放大电路课件.pptx

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1、2.1.1 放大器概述放大器概述 放大器：把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放大。扩音机框图扩音机是一种常见的放大器，如图所示。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。第1页/共47页2.1.2放大器的放大倍数放大器的放大倍数放大器的框图输入端输入端输入电流输出电流输入电压输出电压输出端输出端第2页/共47页一、放大倍数的分类 1电压电压放大倍数放大倍数(3.1.1)2电流电流放大倍数放大倍数 (3.1.2)3功率放大倍数功率放大倍数 (3.1.3)三者关系为 (3.1.4)第3

2、页/共47页二、放大器的增益增益 G：用对数表示放大倍数。单位为分贝(dB)。1功率增益GP=10lgAP(dB)2电压增益Gv=20lgAv(dB)3电流增益Gi=20lgAi(dB)三者关系为？三者关系为：GP =（Gv+Gi）/2第4页/共47页例题 1：电压放大倍数为1 000，电流放大倍数为100，求电压、电流、功率增益各为多少？解：Gv=20 lg1 000=60 dB Gi=20 lg100=40 dB Gp=10 lg(1000 100)=50 dB 例题 2：第一级电压放大倍数为0.01，第二级为1 000，求总放大倍数和增益。解一：Av=0.01 1 000=10 Gv=2

3、0 lgAv=20 dB解二：Gv1=20 lg 0.01dB=40 dBGv2=20 lg1 000dB=60 dBGv=Gv1 Gv2=20 dB第5页/共47页二、放大器的增益增益 G：用对数表示放大倍数。单位为分贝(dB)。1功率增益GP=10lgAP(dB)2电压增益Gv=20lgAv(dB)3电流增益Gi=20lgAi(dB)增益为正值时，电路是放大器，增益为负值时，电路是衰减器。例如，放大器的电压增益为 20 dB，则表示信号电压放大了 10 倍。又如，放大器的电压增益为 20 dB，这表示信号电压衰减到 1/10，即放大倍数为 0.1。第6页/共47页2.2单级低频小信号放大器

4、单级低频小信号放大器2.2.1单管共射基本放大电路单管共射基本放大电路2.2.2放大器的静态工作点放大器的静态工作点2.2.3共发射极电路的放大和反向作用共发射极电路的放大和反向作用第7页/共47页 单级低频小信号放大器：工作频率在 20 Hz(赫)到 20 kHz(千赫)内、电压和电流都较小的单管放大电路。2.2.1单管共射基本放大电路单管共射基本放大电路单管共发射极放大电路一、电路的组成和电路图的画法1电路组成电路组成第8页/共47页2元件作用元件作用EB基极电源。通过偏置电阻 Rb，保证发射结正偏。EC集电极电源。通过集电极电阻 RC，保证集电结反偏。Rb偏置电阻。保证由基极电源 EB

5、向基极提供一个合适的基极电流。Rc集电极电阻。将三极管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化。C1、C2耦合电容。防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响；同时保证交流信号顺利地传输。即“隔直通交”。第9页/共47页实际电路通常采用单电源供电，如图(b)所示。单管共发射极放大电路第10页/共47页3电路图的画法电路图的画法如右图所示。“”表示接地点，实际使用时，通常与设备的机壳相连。RL 为负载，如扬声器等。单电源供电放大器的习惯画法 C1、C2非电解电容器的画法第11页/共47页二、电路中电压和电流符号写法的规定1直流分量：用大写字母和大写下标的符号，如 IB 表示基极的直流电流。2交流分量

6、瞬时值：用小写字母和小写下标的符号，如ib 表示基极的交流电流。3总量瞬时值：是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号，如 iB=IB+ib，即表示基极电流的总瞬时值。第12页/共47页2.2.2放大器的静态工作点放大器的静态工作点静态：无信号输入(vi=0)时电路的工作状态。1静态工作点 Q：静态时晶体管直流电压 UBE、UCE 和对应的 IB、IC 值。分别记作 UBEQ、IBQ、UCEQ 和 ICQ。如下图 所示。静态工作点第13页/共47页UBEQ：硅管一般为 0.7 V，锗管为 0.3 V。静态工作点第14页/共47页 例 题 在图示单级放大器中，设 VG=12 V,Rb

7、=220 k，RC=2 k，=60。求放大器的静态工作点。静态工作点解 从电路可知，晶体管是 NPN 型，按照约定视为硅管，则第15页/共47页2静态工作点对放大器工作状态的影响静态工作点对放大器工作状态的影响 静态工作点放大器的静态工作点是否合适，对放大器的工作状态影响非常大。若把左图中的 Rb 除掉，电路如右图所示，则 IBQ=0，当输入端加正弦信号电压 vi 时，在信号正半周，发射结正偏而导通，输入电流 ib 随 vi 变化。在信号负半周，发射结反偏而截止，输入电流 ib 等于零。即波形产生了失真。除去Rb时放大器工作不正常 第16页/共47页2静态工作点对放大器工作状态的影响 如果 R

8、b 阻值适当，则 IBQ 不为零且有合适的数值。当输入端有交流信号 vi 通过 C1 加到晶体管的发射结时，基极电流在直流电流 IBQ 的基础上随 vi 变化，即交流 ib 叠加在直流 IBQ 上。第17页/共47页2静态工作点对放大器工作状态的影响 如果 IBQ 的值大于 ib 的幅值，那么基极的总电流 IBQ+ib 始终是单方向的直流电，即它只有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电流 ib 的波形失真。综上可见，一个放大器的静态工作点是否合适，是放大器能否正常工作的重要条件。由电源 VG 和偏置电阻 Rb 组成的电路，就是为了提供合适的偏流而设置的

9、，称为偏置电路。第18页/共47页2.2.3共发射极电路的放大和反相作用共发射极电路的放大和反相作用1信号放大与反相 由于基极电流对集电极电流的控制作用，集电极电流在静态值 ICQ 的基础上跟着 ib 变化ic=ICQ+ic 同样，集电极与发射极电压也是静态电压 UCEO 和交流电压 uce 两部分合成，即uCE=UCEQ+uce交流输入信号 vi 经过电容 C1 作用在晶体管的发射结，引起基极电流的变化，这时基极总电流为iB=IBQ+ib第19页/共47页由于集电极电流 ic 流过电阻 RC 时，在 RC 上产生电压降 ic RC，则集电极与发射极间总的电压应为：负号表示 ic 增加时 vc

10、ece 将减小，即 vce 与 ic 反相。经耦合电容 C2 的“隔直通交”，放大器，输出端获得放大后的输出电压 vo vceic Rc，即 vo 与 vi 相反。uCE=UCEQ+uce第20页/共47页2直流通路和交流通路画法直流通路和交流通路画法(1)直流通路：电容视为开路，电感视为短路，其他不变。(2)交流通路：电容和电源视为短路。直流、交流通路画法第21页/共47页单级放大器的工作特点：(1)为了不失真地放大信号，放大器必须设置合适的静态工作点。(2)共发射极放大器对输入的信号电压具有放大和倒相作用。(3)在交流放大器中同时存在着直流分量和交流分量两种成分。直流分量反映的是直流通路的

11、情况；交流分量反映的是交流通路的情况。第22页/共47页2.3放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.3.1图解法图解法2.3.2估算法估算法第23页/共47页2.3.1图解法图解法通常采用图解法和估算法对放大电路的基本性能进行分析。图解法：利用晶体管特性曲线，通过作图分析放大器性能。一、用图解法分析静态工作点1直流负载线直流负载线放大器的输出回路 第24页/共47页 静态工作点的图解分析 由直流通路得 VCE 和 IC 关系的方程为VCE=VG ICRc根据上式在左图晶体管输出特性曲线族上作直线MN，斜率是 1/Rc。由于 Rc 是直流负载电阻，所以直线 MN 称为直流负载线。第25页/共4

12、7页2静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析如图所示，若给定 IBQ=IB3，则曲线 IBQ=IB3 与直线 MN 的交点 Q，即为静态工作点。过 Q 点分别作横轴和纵轴的垂线得对应的 VCEQ、ICQ。由于晶体管输出特性是一组曲线，所以，对应不同的 IBQ，静态工作点 Q 的位置也不同，所对应的 VCEQ、ICQ 也不同。第26页/共47页二、用图解法分析输出端带负载时的放大倍数1交流负载线交流负载线交流通路交流负载电阻为过 Q 点，作斜率为 的直线，得交流负载线 M N。第27页/共47页2放大倍数的图解分析放大倍数的图解分析 如图所示。根据 iB 的变化范围 iBm

13、ax 和 iBmin，得到工作点的变化范围 Q1、Q2，可得输出电压的动态范围 VCEmax VCEmin。所以输出电压的幅值 Vom=VCEmax VCEQ ,若输入信号的幅值为 Vim，则放大器的电压放大倍数为放大倍数的图解分析vo vceic Rc第28页/共47页三、静态工作点与波形失真的图解1饱和失真饱和失真如果静态工作点接近于 QA，在输入信号的正半周，管子将进入饱和区，输出电压 vce 波形负半周被部分削除，产生“饱和失真”。2截止失真截止失真 如果静态工作点接近于 QB，在输入信号的负半周，管子将进入截止区，输出电压 v vce ce 波形正半周被部分削除，产生“截止失真”。3

14、非线性失真非线性失真 饱和失真和截止失真统称为非线性失真。是由于管子工作状态进入非线性的饱和区和截止区而产生的。为了获得幅度大而不失真的交流输出信号，放大器的静态工作点应设置在负载线的中点 Q 处。vo vceic Rc第29页/共47页工程应用工程应用消除非线性失真的方法消除非线性失真的方法1.由由上上页页图图可可知知，当当静静态态工工作作点点偏偏高高时时，IBQ 偏偏大大，出出现现饱饱和和失失真真，要要消消除除饱饱和和失失真真，可可将将偏偏置置电电阻阻 Rb 增增大大，即即可可使使 IBQ 下降，静态工作点下移动。下降，静态工作点下移动。2.当当静静态态工工作作点点偏偏低低时时，IBQ 偏

15、偏小小，出出现现截截止止失失真真，要要消消除除截止失真，可将偏置电阻截止失真，可将偏置电阻 Rb 减小，静态工作点上移动。减小，静态工作点上移动。3.为为调调节节静静态态工工作作点点，常常将将偏偏置置电电阻阻设设置置成成可可调调电电阻阻，为为防防止止可可调调偏偏置置电电阻阻调调为为零零电电阻阻时时静静态态工工作作电电流流过过大大引引起起的的三三极管损坏，又常将可调偏置电阻与一固定电阻相串联。极管损坏，又常将可调偏置电阻与一固定电阻相串联。第30页/共47页2.2.2估算法估算法估算法：应用数学方程式通过近似计算来分析放大器的性能。一、估算静态工作点由放大器的直流通路得出估算静态工作点的公式：第

16、31页/共47页 例 3.3.1 如图所示放大器，设 VG=12 V，Rb=200 k，RC=3 k ，若晶体管电流放大系数 =35，试估算静态工作点。估算静态工作点 解第32页/共47页二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数1晶体管输入电阻晶体管输入电阻 rbe 的估算公式的估算公式 晶体管的输入电阻 rbe：晶体管基极和发射极之间交流电压 v i与相应交流电流 ib 之比。估算公式为：rbb是晶体管基区电阻，在小电流(IEQ 约几毫安)情况下，低频小功率管约为 300 ，因此，在低频小信号时从式可见，rbe 与静态电流 IEQ 有关，静态工作点不同，rbe 取值也不同。常用小功率管的 rbe

17、 约为 1 k 左右。第33页/共47页2放大器的输入电阻放大器的输入电阻 ri 和输出电阻和输出电阻 ro(1)输入电阻 ri 输入电阻 ri：从放大器输入端看进去的交流等效电阻。从图中可以看出，ri=Rb/rbe 一般 Rb rbe，所以 ri rbe 如图所示放大器的交流通路，ri 表示放大器从信号源吸取信号幅度的大小。ri 越大，信号源内阻损耗越小，放大器得到的有效输入信号越大。结论：单级放大器的输入电阻 ri 近似等于晶体管的输入电阻 rbe。交流通路第34页/共47页(2)输出电阻 ro交流通路 输出电阻 ro：从放大器输出端(不包括外接负载电阻)看进去的交流等效电阻。因晶体管输出

18、端在放大区呈现近似恒流特性，其动态电阻很大，所以输出电阻近似等于集电极电阻。即ro 表示放大器带负载的能力。输出电阻越小，输出信号时，自身损耗越小，带负载的能力越强。第35页/共47页3 估算放大倍数的公式估算放大倍数的公式放大器输出端外接负载电阻 RL 时，等效负载电阻即故第36页/共47页 例 3.3.2 单级放大器中，Rc=3 k，设静态电流 IE=2.1 mA，晶体管 =35。求输出端带负载电阻 RL=3 k 时，电压放大倍数 A v解第37页/共47页2.4 放大器的偏置电路放大器的偏置电路2.4.1固定偏置电路固定偏置电路2.4.2分压式稳定工作点偏置电路分压式稳定工作点偏置电路第

19、38页/共47页2.4.1固定偏置电路固定偏置电路固定偏置电路电路如图所示。由直流通路可见，偏置电流 IBQ 是通过偏置电阻 Rb 由电源 VG 提供，当 VG VBEQ 时只要 VG 和 Rb 为定值，IBQ 就是一个常数，故把这种电路称为固定偏置电路。该电路由于因此，当环境温度升高时，虽然 IBQ 为常数，但 和 ICEQ 的增大会导致 ICQ 的上升。可见，电路的温度稳定性较差。只能用在环境温度变化不大，要求不高的场合。第39页/共47页2.4.2分压式稳定工作点偏置电路分压式稳定工作点偏置电路1元件作用元件作用Rb1：上偏置电阻，Rb2：下偏置电阻，Re：发射极电阻，Ce：发射极旁路电

20、容。电电路路特特点点是是静静态态工工作作点点比比较较稳定。稳定。动画分压式偏置电路第40页/共47页 2工作原理工作原理基极电压 VBQ 由 Rb1 和 Rb2 分压后得到，即 固定。当环境温度上升时，引起 ICQ 增加，导致的 IEQ 增加，使 VEQ=IEQRe 增大。由于 VBEQ=VBQ VEQ，使得VBEQ 减小，于是基极偏流 IBQ 减小，使集电极电流 ICQ 的增加受到限制，从而达到稳定静态工作点的目的。稳定工作点的过程简述如下：T ICQ IEQ VEQ VBEQ IBQ ICQ 第41页/共47页 例 3.4.1 在图具有分压式稳定工作点偏置电路的放大器中，Rb1=30 k、

21、Rb2=10 k、Rc=2 k、Re=1 k 、VG=9 V，试估算 ICQ 和 VCEQ。分压式稳定工作点偏置电路 解估算时可认为 VBQ 是基极开路时的电压值。第42页/共47页本章小结本章小结1.单单级级低低频频小小信信号号放放大大电电路路是是最最基基本本的的放放大大电电路路，表表征征放放大大器器的的放放大大能能力力是是放放大大倍倍数数，即即电电压压、电电流流和和功功率率三三种种放放大大倍倍数数。放放大大器器常常采采用用单单电电源源电电路路。要要不不失失真真地地放放大大交交流流信信号号必必须须使使放放大大器器设设置置合合适适的的静静态态工工作作点点，以以保保证证晶晶体体管管放放大信号时，

22、始终工作在放大区。大信号时，始终工作在放大区。2.图图解解法法和和估估算算法法是是分分析析放放大大电电路路的的两两种种基基本本方方法法。图图解解法法可可直直观观地地了了解解放放大大器器的的工工作作原原理理，它它的的关关键键是是会会画画直直流流负负载载线线和和交交流流负负载载线线。用用估估算算法法可可以以简简捷捷地地了了解解放放大大器器的的工工作状况，分析计算放大器的各项性能指标。作状况，分析计算放大器的各项性能指标。3.在在放放大大器器中中，为为了了稳稳定定静静态态工工作作点点，常常采采用用分分压压式式稳稳定定工工作点偏置电路。作点偏置电路。第43页/共47页本章重点本章重点1.掌掌握握共共发

23、发射射极极放放大大电电路路、分分压压式式偏偏置置电电路路的的工工作作原原理理和静态工作点估算。和静态工作点估算。2.了解温度对静态工作点的影响。了解温度对静态工作点的影响。3.掌握共发射极放大电路的图解分析法和估算法。掌握共发射极放大电路的图解分析法和估算法。第44页/共47页本章难点本章难点1.共发射极电路的工作原理。共发射极电路的工作原理。2.估估算算静静态态工工作作点点，电电压压放放大大倍倍数数、输输入入电电阻阻和和输输出出电阻。电阻。3.分压式偏置电路的工作原理。分压式偏置电路的工作原理。第45页/共47页学时分配学时分配序号序号内内 容容学时学时13.1放大器的基本概念放大器的基本概念123.2单级低频小信号放大器单级低频小信号放大器233.3放大电路的分析方法放大电路的分析方法243.4 放大器的偏置电路放大器的偏置电路15实验四单级低频小信号放大器实验四单级低频小信号放大器26本章小结本章小结7本章总学时本章总学时8第46页/共47页感谢您的欣赏第47页/共47页