《电子技术基础与技能》 课件 2-2 放大电路基础知识

电子技术基础与技能2-2放大电路基础知识2.2放大电路基础知识教学活动1：放大电路的基本组成和工作原理【实践导入】用来表示某一方面信息随时间而变化的电流、电压，称为电信号，简称信号。电子技术，其实就是一门利用电子电路实现信号产生与处理的技术。信号的处理，通常包括信号传输、信号放大、信号变换等，这其中的信号放大尤为常见。如收音机天线所接收的电信号、扩音机电路的输入音频信号、自动控制系统的控制信号等，这些微弱的电信号功率很小，不能直接驱动最终负载，这时就需通过放大电路（简称放大器）对它进行放大。放大器是如何构成的？它为什么能实现对信号的放大？放大器有哪些方面的性能指标？常用的三极管放大电路有哪些组态？各自的特点如何？让我们进入以下学习单元吧！2.2放大电路基础知识教学活动1：放大电路的基本组成和工作原理2.2.1放大电路的基本组成与工作原理

放大器（Amplifier，A），是指能够实现信号放大的电路。这里所说的放大，是指信号经电路作用后，其功率得到增大。

以输入电压ui和输入电流ii的形式来体现的，信号输出是以输出电压uo和输出电流io的形式来体现的。对于放大器，应满足输出功率大于输入功率。需要说明的是，放大器实质上是一种功率转换器，它将电源提供的一部分直流功率转换为信号功率，从而提升了信号功率，但它自身并不具备“发电”功能。放大器框图2.2放大电路基础知识教学活动1：放大电路的基本组成和工作原理2.2.1放大电路的基本组成与工作原理放大器是一种二端口网络，它有输入端口（左边的回路）与输出端口（右边的回路）。放大器件是放大器的核心部件。三极管是一种常用的放大器件，利用三极管构成的放大器有三种组态：共射极、共基极和共集极，分别如图2­2-2（a）、（b）、（c）所示。三极管放大器的三种组态2.2放大电路基础知识教学活动1：放大电路的基本组成和工作原理2.2.1放大电路的基本组成与工作原理一、放大电路的基本组成三极管放大电路除了核心器件--三极管之外，还需要相应的偏置电路和信号耦合电路。偏置电路用来为放大器件提供合适的静态（电路无信号输入时的状态）偏置电流与偏置电压，以保证动态（电路有信号输入时的状态）下的放大器件能始终工作于线性放大状态。耦合电路则用来将电信号以尽可能小的衰减、不失真地由一级传送到下一级。图2­2-3所示为基本共射放大器的电路图。VT为放大管；VCC、RB、RC构成固定偏置电路；C1、C2为耦合电容。基本共射放大器2.2放大电路基础知识教学活动1：放大电路的基本组成和工作原理2.2.1放大电路的基本组成与工作原理二、电压放大原理

电流、电压符号的使用作约定：大小、方向均随时间而变的交流量，用小写字母和小写下标来表示（如ui、uo等）；大小、方向均不随时间而变的直流量，用大写字母和大写下标来表示（如UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ等）；对于由交流量与直流量合成的复合量，用小写字母和大写下标来表示（如uBE、iB、iC、uCE等）。2.2放大电路基础知识教学活动1：放大电路的基本组成和工作原理2.2.1放大电路的基本组成与工作原理二、电压放大原理对于图2­2-3所示的电路，输入正弦信号ui经C1耦合，uBE＝UBEQ＋ui，其大小将发生变化，从而造成iB、iC、uCE随之发生变化，C2隔离uCE中的直流分量，输出uo的振幅Uom远大于ui的振幅Uim，这样就实现了电压放大（同时，uo与ui反相）。基本共射放大器基本共射放大器的电压放大示意图2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标【实践导入】实际电子产品中的电路，放大电路只是一个中间环节，如图2-2-5所示。它“承前启后”，前面的信号源为它输入信号，信号得到放大后输出给后接的负载。相对于前一级电路，它是“负载”；相对于后一级电路，它又是“信号源”。在整个电路中，它的功能是实现对信号进行不失真的放大，其放大能力是首要考虑的。除此之外，我们还要考虑它在电路中的“负载效应”，对前级电路的影响尽可能小，同时也能为后接各种负载提供稳定的输出信号。电子电路中的放大器2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标一、放大倍数A放大器的信号放大能力是用放大倍数A来表示的，它包括电压放大倍数Au、电流放大倍数Ai和功率放大倍数AP。1.电压放大倍数Au是指放大器输出电压的瞬时值与输入电压瞬时值的比值。即其中，

表示放大器的电压放大能力；φau＝φuo－φui指uo与ui的相位差，称为放大器的相移，它表示放大器输出电压uo与输入电压ui之间的相位关系。2.电流放大倍数Ai是指放大器输出电流的瞬时值与输入电流的瞬时值的比值。即2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标一、放大倍数A3.功率放大倍数AP是指放大器输出功率与输入功率的比值。即AP体现了放大器的功率放大能力。AP、Au、Ai之间的关系分析如下：在电子工程中，放大器的放大倍数有时很大，有时又很小，表示起来不方便。所以，通常将放大倍数用对数形式来表示，称为增益（Gain，G），且单位用分贝（dB）来表示。即功率增益GP＝10lgAP（dB）电压增益Gu＝20lg（dB）电流增益Gi＝20lg（dB）GP、Gu、Gi三者关系为：说明：若电路的放大倍数A＞1或增益G＞0，则该电路称为放大器；若放大倍数A＝1或增益G＝0，则该电路称为跟随器；若A＜1或G＜0，则该电路称为衰减器。2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标二、输入电阻ri与输出电阻ro放大电路可等效为图2­2-6所示的电路模型。u′o是放大器空载（RL开路）下的输出电压，它受ui控制。放大电路等效电路1.输入电阻ri。输入电阻ri的大小，体现了放大器对信号源的影响程度。ri越大，一方面ui越接近us，另一方面ii越小（信号源的负担越轻）。因此，当放大器以电压放大为主要目标时，它的输入电阻ri总是越大越好。2.输出电阻ro。输出电阻ro的大小，体现了放大器的带负载能力。作为电压放大器，ro越小，则输出电压uo受负载的影响就越小，uo越稳定，电压放大器的带负载能力便越强。2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标三、通频带BW

放大器对不同频率的信号的放大能力往往存在着一定差异。所谓的通频带，是指信号通过放大器时，能够得到有效放大的频率范围，常称为带宽（BandWidth，BW）。放大倍数|Au|下降到最大值的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为通频带的上限频率fH和下限频率fL，两者的差值就是放大器的通频带，即BW＝fH－fL，如图2­-2-7所示。阻容耦合共射放大器的幅频特性曲线实际电子产品中的信号通常都存在一定的频率范围（如音频为20Hz～20kHz），这就要求放大器能有合适的通频带，以对信号的各频率分量实现相同倍数的放大。通频带过窄，会出现频率失真；通频带过宽，选择性又会变差。2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标【实践应用】放大电路的性能指标测试。

放大器性能指标测试原理图1.电压放大倍数的测试常用的测试方法是：在正弦信号源作用下，用交流毫伏表测出放大器输入、输出电压的有效值Ui与Uo，或用示波器读取输入、输出电压的峰-峰值UiP-P与UoP-P。那么，电压放大倍数2.输入电阻的测试常用的测试方法是：在正弦信号源作用下，用交流毫伏表测出us和ui的有效值US与Ui，或用示波器读取峰-峰值UiP-P与UoP-P

。那么，输入电阻2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标【实践应用】放大电路的性能指标测试。3.输出电阻的测试常用的测试方法是：在正弦信号源作用下，用交流毫伏表分别测出放大器空载与有载两种情况下的输出电压有效值

与，或用示波器读取峰-峰值与，则输出电阻为4.通频带BW的测试放大器幅频特性的测试，分为扫频法和点频法两种。

采用扫频法测试，须用到专用电子测量仪器——扫频仪（又称频率特性测试仪）。用扫频仪测试放大器的幅频特性2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标放大电路的性能指标测试。4.通频带BW的测试【实践应用】在不具备扫频测试条件时，常常采用图2-2-10所示的点频测试法。函数信号发生器为放大器提供正弦信号，用示波器观测放大器的输出波形。保持放大器输入信号的有效值不变（在放大器的中频区能有足够的不失真输出幅度，以便观测），仅改变正弦信号的频率，当输出波形的振幅下降到最大值的0.707倍时，便可分别得到放大器的上限频率fH和下限频率fL，也就得到了通频带BW。用点频法测试放大器的幅频特性2.2放大电路基础知识教学活动2：放大电路的性能指标2.2.2放大电路的性能指标【经典例题】例题2-2某放大器的输入电压有效值Ui＝20mV，输入电流有效值Ii＝40μA，输出电压与电流的有效值分别为2V和0.4mA，试求：（1）该放大器的放大倍数、和AP；（2）该放大器的增益Gu、Gi和GP。解：（1）求解放大倍数（2）求解增益2.2放大电路基础知识教学活动3：放大电路的组态2.2.3放大电路的组态三极管放大电路除了共射组态，还有共基、共集组态。一、共基放大器二、共集放大器图2­2-11所示为共基放大器的电路图。C1、C2为耦合电容，CB为基极旁路电容，它们的电容量均较大。VCC、RB1、RB2、RE、RC构成分压式偏置电路。信号由发射极输入，集电极输出，故为共基组态。图2­2-12所示为共集放大器的电路图。C1、C2为耦合电容。VCC、RB、RE构成偏置电路。信号由三极管的基极输入，由发射极输出，故为共集组态。这种电路同时又被称为射极输出器。共集放大器的电压放大倍数Au稍小于1，且uo与ui同相。这说明该电路的电压跟随性能好，故共集放大器又称为射极跟随器，简称射随器。共集放大器在电子线路中应用很广泛。共基放大器的电路图共集放大器的电路图2.2放大电路基础知识教学活动3：放大电路的组态2.2.3放大电路的组态比较项共射放大器共集放大器共基放大器固定偏置分压式偏置电路图∣Au∣大（几十至几百）小（稍小于1）大（几十至几百）∣Ai∣大（几十，但小于β）大（几十，但小于1＋β）小（稍小于1）AP最大（几千）较小（几十）较大（几十至几百）ri一般（几百欧至几千欧）最大（几十千欧）很小（十几欧至几十欧）roRC（几千欧）很小（十几欧至几十欧）RC（几千欧）BW较窄较宽最宽输入输出信号相位反相同相同相高频特性差较好好稳定性较差较好较好主要用途多级放大器的中间级，输入级多级放大器的输入级、输出级、缓冲级高频电路，宽频带放大器三种组态放大器的性能比较2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法【实践导入】放大电路中的三极管始终处于线性放大状态，是电路正常工作的前提。为此，设置合理的偏置电路是必要的。同时，由于三极管是半导体器件，其参数或多或少要受到环境温度的影响，从而造成电路的性能也随之受到影响。一、放大电路的直流通路与交流通路放大电路没有信号输入（即ui＝0）时的状态称为静态。静态下，电流通过的路径称为直流通路（又称直流等效电路）。直流通路的画法是：电容看作开路，电感看作短路。共射放大电路直流通路2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法一、放大电路的直流通路与交流通路放大电路输入信号时的状态称为动态。此时，电路对交流信号的作用可用交流通路（又称交流等效电路）表示。交流通路的画法是：直流电压源和耦合电容交流短路。共射放大电路交流通路2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法二、静态工作点Q及其设置的必要性

共射放大器中的三极管工作时，输入回路及输出回路中的电流与电压，分别决定了输入特性曲线和输出特性曲线上的一个点，这个点就称为工作点。

静态下，三极管的工作点就称为静态工作点，用Q来表示。当电路输入正弦信号ui时，使得UBE发生变化，从工作点的角度来看，将以Q点为中心沿交流负载线在Q′与Q″之间上、下移动。要想使动态下的工作点始终处于线性放大区中，合理设置静态工作点Q的位置就很重要了。2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法二、静态工作点Q及其设置的必要性1.静态工作点Q设置过低（IBQ过小），动态下的工作点容易进入截止区，输出波形产生截止失真；2.静态工作点Q设置过高（IBQ过大），动态下的工作点容易进入饱和区，输出波形产生饱和失真。对于用NPN型三极管构成的共射放大器，两种类型的非线性失真输出波形，如图2­2-15（a）、（b）所示。NPN管构成的共射放大器输出波形的非线性失真若输出波形出现正、负半周均失真，则是因为输入信号过大，需要通过减小输入信号的幅度来解决。2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法三、放大器静态工作点的估算与调整三极管放大电路常见的偏置电路有两种：固定偏置电路和分压式偏置电路。1.固定偏置电路。图2­2-16所示的是固定偏置电路的直流通路。该电路静态工作点的估算公式如下：固定偏置电路的直流通路关于UBEQ的取值，做如下说明：若无特别说明，硅管（多为NPN型）发射结正偏导通时，取0.7V；锗管（多为PNP型）发射结正偏导通时，取0.3V。2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法2.分压式偏置电路。图2­2-17所示的是分压式偏置电路的直流通路。该电路中，I1通常远大于IBQ，这样，近似分析时就认为：上偏置电阻RB1与下偏置电阻RB2串联分压，来为三极管提供合适的基极对地电压UB。分压式偏置电路的直流通路该电路静态工作点的估算公式如下：该电路静态工作点的调整，一般通过调节上偏置电阻RB1的阻值来实现。2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法【实践应用】静态工作点的稳定对于基本共射放大器，其静态基极电流IBQ固定。但随着温度的变化，三极管的β值及穿透电流ICEO均发生变化，最终将造成静态工作点Q的位移，使原本设计合理的静态工作点变得不合理了。以温度升高为例，简析如下：稳定静态工作点的常见措施是，在电路中引入直流负反馈。分压式偏置共射放大器集电极-基极偏置共射放大器2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法【实践应用】静态工作点的稳定

以分压式偏置电路为例，简述其稳定静态工作点的原理。分压式偏置共射放大器【经典例题】2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法例题2-3

判断图2-2-20所示的放大电路能否正常放大信号。问题解析：判断放大电路能不能正常放大信号，要从静态工作点和交流信号通路两个方面来进行，这两个方面缺一不可。首先看电路的静态工作点是否恰当，若电路图中有元件参数就要通过计算来确定工作点是否合适；若电路图中没有元件参数，则看电路中有没有导致三极管工作在饱和或截止状态的因素。只有电路的静态工作点正常，才有必要进行交流信号通路的检查。画出电路的交流通路，看信号能不能顺利从输入端到达输出端。图2-2-20（a）图2-2-20（b）2.2放大电路基础知识教学活动4：放大电路的静态工作点及其调整2.2.4放大电路的静态工作点及其调整方法【经典例题】解：图2-2-20（a）所示电路的直流通路，如图2-2-21所示。三极管VT在静态时基极电位为0，处于截止状态。若输入信号幅度小于三极管的死区电压，则三极管在信号的整个周期内都截止而无信号输出。若输入信号幅度大于三极管的死区电压，则三极管在信号的整个周期内都将得到一个截止失真的信号输出。所以，该电路不能正常地放大信号。在图2-2-20（b）所示电路的直流通路和交流通路，分别如图2-2-22、2-2-23所示。该电路的偏置电路是正常的。但在交流通路中，输入信号ui被大电容C2短路，并没有加到三极管的发射结，所以电路不能正常放大信号。图2-2-21图2-2-22图2-2-232.2放大电路基础知识教学活动5：搭建与调试单级共射放大电路【实训目标】（1）能在面包板上合理搭接单级共射放大电路；（2）会用万用表对电路进行静态工作点测试；（3）能按照要求完成电路静态工作点的调整；（4）探究分压式偏置电路静态工作点的稳定性；（5）实训过程中，积极主动，团结协作，规范操作，遵守“6S”管理制度。2.2放大电路基础知识教学活动5：搭建与调试单级共射放大电路【实训设备与器材】

学生分为若干组，每组提供直流稳压电源、函数信号发生器、示波器各一台，万用表一块，电路装接所用的元器件及器材见表2-2-2。序

号名

称型号规格数

量配件图号测试结果元器件粘贴区1金属膜电阻器RJ－0.25－5.1k

2只RB1

2

RB2

3金属膜电阻器RJ－0.25－2.4k

2只RC

4

RE

5电位器3296W-1-203（20kΩ）1只

6电解电容器CD－25V－10

F2只C1

7

C2

8电解电容器CD－25V－47

F1只CE

9