放大电路基础课件

1、第二章 放大电路基础教学目标第一节 放大器的基本概念第二节 单级低频小信号放大器第三节 放大电路的分析方法第四节 放大电路的三种基本接法第五节 多级放大电路教学目标1.了解放大器的组成方框图，理解放大器的参数及指标。2.掌握基本共射放大电路的组成，理解各元器件的作用，会分析其工作原理。3.掌握基本共射放大电路直流通路、交流通路的画法，对放大器进行静、动态分析4.理解图解法的含义和微变等效电路的分析方法。返回第一节 放大器的基本概念一、放大器概述放大器是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通信、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。图2-1是

2、它的工作过程方框图。放大电路种类很多，根据被放大的信号频率的不同，可分成直流放大器、低频放大器、谐振放大器、宽频带放大器。按信号的强弱，可分为小信号放大器和大信号放大器(功率放大器)。下一页返回第一节 放大器的基本概念二、放大器的主要参数1.放大倍数任何放大电路都可以用如图2 -2所示的二端口网络表示（1）电压放大倍数：（2）电流放大倍数（3）功率放大倍数：它们之间的关系是：上一页下一页返回第一节 放大器的基本概念2.放大器的增益我们把放大倍数用对数表示称之为放大增益，用大写字母G来表示。工程中常用的放大器增益有三种：(1)电流增益Gi:用对数来表示电流的放大倍数即为电流增益。Gi=20lgA

3、i(2)电压增益Gv:用对数来表示电压的放大倍数即为电压增益。Gv=20lgAv(3)功率增益Gp:用对数来表示功率的放大倍数即为功率增益Gp=20lgAp上一页下一页返回第一节 放大器的基本概念3.输入电阻RiRi是从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压Vi与输入电流Ii之比，即：Ri= Vi/ Ii4.输出电阻Ro放大器的输出电阻就是从放大器输出端看进去的等效电阻,计算Ro :将输入端信号源短路(Vs=0），保留内阻Rs，移走负载RL，在输出端外加信号电压V，产生信号电流I，则: Ro=V/I 上一页下一页返回第一节 放大器的基本概念5.非线性失真系数由于放大器件均具有非线性特性

4、，它们的线性放大范围有一定的限度，当输入信号幅度超过一定值后，输出电压将会产生非线性失真。如果输入信号为正弦信号，则由于非线性失真，输出信号就将是非正弦的，即输出波形除了基波频率外，还包含有输入波形中没有的二次谐波、三次谐波等谐波频率。这种由放大器件的非线性引起的波形失真叫非线性失真。上一页返回第二节 单级低频小信号放大器一、单管共发射极放大器1.基本放大电路的组成及电路图的画法采用NPN型晶体管的基本共射放大电路如图2 -3( a)所示。上述的电路中含有两个供电电源，这种电路结构称为双电源供电电路。为了简单起见，可以把这种结构改为图2-3 (b)所示的单电源供电结构。2 -3 ( c)是单电

5、源供电共发射极放大电路的习惯画法。下一页返回第二节 单级低频小信号放大器2.基本放大电路的组成原则必须有直流电源，且直流电源的极性必须满足三极管的发射结正偏、集电结反偏，保证三极管工作在放大状态，电阻取值得当，使三极管有一个合适的直流工作电压和电流。输入回路的接法，应使输入电压产生变化尽量大的基极电流，因为基极电流直接控制着集电极电流输出回路的接法，应能使变化的集电极电流产生变化尽量大的电压vo，并能从电路输出。上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器3.电路中电压和电流符号写法的规定放大电路中既存在着直流分量，又存在着交流分量，为了便于区分，文字符号写法作如下规定:直流分量。用大写字母和

6、大写下标的符号，如IB交流分量。用小写字母和小写下标的符号，如i b总量:总量是直流分量和交流分量的代数和，用小写字母和大写下标的符号，如: i B = IB + i b在一般情况下，交流分量都是正弦波形式，其表达式为:上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器二、放大器的工作原理放大电路没有输入信号，vi=0时，电路不存在交流分量，各处的电压、电流均为直流，此时，称为直流工作状态，简称为静态。当有输入信号vi时，电路中的电压、电流都将随输入信号做相应的变化，这种变化状态称为交流工作状态，简称为动态。上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器1.放大电路的静态分析(1)静态时，晶体管的各极

7、直流电压VBE VCE和电流IB、IC在三极管的输入特性曲线和输出特性曲线上确定为一个点，用Q表示，该点即为静态工作点。此时的电流电压值记作VBEQ VCEQ和IBQ ICQ (2)Q的计算图2-3（c）所示的基本放大电路的直流通路如图2-4所示由直流通路可列方程上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器则有VCC远大于VBEQ 时，有ICEQ为晶体管的穿透电流可得 上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器(3)设置静态工作点的必要性下面以如图2 -5所示的共发射极放大电路为例，讨论设置静态工作点的必要性。不设置静态工作点如图2-6（a）所示，这样会引起波形失真如图2-6（b）所示设置了

8、合适的静态工作点后的波形如图2-7所示上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器2.放大电路的动态分析在图2-5所示的共发射极放大电路的输入端加上正弦交流电压信号vi，则发射结两端的电压vBE等于：这是一个只有大小变化没有极性变化的脉动电压。波形如图2-8（b）所示。若vBE大于死区电压，且vi很小，则有波形如图2-8（c）所示上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器基极电流的变化将使集电极电流在静态值ICQ 的基础上跟着变化，则式中波形如图2-8（d）所示集电极与发射极电压也是静态电压VCEQ和交流电压vce两部分合成，即上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器集电极与发射极间总的

9、电压应为：V CE的波形如图2-8（f）所示由以上分析可知道，共发射极放大电路具有放大和反相的作用。同时可得到如下总结：(1)为了使放大器不失真地放大信号，放大器必须建立合适的静态工作点。（2）放大电路工作时，基极电流和集电极电流与输入电压相位相同，输出电压与输入电压相位相反（3）交流放大电路中同时存在直流和交流两种分量上一页下一页返回第二节 单级低频小信号放大器所谓交流通路是指交流信号能够通过的路径。当计算放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻等动态参数时，交流通路是必要的依据。画交流通路的原则是:耦合电容、旁路电容因其容抗较小，对交流信号视为短路。直流电源对交流的内阻很小，对交流信号视为短

10、路根据以上原则画出图2 -5中共发射极基本放大电路的交流通路如图2 -9所示。上一页返回第三节 放大电路的分析方法一、估算分析法所谓估算法就是根据电路中的已知参数，利用公式的近似计算来分析放大器性能的方法。下面以图2-10 (a)电路为例介绍估算法的分析方法与步骤1.估算静态工作点(1)画直流通路，如图2 -10 ( b)所示。（2）根据直流通路可知，RB1对VCC进行分压，如图2-11所示，所以可得下一页返回第三节 放大电路的分析方法集电极电流为：基极电流为：输出电压为：上一页下一页返回第三节 放大电路的分析方法2.交流参数的估算(1)画交流通路 画交流通路只需把容量较大的电容及直流电源简化

11、为一条短路线，如图2-12（a）所示，图2-12（b）把分压式偏置放大器的交流通路(2)三极管输入电阻rbe的估算。对于小功率三极管在共发射极接法时，常用下式近似估算：(3)放大器输入电阻ri的估算上一页下一页返回第三节 放大电路的分析方法(4)估算放大器输出电阻ro因为rce远大于Rc 所以 (5)电压放大倍数的估算从图2-12交流通路看，输入信号 vi为输出电压信号为式中上一页下一页返回第三节 放大电路的分析方法由此可推出电压放大倍数的计算公式为即例2-3 在图2-10中，VCC=12V, RB1=42 K, RB2= 8 K RE=1K, RL= RC= 4K ,=30，(1)试求放大电

12、路的静态工作点（2）计算电路的主要指标电压放大倍数，输入、输出阻抗上一页下一页返回第三节 放大电路的分析方法二、图解分析法图解分析法是利用晶体管的特性曲线，通过作图的方法分析放大器的工作情况。现以图2-5为例：(1)作直流负载线。如图2-13（a）为放大器的输出回路直流通路，ic-vcE关系如图2-13（b）、 （c）所示，三极管压降v CE和集电极电流ic之间的有如下关系 v CE = v CC - i CRC, 该方程对应的曲线如图2-13（b）所示，该直线称为直流负载线上一页下一页返回第三节 放大电路的分析方法（2）确定静态工作点直流负载线与l BQ对应的一条输出特性曲线的交点即是静态下

13、工作点Q，Q点所对应的l CQ和V CEQ就是三极管的静态电流和电压(3)交流输入电流ib 是叠加在静态工作点l BQ 上变化的，找出相应输出特性与负载线的交点，即可画出对应集电极电流和集电极交流电压的波形上一页返回第四节 放大电路的三种基本接法本节介绍其他两种组态：共集电极和共基极放大电路。一、共集电极放大电路如图2-14（a）所示，图2-14（b）、(c)为根据该电路画出的直流通路和交流通路被放大的信号从发射极输出所以又称为射极输出器。射极输出器的特点是:电压放大倍数A约为1，且小于1,输出电压与输入电压同相输入阻抗高。输出阻抗低、下一页返回第四节 放大电路的三种基本接法二、共基极放大电路

14、如图所示图2-16（b）、(c)为根据该电路画出的直流和交流通路。共基放大电路的直流通路与分压式工作点稳定电路的直流通路完全相同，静态工作点的求法也相同。共基放大电路的主要特点是:.共基放大电路的电压放大倍数在数值上与共射基本放大电路相同，且为正值.输入电阻很低，一般只有几欧姆到几十欧姆，输出电阻较高。.输出电阻与共射电路相同。上一页下一页返回第四节 放大电路的三种基本接法三、三种组态电路性能的比较共发射极放大器、共基极放大器(射极输出器)和共集电极放大器，它们分别有着各自不同的特点:.共射:电压、电流和功率放大倍数都比较大，输入电阻和输出电阻适中，在多级放大器中可作为输入、输出和中间级，用于

15、放大信号.共集:电压放大倍数略小于1，但电流放大倍数较大，且它的输入电阻大，输出电阻小。因此，除了用作输入级、缓冲级以外，也常用作功率输出极上一页下一页返回第四节 放大电路的三种基本接法共基极放大器的主要特点是输入电阻小，其他性能指标在数值上与共发射极放大器相同。因为共基极放大器的频率特性比较好，所以多用作宽频放大器三种组态电路的性能对比如表2 -1所示:四、共源、共漏、共栅放大器用场效应晶体管构成的放大电路也有三种组态:共源极、共漏极和共栅极放大电路，如图2-17所示。上一页返回第五节 多级放大电路实际电路中为驭动负载工作还经常在后面加上功率放大器。多级放大器的结构框图如图2-18所示。一、

16、多级放大电路的级间耦合方式常用的耦合方式有下列四种:阻容耦合、变压器耦合、直接耦合和光电耦合，如图2-19(a), (b) , (c) , (d) 所示。1.阻容藕合:阻容耦合放大器是由单级放大电路通过电容和基极电阻耦合的.图2-20所示为两级阻容锅合放大电路。两个单级是通过电容器锅合的。因而前后级的静态工作点相互独立下一页返回第五节 多级放大电路2.直接藕合将前一级输出端直接连到后一级的输入端，这种连接方式叫做直接锅合。直接锅合两级放大电路如图2 -21所示。级间无任何耦合元件，各级静态工作点不能相互独立，存在零点漂移现象。良好的低频特性，且没有大容量电容，便于集成3.变压器藕合如图2 -2

17、2所示。变压器初次级线圈之间具有隔直通交的性能，因此前后级的静态工作点彼此独立，同时这种耦合方式具有阻抗变换的作用，但体积较大，不适合于集成。上一页下一页返回第五节 多级放大电路多级放大器无论采用何种耦合方式，都必须满足几个基本要求，才能正常地工作。保证信号能顺利地由前级传送到后级。连接后仍能使各级放大器具有正常的静态工作点。信号在传送过程中失真要小，级间传输效率要高。4.光电藕合如图2-23所示，光电耦合方式既可以传输交流信号，又可以传输直流信号。前级和后级之间能实现很好的电隔离，也方便集成。上一页下一页返回第五节 多级放大电路二、多级放大电路性能分析1.电压放大倍数多级放大电路的电压放大倍

18、数等于各级放大电路的电压放大倍数的乘积。注意：由于后级的输入电阻为前级的输出负载，因此在计算每级放大器的放大倍数时必须包括后级的输入电阻。2.多级放大器的输入电阻多级放大器的输入电阻就是第一级的输入电阻上一页下一页返回第五节 多级放大电路3.多级放大器的输出电阻根据输出电阻的定义，多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻例2-6 在图2-20中，VCC=12V, Rb11= Rb21= 33 K, Rb12= Rb22= 10 K, Rc1= Rc2= 3.3 K, Re1= Re2= 1.5 K,1= 2=50， rbe1 = rbe2 = 1.4 K, RL= 5.1 K试计算电路的电压放大倍数，输入，输出阻抗根据图2 -20所示电路画出该放大器的微变等效电路，如图2-24所示。上一页下一页返回第五节 多级放大电路4.放大电路的频率特性放大器的放大倍数和信号频率之间的关系叫频率响应，也称放大器的频率特性放大电路的频率特性分为幅频特性和相频特性，幅频特性用来描述电压放大倍数的幅度和频率之间的关系，相频特性用来描述电压放大倍数的相位和频率之间的关系。如图2-25 ( a)所示为阻容耦合共射放大电路的幅频特性曲线，图2-25 ( b)所示为相频特性曲线。频带宽度Bw上一页返回图2-1 扩音机工作框图返回 图2-2 放大电路示意图返回 图2-3