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第2章放大器基础第1讲

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1、第二章第二章 放大器基础放大器基础2.1 放大器的基本概念与技术指标放大器的基本概念与技术指标 2.1.1 放大的概念放大的概念 所谓所谓“放大放大”,是指将一个微弱的电信号,是指将一个微弱的电信号,通过一个装置,得到一个波形与该微弱信号相通过一个装置,得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就是放大电路。是放大电路。第第2 2章章 放大器基础放大器基础放大的概念 放放大大电电路路 声声音音 声声音音 图图 扩扩音音机机示示意意图图 放大的对象:放大的对象:变化量。变化量。放大的本质:放大的本质:能量的控制和转换。能量的控制和转换

2、。放大电路的特征:放大电路的特征:功率放大。功率放大。放大电路的必备元件:放大电路的必备元件:有源器件(晶体管或场效管)。有源器件(晶体管或场效管)。放大的前提:放大的前提:不失真。不失真。V话筒(传感器)话筒(传感器)扬声器(执行机构)扬声器(执行机构) 图图2.1.1 放大器的基本组成放大器的基本组成输输入入信信号号源源输输出出耦耦合合电电路路输输入入耦耦合合电电路路有有源源器器件件输输出出负负载载直流电源和相应的偏置电路直流电源和相应的偏置电路将放大后的信号耦合到负载将放大后的信号耦合到负载 为晶体三极管或场效应管提供静态工作点,以保证为晶体三极管或场效应管提供静态工作点,以保证晶体三极

3、管工作在放大区和场效应管工作在饱和区晶体三极管工作在放大区和场效应管工作在饱和区2. 放大电路的组成及其放大作用放大电路的组成及其放大作用 待放大的输入信号待放大的输入信号将输入信号耦合到放大器上将输入信号耦合到放大器上 Rs 放放大大 电电路路 + + + RL Ri Ro + oUsUoUiUiIoI放放大大电电路路示示意意图图 信信号号源源 负负载载 放大电路是一个双口网络。从端口特性来放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路,可将其等效成具有某种端口特研究放大电路,可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。性的等效电路。2.1.2 放大器的主要技术指标放大器的主要技术指标一、放大

4、倍数一、放大倍数 放大倍数又称为增益,是直接衡量放大器放大倍数又称为增益,是直接衡量放大器放放大能力大能力的指标,的指标,其值为输出量与输入量之比其值为输出量与输入量之比 。 对于小功率放大电路,人们往往只关心上述对于小功率放大电路,人们往往只关心上述单一指标的放大倍数,而不研究其功率放大能单一指标的放大倍数,而不研究其功率放大能力。本章着重讨论电压放大倍数。力。本章着重讨论电压放大倍数。1. 电压放大倍数电压放大倍数uAioUUuA 为输出端正弦电压相量为输出端正弦电压相量为输入端正弦电压相量为输入端正弦电压相量2源电压放大倍数源电压放大倍数usAsousUUA 输入源电压相量输入源电压相量

5、3. 电流放大倍数电流放大倍数iAioiIIA 输出端正弦电流相量输出端正弦电流相量输入端正弦电流相量输入端正弦电流相量4源电流放大倍数源电流放大倍数isASoisIIA 输入源电流相量输入源电流相量5互阻放大倍数互阻放大倍数rArA定义为定义为iorIUA 6互导放大倍数互导放大倍数gAgA定义为定义为ioUIAg二、输入电阻二、输入电阻Ri 输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。小的参数。Ri越大,从其前级取得的电流越小,越大,从其前级取得的电流越小,对前级的影响越小。对前级的影响越小。AuIiUSUiiiiIUR 三、输出电阻三、输出电阻R

6、oAuUS 放大电路对其放大电路对其负载负载而言,相当于信号源;而言,相当于信号源;可以将它等效为戴维南等效电路,这个戴维南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。等效电路的内阻就是输出电阻。RoUS三、输出电阻三、输出电阻RoRoUS如何确定如何确定Ro ? 输出电阻的大小,影响到输出到负载信号的输出电阻的大小,影响到输出到负载信号的大小。当大小。当放大电路输出端放大电路输出端等效为等效为电压源电压源时,时,输出输出电阻越小,则负载获得的输出电压越大电阻越小,则负载获得的输出电压越大;当;当放大放大电路输出端电路输出端等效为等效为电流源电流源时,时,输出电阻越大,

7、则输出电阻越大,则负载获得的输出电流越大。负载获得的输出电流越大。步骤:步骤:1. 所有的电源置零所有的电源置零 (将独立源置零,保留受控源将独立源置零,保留受控源)。2. RL开路开路3. 加压求流。加压求流。UI LsoRUIUR0 输入电阻和输出电阻描述了电子电路在互相连输入电阻和输出电阻描述了电子电路在互相连接时所产生的影响。当若干个放大电路连接时,放接时所产生的影响。当若干个放大电路连接时,放大电路大电路2 2的输入电阻是放大电路的输入电阻是放大电路1 1的负载,而放大电的负载,而放大电路路1 1是放大电路是放大电路2 2的信号源,其内阻就是放大电路的信号源,其内阻就是放大电路1 1

8、的的输出电阻。因此,输入电阻和输出电阻均会间接地输出电阻。因此,输入电阻和输出电阻均会间接地影响放大电路的放大能力。影响放大电路的放大能力。四、通频带四、通频带umumAAfAfA70702.)()(HL 相应的频率相应的频率fL称为下限频率,称为下限频率,fH称为上限频率称为上限频率。Aum0.7AumfL下限频率下限频率fH上限频率上限频率低频段低频段中频段中频段高频段高频段放大电路的增益放大电路的增益Au是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当都要下降。当Au下降到中频电压放大倍数下降到中频电压放大倍数Aum 的的 时,即时,即21通频带:

9、通频带: fL和和 fH之间的频率范围之间的频率范围fbw=fHfL 小写字母、大写下标表示总小写字母、大写下标表示总量(含交、直流)。如量(含交、直流)。如uCE、iB等。等。 大写字母、大写下标表示大写字母、大写下标表示直流量。如直流量。如UCE、IC等。等。 小写字母、小写下标表示纯小写字母、小写下标表示纯交流量。如,交流量。如,uce、ib等。等。有关符号的约定有关符号的约定 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如量。如 、 等。等。ceUbI 大写字母、小写下标表示大写字母、小写下标表示交流有效值。如交流有效值。如Uce、Ie等。等。三极管放三

10、极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理2.2 共发射极放大器的工作原理与分析方法共发射极放大器的工作原理与分析方法放大元件放大元件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RB+UCCUBBRCC1C2T共射极放大电路的组成共射极放大电路的组成作用:作用:使发射使发射结正偏,并提结正偏,并提供适当的静态供适当的静态工作点。工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+UCCUBBRCC1C2T

11、共射极放大电路的组成共射极放大电路的组成集电极电源,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+UCCUBBRCC1C2T共射极放大电路的组成共射极放大电路的组成集电极电阻,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+UCCUBBRCC1C2T共射极放大电路的组成共射极放大电路的组成耦合电容:耦合电容:电解电容,有极性,电解电容,有极性,大小为大小为10 F50 F作用:作用:隔直通交隔直通交隔离输入输出与隔离输入输出与电路直流的联系,电路直流的联系,同时能使信号顺同时能使信号顺利输入输出。利输入输出。Rb+VCCVB

12、BRCC1C2TRL+uiuo共射极放大电路的组成共射极放大电路的组成RB+RCC1C2RLUOUi+UBBUCCRB+UCCRCC1C2单电源供电的共单电源供电的共发射极放大电路发射极放大电路2.2.1 共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理RB+UCCRCC1C2Ui=0ICQIEQ=IBQ+ICQIBQUi=0称放大电称放大电路处于静态路处于静态RB+UCCRCC1C2UBEQICQIEQIBQUCEQICUCEOIBUBEO结论:结论:QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE? uCE

13、= UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析uitOuotOQuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuCE输入信号通过耦合电容加在三极管的发射输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过结于

14、是有下列过:三极管放大作用三极管放大作用 变化的变化的 通过通过 转变为转变为变化的输出变化的输出cicR021 uuRiiiuuCcccbcbeCi 结论:结论:(1)放大电路)放大电路中的信号是交直流共存,中的信号是交直流共存,可表示成:可表示成:ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu虽然交流量可正负变化,但虽然交流量可正负变化,但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变(2)输出)输出uo与输入与输入ui相比,相比,幅度被放大了,频率不变,幅度被放大了,频率不变,但相位相反。但相位相反。uiiBIBiCICuCEUCE 信号是叠加信号是叠加在静态基础上的在静态基础上的,

15、 输出信号与输入输出信号与输入信号相位相反,信号相位相反,相差相差180。ube uouBEUBE为什么要设置静态工作点为什么要设置静态工作点(1)静态工作点)静态工作点 ui=0时,输入特性曲线上的点时,输入特性曲线上的点(UBEQ,IBQ) 和输出特和输出特性曲线上的点性曲线上的点(UCEQ,ICQ),称之为静态工作点,称之为静态工作点Q。(2)设置静态工作点的必要性)设置静态工作点的必要性 放大的对象是动态信号,但前提是不失真。若去放大的对象是动态信号,但前提是不失真。若去掉直流偏置,根据图所示动态工作情况,掉直流偏置,根据图所示动态工作情况,在在ui负半周负半周以及以及ui正半周其幅值

16、小于晶体管发射结的导通电压时,正半周其幅值小于晶体管发射结的导通电压时,晶体管截止,输出电压不变,即动态电压为晶体管截止,输出电压不变,即动态电压为0,所以,所以造成了严重的失真造成了严重的失真,从这个意义上讲,设置静态工作,从这个意义上讲,设置静态工作点是十分必要的。此外,点是十分必要的。此外,静态工作点的设置,还影响静态工作点的设置,还影响到其它动态参数,必须合理设置静态工作点,在以后到其它动态参数,必须合理设置静态工作点,在以后各节再进行说明各节再进行说明。Q2uoUCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1uiuotiB B/ AiB B/ AuBE/Vt

17、uBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE1. 1. 直流通路与交流通路直流通路与交流通路 放大电路的分析:放大电路的分析:(1 1)静态分析;()静态分析;(2 2)动态分析。)动态分析。(1)直流通路:)直流通路:直流电流流经的通路,直流电流流经的通路,用于静用于静态分析态分析。对于直流通路:。对于直流通路:电容视为开路;电感视电容视为开路;电感视为短路;交流信号源视为短路,但保留其内阻为短路;交流信号源视为短路,但保留其内阻。(2)交流通路:)交流通路:交流电流流经的通路,交流电流流经的通路,用于动态分用于动态分析析。对于交流通路:。对于交流通路:大容量电容

18、(耦合电容、旁路大容量电容(耦合电容、旁路电容等)视为短路;大容量电感视为开路;直流电电容等)视为短路;大容量电感视为开路;直流电源视为短路源视为短路。直流通路直流通路( IB 、 IC 、 UCE )对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路(即将电容断开)可看作开路(即将电容断开)断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiERBRCuiuORLRSes+ 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

19、流可看作短路。短路短路短路短路对地短路对地短路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE + Rs us Rb1 VCC Rc Rb2 RL 图图 直直接接耦耦合合共共射射放放大大电电路路的的直直流流通通路路和和交交流流通通路路 Rs Rb1 VCC Rc Rb2 RL + Rs us Rb1 VCC Rc Rb2 RL + Rs us Rb1 Rc Rb2 RL (a) 直直流流通通路路 (b) 交交流流通通路路 C2 Rc + Rs us C1 VCC Rb RL 图图 阻阻容容耦耦合合共共射射放放大大电电路路的的直直流流通通路路和和交交流流通通路路 VC

20、C Rc Rb + Rs us Rc Rb RL (a) 直直流流通通路路 (b) 交交流流通通路路 C2 Rc + Rs us C1 VCC Rb RL 放大电路的组成原则 根据所用放大管的类型设置合适的静态工根据所用放大管的类型设置合适的静态工作作点点 。对于晶体管使其工作于线性放大区;对于晶体管使其工作于线性放大区;对于场效应管使其工作于恒流区,建立合适的对于场效应管使其工作于恒流区,建立合适的静态工作点,保证电路不失真。静态工作点,保证电路不失真。 必须保证从输入到输出信号的正常流通必须保证从输入到输出信号的正常流通途径。途径。输入信号能有效地作用于放大电路的输入信号能有效地作用于放大电路的输入回路;输出信号能有效地加到负载上。输入回路;输出信号能有效地加到负载上。本节小本节小 结结 放大电路的组成及各部分作用放大电路的组成及各部分作用; 主要技术指标主要技术指标: 直流通路直流通路:求静态工作点求静态工作点 交流通路交流通路:求动态参数求动态参数.uioARR、


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