放大器基础课件

第4章放大器根底概述4.1放大器的根本概念4.2根本放大器4.3差分放大器4.4电流源电路及其应用4.6放大器的频率响应4.5多级放大器概述在播送、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成局部。

放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入信号进行不失真的放大。第4章放大器根底

按信号强弱分：小信号放大器

大信号放大器

按电路结构分：直流放大器交流放大器(线性放大器)(非线性放大器)(多用于集成电路)(多用于分立元件电路)

放大器分类

按信号特征分：宽频带放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器谐振放大器(放大语音信号)(放大图像信号)(放大脉冲信号)(放大高频载波信号)第4章放大器根底保证半导体器件工作在放大模式

放大器组成框图耦合电路耦合电路输出负载输入信号直流偏置电路外围电路具有正向受控作用的半导体器件是整个电路的核心将放大器输出端与输出负载进行连接。将输入信号源与放大器输入端进行连接。第4章放大器根底5放大器的组成原那么：

直流偏置电路(即直流通路)要保证器件工作在放大模式。

交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号

vi

时，应有

vo

输出。判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。假设有任何一局部不合理，那么该电路就不具有放大作用。元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电路需提供适宜的Q点及足够的放大倍数。第4章放大器根底6

放大器的作用就是将输入信号进行不失真的放大。4.1放大器的根本概念4.1.1放大的原理和实质VIQtvBEOIBQtiBOtviICQtiCOVCEQtvCEOtvoO

利用ib

对ic

的控制作用实现放大。第4章放大器根底+-iBviiCVCCRC+-+-VIQvo

放大原理7

电源VCC提供的功率：

放大实质

三极管集电极上的功率：

负载电阻RC上的功率：第4章放大器根底8注意：放大器放大信号的实质：是利用三极管的正向受控作用，将电源VCC提供的直流功率，局部地转换为输出功率。

电源VCC不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作在放大区，同时还是整个电路的能源。

电源提供的功率PD

除了转换成负载上有用的输出功率PL

外，其余均消耗在晶体三极管上(

PC

)。

三极管仅是一个换能器。第4章放大器根底

就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络：

放大器的性能指标线性有源四端网络RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映放大器性能的主要指标有：增益A输入电阻Ri、输出电阻Ro、第4章放大器根底规定：电压的极性：上＋下－电流的方向：流入网络为正方向(1)输入电阻、输出电阻、增益

输入电阻

对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻Ri。

或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定义上式中，Ri表示本级电路对输入信号源的影响程度。

第4章放大器根底

输出电阻

对输出端负载而言(根据戴维宁定理和诺顿定理)，任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻Ro

。

或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot

：负载开路时

vi

或

ii

在电路输出端产生的开路电压。ion

：负载短路时

vi

或

ii

在电路输出端产生的短路电流。第4章放大器根底输出电阻Ro

计算：RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框图)iv+-放大器RS(

Ro

的定义)

令负载电阻RL

开路，信号源为零。在输出端外加电压v，那么产生电流i。定义Ro

反映放大器的带负载能力。第4章放大器根底加压求流法实验测量的方法：

小信号放大器四种电路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压放大器RoRLionioRSRiiSii电流放大器RSRivS+-+-vi互导放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第4章放大器根底放大器的增益：

增益(放大倍数)不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。

即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。A=xo/xi电压放大器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压增益：开路电压增益：源电压增益：Ro

越小，RL

对Av

影响越小。Ri

越大，RS

对Avs

影响越小。第4章放大器根底电流放大器电流增益：短路电流增益：源电流增益：RoRLionioRSRiiSiiRi

越小，RS

对Ais

影响越小。Ro

越大，RL

对Ai

影响越小。互导放大器互导增益：互阻放大器互阻增益：第4章放大器根底电流增益和电压增益的关系：

理想放大器对输入电阻和输出电阻的要求：

电压放大器：Ri0、Ro电流放大器：Ri、Ro0互导放大器：Ri、Ro互阻放大器：Ri0、Ro0第4章放大器根底(2)通频带及频率响应fAvAvofL下限截止频率fH上限截止频率通频带：BW0.7

=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线

通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应能力越强;但也不宜过宽，易使信号以外的噪声得到放大。Av0/幅频特性和相频特性，统称为频率特性。

(3)信噪比与噪声系数信噪比：有用信号功率噪声信号功率噪声系数：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〔NF=1说明放大器是理想无噪声的〕。〔4〕放大器的失真

频率失真

放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。失真类型频率失真瞬变失真线性失真非线性失真一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号鼓励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频率的复函数：第4章放大器根底幅值，幅频特性相角，相频特性

波特图在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。Of/HzA(f)/dBOf/HzA(f)幅频特性相频特性(对数刻度)(对数刻度)(线性刻度)(线性刻度)增益分贝值：通频带：对应上限频率fH及下限频率fL。AIfHfL第4章放大器根底AI-3dB

频率特性的三个频段中频段：通频带以内的区域。放大器的增益、相角均为常数，不随f

变化。特点：原因：所有电抗影响均可忽略不计。高频段：f>fH的区域。频率增大，增益减小并产生附加相移。特点：原因：极间电容容抗分流不能视为开路。即极间电容开路,耦合、旁路电容短路。低频段：f<fL的区域。频率减小，增益降低并产生附加相移。特点：原因：耦、旁电容容抗分压不能视为短路。第4章放大器根底

幅度失真与相位失真实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时：假设不同频率信号呈现不同增益幅度失真相位失真幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。假设不同频率信号呈现不同相角由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。注意：线性失真不产生新的频率成分。一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。视频放大器的频率失真那么包括幅度失真与相位失真。第4章放大器根底

指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。

瞬变失真RC+-vi-vo+vit1Ovot0.10.9trRC+-vi-vo+vitOvott1vot1第4章放大器根底

非线性失真非线性失真由半导体器件的伏安特性非线性引起，它产生了新的频率成份。假设三极管基射间外加电压：那么利用傅里叶级数展开得：非线性失真系数：第4章放大器根底25根据三极管(场效应管)在放大器中的不同接法，放大器分为共E、共C、共B〔共S、共D、共G〕根本组态。4.2根本放大器T+-+-VCCRCvivo(共E原理图)T+-+-VCCREvivo(共C)T+-+-VCCRCvivo(共B)无论何种组态放大器，分析方法均为：1)由直流通路确定电路静态工作点。注意：2)由交流通路画出小信号等效电路，并进行分析。第4章放大器根底26

共发射极放大器晶体管三种组态放大器的实际电路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器根底RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C227

共基极放大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器根底RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC28

共集电极放大器VCCRB1RB2RE直流通路第4章放大器根底交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C229

共射电路性能分析

共射、共基和共集放大器的性能

画微变等效电路

分析电路输入、输出电阻故rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+

-virceib第4章放大器根底RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-viRiRo那么30

共射电路电流增益rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第4章放大器根底短路电流增益31

共射电路电压增益rbeibRCRBvs+-RL+-voRS+-virce开路电压增益源电压增益第4章放大器根底ib321)既有电压放大作用、又有电流放大作用。2)输出电压与输入电压反相。

共射电路提供的最大电压增益假设采用有源负载作为RC，可使RC>>rce因此由于厄尔利电压|VA|>>VT，因此共发电路提供的Av很大，且其值与静态电流ICQ

无关。

共射电路特点第4章放大器根底33

共集电路性能分析

画微变等效电路

共集电路输入电阻(忽略rce)因此(大)第4章放大器根底RERB1vs+-RL+-voRB2RS+-virbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-Ri34

共集电路输出电阻令vs=0、RL开路，画出求Ro的等效电路〔右上图〕。rbeibiRERB+vRSrce-iibRoRS=RS//RB则得因此(小)第4章放大器根底rbeibioRERBvs+-RL+

voRS+-virce-35

共集电路电流增益(忽略rce)

共集电路电压增益(忽略rce)1其中第4章放大器根底rbeibiiioRERBvs+-RL+

voRS+-virceib-短路电流增益36

共集电路特点1)有电流放大作用、但无电压放大作用。2)输出电压与输入电压同相。

3)输入电阻高、输出电阻低。

别名：电压跟随器、射极输出器、射极跟随器37

共基电路性能分析

画微变等效电路(忽略rce

影响)

共基电路输入电阻vs+-RL+-voRERSRCrbeibiiio+-vibecii因此(小)Ri第4章放大器根底vs+-RL+-voRERSRCvi+-ib38

共基电路电流增益vs+-RL+-voRERSRCrbeibiiio+-vibeciiRi

短路电流增益第4章放大器根底ib39

共基电路电压增益vs+-RL+-voRERSRCrbeib+-vibec

共基电路特点1)有电压放大作用、但无电流放大作用。2)输出电压与输入电压同相。

3)输入电阻低、输出电阻高。第4章放大器根底ib40共基电路输出电阻令vs=0、RL开路，画出求Ro的等效电路〔右上图〕。vs+-RL+-voRERSRCrbeib+-vibecrce则得因此+-vRERSRCrbeibberceiiRoRS=RS//RE第4章放大器根底ibib41三种组态电路性能比较小大小大大小大大1中共射共基共集RiRoAvAin第4章放大器根底RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi中略大42三种组态电路的应用

共射放大器

广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中。

共基放大器

〔1〕电流接续器。〔2〕由于频率特性好，故常与共射电路配合，组成宽带放大器。

共集放大器

〔1〕利用Ri高特点，常作多级电压放大器输入级；〔2〕利用Ro低特点，常作电压多级放大器输出级，提高带负载能力；〔3〕利用Ri高、Ro低的特点，常作缓冲级(隔离级)，以提高前级电路的电压增益和后级的源电压增益。第4章放大器根底43

接RE

的共发放大器

其中第4章放大器根底rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE(微变等效电路)RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE(交流通路)(忽略rce

影响)44当RL时，

此时，Avt

近似等于两电阻的比值，与三极管参数无关。

共射放大器存在问题：交流工作时：RCAv

但集成困难；直流工作时：RCVCEQ

易饱和失真。第4章放大器根底

解决方法：用恒流源(有源负载)取代电阻

RC。恒流源特点：直流电阻小，交流电阻大。45

采用有源负载的共射放大器RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ其中等效为第4章放大器根底假设RE=0：又假设RL=，且两管参数相同：即：T1的集电极交流电阻RC=接RE的共E电路的RO2’46

共S实际电路

FET共源、共栅和共漏放大器的性能第4章放大器根底

偏置方式：自给偏压。RG的作用是，提供G、S间的直流通路，RG不能太小，否那么会影响放大电路的输入电阻，一般为M级。注意：此电路中VGS<0。偏置方式：分压式偏置。RG1和RG2取小的精密电阻以保证VG的稳定性；参加RG3的作用是提高放大电路的输入电阻。47

共源放大器gmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo第4章放大器根底RDRGvs+-RL+-voRS+-vi对分压式偏置电路：48

接RS

的共源放大器不变经推导则略增大减小第4章放大器根底RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSgmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoRSRo49

共栅放大器vs+-RL+-voRSRSRDgmvgsiiio+-vigsRiii因为所以而第4章放大器根底vs+-RL+-voRSRSRDvi+-50

共漏放大器经推导第4章放大器根底RGvs+-RL+-voRS+