D2-放大器-16

1、第二章 放大器的基本原理第三节第三节 基本放大电路基本放大电路2.3.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成2.3.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法一、基本放大电路的组成一、基本放大电路的组成 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的网络电压放大电路可以用有输入口和输出口的网络表示，如图：表示，如图：uiuoKu 基本作用基本作用: :在输入信号幅度过低时，将信号原在输入信号幅度过低时，将信号原样放大，

2、以便满足检测、传输或输出的需要。样放大，以便满足检测、传输或输出的需要。 基本放大电路的组成基本放大电路的组成三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理放大元件，起电放大元件，起电流放大作用流放大作用，是，是整个放大电路的整个放大电路的核心。核心。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T作用：作用：使发射使发射结正偏，并提结正偏，并提供适当的静态供适当的静态工作点。工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集

3、电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性。电解电容，有极性。大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔离隔离输入输出与输入输出与电路直流的电路直流的联系，同时联系，同时能使信号顺能使信号顺利输入输出。利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB二

4、、二、 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ1、静态工作点（、静态工作点（Q点）点）提供基本工作状态提供基本工作状态RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T放大电路放大电路没有输入信号没有输入信号时的工作状态为静态，时的工作状态为静态，静态时静态时(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQU

5、BEQICUCEQUCEQICQ输入特性输入特性输出特性输出特性IBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2TIBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQa.将输入电压转换成电流将输入电压转换成电流iBb.将将iB放大为放大为iCc.将将iC的变化转换为的变化转换为uCE的变化的变化d.将将uCE转换为输出电压转换为输出电压2、加入交流量、加入交流量ui(即输入信号即输入信号ui ）RB+ECRCC1C2uiiCuCEuoiBIB（uAuA）UBE(V）QIC(mA)UCE(V）uCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一微小的变化有一微小

6、的变化ibtibtictuit2、加入交流量、加入交流量uiuCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线uce相位如何相位如何uce与与ui反相！反相！ICUCEictucetCCECRUEIc加入交流输入加入交流输入ui后各点波形后各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB(iC=iB)(uC=EC-iCRC)(加入直流加入直流IB)(C1隔离直流隔离直流)(C2隔离直隔离直流流) 失真分析失真分析设置静态工作点的意义设置静态工作点的意义 在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例

7、，则输出信号号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生不能反映输入信号的情况，放大电路产生为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。止区或饱和区，则造成非线性失真。 以下分析失真的原因。以下分析失真的原因。非线性失真非线性失真iB( A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBt0tuBE0VBE输入情况输入情况iB( A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBt0

8、tuBE0VBEiCuCEuoib输出情况输出情况MNQQiCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ibQQQiCuCEuo1. Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibQQQiCuCE2. Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波形输入波形uo输出波形输出波形QQQ实现放大的条件实现放大的条件 ！1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。 (6,7和和1

9、0,11) 2. 正确设置静态工作点，正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区使整个波形处于放大区。 (15)3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。 (8) (19)如何判断一个电路是否能实现放大？如何判断一个电路是否能实现放大？3. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静

10、态工作点，使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则通过计算静态工作如果已给定电路的参数，则通过计算静态工作点来判断点来判断。1. 信号能否输入到放大电路中。信号能否输入到放大电路中。2. 信号能否输出。信号能否输出。 与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：与实现放大的条件相对应，判断的过程如下： 问题：问题： 交流信号放大的能量是从哪里来的？交流信号放大的能量是从哪里来的？2.3.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析（直流）（直流）动态分析动态分析 （交流）（交流）估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算

11、机仿真 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。加了小的交流信号。但是，但是，电容电容对交、直流的作用不同。如果电容容量对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路（利用容抗分析）。这样，交直流所对直流可以看成开路（利用容抗分析）。这样，交直流所走的通道是不同的。走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分

12、电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。电子学的特点：估算电子学的特点：估算对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TuoRBRCui交流通路交流通路-对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)加负载加负载RL之后之后短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路RL一、静态分析一、静态分析直流通道直流通道（一、）估算法（一、）

13、估算法（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0BCRERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+EC直流通道直流通道RBRC硅管：硅管： UBE0.7V（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、ICICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道直流通道RBRC+EC（二、图解法）（二、图解法）先估算先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。ICUCEBBECBR

14、UEIQCCREEC以上方法可计算出静态工作点以上方法可计算出静态工作点(放大电路放大电路没有输入信号没有输入信号时的工作状态为静态时的工作状态为静态)IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ输入特性输入特性输出特性输出特性例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：A40mA04. 030012BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCERIEU请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。 二、动态分析二、动态分析- -交流通道交流通道1、三

15、极管的微变等效电路、三极管的微变等效电路-分开输入和输出分开输入和输出输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1 ()(300EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：uberbeibubeibuceic三极管微变等效电路的输入电路三极管微变等效电路的输入电路cbe-将三极管的输入部分用一个电阻近似将三极管的输入部分

16、用一个电阻近似输出回路输出回路iCuCE)(bBcCCiIiIibBiI所以：所以：bcii(1) 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制控制的电流源。的电流源。近似平行近似平行(2) 考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出端还要并联一个端还要并联一个大大电阻电阻rce。rce的含义的含义 iC uCEcceCCEceiuiur三极管微变等效电路的输出电路三极管微变等效电路的输出电路uceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。 ib rceubeibuceiccbe-近似为一个受控电流源近似为一个受控电流源ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。

17、一般忽略。三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe2、放大电路的微变等效电路、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL(ui的变化即可转变为的变化即可转变为ib的变化的变化)3、电压放大倍数的计算、电压放大倍数的计算bebirIULboRIU特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbILCLRRR/beLiourRUUK输入电阻和输

18、出电阻输入电阻和输出电阻输入电阻输入电阻:从输入端看进去的电阻从输入端看进去的电阻输出电阻输出电阻:从输出端看进去的电阻从输出端看进去的电阻uiuoKuriro4、输入电阻的计算、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。是动态电阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR /beriiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，

19、因此因此一般总是希望得到较大的的输入电阻一般总是希望得到较大的的输入电阻。5、输出电阻的计算、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，其内阻对于负载而言，放大电路相当于信号源，其内阻即为放大器的输出电阻即为放大器的输出电阻ro，它是一个动态电阻。由于，它是一个动态电阻。由于电流源的内阻为无穷大，所以电流源的内阻为无穷大，所以CoooRIUrRCrbeRBiIbIcIbIriro例例2-1：图示电路中，：图示电路中，Ec=12V，RB=300K ，Rc=2K ，=75求：求：1、求放大器的静态值、求放大器的静态值（Ib，Ic，Uce）2、电压放大倍数、电压放大倍数Ku，输入和输出电阻输

20、入和输出电阻ri和和ro3、有负载和无负载时，、有负载和无负载时，Ku 的大小。的大小。RB+ECRCC1C2TRLUo第四节第四节 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标一、放大倍数与增益一、放大倍数与增益电压放大倍数电压放大倍数Ku（Au）电流放大倍数Ki功率放大倍数KpbeLruuKRiouioiiiK iopppKppKGlg10单位：dB功率增益Gp电流增益Gi电压增益电压增益GuiioioiKIIIIGlg20)/lg(20)/lg(1022uioiouKUUUUGlg20)/lg(20)/lg(1022输入电阻越大越好输入电阻越大越好二、输入阻抗二、输入阻抗（对低频交流信号，可

21、视为输入电阻）（对低频交流信号，可视为输入电阻） 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuUSiiiIUriIiU输入电阻输入电阻ri输入电阻越大越好输入电阻越大越好二、对输入阻抗（输入电阻）期望的解释二、对输入阻抗（输入电阻）期望的解释 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路

22、一定要有前级（信号源）为其提供信号，u us s为前级提供的电压，为前级提供的电压，r rs s为前级电阻为前级电阻sisiiUUrrrri越大，越大，ui就越接近就越接近uSuSiIiUrirs三、输出阻抗三、输出阻抗ro 当输入信号不变，负载改变时，输出电压改变量uo与输出电流改变量io之比oooiur对于低频交流信号，输出阻抗是纯电阻性输出阻抗输出电阻 放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。输出电阻越小越好输出电

23、阻越小越好rouSRLuosoouRRuLLrro越小，放大电路的负越小，放大电路的负载能力越强。载能力越强。ro越小，越小，uo就越接近就越接近uSAuuS1ro1RLuo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。计算。UI方法二：方法二：测量。测量。Uo1. 测量开路电压。测量开路电压。roUs2. 测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。LoooR)UU(r1roUsRLUo步骤：步骤：3. 计算。计算。四

24、、通频带四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw = fH fL放大倍数随频率变化放大倍数随频率变化曲线曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应能力越强。能力越强。 Aum0.7AumfH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw = fH fLfAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw = fH fLAum0.7AumfH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw = fH fL常识常识声

25、音频率：声音频率：20Hz20KHz五、信噪比与噪声系数五、信噪比与噪声系数NSPPSNR 信噪比：有用信号功率噪声信号功率噪声系数：oiSNRSNRNF输出端信噪比输入端信噪比信噪比越大越好NF越小，说明放大器对微弱信号的实际放大能力越强。对放大器各项指标的期望对放大器各项指标的期望1. 放大倍数合适放大倍数合适2. 输入电阻越大越好输入电阻越大越好3. 输出电阻越小越好输出电阻越小越好4. 通频带宽度合适通频带宽度合适5. 信噪比越大越好信噪比越大越好第五节第五节 多级放大器多级放大器耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合等直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合等

26、耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 传送信号。传送信号。第第 n-1 级级放大电路放大电路输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 第第 n 级级放大电路放大电路 功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 耦合电路的简化形式耦合电路的简化形式阻容耦合：使前后级相对独立，静态工作点阻容耦合：使前后级相对独立，静态工作点Q互不影响，可抑制温漂互不影响，可抑制温漂直接耦合：可通过直流信号，但使各放大级的工

27、作点互相影响，需注直接耦合：可通过直流信号，但使各放大级的工作点互相影响，需注意解决；意解决；变压器耦合：可实现阻抗变换（不常用）。变压器耦合：可实现阻抗变换（不常用）。光电耦合：可实现两级间的电隔离光电耦合：可实现两级间的电隔离 (a)阻容耦合阻容耦合 (b)直接耦合直接耦合 (c)变压器耦合变压器耦合 信号源中间级输出级 负载输入级多级放大电路多极放大器的组成多极放大器的组成ui1ri1Au1ui1ro1ri2uo1Au2ui2ro2RLuo2+_第一极放大第一极放大第二极放大第二极放大 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。uo1=ui2 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。ri2=RL1多级放大的参数计算多级放大的参数计算ui1ri1Au1ui1ro1ri2uo1Au2ui