秋《低频电子线路》7基本放大电路.ppt

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1、低频电子线路低频电子线路（7）山东大学 信息科学与工程学院刘志军上节课内容4.4.2 晶体管的伏安特性曲线及参数4.4.3 晶体管近似伏安特性和简化直流模型4.4.4 直流偏置下晶体管工作状态分析12/28/202212/28/20222 2 低频电子线路低频电子线路本节课内容5.1 基本放大器的组成原理及直流偏置电路5.1.1 5.1.1 基本放大器的组成原理基本放大器的组成原理5.1.2 5.1.2 直流偏置电路直流偏置电路5.1.3 5.1.3 直流通路和交流通路直流通路和交流通路1.4 放大器模型及放大器主要性能指标12/28/202212/28/20223 3 低频电子线路低频电子线

2、路5.1.1 基本放大器的组成原则基本放大器的基本放大器的三种组态三种组态 CECE CCCC CBCB放大器的放大器的基本组成基本组成 有源器件有源器件(晶体管晶体管)附属元件附属元件(直流电源，偏置电阻，耦合电容，集电极电阻）直流电源，偏置电阻，耦合电容，集电极电阻）信号源（包括信号源内阻），负载电阻。信号源（包括信号源内阻），负载电阻。12/28/202212/28/20224 4 低频电子线路低频电子线路简单共射放大电路（图）+UCCRBRCRLUO+RSuSC1C2Ui+12/28/202212/28/20225 5 低频电子线路低频电子线路放大电路的结构要保证两个基本方面的工作直流

3、交流12/28/202212/28/20226 6 低频电子线路低频电子线路CE放大电路的构成和元件解释 V VTT晶体管晶体管 R RB B 偏置电阻偏置电阻 R RC C 集电极电阻集电极电阻 R RLL负载电阻负载电阻 C C1 1、C C22输入和输出电阻输入和输出电阻 U UCCCC电源电压电源电压 U US S、R RSS信号源和内阻信号源和内阻 U Ui i 输入信号输入信号 U U00输出信号输出信号12/28/202212/28/20227 7 低频电子线路低频电子线路晶体管放大器组成原则直流通路直流通路：管子工作在放大状态（：管子工作在放大状态（Q Q点设置合点设置合适）。

4、适）。输入端接输入信号，输入端接输入信号，U US S加到放大器输入回路加到放大器输入回路（管子（管子ebeb结）。结）。交流通路交流通路：保证信号通路合理并通畅。：保证信号通路合理并通畅。输出端接负载电阻，输出信号输出端接负载电阻，输出信号U U0 0取自输出回路。取自输出回路。12/28/202212/28/20228 8 低频电子线路低频电子线路5.1.2 直流偏置电路偏置电路偏置电路指指外电路外电路，围绕晶体管周围提供直流工，围绕晶体管周围提供直流工作状态的作状态的电路与元件电路与元件。一般是由。一般是由电阻电阻和和电容电容以及以及电感等无源元件所构成电感等无源元件所构成。直流偏置电路

5、的目的是设置正确的直流工作点直流偏置电路的目的是设置正确的直流工作点（Q Q点）。点）。12/28/202212/28/20229 9 低频电子线路低频电子线路对偏置电路的要求电路结构要简单。保证直流工作点稳定。对信号的传输损耗要尽可能小。12/28/202212/28/20221010 低频电子线路低频电子线路常见偏置电路类型常见偏置电路包括固定偏流电路电流负反馈偏置电路分压式偏置电路12/28/202212/28/20221111 低频电子线路低频电子线路固定偏流电路 特点特点:电路简单，但稳定性较差。电路简单，但稳定性较差。12/28/202212/28/20221212 低频电子线路低

6、频电子线路电流负反馈偏置电路特点：有负反馈作用，可以实现电压自动调节。特点：有负反馈作用，可以实现电压自动调节。负反馈调节过程负反馈调节过程 I ICQCQI IEQEQU UEQEQ(=(=I IEQEQRRE E)I ICQCQI IBQBQU UBEQBEQ(=(=U UBQBQ-U UEQEQ)12/28/202212/28/20221313 低频电子线路低频电子线路电流负反馈偏置电路分析(5.1.2a)(5.1.2b)(5.1.2c)12/28/202212/28/20221414 低频电子线路低频电子线路分压式偏置电路特点：有负反馈作用，特点：有负反馈作用，U UB B电位固定，稳

7、定性好。电位固定，稳定性好。图图5.1.45.1.4分压式偏置电路分压式偏置电路(a)(a)电路；电路；(b)(b)用戴维南定理等效后的电路用戴维南定理等效后的电路12/28/202212/28/20221515 低频电子线路低频电子线路使用戴维南定理计算在在该该电电路路的的基基极极端端用用戴戴维维南南定定理理等等效效，可可得得如如图图(5.1.4b)(5.1.4b)的的等等效效电电路路。图图中中，R RB B=R RB1B1 R RB2B2，U UBBBB U UCCCCR RB2B2/(/(R RB1B1+R RB2B2)。工作点计算。工作点计算:12/28/202212/28/20221

8、616 低频电子线路低频电子线路近似估算法如如果果R RB1B1、R RB2B2取取值值不不大大，在在近近似似估估算算工工作作点点时时，则则I ICQCQ可按下式直接求出：可按下式直接求出：其中其中(5.1.4a)(5.1.4b)12/28/202212/28/20221717 低频电子线路低频电子线路两种方法比较戴维南定理方法是较为精确计算。工程估算方法是近似计算。12/28/202212/28/20221818 低频电子线路低频电子线路近似条件为为 确确 保保U UB B固固 定定，应应 满满 足足 流流 过过R RB1B1的的 电电 流流I I1 1I IBQBQ，通常选取：，通常选取：

9、并兼顾RE和UCEQ，取(5.1.3a)(5.1.3b)12/28/202212/28/20221919 低频电子线路低频电子线路5.1.3 直流通路和交流通路放大器有放大器有两个内容两个内容:直流量直流量 交流量交流量故而存在故而存在两种分析方法两种分析方法:直流直流(静态静态)分析分析 交流交流(动态动态)分析分析12/28/202212/28/20222020 低频电子线路低频电子线路两种状态上述表明放大器将存在两种状态两种状态 静态静态 （由直流电源引起）（由直流电源引起）动态动态 （由信号源引起）（由信号源引起）故应存在“两种通路两种通路”12/28/202212/28/202221

10、21 低频电子线路低频电子线路直流条件通过电源和偏置保证这是放大器的外部条件外部条件（静态）12/28/202212/28/20222222 低频电子线路低频电子线路交流条件通过信号和传输回路保证这是放大器的工作目的工作目的。12/28/202212/28/20222323 低频电子线路低频电子线路核心元件晶体管（BJT）是有源器件有源器件（放大作用）。晶体管是“放大器的心脏放大器的心脏”。12/28/202212/28/20222424 低频电子线路低频电子线路两种状态的区别“直流是条件直流是条件”“交流是目的交流是目的”12/28/202212/28/20222525 低频电子线路低频电子

11、线路两种通路直流通路直流通路（直流等效电路）直流分析直流分析交流通路交流通路（交流等效电路）交流分析交流分析交直流共存交直流共存直流成分和交流成分同时存在直流成分和交流成分同时存在12/28/202212/28/20222626 低频电子线路低频电子线路如何确定直流通路？要将原放大电路中的元件进行一些处理：电容开路电容开路电感短路电感短路保留直流电源保留直流电源可画出（得到）直流等效电路。12/28/202212/28/20222727 低频电子线路低频电子线路放大器的直流通路（图）RCRB+UCC12/28/202212/28/20222828 低频电子线路低频电子线路如何确定交流通路？确定

12、确定电阻电阻电阻电阻的规则的规则 保留电阻保留电阻确定确定电容和电感电容和电感电容和电感电容和电感的规则：要根据信号频率和电抗的规则：要根据信号频率和电抗大小考虑。大小考虑。将大电容、小电感短路（电抗小）将大电容、小电感短路（电抗小）将小电容、大电感开路（电抗大）将小电容、大电感开路（电抗大）将电抗不可忽略的电容和电感保留将电抗不可忽略的电容和电感保留 注意：在中频段范围采用电容短路和电感开路的应用注意：在中频段范围采用电容短路和电感开路的应用注意：在中频段范围采用电容短路和电感开路的应用注意：在中频段范围采用电容短路和电感开路的应用方法方法方法方法12/28/202212/28/202229

13、29 低频电子线路低频电子线路如何确定交流通路？直流电源直流电源的考虑规则：直流电压源短路直流电压源短路直流电流源开路直流电流源开路两者均保留内阻两者均保留内阻保留输入端的信号源信号源可画出（得到）交流等效电路交流等效电路12/28/202212/28/20223030 低频电子线路低频电子线路放大器的交流通路（图）USRSRBRCRLUO+12/28/202212/28/20223131 低频电子线路低频电子线路共射放大器的交、直流通路图共射放大器的交、直流通路(a)直流通路；(b)交流通路12/28/202212/28/20223232 低频电子线路低频电子线路电路中各种物理量符号表示静态

14、值静态值交流（瞬时值）交流（瞬时值）交流有效值交流有效值总瞬时值总瞬时值12/28/202212/28/20223333 低频电子线路低频电子线路静态值主字母大写，脚标大写主字母大写，脚标大写。如12/28/202212/28/20223434 低频电子线路低频电子线路交流（瞬时值）主字母小写，脚标小写主字母小写，脚标小写。如12/28/202212/28/20223535 低频电子线路低频电子线路交流有效值主字母大写，脚标小写主字母大写，脚标小写。如12/28/202212/28/20223636 低频电子线路低频电子线路总瞬时值总瞬时值总瞬时值=直流分量直流分量交流分量交流分量 符号标识符

15、号标识符号标识符号标识采用采用采用采用 主字母小写，脚标大写主字母小写，脚标大写主字母小写，脚标大写主字母小写，脚标大写。如如 12/28/202212/28/20223737 低频电子线路低频电子线路总瞬时值与直流分量、交流分量之间的关系（图）UBEtttubeuBE12/28/202212/28/20223838 低频电子线路低频电子线路1.4 放大器模型及放大器主要性能指标放大器模型可以代表放大器的基本特征和主要性能。放大器的性能指标性能指标表示放大器的性能参数性能参数好坏好坏。放大器的模型和性能指标是分析和设计放大器的重要依据重要依据。12/28/202212/28/20223939

16、低频电子线路低频电子线路1.4.1放大器的二端口网络模型线性放大器UiU0IiI0RLUSRS12/28/202212/28/20224040 低频电子线路低频电子线路放大器模块的输入和输出输入输入输入输入(input)(input)端端端端(U Ui i)-接信号源接信号源 U USS（加入信号）加入信号）输出输出输出输出(output)(output)端端端端(U Uo o)-接负载接负载 R RLL（取出信号）取出信号）12/28/202212/28/20224141 低频电子线路低频电子线路1.4.2放大器主要性能指标放大增益输入阻抗输出阻抗频率响应和带宽非线性失真线性失真12/28/

17、202212/28/20224242 低频电子线路低频电子线路（1）放大器的增益（放大倍数）放大倍数放大倍数又称为放大增益放大增益。定义为：放大放大器输出量和输入量的比值。根据放大器输出量和输入量内容的不同，放大倍数定义定义有四种类型四种类型：电压增益电压增益电压增益电压增益电流增益电流增益电流增益电流增益互导增益互导增益互导增益互导增益互阻增益互阻增益互阻增益互阻增益12/28/202212/28/20224343 低频电子线路低频电子线路图放大器二端口网络模型(a)电压放大器；(b)电流放大器；(c)互导放大器；(d)互阻放大器12/28/202212/28/20224444 低频电子线路

18、低频电子线路电压增益(VoltageGain)电压增益电压增益电压增益电压增益A Au u=U=UOO/U Ui i 源电压增益源电压增益源电压增益源电压增益(SourceVoltageGain)(SourceVoltageGain)A Ausus=U=UOO/U/Uss=(U=(UOO/U Ui i)()(U Ui i/U/Us s)=A=Au uR Ri i/(/(R Ri i+R Rs s)12/28/202212/28/20224545 低频电子线路低频电子线路电流增益(Currentgain)电流增益电流增益电流增益电流增益 Ai=io/ii 源电流增益源电流增益源电流增益源电流增益

19、Ais=io/is=(io/ii)(ii/is)=AiRS/(RS+Ri)12/28/202212/28/20224646 低频电子线路低频电子线路电压源和电流源转换电压源与电流源模型中，令两个电路的开路输出电压相等。AuoUi=AisiiRO=Ais(Ui/Ri)ROAuo=(RO/Ri)Ais12/28/202212/28/20224747 低频电子线路低频电子线路功率增益(Powergain)AP=AuAi=(UO/Ui)(iO/ii)12/28/202212/28/20224848 低频电子线路低频电子线路增益的分贝表示增益在工程上常用增益在工程上常用增益在工程上常用增益在工程上常用“

20、分贝分贝分贝分贝”表示表示表示表示 AP（dB)=20lgAPAu（dB)=20lgAuAi（dB)=20lgAi 12/28/202212/28/20224949 低频电子线路低频电子线路（2）输入阻抗-输入阻抗输入阻抗Ri是是从放大器输入端看进去的从放大器输入端看进去的等效电阻。等效电阻。对于信号源来说放大器相当于信号源的负载放大器相当于信号源的负载。输入阻抗输入阻抗Ri表征放大器从信号源获取信号的表征放大器从信号源获取信号的能力。能力。对于放大器接电压信号源，要求对于放大器接电压信号源，要求R Ri i大效果好。大效果好。对于放大器接电流信号源，要求对于放大器接电流信号源，要求R Ri

21、i小效果好。小效果好。12/28/202212/28/20225050 低频电子线路低频电子线路输入阻抗定义：Ri=Ui/IiUi=UsRi/(Ri+Rs)12/28/202212/28/20225151 低频电子线路低频电子线路（3）输出阻抗输出阻抗输出阻抗Ro是从放大器输出端看进去的电阻是从放大器输出端看进去的电阻放大器输出量相当于负载的信号源放大器输出量相当于负载的信号源（输出阻抗是信号源内阻）。输出阻抗输出阻抗Ro是是表征放大器带负载能力表征放大器带负载能力的参数的参数电压输出时要求电压输出时要求输出阻抗输出阻抗R Ro o小效果好。小效果好。电流输出时要求电流输出时要求输出阻抗输出阻

22、抗R Ro o大效果好。大效果好。12/28/202212/28/20225252 低频电子线路低频电子线路输出阻抗定义：Ro=Uo/IoUs=0或Is=0Uo=RL/(RL+RO)Au0Ui=RL/(RL+RO)UORO=(UO/Uo1)RL12/28/202212/28/20225353 低频电子线路低频电子线路（4）频率响应和带宽后面专门章节（第七章）讲解12/28/202212/28/20225454 低频电子线路低频电子线路（5）非线性失真(Nonlineardistortion)由由于于放放大大管管输输入入、输输出出特特性性的的非非非非线线线线性性性性，因因而而放放大大器器输输出出

23、波波形形不不可可避避免免地地会会产产生生或或大大或或小小的的非非线线性性失失真真。具具体体表表现现为为，当当输输入入某某一一频频率率的的正正弦弦信信号号时时，其其输输出出信信号号波波形形中中除除基基基基波波波波成成成成分分分分之之外外，还还会会产产生和包含有生和包含有一定数量的谐波成分一定数量的谐波成分一定数量的谐波成分一定数量的谐波成分。定义放大器非线性失真系数定义放大器非线性失真系数THDTHD为为12/28/202212/28/20225555 低频电子线路低频电子线路思考问题非线性器件如何取得线性传输特性？非线性传输特性与非线性失真产生的原因？12/28/202212/28/20225

24、656 低频电子线路低频电子线路（6）线性失真线性失真是指由于频率特性所造成的失真，线性失真是指由于频率特性所造成的失真，又叫又叫频率失真频率失真。由于放大电路中的电抗元件受信号频率变化电抗元件受信号频率变化而造成的失真情况。12/28/202212/28/20225757 低频电子线路低频电子线路放大器的频率特性通频带和频率响应通频带和频率响应通频带和频率响应通频带和频率响应(Frequencyresponse)(Frequencyresponse)f fL L 下限截止频率下限截止频率下限截止频率下限截止频率(Low3-dBcutofffrequency)(Low3-dBcutofffre

25、quency)f fH H 上限截止频率上限截止频率上限截止频率上限截止频率(High3-dBcutofffrequency)(High3-dBcutofffrequency)12/28/202212/28/20225858 低频电子线路低频电子线路线性失真和非线性失真的区别线性失真线性失真虽然产生波形畸变，但虽然产生波形畸变，但不产生新的频率不产生新的频率成分成分。非线性失真非线性失真是由于有源器件的非线性特性所产生是由于有源器件的非线性特性所产生的，的，会产生新的频率成分会产生新的频率成分。12/28/202212/28/20225959 低频电子线路低频电子线路放大器其它参数温度系数功率

26、参数效率共模拟制比-待以后各相关章节再介绍。12/28/202212/28/20226060 低频电子线路低频电子线路作业1-1；1-2；5-5；5-6(a)、(b)、(c)；12/28/202212/28/20226161 低频电子线路低频电子线路参考书1 1、模拟电子技术基础简明教程，清华杨素行主编，高教社。2、电子技术基础（模拟部分），华中康华光主编，高教社。12/28/202212/28/20226262 低频电子线路低频电子线路参考书3、模拟集成电子电路（上），南邮王汝君、钱秀珍编，东南大学社。4、电子电路基础（第二版），北航张凤言，高教社。5、电子线路（线性部分），东南谢嘉奎主编，

27、高教社。12/28/202212/28/20226363 低频电子线路低频电子线路两类参考书 其中，1、2、较通俗。3、4、5、稍深为电子线路类教材。另外，其它同类书（标“低频电路”“线性电路”和“模拟电子技术”）很多。12/28/202212/28/20226464 低频电子线路低频电子线路下节课预习 5.2 5.2 放大器图解分析法放大器图解分析法 12/28/202212/28/20226565 低频电子线路低频电子线路本节课结束（166）谢谢！12/28/202212/28/20226666 低频电子线路低频电子线路12/28/202212/28/20226767 低频电子线路低频电子线路