第3章基本放大电路.ppt

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1、2.1 放大电路的基本概念 2.2 基本放大电路的分析方法 2.3 场效应三极管放大电路的 分析方法2.1 放大电路的基本概念 2.1.1 放大的概念 2.1.2 放大电路的主要技术指标 2.1.3 基本放大电路的工作原理2.1.1 放大的概念 基本放大电路一般是指由一个三极管与基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。相应元件组成的三种基本组态放大电路。1.1.放大电路主要用于放大微弱信号，输放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。号的能量得到了加强。2.2.输出信号的能量实际

2、上是由直流电源输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。成信号能量，提供给负载。共发射极、共集电极、共基极共发射极、共集电极、共基极放大电路的结构示意框图见图放大电路的结构示意框图见图03.0103.01。图03.01 放大概念示意图2.1.2 2.1.2 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带(1)(1)放大倍数放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍

3、数,通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图03.02所示。图03.02 放大倍数的定义功率放大倍数功率放大倍数定义为定义为(03.03)iiooio/IVIVPPAp电压放大倍数电压放大倍数定义为定义为 (03.01)io/VVAv电流放大倍数电流放大倍数定义为定义为 (03.02)io/IIAi(2)(2)输入电阻输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。Ri的定义见图03.03和式(03.04)(03.04)iiiIVR图 03.03 输入电阻的定义(3)(3)输出电阻输出电阻Ro 输出电阻是表明放大电

4、路带负载输出电阻是表明放大电路带负载的能力，的能力，Ro大表明放大电路带负载的大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。能力差，反之则强。Ro的定义见图的定义见图03.0403.04和式和式(03.05)(03.05)。(03.05)0,.o.ooSL=VRIVR 图图(a)是从输出端加假想电源是从输出端加假想电源V o求求Ro，图图(b)是通过放大电路的负载特性曲线求是通过放大电路的负载特性曲线求Ro。Ro=Vo/Io=(VoVo)/Io =(VoVo)RL/Vo =(Vo/Vo)1 RL (03.06)(a)从假想的 求Ro (b)从负载特性曲线求Ro图 03.04 输出电阻的定义 oV)0

5、5.03()b(04.03oooL根据式。开路时的输出为，、，测得时，在带根据图VIVR 注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。状态且输出不失真的条件下才有意义。(4)(4)通频带通频带00HL7.02)()(AAfAfA(03.06)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。图 03.05 通频带的定义 放大电路的增益放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低是频率的函数。在低频段和高

6、频段放大倍数都要下降。当频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降下降到中频电压放大倍数到中频电压放大倍数A0的的 1/时时，即，即22.1.3 2.1.3 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理(1)(1)共发射极组态交流基本放大电路的共发射极组态交流基本放大电路的 组成组成(2)(2)静态和动态静态和动态(3)(3)直流通道和交流通道直流通道和交流通道(4)(4)放大原理放大原理基本组成如下：基本组成如下：三三 极极 管管T 负载电阻负载电阻Rc、RL 偏置电路偏置电路VCC、Rb 耦合电容耦合电容C1、C2起放大作用。起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出。提供电源，并使三

7、极管工作在线性区。输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。(1)(1)共发射极组态交流基本放大电路的组成共发射极组态交流基本放大电路的组成 图 03.06 共发射极组态交流基本放大电路 (2)(2)静态和动态静态和动态 静态静态 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。0iv 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道动态，正确地区分直

8、流通道和交流通道。动态动态 时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状态，也称态，也称交流工作状态交流工作状态。0iv 直流通道 交流通道 直流电源和耦合电容对交流相当于短路 即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻，Rc、Rb。能通过交流的电路通道。如从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc/RL和偏置电阻Rb。若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。(3)(3)直流通道和交流通道直流通道和交流通道 (a)直流通道 (b)交流通道 图 03.07 基本放大电路的

9、直流通道和交流通道(4)(4)放大原理放大原理 输入信号通过耦合电容加在三极管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程：的发射结于是有下列过程：o2ccc)b(cbbe1ivCvRiiiivCv三极管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出cicR2.2 2.2 双极型三极管放大电路双极型三极管放大电路 的的 基基 本本 分分 析析 方方 法法2.2.1 放大电路的静态分析2.2.2 放大电路的动态图解分析2.2.3 三极管的低频小信号模型2.2.4 共射组态基本放大电路微变等效 电路分析法2.2.5 放大器工作点稳定问题2.2.6 共集、共基组态基本放大电路 2.2.1 2.2.

10、1 放大电路的静态分析放大电路的静态分析 静态分析有静态分析有计算法计算法和和图解分析法图解分析法两种。两种。（1 1）静态工作状态的计算分析法）静态工作状态的计算分析法（2 2）静态工作状态的图解分析法）静态工作状态的图解分析法 静态工作状态的计算分析法静态工作状态的计算分析法cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI IB、IC和和VCE这些量代表的工作状态称为这些量代表的工作状态称为静静态工作点态工作点，用用Q表示。在测试基本放大电路时，表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位往往测量三个电极对地的电位VB、VE和和VC即可即可确定三极管的静态工作状态确定三极管的静态

11、工作状态。根据直流通道可对放大电路的静态进行计算根据直流通道可对放大电路的静态进行计算静态工作状态的图解分析法静态工作状态的图解分析法图 03.08 放大电路静态工作状态的图解分析 放大电路的静态工作状态的图解分析如图03.08所示。1.由直流负载列出方程由直流负载列出方程 VCE=VCCICRc2.在输出特性曲线上确定在输出特性曲线上确定两个特殊点两个特殊点,即可即可 画出直流负载线。画出直流负载线。直流负载线的确定方法直流负载线的确定方法：VCC 、VCC/Rc3.在输入回路列方程式在输入回路列方程式VBE=VCCIBRb4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两在输入特性曲线上，作出输入负

12、载线，两 线的交点即是线的交点即是Q。5.得到得到Q点的参数点的参数IBQ、ICQ和和VCEQ。例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图 03.09所示，试判断三极管的工作状态。图 03.09 三极管工作状态判断 放大截止饱和2.2.2 放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析 （1）交流负载线）交流负载线 （2）交流工作状态的图解分析）交流工作状态的图解分析 （3）最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度 （4）非线性失真非线性失真（1）交流负载线）交流负载线 交流负载线确定方法：交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜点做一条直线，其斜 率为率为

13、-1/RL 。2.RL=RLRc，是交流负载电阻。是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流交流负载线是有交流 输入信号时输入信号时Q点的运点的运 动轨迹。动轨迹。4.交流负载线与直流交流负载线与直流 负载线相交负载线相交Q点。点。图图 03.11 放大电路的动态放大电路的动态 工作状态的图解分析工作状态的图解分析图 03.12 放大电路的动态图解分析通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论：1.1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.2.vo与与vi相位相反；相位相反；3.3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.4.可以确定最大不失真输

14、出幅度可以确定最大不失真输出幅度。(2)(2)交流工作状态的图解分析交流工作状态的图解分析波形的失真饱和失真截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为底部失真。输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为顶部失真。输出电压表现为顶部失真。(3)(3)最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度 注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式

15、，与NPN管正好相反。放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：需要：1.工作点工作点Q要设置在输出特性曲线放要设置在输出特性曲线放 大区的中间部位；大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。要有合适的交流负载线。图 03.14 放大器的最大不失真输出幅度（4）非线性失真非线性失真%10012322VVVTHD 放大器要求输出信号与输入信号之间是线性放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。关系，不能产生失真。由于三极管存在非线性，使输出信号产生了由于三极管存在非线性，使输出信号产生了

16、非线性失真非线性失真。非线性失真系数的定义：非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，表示，即即2.2.3 三极管的低频小信号模型三极管的低频小信号模型（）模型的建立（）模型的建立（）主要参数（）主要参数（）（）h h参数参数（）（）h h参数微变等效电路简化模型参数微变等效电路简化模型 (1)(1)模型的建立模型的建立 1.1.三极管可以用一个模型来代替。三极管可以用一个模型来代替。2.2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。微变也具有线性同样的含义。三极管的低频小信号模型如图三极管的低频小信号模型如图03.1603.16所示。所示。图 03.16 双极型三极管h参数模型（2)2)模型中的主要参数模型中的主要参数 r rbebe三极管的交流输入电阻三极管的交流输入电阻 根据二极管