电子线路课件-2.ppt

1、第二章 放大器基础,第二章 基本放大器,2.2 放大器的图解分析法,2.3 放大器工作点的稳定,2.4 放大器微变等效电路分析法,2.5 共集和共基放大电路,2.6 场效应管放大电路,2.1 放大器的组成及工作原理,2.1 放大器的组成及工作原理,2.1.1 放大器功能及组成,声音先经过话筒转换成随声音强弱变化的电信号；再送入电压放大器和功率放大器进行放大；最后通过扬声器把放大的电信号还原成比原来响亮得多的声音。,放大器：电子设备中不可缺少的组成部分，主要功能是放大信号，即把微弱的电信号（电流、电压、或功率）通过电子器件的控制作用，将直流电源功率转换成一定幅度的、随输入信号变化的输出信号。基本

2、特征是功率放大。,扩音机是一种常见的放大器，如图3.1.1所示。,图2.1.1扩音机框图,图2.1.2放大器的框图,放大器的组成框图,2.1.2 放大电路的基本概念及性能指标,一.放大的基本概念,放大把微弱的电信号的幅度放大。 一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。不失真的情况下放大才有意义。,放大的本质： 能量的控制和转换；即在输入信号作用下，通过放大电路将 直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。,二.放大电路的主要技术指标,放大倍数又叫增益，是衡量放大器放大能力的指标，有电压放大倍数，

3、电流放大倍数，功率放大倍数等，一般以主要探讨电压放大倍数。,1. 放大倍数表示放大器的放大能力,（1）电压放大倍数定义为: AU=uo/ui,（2）电流放大倍数定义为: AI=io/ii,2. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻,Ri=ui / ii,一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。,3. 输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻,输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,输出电阻的定义：,4. 通频带,通频带：,fbw=fHfL,放

4、大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于0.707倍Aum 的 频率 fL称为下限截止频率,在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将减小，使放大倍数的数值等于0.707倍 Aum 的频率称fH为上限截止频率,中频放大倍数:Aum,5. 非线性失真系数,6.最大不失真输出电压,最大不失真输出电压：当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压: Uom或用峰峰值Uopp表示,且,7. 最大输出功率与效率,输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D 。设基波幅值为A1 ,谐波幅值为 A2,A3 则,最

5、大输出功率 Pom ：在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。,直流电源能量的利用率称为效率 ，设电源消耗的功率为 PV 则效率 等于最大输出功率Pom与PV 之比 ，即,以NPN管接成最常用的共射放大电路为例来说明基本放大电路的组成原则及工作原理。,一、共射放大电路的组成,如图2.2.1所示为基本的共射放大电路，它由NPN型硅管及若干电阻组成,其中晶体管是起放大作用的核心元件。,图2.2.1 基本的共射放大电路,2.2 放大器的图解分析法,图2.2.1所示电路的输入回路与输出回路以发射极为公共端，故称之为共射放大电路，并称公共端为“地”。,当

6、 时，称放大电路处于静态。,当 时，称放大电路处于动态。,常见的两种共射放大电路,直接耦合共射放大电路（如图2.2.2（a）所示）和阻容耦合共射放大电路（如图2.2.2（b）所示）,（b）阻容耦合共射放大电路,（a）直接耦合共射放大电路,图2.2.2 常见的两种共射放大电路,二三极管的放大原理 三极管工作在放大区： 发射结正偏， 集电结反偏。,UCE（-ICRc）,放大原理：,UBE,IB,IC（bIB）,电压放大倍数：, uo,ui,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,三.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用,各元件作用：,使发射结正偏，并提供适当的静IB和U

7、BE。,基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容： 电解电容，有极性， 大小为10F50F,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,+,+,各元件作用：,基本放大电路的习惯画法,静态工作点Ui=0时电路的工作状态,ui=0时,由于电源的存在，电路中存在一组直流量。,IC,+ UBE -,+ UCE -,四. 静态工作点,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。,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，

8、是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。,画出放大电路的直流通路,2. 静态工作点的估算,将交流电压源短路，将电容开路。,直流通路的画法：,画直流通路：,Rb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,用估算法分析放大器的静态工作点（ IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ）,ICQ= IB,例：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。,解：,请注意电路中IB和IC的数量级,五、直流通路与交流通路,一般情况下，在放大电路中，直流量（静态电流与电压）和交流信号（动态 电流与电压）总是共存的。为了研究问题方便起见，常把它们分开考虑，分成直 流通路和交流通路

9、。,（一）直流通路及其画法,直流通路：在直流电源作用下直流电流流经的通路，也就是静态电流流经的 通路。用于研究静态工作点。,画法原则：（1）电容视为“开路”；（2）电感线圈视为短路（即忽略线圈电阻）。,（二）交流通路及其画法,交流通路：输入信号作用下交流信号流经的通路。用于研究动态参数。,画法原则：（1）电容值大的电容（如耦合电容）视为短路； （2）无内阻的直流电源（如+VCC）视为短路。,（三）直流、交流通路画法图例,图2.3.1 如图2.2.1 所示基本共射放大电路的直流通路和交流通路,(a)直流通路, (b)交流通路,基本共射放大电路,例 1,(a)直流通路 (b)交流通路 图2.3.2

10、 图2.2.2（b）放大电路的直流通路与交流通路,单管阻容耦合共射放大电路,例 2,（一）. 用图解法分析放大器的静态工作点,UCE=VCCICRC,直流负载线,由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,IB,静态UCE,静态IC,六、 放大电路的图解分析法,1. 交流放大原理（设输出空载）,假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,（二）. 用图解法分析放大器的动态工作情况,注意：uce与ui反相！,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,工作原理演示,结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：,虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始

11、终不变,（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。,对交流信号(输入信号ui),2.放大器的交流通路,交流通路分析动态工作情况 交流通路的画法：,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路,3.交流负载线,输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,即：交流负载线的斜率为：,交流负载线的作法： 斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）,经过Q点。,交流负载线的作法：,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,经过Q点。,注意： （1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹

12、。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,(a)输入回路 (b)输出回路 图2.3.3 动态分析,交流负载下的动态分析,uo,可输出的最大不失真信号,（1）合适的静态工作点,4非线性失真与Q的关系,uo,（2）Q点过低信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,基本共射放大电路的截止失真,uo,（3）Q点过高信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,截止失真和饱和失真统称“非线性失真”,共射放大电路的饱和失真,应当指出：饱和失真与截止失真均属于非线性失真，而且是比较极端情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输入特性和输出特性的非线性是输出波形产生失真，只不

13、过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可忽略不计而已。,5、图解最大不失真的输出电压,图2.3.5 图解,方法如下：,确定Q点，方法同前；,2.画出交流负载线，方法同前；,3.确定,如图2.3.5所示，其中 称最大不饱和失真输出幅度； 称最大不截止失真输出幅度。则,对于前面分析的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。,1. 温度对静态工作点的影响,2.3 放大器工作点的稳定,1、温度对UBE的影响,2、温度对值及ICEO的影响,动画演示,2. 典型的分压式偏置电路静态工作点的稳定,图2.4.2 静态工作点稳定电路,（a）直接耦合电路 （b）阻容

14、耦合电路 （c）所示电路的直流通路,阻容耦合分压式 静态工作点稳定电路,选I2=（510）IB I1 I2,（1） 结构及工作原理,静态工作点 稳定过程：,UBE=UB-UE =UB - IE Re,UB稳定,演示,思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路,条件：交流小信号,2.4 . 放大器的微变等效电路分析法,2.4.1 晶体管的h参数及其等效电路,1、三极管的共射h参数等效电路,根据网络参数理论：,求变化量：,在小信号情况下：,或,各h参数的物理意义：,输出端交流短路时的 输入电阻，用rbe表示。,输入端开路时的电压反馈系数， 用r表示。,输出端交流短路时的电流放大 系数， 用表示。,输

15、入端开路时的输出电导，用1/rce表示。,该式可写为：,由此画出三极管的h参数等效电路：,2、简化的h参数等效电路,（1）r10-3，忽略。,（2）rce105，忽略。,得三极管简化的h参数等效电路。,3. rbe的计算,VCEQ时iB 对vBE的影响，是三极管在Q点附近b与e之间的动态电阻，用rbe表示。,rbe的组成： rbe = rbb + rbe re 很小，忽略,rbb ：基区体电阻,rbe：发射结正偏电阻,常温下：,2.4.2. 放大器的交流分析,1. 画出放大器的微变等效电路,动画演示,（1）画出放大器的交流通路,（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替,2、电压放大倍数的

16、计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,3、输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,定义：,当信号源有内阻时：,由图知：,所以：,所以：,4、输出电阻的计算：,根据定义：,例2.4.1 共射放大电路如图所示。设：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k, RL=3k,BJT的b =60。,1、试求电路的静态工作点Q。,解：,2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。,解：画微变等效电路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ，是截止还是饱和 失真？

17、应调节哪个元件？如何调节？,解：为截止失真。 应减小Rb。,例2.4.2 阻容耦合分压式共射极电路分析,选I2=（510）IB I1 I2,（1）电路 组成及工作原理 （带RE的共射极电路）,（2）直流通道及静态工作点估算:,IB=IC/,UCE = VCC - ICRC - IERe,IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re,电容开路,画出直流通道,将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路,（3）动态分析：,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,思考：若在Re两端并电容Ce会对Au、Ri、Ro有什么影响？,一. 共集电极放大电路,1. 结构：,2.5 共集和共

18、基放大电路,2. 直流通道及静态工作点分析：,3. 动态分析,（1）交流通道及微变等效电路,（2）电压放大倍数：,（3）输入电阻,（4）输出电阻,射极输出器的特点：电压放大倍数=1， 输入阻抗高，输出阻抗小。,演示：,射极输出器的应用,1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。,2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。,2、放在两级之间，起缓冲作用。,二. 共基极电路,1. 静态工作点,直流通路：,2. 动态分析,画出电路的交流小信号等效电路,（1）电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,3. 三种组态的比较,共集,共基,共射,2.7 场效应管放大电路,一、 场效应管放大电路的三种接法,(a)共源电路 (b)共漏电路 (c)共栅电路 图2.7.1 场效应管放大电路的三种接法,(N沟道结形场效应管为例),二、 场效应管放大电路静态工作点的设置及其分析估算,为了使电路正常放大,必须设置合适的静态工作点以保证在信号的 整个周期内场