第二章 放大器基础精选PPT.ppt
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1、第二章 放大器基础第1页,本讲稿共81页2.1放大电路的基本概念放大电路的基本概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放放大成较大的信号。大成较大的信号。放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示,如图:表示,如图:XiXoAv扩音机是怎样工作的扩音机是怎样工作的 直流供电电源前置放大器功率放大器 第2页,本讲稿共81页直流放大器直流放大器音频放大器音频放大器视频放大器视频放大器脉冲放大器脉冲放大器信号的特征信号的特征宽带放大器谐振放大器谐振放大器信号的大小信号的大小小信号放大器小信号放大器大信号放大器(功率放大器)
2、大信号放大器(功率放大器)放大器的分类放大器的分类第3页,本讲稿共81页放大器的基本组成放大器的基本组成直流电源及偏置电路输入信号源输出负载第4页,本讲稿共81页1 1、设置合适静态工作点、设置合适静态工作点 偏置电路偏置电路2 2、输入信号、输出负载、放大器三者之间的连接方式、输入信号、输出负载、放大器三者之间的连接方式 耦合方式耦合方式偏置电路的要求:偏置电路的要求:1)提供放大器所需要的工作点。2)工作点在外部条件变化时保持不变。放大器必须解决的问题放大器必须解决的问题第5页,本讲稿共81页放大器的性能指标放大器的性能指标输入阻抗输出阻抗第6页,本讲稿共81页为有效传输信号,为有效传输信
3、号,若需要得到较大输入电压,希望若需要得到较大输入电流,希望若需要得到稳定输出电压,希望若需要得到稳定输出电流,希望第7页,本讲稿共81页增益增益电压增益电流增益互导增益源电压增益源电流增益互阻增益:放大倍数A,是放大器输出量与输入量的比值,反映放大器放大电信号的能力。第8页,本讲稿共81页功率增益功率增益增益常采用分贝数表示,便于对多级放大增益常采用分贝数表示,便于对多级放大器的分析运算器的分析运算由于 、,四种增益可以转换*RLRo时,时,Av达到最大,且与达到最大,且与RL无关。无关。第9页,本讲稿共81页频率特性频率特性放大器中的电抗性元件对不同频率的信号呈现出不同的阻抗,使放大器对不
4、同频率的输入信号具有不同的增益,把放大器这种增益随输入信号频率变化的特性称为频率特性频率特性。增益函数第10页,本讲稿共81页中频增益低频段中频段高频段通频带:当f采用对数刻度,增益采用等分刻度时,频率特性图又称为波特图波特图。第11页,本讲稿共81页频率失真频率失真 信号通过放大器时,若放大器对不同频率分量的增益不同,输出信号将出现频率失真频率失真。其中幅频特性非恒值而产生的失真称为幅度失真幅度失真;相频特性非线性产生的失真称为相位失真相位失真。频率失真为线性失真,失真信号中不会产生频率失真为线性失真,失真信号中不会产生新的频率成分。新的频率成分。第12页,本讲稿共81页非线性失真:非线性失
5、真:输出信号中会产生新的频率成分的失真。线性失真:输出信号中不会产生新的频率成分第13页,本讲稿共81页2.2共发射极放大电路共发射极放大电路一、电路构成三极管工作在放大区:发射结正偏 集电结反偏使发射结正偏,并提供适当的静态工作点。集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容,起到隔离直流、耦合交流的作用集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。+BCE参考零电位点第14页,本讲稿共81页放大作用原理放大作用原理*放大作用的实质:放大作用的实质:放大器的能量控制作用,放大器的能量控制作用,而且放大作用是针对变化量而言的。而且放大作用是针对变化量而言的。+BCE第15页,本讲稿共81
6、页RLviRBVCCVBBRCC1C2T单电源放大电路单电源放大电路解决直接耦合所带来直流电位相互牵制问题耦合电容应足耦合电容应足够大(几够大(几uF到到几十几十uF)+BCE第16页,本讲稿共81页RBVCCVBBRCC1C2Tvi+-vo+-RBVCCVBBC1C2TRCvivoVCCC1C2TRCRBvivo几伏到 几十伏第17页,本讲稿共81页二、图解法电路分析二、图解法电路分析1 1、静态分析、静态分析硅管为硅管为0.7V0.7V锗管为锗管为0.2V0.2V1 1)Q Q点的近似估算点的近似估算+几千到 几百千欧直流通路几千到 几十千欧第18页,本讲稿共81页2)图解法确定)图解法确
7、定Q点点线性线性A、将电路分为三部分、将电路分为三部分非线性线性部分直线方程线性部分直线方程 输入回路(输入回路(Je)方程)方程:输出回路(输出回路(Jc)方程)方程:vBE=VBBiBRBvCE=VCCiCRC直流负载线直流负载线第19页,本讲稿共81页B、作非线性部分的、作非线性部分的VA特性三极管输入、输出特性三极管输入、输出特性曲线特性曲线iC/mAC、作线性部分、作线性部分VA特性直线特性直线直流负载线斜率为1/RCICQvBE=VBB iBRBQQ直流负载线斜率为1/RBIBQvCE=VCC iCRc特性曲线的交点即为特性曲线的交点即为Q点,点,IBQ、VBEQ、ICQ、VCEQ
8、第20页,本讲稿共81页2、动态分析、动态分析交流通路+1)输入正弦电压 输入特性输入特性输出特性输出特性负载线不变Q点沿负载线上下移动输入特性不变Q点沿输入特性上下移动输入回路输入回路vBE=VBEQ+viiBiCvo vBE vCE信号通路:vi+第21页,本讲稿共81页2)图解法确定各电量变化情况)图解法确定各电量变化情况iC/mAQA、在输入曲线上求、在输入曲线上求iBB、根据、根据iB在输出特性上求在输出特性上求iC和和vCE工作点的运动轨迹称为工作点的运动轨迹称为动态范围动态范围vivo共射电路为反相放大器共射电路为反相放大器交流负载线斜率为Q第22页,本讲稿共81页第23页,本讲
9、稿共81页3、Q点位置的选择点位置的选择iCQ饱和失真截止失真Q点选择在交流负载线的中心点,可获得最大不失点选择在交流负载线的中心点,可获得最大不失真输出,当信号幅度不大时,为降低电源消耗,在保证真输出,当信号幅度不大时,为降低电源消耗,在保证不失真且得到一定电压增益的条件下,可选择低一点。不失真且得到一定电压增益的条件下,可选择低一点。交流负载线ICQQ第24页,本讲稿共81页三、微变等效法电路分析三、微变等效法电路分析2)计算静态工作点(已知 )1)画出直流通路图)画出直流通路图直流通路+第25页,本讲稿共81页+交流等效电路3)画出交流通路,并采用)画出交流通路,并采用H参数交流等效电路
10、替参数交流等效电路替代三极管代三极管交流通路+第26页,本讲稿共81页4)参数求解参数求解输入电阻输入电阻+讨论讨论讨论讨论:输入电阻:输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取的大小决定了放大电路从信号源吸取电流(输入电流)的大小。为了减轻信号源的负担,电流(输入电流)的大小。为了减轻信号源的负担,总希望总希望Ri越大越好。另外,较大的输入电阻越大越好。另外,较大的输入电阻Ri,也可以,也可以降低信号源内阻降低信号源内阻Rs的影响,使放大电路获得较高的输的影响,使放大电路获得较高的输入电压。入电压。Ri近似等于近似等于rbe,在几百欧到几千欧,一般认为,在几百欧到几千欧,一般认为是是较低较
11、低的,并不理想。的,并不理想。第27页,本讲稿共81页+讨论:讨论:讨论:讨论:对于负载而言,放大器的输出电阻对于负载而言,放大器的输出电阻Ro越小,负载电越小,负载电阻阻RL的变化对输出电压的影响就越小,表明放大器带负载的变化对输出电压的影响就越小,表明放大器带负载能力越强,因此总希望能力越强,因此总希望Ro越小越好。上式中越小越好。上式中Ro在几千欧到在几千欧到几十千欧,一般认为是较大的,也不理想。几十千欧,一般认为是较大的,也不理想。输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻第28页,本讲稿共81页+2)电压增益与)电压增益与、RC成正比成正比讨论:讨论:1)共射放大电路为反相放大电路)共射放大电
12、路为反相放大电路3)电压增益与)电压增益与Q点位置的高低(点位置的高低(ICQ)成反比)成反比电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数第29页,本讲稿共81页电流放大倍数电流放大倍数电流放大倍数电流放大倍数2)RL、RC成在输出端产生分流作用成在输出端产生分流作用讨论:讨论:1)RB在输入端产生分流作用在输入端产生分流作用共射放大电路是一种具有电压和电流放大作用的反相放大器共射放大电路是一种具有电压和电流放大作用的反相放大器+第30页,本讲稿共81页四、放大器的偏置电路四、放大器的偏置电路偏置电路的要求:偏置电路的要求:1)提供放大器所需要的工作点。2)工作点在外部条件(主要是温度)变
13、化时保持不变。晶体管放大器的偏置电路晶体管放大器的偏置电路固定偏置电路固定偏置电路VCCTRCRB+12V4k300kTVBEICEOQ改进偏置电路,当温度升高、改进偏置电路,当温度升高、IC增加时,能够自动增加时,能够自动减少减少IB,从而抑制,从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本稳定。点基本稳定。第31页,本讲稿共81页利用利用Rb1和和Rb2组成的组成的分压器固定基极电位分压器固定基极电位若若I1I2IBVB=I2Rb2=分压式偏置电路分压式偏置电路1、电路基本特点、电路基本特点(1+)Re10Rb1|Rb2I1IBVBVBEI1=(510)IB(硅)I1=(1020)IB(锗
14、)VB=3V5V(硅)VB=1V3V(锗)Rb1+CRCRb2 ReRLvivoI1I2VEICIEIBB第32页,本讲稿共81页 利利用用Re将将IE的的变变化化转转化化为为电电压压的变化的变化VEIERe 稳定过程稳定过程 TBEIBICIE=IC+IBICIEVBE=VB-IERe加入加入Re形成了形成了负反馈负反馈过程,使电路稳压过程,使电路稳压Rb1+VCCRCRb2ReRLvivoI1I2VEICIEIBVB第33页,本讲稿共81页2、放大电路指标分析放大电路指标分析Rb1+CRC Rb2 ReRLvivo静态分析静态分析Rb1+CRCRb2 Re直流通路第34页,本讲稿共81页由
15、交流通路画小信号等效电路由交流通路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数eb+c+Rb1+CRC Rb2 ReRLvivo交流通路+第35页,本讲稿共81页输出回路:输出回路:输入回路:输入回路:1(1+)Re rbe若:eb+c+电压增益电压增益电流增益电流增益第36页,本讲稿共81页输入电阻输入电阻RiRi证明如下:证明如下:从从b极看极看e极的电阻,要扩大极的电阻,要扩大(1+)倍!倍!那从那从e极看极看b极的电阻如何?极的电阻如何?Roeb+c+输入电阻输入电阻第37页,本讲稿共81页输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路网络内独立源置零网络内独立源置零负载开路负载
16、开路输出端口加测试电压输出端口加测试电压求求Ro,可对回路,可对回路1和和2列列KVL方程方程rce对分析过程影响很大,此处不能忽略对分析过程影响很大,此处不能忽略其中其中则一般()输出电阻求解输出电阻求解第38页,本讲稿共81页Rb1+CRC Rb2 ReRLvivo分压偏置电路固定偏置电路+eb+c+电压增益:输入电阻:输出电阻:Ro=Rc#射极偏置电路做如何改进,既可以使其具有温度稳定性,又可以使射极偏置电路做如何改进,既可以使其具有温度稳定性,又可以使射极偏置电路做如何改进,既可以使其具有温度稳定性,又可以使射极偏置电路做如何改进,既可以使其具有温度稳定性,又可以使其具有与固定偏流电路
17、相同的动态指标?其具有与固定偏流电路相同的动态指标?其具有与固定偏流电路相同的动态指标?其具有与固定偏流电路相同的动态指标?3、固定偏置电路与射极偏置电路的比较、固定偏置电路与射极偏置电路的比较第39页,本讲稿共81页CERb1+CRC Rb2 ReRLvivoeb+c+第40页,本讲稿共81页放大器的能量分配关系放大器的能量分配关系静态时,直流电源提供的功率集电极损耗功率集电极电阻RC上消耗的功率可以看出 第41页,本讲稿共81页动态能量分配关系动态能量分配关系动态时,电源功率未变,在输入信号的作用下,原来消耗在集电结的功率的一部分转换为RC上的功率,若RC为负载,即在输入信号的作用下,电源
18、提供的功在输入信号的作用下,电源提供的功率转换为输出功率率转换为输出功率。集电结上消耗的功率RC上消耗的功率电源提供的功率第42页,本讲稿共81页2.3共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路RB+VCCRE直流通路一、电路形式一、电路形式 二、电路分析二、电路分析 1 1、画直流通路图、画直流通路图射极输出器射极输出器共集电极放大器共集电极放大器RB+VCCC1C2RERLvivo+第43页,本讲稿共81页RB+VCCRE直流通道IBIE折算由基极回路得:由基极回路得:2、静态分析、静态分析第44页,本讲稿共81页RB+VCCC1C2RERLvivoviRBREibicRLvoIei
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