管作控制器件构成的放大器，就叫做利用晶体管作控制器件构成的放大器，就叫做晶体管放晶体管放大器大器

3、。二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标放大电路的示意图如下：放大电路的示意图如下：放大电路的指标可以由电路放大电路的指标可以由电路分析分析确定，也可以通过实确定，也可以通过实际际测量测量得到。得到。除了规定放大电路的指标外，还要规定除了规定放大电路的指标外，还要规定测量的方法以测量的方法以及测量信号及测量信号。一般用一般用正弦波作测试信号正弦波作测试信号，这是因为：，这是因为： 正弦波容易获得，也容易测量；正弦波容易获得，也容易测量； 周期性信号可用傅立叶级数展开成不连续的多个正周期性信号可用傅立叶级数展开成不连续的多个正弦波；弦波； 非周期性信号可用傅立叶积分展开成连续的正弦波。非周

4、期性信号可用傅立叶积分展开成连续的正弦波。正弦波有振幅、频率和初相三要素，一般情况下可只正弦波有振幅、频率和初相三要素，一般情况下可只考虑振幅和频率。因此，放大电路的指标分成三种类考虑振幅和频率。因此，放大电路的指标分成三种类型：型： （一）、幅值一定、频率一定的信号输入（一）、幅值一定、频率一定的信号输入 （二）、幅值一定、频率改变的信号输入（二）、幅值一定、频率改变的信号输入 （三）、幅值改变、频率一定的信号输入（三）、幅值改变、频率一定的信号输入（一）、幅值一定、频率一定的信号输入（一）、幅值一定、频率一定的信号输入 1、 放大倍数放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出输

5、出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数电压放大倍数、电流放大倍数电流放大倍数和和功率放大倍数功率放大倍数，它们通常都是按正弦量，它们通常都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。iOuuuUUAA电压放大倍数：iOiiiIIAA电流放大倍数：iOuiIUA电压对电流放大倍数：iOiuUIA电流对电压放大倍数：iuiiOOiOPAAIUIUPPA功率放大倍数： 在工程上，增益的模量常用分贝在工程上，增益的模量常用分贝(dB)表示，它的定义为：表示，它的定义为：P

6、PAdBAAdBAlg10)(lg20)(2、输入电阻、输入电阻 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，参数，Ri大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。则大。Ri的定义见下图和下式：的定义见下图和下式：iiiIUR一般来说，一般来说， Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时， Ri越大，越大， ui就越接近就越接近uS。3、输出电阻、输出电阻 任何放大电路的输出都可以等效成一

7、个有内阻的电压任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源（源（戴维南等效电路戴维南等效电路），从放大电路的输出端看进去的），从放大电路的输出端看进去的等效内阻称为输出电阻等效内阻称为输出电阻RO。输出电阻是表明放大电路输出电阻是表明放大电路带负载的能力，带负载的能力，RO大，表明放大电路带负载的能力差，大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。反之则强。 如图所示：如图所示：如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻RO ？步骤：步骤：1. 所有的电源置零所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2. 加压求流法。加压求流法。IURO方法一：方法一：计算。计

8、算。UI 输入端加正弦波测试信号输入端加正弦波测试信号 测出负载开路时的输出电压测出负载开路时的输出电压U O 加上负载加上负载RL，再测出输出电压，再测出输出电压UO 用公式计算出输出电阻用公式计算出输出电阻RO:(),OOLUI RR 方法二：方法二：测量。测量。OOLUIRRLOOLOLRUUIRRR1OOLOURRU输出电阻的简单测试方法为（半幅度法）：输出电阻的简单测试方法为（半幅度法）： 输入端加正弦波测试信号输入端加正弦波测试信号 测出负载开路时的输出电压测出负载开路时的输出电压U O 加上负载加上负载RL，并改变其数值，使，并改变其数值，使UO=U O /2 此时，输出电阻此时

9、，输出电阻RO=RL1OOLOURRU 输入电阻和输出电阻是描述电路互连时所产生的输入电阻和输出电阻是描述电路互连时所产生的影响而引入的参数，如图所示。影响而引入的参数，如图所示。 注意注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义且输出不失真的条件下才有意义。（二）、幅值一定、频率改变的信号输入（二）、幅值一定、频率改变的信号输入4、通频带、通频带 放大电路的增益是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下放大电路的增益是频率的

10、函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当放大倍数下降到中频电压放大倍数的降。当放大倍数下降到中频电压放大倍数的0.707倍时，相应的频率倍时，相应的频率fL称为称为下下限截止频率，限截止频率，fH称为上限截止频率，如图所示称为上限截止频率，如图所示。 fL与与fH之间形成的频带称为中频段，也称为放大电路的之间形成的频带称为中频段，也称为放大电路的通频带通频带fbw: fbw= fH- fL fH 由于由于lg0.7=-0.15，20lg0.7=-3dB，所以通频带又叫做，所以通频带又叫做3dB带宽带宽。 放大器对不同频率的信号的放大能力不同，就会放大器对不同频率的信号的放大能力不同，就会

11、引起引起频率失真频率失真。频率失真使输出信号不能重现原。频率失真使输出信号不能重现原输入信号的波形，故又称为输入信号的波形，故又称为波形失真波形失真。对不同频率信号由于放大器增益量不同而产生的对不同频率信号由于放大器增益量不同而产生的波形畸变称为波形畸变称为幅度失真幅度失真。对不同频率信号由于放大器产生的相位移不成比对不同频率信号由于放大器产生的相位移不成比例而引起的波形畸变称为例而引起的波形畸变称为相位失真相位失真。通频带宽，说明电路的适应能力强。不同的应用通频带宽，说明电路的适应能力强。不同的应用电路有不同的通频带要求。电路有不同的通频带要求。(三）、幅值改变、频率一定的信号输入三）、幅值

12、改变、频率一定的信号输入5、非线形失真系数、非线形失真系数 由于放大器有非线形，其线形放大范围有限，当输入信号范围由于放大器有非线形，其线形放大范围有限，当输入信号范围大时，会引起非线形失真，用非线形失真系数大时，会引起非线形失真，用非线形失真系数D来衡量。其定来衡量。其定义为：义为：213212AAAAD其中：其中：A1,A2,A3分别是基波和高次谐波的幅值。分别是基波和高次谐波的幅值。 非线形失真又叫做非线形失真又叫做谐波失真谐波失真。 频率失真和非线形失真都引起波形失真，但本质不同：频率失真和非线形失真都引起波形失真，但本质不同：频率失真仅使信号中各频率分量的相对大小发生变化，频率失真仅

13、使信号中各频率分量的相对大小发生变化，不会产生新的频率成不会产生新的频率成分分；非线形失真则非线形失真则产生输入信号中没有的新的频率分量产生输入信号中没有的新的频率分量。6、最大输出幅值、最大输出幅值 最大输出幅值指的是当输入信号再增大就会使输出波形的非最大输出幅值指的是当输入信号再增大就会使输出波形的非线形失真系数超过额定数值（例如线形失真系数超过额定数值（例如10%）时的输出幅值。用）时的输出幅值。用Uom或或Iom表示，为有效值。表示，为有效值。 OmOPmOmOPmIIUU22也有用峰值表示的：也有用峰值表示的：也有用峰峰值表示的：也有用峰峰值表示的：7、最大输出功率和效率、最大输出功

14、率和效率 最大输出幅值是输出不失真的单项指标，与此相对最大输出幅值是输出不失真的单项指标，与此相对 应的是最大输出功率。记为应的是最大输出功率。记为Pom POm,= UOmIOm 当输出功率较大时电源的利用率，即效率当输出功率较大时电源的利用率，即效率 ： =Pom/PV 其中其中PV为电源消耗的功率。为电源消耗的功率。以上三类指标是以输入信号的幅值和频率来划分的。以上三类指标是以输入信号的幅值和频率来划分的。第一类指标多适用于输入为低频小信号时的情况；第一类指标多适用于输入为低频小信号时的情况；第二类指标多适用于信号幅值小但频率变化范围大的情况；第二类指标多适用于信号幅值小但频率变化范围大

15、的情况；第三类指标多适用于输入为低频但输出幅值较大的情况。第三类指标多适用于输入为低频但输出幅值较大的情况。2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理一、放大电路的组成一、放大电路的组成二、设置静态工作点的必要性二、设置静态工作点的必要性三、工作原理及波形分析三、工作原理及波形分析四、常见的两种电路四、常见的两种电路一、放大电路的组成一、放大电路的组成基本共射放大电路如图所示：基本共射放大电路如图所示：bBEBBBRUVI 晶体管晶体管T是一个是一个NPN管，是电路的核心管，是电路的核心; 直流电源直流电源VCC：几伏到几十伏，提供能量：几伏到几十伏，提供能量; 负载电阻负载

16、电阻RC：把集电极电流变化变成电压：把集电极电流变化变成电压; 直流电源直流电源VBB：使发射结正偏：使发射结正偏; 基极电阻基极电阻Rb：提供合适的基极电流，即偏流：提供合适的基极电流，即偏流: 由此可见，当由此可见，当VBB、 Rb确定后，确定后，IB就固定了，故这种电就固定了，故这种电路叫路叫固定偏流电路固定偏流电路， Rb又叫基极又叫基极偏置电阻偏置电阻。 这个这个ui=0时的电流叫静态工作点电流时的电流叫静态工作点电流IBQ。由此可计算出：。由此可计算出： CCQCCCEQBQCQRIVUII在实际工程应用中，常取在实际工程应用中，常取VBB = VCC。二、设置静态工作点的必要性二

17、、设置静态工作点的必要性静态工作点静态工作点BBBEQBQbCQBQCEQCCCQcVUIRIIUVIR+UBE-IBIC+UCE-由于由于(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为性曲线上的一个点，所以称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？为什么要设置静态工作点？ 放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。工作在线性区，以保证信号不失真。UCE（-ICRc）放大原理：放大原理：UBEIB

18、IC（ IB）电压放大倍数：电压放大倍数： u uo o iouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+IB+CI+UCE+o-u+u ui i三极管工作在放大区：三极管工作在放大区：发射结正偏、集电结反偏。发射结正偏、集电结反偏。三、基本共射放大电路工作原理及波形分析三、基本共射放大电路工作原理及波形分析IBQICQUCEQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu符号说明符号说明 波形分析波形分析VcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+IB+CI+UCE+o-u+四、放大电路的组成原则四、放大电路的组成原则组成原则组成原则提供合适的静态工作点提供合适的静态工作点微变输入信号能够作用于放大管的输入回路微变输入信号能够作用于放大管的输入回路放大后