（中职)电工电子基础教案5：第五章基本放大电路电子教案.docx

教 案任课教师龙爱忠授课班级17秋机电一体化5年一贯制班课时安排4个课时专业、层次中职课题内容第五章 基本放大电路教学重点1、 基本交流放大电路的工作原理2、 放大电路的分析方法教学难点1、静态工作点稳定的放大电路2、多级放大电路课程目标1、 掌握共射放大电路组成、工作原理、性能特点及分析方法2、 掌握射极输出器基本特点，差动放大电路及功率放大电路工作原理3、掌握多级放大电路概念课的类型新授课教学策略通过多媒体教学方法与手段讲授、实践等教 学 过 程 设 计教学过程及时间分配教 学 内 容时间分配组织教学1、点名检查学生出勤情况。2、填写教学记录表。5min导入新课提问引入：什么是放大电路？放大电路的工作原理是怎样的？3min新课讲授5.1 基本交流放大电路的工作原理如（a）图所示是共射极放大电路，该电路具有电流放大作用。而通过Rc的作用，则可以将电流的变化转化为输出电压的变化，从而使电路具有电压放大作用。但在这个电路中，只有在“Ui >死区电压”的条件下，即发射结处于正向偏置时，三极管才具有放大作用。 阻容耦合共射放大电路  它可以放大交流信号ui，因为连接到Vcc的偏置电阻Rb可以引入直流偏置，使发射结始终处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流。电容C1、C2一方面起到交流耦合作用，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。另一方面又起到隔直作用，隔断信号源、放大电路和负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系，互不影响。整体来说，交流信号ui通过电容C1耦合并由偏置电阻Rb引入直流偏置后输入三极管，经过三极管的电流放大、Rc电阻的电流电压变换以及电容C2的隔直耦合，输出即为放大后的交流信号u0。电源Vcc除了保证电路满足发射结正偏，集电结反偏的放大外部条件外，还是放大电路的能量来源。 注意：晶体管是放大电路中的放大元件，利用它的电流放大作用，在集电级电路获得放大了的电流，这电流受输入信号的控制。如果从能量观点来看，输入信号的能量是较小的，而输出的能量是较大的，但这不是说放大电路把输入的能量放大了。能量是守恒的，不能放大，输出的较大能量是来自直流电源Ec。也就是能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源Ec所提供的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。这就是放大作用的实质，而晶体管也就是说是一个控制元件。5.2 放大电路的分析方法我们可以将放大电路分为直流通路、交流通路来分别进行静态和动态分析。1、 静态时的放大电路当输入信号为零时（Ui=0）电路中各电压，电流都是直流量，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称为静态。由于静态时的电压和电流值可用三极管特性曲线上的一个确定的点表示，故习惯称此点为静态工作点，用Q表示。一般由放大电路的直流通道用近似估算法求得。对于直流信号而言，电容相当于开路，则直流通道如（a）图所示2、动态时的放大电路当输入信号不等于零时，放大电路的工作状态称为动态。此时电路中既有直流量又有交流量。一般用放大电路的交流通道来分析其动态性能。 对于交流信号而言，电压源Vcc和电容C1，C2都视为短路。则交流通道如（b）图所示。3、共射极放大电路的静态分析放大电路的静态分析有近似估算法和图解法两种。用近似估算法确定静态工作点对NPN管一般取UBE =0.4V）： IB = （Vcc 0.64) / RbIc = x IBUCE = Vcc Ic x Rc (反映Ic和UCE关系的直线方程，称为直流负载线)用图解法确定静态工作点 （1）用估算法确定IB（2）确定直流负载线（图中的红线） uCE=Vcc-iCRc这条直线方程的斜率为：-1/Rc（3）直流负载线与iB=IB对应的那条输出特性曲线的交点Q，即为静态工作点。4、共射放大电路的动态分析对放大电路进行动态分析时，常采用图解和微变等效电路分析法。(1) 图解法直流负载线反映静态时电流Ic和电压UCE的变化关系，根据直流通路分析，其斜率仅与电阻Rc有关。交流负载线则反映动态时电流ic和电压uCE的变化关系，根据交流通路分析，其斜率不仅与电阻Rc有关，还和与其并联的负载电阻RL有关，所以交流负载线比直流负载线要陡直一些。而且当输入电流为零时，放大电路仍应工作在静态工作点Q，可见交流负载线也要通过Q点。             直流负载线和交流负载线                           上图反映了基本共射放大电路的各电路参数的波形及其与三极管输入输出特性的关系，可以帮助我们更好地了解放大电路的工作特性。由上图可知，放大后的输出信号uo与输入信号ui反相。由图解法可得出如下几个结论：未加输入信号时，三极管各极间的电压和各极的电流都是恒定的直流量。加上输入信号后，各个量都在静态直流量的基础上叠加了一个交流量。当输入信号ui是正弦波时，电路中各交流分量都是与输入信号ui同频率的正弦波。ui与ube,ib,ic同相，与uce,uo反相。所以输出电压与输入电压反相，这是共射放大电路的特点。输出电压的幅度比输入电压的幅度大的多。但放大作用只能是输出的交流分量和输入信号的关系，决不能将直流分量包含在内。图解法多用于分析输出幅度较大而工作频率不太高的情况。 为保证放大电路的动态特性，静态工作点位置应该处于负载线的中点附近，否则将可能引起输出信号的失真。                        静态工作点下移造成输出信号出现失真 静态工作点上移造成输出信号出现失真上图所示为静态工作点下移造成输出信号出现失真的情况，由于该失真是因为放大电路的工作范围进入截止区而造成的，所以称为截止失真。  上图所示为静态工作点上移造成输出信号出现失真的情况，由于该失真是因为放大电路的工作范围进入饱和区而造成的，所以称为饱和失真。此外，输入信号的幅值不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。实际上，只要静态工作点合适，在小信号放大电路中，此条件一般都能满足。(2) 微变等效电路分析法根据三极管的输入输出特性可知，三极管是非线性放大元件，但当三极管工作在小信号（微变量）情况下，静态工作点附近的输入输出特性曲线就可以用直线段近似代替，这就是所谓对三极管的线性化，这样也就可以像处理线性电路那样来处理三极管放大电路。如下图示，我们可以利用三极管的微变等效电路代替放大电路中的三极管，对电路进行分析。电阻rbe数值较小，其估算公式为：rbe 300（）（1）X 26（mv） / IE（mA）。 根据以上分析，可得出                               三极管的微变等效电路由三极管的微变等效模型和放大电路的交流通路可得出如图所示的放大电路的微变等效电路，据此就可以对放大电路进行动态分析，主要包括：A、电压放大倍数的计算：Au x ( RLRc ) / rbe    推导：                   式中                故，     上式中的负号表示输出电压UO与输入电压Ui的相位相反。当放大电路的输出端开路（未接RL）时，           B、放大电路输入电阻的计算ri RBrbe 一个放大电路的输入端总是与信号源（或前级放大电路）相联的，其输出端总是与负载（或后级放大电路）相联的。因此放大电路与信号源和负载之间，都是互相联系，互相影响的。放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻来等效替代。这个电阻是信号的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri，即               它是对交流信号而言的一个动态电阻。如果放大电路的输入电阻较小，第一、将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二、经过信号源内阻RS和ri的分压，使实际加到放大电路的输入电压Ui减小，从而减小输出电压；第三、后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的输入负载，从而将会降低前级放大电路的电压放大倍数。因此通常希望放大电路的输入电阻能高一些。以图放大电路为例，其输入电阻可从它的微变等效电路计算：         C、放大电路输出电阻的计算ro Rc 放大电路对负载（或后级放大电路）来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输入电阻。它是一个动态电阻。   如果放大电路的输出电阻较大（相当于信号源的内阻较大），当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。    放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的条件线求得。以放大电路为例，从它的微变等效电路看出，当Ui0，Ib0时，Ib和Ic也为零。共射级放大电路的输出电阻是从放大电路的输出端看见去的一个电阻。因为晶体管的输出电阻rce（也和衡流源Ib并联）很高，故      Rc一般为几千欧，因此共射级放大电路的输出电阻较高。通常计算ro时可将信号源短路，在输入端加一交流电压Uo,以产生一个电流I。，则放大电路的输出电阻为          Ro越小，电路的带负载能力越大。5.3 静态工作点稳定的放大电路上节所分析的电路属于固定偏置电路，理论和实践都表明，温度的变化会使三极管的参数变化，最终导致Ic的变化，使得电路的静态工作点发生漂移，严重时可使得三极管动态工作时进入饱和（或截止）区，而造成失真。 下图（b）所示为可以稳定静态工作点的基本共射放大电路，称为分压偏置式放大电路。下图（c）则为该放大电路的直流通路，若使电流I2远大于偏置电流IB，则基极电位VB近似等于电阻Rb1和Rb2对电源Vcc的分压，可以认为VB与三极管参数无关，且不受温度影响。引入发射极电阻RE后，UBE VB VE VB IE × RE，若使VB远大于UBE ，则可得：Ic IE VB / RE, 即也可认为Ic不受温度影响，从而使静态工作点能够得以基本稳定。在分压偏置式放大电路中，发射极电阻RE的作用是稳定静态工作点。如果在RE两端并联电容CE，则放大电路的微变等效电路如下图（a）所示，此时RE对放大电路的动态特性没有影响。如果在发射极电阻RE两端没有并联电容CE，则放大电路的微变等效电路如下图（b）所示，此时RE将影响放大电路的动态特性，主要表现为降低电压放大倍数。分析可知，接入RE可提高放大电路的输入电阻，但放大倍数却下降了，但若在RE两端并联上射极旁路电容Ce放大倍数虽可提高，但输入电阻又降低了。实际中常将RE分为两段，如下图所示，阻值小的一段不并接电容，另一段则并接电容。5.4 多级放大电路单个放大电路的放大倍数有限，因此往往需要两级以上放大电路串联起来使用。在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式称为耦合，分为以下四种：1、阻容耦合 2、直接耦合 3、变压器耦合 4、光电耦合 下图所示为由一个分压偏置式共射放大电路和一个射极输出器组成的两级阻容耦合放大电路。其中，射极输出器除了可以降低整个电路的输出电阻外，由于其较高的输入电阻就是前级共射放大电路的负载电阻，根据共射放大电路电压放大倍数的计算公式可知，尽管射级输出器本身的电压放大倍数小于1，但仍然可以提高前级放大倍数，从而提高整个放大电路的放大倍数。 25min10min10min 20min30min30min30min20min作业练习题教学反思12