电子技术电子技术 第四章第四章 放大电路的认放大电路的认知及应用知及应用模拟电路部分模拟电路部分(2-1) 放大电路的认知及应用放大电路的认知及应用4.1 三极管基本放大电路三极管基本放大电路4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路4.3 多级放大电路多级放大电路4.4 功率放大电路功率放大电路(2-2) 4.1 三极管基本放大电路三极管基本放大电路一一 放大器的概念放大器的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大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：uiuoAu(2-4)放大电路应满足两个条件：放大电路应满足两个条件：1、输出信号的功率大于输入信、输出信号的功率大于输入信号的功率。号的功率。2、力求输出到负载上的信号波形与输入信号的、力求输出到负载上的信号波形与输入信号的波形相同。波形相同。一个放大器必须含有一个或多个有源器件，如：三极管、一个放大器必须含有一个或多个有源器件，如：三极管、场效应管等。同时还包括电阻、电容、电感、变压器元件。场效应管等。同时还包括电阻、电容、电感、变压器元件。(2-5)1、放大器的基本要求、放大器的基本要求（1）要有足够的放大倍数）要有足够的放大倍数 放大倍数是衡量放大器放大能力的参数，放大倍数有电压放大倍数（放大倍数是衡量放大器放大能力的参数，放大倍数有电压放大倍数（Au）、电流放大倍数（、电流放大倍数（Ai）和功率放大倍数（）和功率放大倍数（Ap）三种。）三种。（2）、要具有一定宽度的同频带、要具有一定宽度的同频带 放大器放大的信号往往不是单一频率的，而是在一定频率范围内变化的。放大器放大的信号往往不是单一频率的，而是在一定频率范围内变化的。因此，要求放大器具有一定宽度的同频带。因此，要求放大器具有一定宽度的同频带。（3）、非线性失真要小）、非线性失真要小 因为放大电路中晶体三极管是非线性器件，在放大信号的过程中，放大因为放大电路中晶体三极管是非线性器件，在放大信号的过程中，放大后的信号与原信号相比，波形将产生、畸变，这种现象称为非线性失真。后的信号与原信号相比，波形将产生、畸变，这种现象称为非线性失真。（4）、工作要稳定）、工作要稳定 放大器的各参数要基本稳定，不随工作时间和环境条件的变化而变化；同时放大器的各参数要基本稳定，不随工作时间和环境条件的变化而变化；同时放大器在没有外加信号时，它本身也不能产生其它信号，既不能发生自激震荡。放大器在没有外加信号时，它本身也不能产生其它信号，既不能发生自激震荡。 (2-6)2、放大电路的分类、放大电路的分类（1）、按三极管的连接方式分：共发射极放大器、共基极放）、按三极管的连接方式分：共发射极放大器、共基极放大器和共集电极放大器。大器和共集电极放大器。（2）、按放大信号的工作频率分：直流放大器、低频放大器）、按放大信号的工作频率分：直流放大器、低频放大器和高频放大器。和高频放大器。(3)、按放大信号的形式分：交流放大器和直流放大器。、按放大信号的形式分：交流放大器和直流放大器。（4）、按放大器的技数分：单级放大器和多级放大器。）、按放大器的技数分：单级放大器和多级放大器。（5）、按放大信号的性质分：电流放大器、电压放大器和功）、按放大信号的性质分：电流放大器、电压放大器和功率放大器。率放大器。（6）、按被放大的信号的强度分：小信号放大器和大信号放）、按被放大的信号的强度分：小信号放大器和大信号放大器。大器。（7）、按元器件的集成化程度分：分立元件放大器和集成电）、按元器件的集成化程度分：分立元件放大器和集成电路放大器。路放大器。3、放大器的放大倍数、放大器的放大倍数（1）、电压放大倍数是放大器输出电压瞬时值与输入电压瞬时）、电压放大倍数是放大器输出电压瞬时值与输入电压瞬时值的比值。值的比值。 Au= U0 Ui(2)、电流放大倍数是放大器输出电流瞬时值与输入的瞬时值的、电流放大倍数是放大器输出电流瞬时值与输入的瞬时值的比值。比值。 Ai= i0 ii（3）、功率放大倍数是放大器输出功率与输入功率的比值。）、功率放大倍数是放大器输出功率与输入功率的比值。 Ap= p0 pi 4、放大器的增益、放大器的增益 放大倍数用对数表示称为增益放大倍数用对数表示称为增益G，功率放大倍数常取用对数，功率放大倍数常取用对数来表示，成为功率增益来表示，成为功率增益Gp,单位为分贝（用单位为分贝（用dB表示表示） 本章将依据上述原则，介绍几种常用的基本放大电路的组成，讨论它们的工作原理、性能指标和基本分析方法。掌握这些基本放大电路，是学习和应用复杂电子电路的基础。 (1). 1). 电路的组成电路的组成 三极管三极管VT,VT,电源电源VCC,VCC,基极偏置电阻基极偏置电阻Rb,Rb,耦合电容耦合电容C1C1和和C2C2，集电极负载电阻，集电极负载电阻RCRC 二、基本共射极放大电路二、基本共射极放大电路1、电路组成及各元作用、电路组成及各元作用 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真(2-11) 共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T(2-12)集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T(2-13)集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T(2-14)使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T(2-15)耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T(2-16)可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T(2-17)单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB(2-18) (2). 各元件作用 (1) 三极管V：实现电流放大。 (2) 集电极直流电源UCC :确保 三极管工作在放大状态。 (3) 集电极负载电阻RC :将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。 (4) 基极偏置电阻RB :为放大电路提供静态工作点。 (5) 耦合电容C1和C2 :隔直流通交流。 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+ECRCC1C2T(2-20) （3）.工作原理 (1) ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化 。 (2) 通过V的电流放大作用， V的集电极电流iC也将变化 。 (3) iC的变化引起V的集电 极和发射极之间的电压uCE变化。 (4) uCE中的交流分量uce经过C2畅通地传送给负载RL，成为输出交流电压uo,，实现了电压放大作用。 2、放大电路中的直流通路和交流通路1）放大电路的直流通路（1）静态(放大电路未加入输入信号即Ui=0时电路的工作状态。此时电路中的电压、电流都是直流信号，IB,IC,UCE称为放大电路的静态工作点，记作：Q（IBQ,ICQ,UCEQ）)(2)直流通路：指放大器中直流电流流经路径。画直流通路：把电容视为开路，其余保持不变。2.画出基本放大电路的画出基本放大电路的直流通路直流通路？+TRbRCCVc.静态工作点的含义？静态工作点的含义？ 所谓静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流所谓静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些直流电流、电压的数值在三极管特性曲线上工作状态，这些直流电流、电压的数值在三极管特性曲线上表示为一个确定的点表示为一个确定的点Q Q，即，即 IBQ、 ICQ、 UBEQ、UCEQ。+TCCRbVcRIBQICQUCEQUBEQ静态工作点静态工作点Q公式推导公式推导 仔细观察基本放大电路仔细观察基本放大电路的直流通路并完成下列题目：的直流通路并完成下列题目： 1.该图中有条支路。该图中有条支路。.根据基尔霍夫电压定律可列出根据基尔霍夫电压定律可列出回路方程：回路方程：VCCIBQRbUCEQ+TRbRc2 硅管约为硅管约为_锗管约为锗管约为_0.70.3可忽略不计可忽略不计所以：所以：UBEQ放大电路中放大电路中ICQ= IBQIBQ、 ICQ、 UBEQ、UCEQ的公式推导的公式推导IBQ=UCEQ=ICQ= IBQ+TRbRCCVc强强 记记 不不 如如 善善 悟悟 佚名佚名ICQ= IBQ求解下图基本放大电路的静态工作点求解下图基本放大电路的静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ 例例 已知：已知：b=300K, c=4K, =12V ,=37.5试一试试一试ICQ= IBQ=37.54=1.5mA+TRbRCCVc练一练练一练基本放大电路如图试回答以下两个问题：基本放大电路如图试回答以下两个问题： 2.已知：已知：b=200K, c=2K, =12V ,=50估算静态工作点估算静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ1.已知：已知：b=400K, c=4K, =20V ,=50估算静态工作点估算静态工作点IBQ、ICQ、UCEQICQ= IBQ=5060=3mA+TRbRCCVc1.解：解：ICQ= IBQ=5050=2.5mA+TRbRCCVc2.解：解： 三极管本身就是一个非线性器件，其非线性三极管本身就是一个非线性器件，其非线性特性主要反映在输入特性的转折区，输出特性特性主要反映在输入特性的转折区，输出特性的饱和区及截止区。的饱和区及截止区。对一个由三极管组成的放大电路来说，非线对一个由三极管组成的放大电路来说，非线性失真是不可避免的。而我们要求放大器的非性失真是不可避免的。而我们要求放大器的非线性失真尽可能小。当静态工作点位置选择不线性失真尽可能小。当静态工作点位置选择不当或信号过大时，将出现严重的非线性失真。当或信号过大时，将出现严重的非线性失真。2、静态工作点对波形的影响、静态工作点对波形的影响 (1)饱和失真饱和失真若若Q点位置选得偏高，接近饱和区时，如点位置选得偏高，接近饱和区时，如QA点，点， iC信号的正半周和信号的正半周和UCE1的负半周被部分削除，这种由于的负半周被部分削除，这种由于动态工作点进入饱和区而引起的失真，称为动态工作点进入饱和区而引起的失真，称为“饱和失真饱和失真”。(2)截止失真截止失真 当当Q点的位置选得偏低，接近截止区处时，如点的位置选得偏低，接近截止区处时，如QB点点则信号负半周可能进入截止区，造成输出电压的上半周则信号负半周可能进入截止区，造成输出电压的上半周被部分切掉，产生被部分切掉，产生“截止失真截止失真”。uce (V)t 2 ube (V)IcQUcEQ2 2 t t t ic(mA)IcQ ic(mA)ib (A)ib (A)126Q Q IBQ返回返回uce (V)t 2 ube (V)IcQUcEQ2 2 t t t ic(mA)IcQ ic(mA)ib (A)ib (A)126Q Q IBQ返回返回3、静态工作点与波形失真关系1、静态工作点Q选择不当，就会使放大器工作时产生信号波形的失真。若Q点在交流负载线上的位置过高，信号的正半周可能进入饱和区，造成输出电压波形负半周被部分削除，产生波形失真。若静态工作点在交流负载线上位置过低，则信号负半周可能进入截止区，造成输出电压的上半周被部分切掉，产生截止失真。由于它们都是晶体管的工作状态离开线性放大区进入非线性的饱和区和截止区所造成的，因此称为非线性失真。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选在交流负载线中点处。4、消除非线性失真的方法（1）当静态工作点偏高，IBQ偏大，出现饱和失真。要消除饱和失真，可能偏置电阻Rb增大，即可使IBQ下降，静态工作点下移。（2）当静态工作点偏低，IBQ偏小，出现截止失真。要消除截止失真，可能偏置电阻Rb减小，即可使IBQ上升，静态工作点上移。（3）为调节静态工作点，常将偏置电阻设置成可调电阻，为防止可调偏置电阻调为零电阻时，静态工作点电流过大引起三极管损失，又常将可调偏置电阻与一固定电阻相串联，如：图课本88页4-10。静态工作点静态工作点Q的估算的估算ICQ= IBQ作业作业1.同步练习第同步练习第23页第页第2题题2.思考放大电路中RB和RC值能不能随便取，会出现什么情况？尝试完成下表：已知vcc=12v,=40RbRcQ值Q可能出现情况200k2kIBQ=_ICQ=_UCEQ=_3kIBQ=_ICQ=_UCEQ=_10kIBQ=_ICQ=_UCEQ=_IBQ=_ICQ=_UCEQ=_举一反三，闻一知十，乃学者举一反三，闻一知十，乃学者用功之深，究理之熟，才能融用功之深，究理之熟，才能融会贯通，以至于此。会贯通，以至于此。 朱熹朱熹放大电路的交流通路1、动态（即交流通路）：是指放大电路的输入端加交流信号时电路的工作状态，动态是电路同时存在交流量和直流量。2、交流通路：是指放大电路中交流信号通过的路经。（求：放大电路的放大倍数Au，输入电阻ri和输入电阻r0）3、交流通路的画法把电容和直流电源视为短路，其余元件不变。 基本交流电压放大电路 动态分析 画出放大电路的交流通路 将直流电压源短路，将电容短路。下一页下一页 返回返回上一页上一页短路短路短路短路置零置零 基本交流电压放大电路 下一页下一页 返回返回上一页上一页+R-uoTuRBRLic+交流通路交流通路 基本交流电压放大电路 下一页下一页 返回返回上一页上一页Trbe三极管三极管微变等效电路微变等效电路 基本交流电压放大电路 下一页下一页 返回返回上一页上一页+-uouRBRLiRc+rbe微变等效电路微变等效电路 基本交流电压放大电路 下一页下一页 返回返回上一页上一页+-uouRBRLiRc+rbeRBRCuiuORL+对交流信号对交流信号对交流信号对交流信号( ( ( (有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号u ui i时的交流分量时的交流分量时的交流分量时的交流分量) ) ) ) XC 0，C 可看作可看作短路。忽略电源的短路。忽略电源的内阻，电源的端电内阻，电源的端电压恒定，直流电源压恒定，直流电源对交流可看作短路对交流可看作短路短路短路短路短路对地短路对地短路交流通路交流通路交流通路交流通路 用来计算电压用来计算电压用来计算电压用来计算电压放大倍数、输入放大倍数、输入放大倍数、输入放大倍数、输入电阻、输出电阻电阻、输出电阻电阻、输出电阻电阻、输出电阻等动态参数。等动态参数。等动态参数。等动态参数。+UCCRBRCC1C2T+RLui+uo+ + uBEuCE iCiBiEicuceRBRCRLuiuo交流通路交流通路(2-52)输入电阻：输入电阻：ri=RB/rBErBE(RB的的阻值很大约等于阻值很大约等于rBE )对于小功率三极管：对于小功率三极管：输出电阻：输出电阻：r0=rCE/RC/RLRC/RL(rCE是三极管的输出电是三极管的输出电阻，它是交流等效电阻，阻，它是交流等效电阻，rCE很大。很大。) 动态分析动态分析、三极管的微变等效电路、三极管的微变等效电路1. 输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。 uBE iB对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：(2-53)电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL(2-54)四、输入电阻的计算四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：是动态电阻。是动态电阻。rbeRBRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，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。因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。(2-55)五、输出电阻的计算五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。源的电路不适用）。(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。流法。(2-56)所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC00(2-57) 基本交流电压放大电路 ：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。 求放大电路的电压放大倍数AU 解：下一页下一页 返回返回上一页上一页电子技术电子技术第二章第二章 结束结束模拟电路部分模拟电路部分(2-59)