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1、16.1 放大电路基本概念及主要性能指标放大电路基本概念及主要性能指标放大的基本概念扩音机示意图 放大的实质放大的实质:用用小能量的信号小能量的信号通过通过三极管的电流控制作用三极管的电流控制作用，将放大电路，将放大电路中中直流电源的能量直流电源的能量转化成转化成交流能量输出交流能量输出。因此，放大电路中必须有能够控制能量的元件因此，放大电路中必须有能够控制能量的元件有源元件，有源元件，如三极管、场效应管。如三极管、场效应管。放大的概念放大的概念放大的概念放大的概念:放大的目的是将放大的目的是将微弱的变化信号微弱的变化信号放大成放大成较大的信号较大的信号。放大是。放大是通过放大电路来实现的。通
2、过放大电路来实现的。放大电路也是构成其他模拟电路的基本单元电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路。第1页/共65页2 对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求 ：1.1.要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数(电压、电流、功率电压、电流、功率)。2.2.尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路。本章主要讨论电压放大电路。第2页/共65页3放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.1.1.1.放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数 是衡
3、量放大电路是衡量放大电路是衡量放大电路是衡量放大电路放大能力的一个最重要指标放大能力的一个最重要指标放大能力的一个最重要指标放大能力的一个最重要指标。放大倍数愈大，则表明放大电路的放大能力愈强。放大倍数愈大，则表明放大电路的放大能力愈强。放大倍数愈大，则表明放大电路的放大能力愈强。放大倍数愈大，则表明放大电路的放大能力愈强。电压放大倍数电压放大倍数(增益增益)电流放大倍数电流放大倍数(增益增益)第3页/共65页4Ri越大越好2.输入电阻Ri 从放大电路输入端看进去的等效电阻 输入电阻是衡量放大电路向信号源索取信号大小的能力。输入电阻越大，放大电路向信号源索取信号的能力愈强，放大电路输入端的电压
4、Ui 与信号源电压US 的数值愈接近。电路对信号源电压的放大倍数：电路对信号源电压的放大倍数：Ri 愈大，与 愈接近。第4页/共65页5RO 越小越好 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。3.输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻 输出电阻的定义：输出电阻表明放大电路带负载能力的强弱，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。第5页/共65页64.4.通频带通频带fBW中频放大倍数下限截止频率上限截止频率fBW=fH fL通频带越宽，说明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。放大电路中由于耦合电容，旁路电容以及其
5、它电抗元件的存在，使信号频率过高或者过低时，放大倍数不但数值下降，而且还产生相移。放大倍数与频率的关系可用下图表示。第6页/共65页75.最大输出幅度 是衡量一个放大电路输出电压（或电流）的幅值能够达到的最大限度，如果超出这个限度，输出波形将产生明显失真。最大输出幅度一般用电压的有效值表示，符号为Uomax。也可用电压的峰-峰值表示。6.最大输出功率与效率 放大电路的最大输出功率，表示在输出波形基本上不失真的情况下，能够向负载提供的最大交变功率，用符号Pom表示。最大输出功率Pom与直流电源消耗的额定功率PV之比定义为放大电路的效率，用表示，即 放大电路的输出功率是通过三极管的控制作用把电源的
6、直流功率转化为随信号变化的交变功率而得到的，因此就存在一个功率转化的效率问题。第7页/共65页8符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示总量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua总量交流分量tUA直流分量 第8页/共65页96.2 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理放大电路的组成放大电路的组成共射放大电路的组成必须遵循以下4项原则：3）输入回路的接法应使ui能够传送到三极管的基极回路，并使基极电流产生相应的电流变化量i B；4）输出回路的接法应保证i C能够转化为uCE，并传送到放大电路的输出端。2）三极管有一个合适的直流工作电压
7、和电流。我们称之为合理地设置静态工作点静态工作点。1）三极管处于放大状态；1.放大电路的组成第9页/共65页102.放大电路中各元件的作用 该电路的缺点：一是需要两个直流电源，不方便也不经济；二是输入电压与输出电压不共地，实际应用中不可取。T:有源元件,放大VBB和Rb使UBE大于Uon，在ui=0时提供一个合适的电流IB；VCC保证集电极反向偏置；VCC:为输出提供能量RC:将集电极电流变化 转换成电压变化uiiBiCuCE（uo）第10页/共65页11复习2.共射放大电路的组成必须遵循以下4项原则：3）输入回路：ui能够送到三极管的基极回路，并产生相应的i B；4）输出回路的接法应保证i
8、C能够转化为uCE，并传送到放大电路的输出端。2）三极管有合适静态工作点；1）三极管处于放大状态；1.放大电路的目的：将微弱变化的小信号放大成较大信号输出。3.放大电路中各元件的作用 该电路的缺点：一是需要两个直流电源，不方便也不经济；二是输入电压与输出电压不共地，实际应用中不可取。第11页/共65页123.改进的单管共射放大电路C1、C2的作用：隔直通交。C1：输入电压的交流分量能够无衰减的通过电容到达基极;保证三极管有合适的基极电流。C2：放大后的交流成分得以输出，而直流成分被隔离。注意：C1，C2是电解电容，有极性之分，其正极要接高电位。第12页/共65页13例6.1 试判断图2.6所示
9、各电路能否对输入信号不失真地进行放大，并简述理由。第13页/共65页14解：本题练习根据放大电路的组成原则判断电路能否正常工作的方法。（a）无放大作用。静态基极电流IBQ=0。（b）无放大作用。VBB使交流通路短路，输入信号送不进去。（c）无放大作用。UBEQ=0。（d）无放大作用。三极管发射结反向偏置。（e）无放大作用。集电极正向偏置。（f）无放大作用。Cb将输入交流信号短路，输入信号送不进去。第14页/共65页15放大电路的工作原理 放大电路必须是在有直流电源保证放大电路处于放大状态的条件下才能用来放大交流信号。电路中交、直流并存。+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE1.放大电路的
10、静态 ui0时，电路只由直流电源作用时的工作状态。此时电路中的电压、电流称为静态工作点。通常静态工作点用IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ四个直流量来表示。设置静态工作点的必要性：保证放大的信号不失真。第15页/共65页162.放大电路的动态 ui0时放大电路的工作状态。当放大电路加上交流信号以后，交流信号叠加在直流上，此时电路中既有直流成分，也有交流成分。uiuBEiBiCuCEuo第16页/共65页173.波形分析(交、直流共存)uoui1T第17页/共65页18第18页/共65页196.3 放大电路的基本分析方法重点与难点重点1、静态工作点的计算2、图解法作图3、微变等效电路模型4、放电
11、电路性能参数的计算图解法/微变等效电路分析法难点第19页/共65页20分析思路先静态后动态放大电路的输入信号为零（ui=0）时，放大电路的稳态工作状态，也称直流工作状态。用于静态工作点的计算、波形分析（失真）。静态分析输入信号不为零（ui=0）时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。用于分析放大电路的放大倍数、输入电阻以及输出电阻等参数。动态分析第20页/共65页21分析方法放大电路分析静态分析动态分析计算机仿真分析静态工作点估算法图解法微变等效电路法第21页/共65页22直流通路和交流通路 通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共存，这使得电路的分析复杂化。可否交、直流分开研究？信
12、号分解：直流信号+交流信号直流通路:直流电源作用下直流电流流经的通路。等效原则：电容开路，电感短路，信号源短路但 保留其内阻。交流通路：输入信号作用下交流信号流经的通路。等效原则：容量大的电容视为短路，无内阻的直流 电源视为短路。等效简化本质第22页/共65页23例：例：画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IBQ、ICQ、UCEQ)对直流信号电容 C 可似作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE第23
13、页/共65页24RBRCuiuoRLRSes+交流通路交流通路(输入信号输入信号u ui i 作用下交流信号流经的通路作用下交流信号流经的通路)XC 0，C 可看作短路。忽略直流电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路交流通路 用来计算用来计算电压放大电压放大倍数、输入电阻、输倍数、输入电阻、输出电阻出电阻等动态参数。等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiET第24页/共65页25静态工作点的近似估算静态工作点的近似估算 计算放大电路直流通路中的电压、电流。通常是求计算放大电路直流通路中的电压、电流。通常
14、是求4 4个直流个直流量：量：I IBQBQ、U UBEQBEQ、I ICQCQ、U UCEQCEQ 。图a第25页/共65页26图b第26页/共65页27已知三极管的输入、输出特性曲线以及其它各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析：输入、输出信号波形输入、输出信号波形非线性失真非线性失真图解法分析步骤先静后动（输入输出特性曲线已知）1、输入特性曲线上作直流负载线2、输出特性曲线上作直流负载线静态分析3、输出特性曲线上作交流负载线4、给定输入输出波形5、分析：波形的非线性失真以及放大倍数等动态分析确定确定Q Q点点 图解法第27页/共65页281、图解法估算静态工作点 特性曲线+
15、回路方程直流VCCVCC/RbIBQ第28页/共65页292.电路参数对静态工作点的影响第29页/共65页303.3.交流负载线交流负载线icuce第30页/共65页4.4.输入与输出波形分析输入与输出波形分析(交、直流交、直流共存共存)Q第31页/共65页32复习1.放大电路的工作原理（交、直流并存）uoui1TuiuBEiBiCuCEuo第32页/共65页332.放大电路的分析方法 分析放大电路遵循的原则：先静态，后动态。直流通路交流通路静态工作点的估算第33页/共65页345.利用图解法分析非线性 失真1）截止失真（顶部失真）消除方法：增大VBB或减小Rb，让Q点上移交流负载线c第34页
16、/共65页352）饱和失真消除方法：增大Rb；减小Rc；增大VCC。交流负载线c第35页/共65页36ABiB=0C D E直流交流负载线最大不失真输出电压Uom：比较线段CD和DE的长度，取较小者，除以 。6.利用图解法估算最大不失真输出电压第36页/共65页377.图解法的特点形象直观；适用于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；能够用于大信号分析；不易准确计算；不能求解输入电阻、输出电阻、通频带等参数。图解法适用范围：输出幅度比较大而工作频率不太高的情况。第37页/共65页38微变等效电路法 在三极管输入小信号时，用微变等效电路进行动态分析。1.简化的h参数等效电路 在静态工作点
17、附近，输入特性曲线近似为一条直线，如图(a)所示，因而可以用一个等效电阻rbe来代表输入电压和输入电流之间的线性关系，即rbe的计算rbb是基区体电阻对于小功率管rbb 300。（参见（参见模拟电子技术基础模拟电子技术基础的基本放大电路）的基本放大电路）第38页/共65页39 从输出特性曲线看，iB变化相等的数值，特性曲线平行移动，且间距相等，iC仅由iB决定而与uCE无关，所以三极管集电极和发射极之间可以等效为一个受控电流源。简化的等效电路如图所示。三极管h参数等效电路第39页/共65页402.用微变等效法分析基本放大电路 微变等效法分析几个主要动态参数：电压放大倍数 ，输入电阻 ，输出电阻
18、微变等效电路画法：画交流通路的微变等效电路如：画出单管共射放大电路的微变等效电路第40页/共65页413 3、共射放大电路动态分析、共射放大电路动态分析 (小信号分析、微变等效电路分析小信号分析、微变等效电路分析)例：已知VBB=1V，Rb=24k，VCC=12V，Rc=5.1k；rbb=100，=100，导通时UBEQ=0.7V，求：静态工作点Q；。解：静态工作点Q:IBQICQUCEQ第41页/共65页42 求Au、Ri、R0第42页/共65页43例2：已知：Rb=510k,VCC=12V，Rc=3k；rbb=150,=80,导通时UBEQ=0.7V,RL=3k。求：；若信号内阻RS为2k
19、,求解：求Q点：第43页/共65页44 求 、Ri、R0第44页/共65页45复习2.微变等效电路进行动态分析1）通过直流通路求静态工作点；2）画交流通路的微变等效电路；3）根据微变等效电路求动态参数。1.三极管h参数等效电路第45页/共65页466.4 放大电路静态工作点的稳定 温度对静态工作点的影响 三极管是对温度非常敏感的元件，温度变化主要影响其UBE、IB、ICBO、等参数。温度对输入、输出特性曲线的影响第46页/共65页47温度对温度对Q点的影响点的影响 此时输入信号大小并没有变化，输出的变化完全是由于温度的变化引起的，这是放大电路所不希望出现的。原因是当温度变化时，Q点不能稳定。第
20、47页/共65页48 典型静态工作点稳定电路典型静态工作点稳定电路典型静态工作点稳定电路典型静态工作点稳定电路 1 1、电路组成、电路组成分压式工作点稳定电路直流通路第48页/共65页49当由于某种干扰原因(比如温度T)使得电流IBQ、ICQ(Q点上移)时，IEQUBE IBQ、ICQ Q点稳定下来。为了稳定Q点，通常 I1IBQ，即I1I2因此UBQ基本不随温度变化2、稳定工作点Q的原理第49页/共65页50稳定稳定稳定稳定QQ点：点：点：点：R Re e的直流负反馈作用。的直流负反馈作用。的直流负反馈作用。的直流负反馈作用。T()ICUE UBE（UB基本不变）IB IC 3 3、静态工作
21、点估算、静态工作点估算第50页/共65页514 4、动态分析：、动态分析：微变等效电路（画法）微变等效电路（画法）利?弊?第51页/共65页52 可见若直接引入Re的负反馈，由于Re同时具有直流负反馈和交流负反馈作用，在稳定工作点的同时，使得交流放大倍数大大降低，这是我们不希望的。办法是：只让Re只起直流负反馈作用，对于交流信号，不起负反馈作用。Ce足够大，使得Ce 对交流信号ui 相当于短路。如果 则第52页/共65页53 可见共射放大电路中，Re和Rb1、Rb1使Q点稳定了，增加了Ce，使得放大倍数A u并不降低，是个实用的电路。第53页/共65页546.5 6.5 共集电极放大电路共集电
22、极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路 电路的基本分析电路的基本分析电路的基本分析电路的基本分析1.静态分析第54页/共65页55复习复习1.1.静态工作点稳定的典型电路静态工作点稳定的典型电路2.2.共集电极电路共集电极电路图图a a 图图b b第55页/共65页562.动态分析思考下图的等效电路和 。第56页/共65页573.共集电极电路的特点Ri大Ro小只放大电流，不放大电压！第57页/共65页58 共集电极电路的特点和应用共集电极电路的特点和应用共集电极电路的特点和应用共集电极电路的特点和应用 共集电极电路具有输入电阻高，输出电阻低的特点。共集电极电路具有输入电阻高，输出电阻低的特
23、点。1 1）用作输入级）用作输入级 由于输入电阻高，使信号源内阻上的压降相对比较小，可以由于输入电阻高，使信号源内阻上的压降相对比较小，可以得到较高的输入电压。得到较高的输入电压。2 2）用作输出级）用作输出级 因其输出电阻小，放大电路的带负载能力较强。因其输出电阻小，放大电路的带负载能力较强。3 3）用作中间级）用作中间级 对对前一级前一级放大电路而言，放大电路而言，其外接负载正是共集电极电路的输其外接负载正是共集电极电路的输入电阻入电阻，这样前接电路的等效，这样前接电路的等效负载提高负载提高了，从而使前一级电路了，从而使前一级电路的电压放大倍数也得到提高。对的电压放大倍数也得到提高。对后一
24、级后一级而言，共集电极电路的而言，共集电极电路的输出是后一级的信号源输出是后一级的信号源，由于其输出电阻小，使后一级接受信，由于其输出电阻小，使后一级接受信号的能力得到提高。号的能力得到提高。第58页/共65页59第59页/共65页606.6 多级放大电路 在实际放大电路中，有时需要放大非常微弱的信号，单级放在实际放大电路中，有时需要放大非常微弱的信号，单级放 大电路的电压放大倍数通常只有大电路的电压放大倍数通常只有几十几十200200倍左右，倍左右，往往不够高，往往不够高，常常需采用多级放大电路。常常需采用多级放大电路。耦合耦合两级放大电路之间信号连接的传递方式两级放大电路之间信号连接的传递
25、方式能传递信号；能传递信号；信号损失小；信号损失小；对放大电路要保证各级有合适的对放大电路要保证各级有合适的Q Q点；点；信号失真小（线性度好）。信号失真小（线性度好）。多级放大电路常用的耦合方式有四种：多级放大电路常用的耦合方式有四种：RCRC阻容阻容耦合、直接耦合、耦合、直接耦合、变压器耦合、光电耦合变压器耦合、光电耦合多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式多级放大电路的电压放大倍数多级放大电路的电压放大倍数:对耦合方式的要求：对耦合方式的要求：第60页/共65页611.1.阻容耦合阻容耦合优点：优点：1 1）各级的各级的Q Q点互不影响，点互不影响，(Q Q点点独立独立)设计、调试
26、方便；设计、调试方便；2 2）电容电容C C较大时，压降小，信较大时，压降小，信号损失很小；号损失很小；3 3）电路简单，成本低。电路简单，成本低。缺点：缺点：1 1）低频特性差，不能放大缓慢变化的信号。当信号频率很）低频特性差，不能放大缓慢变化的信号。当信号频率很低时，信号会大部分甚至全部衰减在耦合电容上（因容抗过大），低时，信号会大部分甚至全部衰减在耦合电容上（因容抗过大），根本不向下一级传递。根本不向下一级传递。2 2）难于集成化。在集成电路中很难制作）难于集成化。在集成电路中很难制作C C，尤其较大的，尤其较大的C C。第61页/共65页622.2.直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合将前
27、一级的输出端直接连接到后一级的输入端将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端 特点：特点：能放大变化缓慢的能放大变化缓慢的信号，便于集成化，信号，便于集成化，各级各级Q Q点相互影响，点相互影响，存在零点漂存在零点漂移现象。移现象。零点漂移零点漂移:输入输入u ui i=0=0，输出，输出u uo o电压离开零点，发生缓慢不电压离开零点，发生缓慢不规则的变化，简称零漂。规则的变化，简称零漂。第62页/共65页63抑制零漂的措施有抑制零漂的措施有：1 1）在电路中引入直流负反馈，例如分压式放大电路；）在电路中引入直流负反馈，例如分压式放大电路；2 2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管
28、的变化；）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化；3 3）采用差动放大电路抑制温漂。）采用差动放大电路抑制温漂。零漂主要是由于温度变化引起的零漂主要是由于温度变化引起的，温度变化又会导致放大电，温度变化又会导致放大电路的静态工作点不稳定。路的静态工作点不稳定。零漂对放大电路有两方面的影响零漂对放大电路有两方面的影响：（1 1）零漂使静态工作点）零漂使静态工作点偏离原设计值，使放大电路无法正常工作；（偏离原设计值，使放大电路无法正常工作；（2 2）零漂信号在输）零漂信号在输出端叠加在被放大的信号上，出端叠加在被放大的信号上，“干扰干扰”甚至淹没有用信号。甚至淹没有用信号。第63页/共65页64本章小结1.1.放大电路的组成及电路中各元件的作用放大电路的组成及电路中各元件的作用 组成原则，各元件的作用组成原则，各元件的作用2.2.放大电路的工作原理放大电路的工作原理 交、直流并存，直流骑在交流分量上交、直流并存，直流骑在交流分量上3.3.放大电路的分析方法放大电路的分析方法 图解法：直观，利于失真分析图解法：直观，利于失真分析 微变等效电路法：微变等效电路法：先求静态工作点，再根据微变等先求静态工作点，再根据微变等效电路求动态参数。效电路求动态参数。4.4.多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式第64页/共65页65感谢您的观看！第65页/共65页