05第五讲 放大电路的组成和工作原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,晶体管放大电路基础,第三章 放大电路的基本原理和基本分析方法,学时数：,16,3.1,放大的概念,3.2,放大电路的主要技术指标,3.3,单管共发射极放大电路,3.4,放大电路的基本分析方法,3.5,静态工作点的稳定问题,3.6 BJT,放大电路的三种基本组态,3.7 FET,放大电路,3.8,多级放大电路,2-1,放大电路的基本组成和工作原理,一、放大电路概述,四、放大电路的直流通路和交流通路,二、放大电路的基本组成原则,三、电压放大器的放大原理,五、电压放大器的三种基本组态,一、放大电路概述,1,、放大的概念,3,、放大电路的主要性能指标,2,、基本放大电路及其模型,问题,：,1,、“放大”的作用和实质是什么？,2,、放大电路有哪些基本类型？各适用于什么场合？,3,、放大电路有哪些主要的性能指标？各指标是如何定义的？如何测试这些指标？,1,、放大的概念,放大的作用：,把微弱的电信号放大至负载所需的数值。,放大的实质：,小能量对大能量的控制。,由小能量的输入信号去控制放大电路中的直流电源，使之输出较大的能量，然后推动负载。,放大的对象：,变化量。,放大的特征：,功率放大：,x,i,x,o,放大器,信号源,负载,扬声器,（执行机构）,例：,扩音系统,放大电路,声音,声音,话筒,（传感器）,E,放大的基本要求：,不失真放大的前提。,2,、基本放大电路及其模型,按输入信号与输出信号的不同组合方式，放大电路有四种基本类型：,i,o,u,o,i,o,u,o,输出信号,x,o,跨导增益,u,i,跨导放大器,跨阻增益,i,i,跨阻放大器,电流增益,i,i,电流放大器,电压增益,u,i,电压放大器,增益,(,放大能力,),输入信号,x,i,类型,通过本知识点的学习，了解四种放大器的电路模型以及它们之间的区别和联系。,x,i,x,o,放大器,信号源,负载,2,、基本放大电路及其模型,+,u,i,-,+,u,o,-,i,i,i,o,信号源内阻,信号源,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,R,s,u,s,R,i,u,o,R,O,R,L,输入电阻,输出电阻,输入电阻,R,i,：,从放大电路输入端看进去的等效电阻。,输出电阻,R,o,：,描述放大电路带负载能力的指标。,x,i,x,o,放大器,信号源,负载,负载,2,、基本放大电路及其模型,（,1,）电压放大器：,输入是电压信号，输出也是电压信号，是一种,电压控制电压源,。,R,s,u,s,R,i,A,uo,u,i,R,o,R,L,+,u,i,-,+,u,o,-,i,i,i,o,电压增益,A,u,：,当,R,L,=,时，,A,u,=,A,uo,，,A,uo,称为开路电压增益；,R,o,越小，,A,u,越稳定，放大器的带负载能力越强。,为使,u,i,尽可能接近,u,s,提高电源利用率，,R,i,越大越好。,为提高电源利用率和带负载能力，设计电压放大器时应满足,R,o,R,s,。,理想电压放大器的条件是,R,o,=0,和,R,i,= ,，,此时，,A,u,恒等于,A,uo,，而其电流增益和功率增益恒等于无穷大。,2,、基本放大电路及其模型,（,2,）电流放大器：,输入信号是电流，输出信号也是电流，是一种,电流控制电流源,。,电流增益,A,i,：,当,R,L,=0,时，,A,i,=,A,io,，,A,io,称为短路电流增益,R,o,越大，,A,i,越稳定，放大器的带负载能力越强。,为使,i,i,尽可能接近,i,s,提高电源利用率，,R,i,越小越好。,R,s,i,s,R,i,A,io,i,i,R,o,R,L,+,u,o,-,+,u,i,-,i,i,i,o,为提高电源利用率和带负载能力，设计电流放大器时应满足,R,o,R,L,，,R,i,R,s,。,理想电流放大器的条件是,R,o,= ,和,R,i,= 0,，,此时，,A,i,恒等于,A,io,，而其电压增益和功率增益恒等于无穷大。,2,、基本放大电路及其模型,（,3,）跨阻放大器：,跨阻增益,A,r,：,为使,i,i,尽可能接近,i,s,提高电源利用率，,R,i,越小越好。,输入信号是电流，输出信号是电压，是一种,电流控制电压源,。,i,i,i,o,R,L,R,s,i,s,R,i,A,ro,i,i,R,o,+,u,i,-,+,u,o,-,当,R,L,= ,时，,A,r,=,A,ro,，,A,ro,称作开路跨阻增益,R,o,越小，,A,r,越稳定，放大器的带负载能力越强。,设计跨阻放大器时，应设法满足,R,o,R,L,，,R,i,R,L,，,R,i,R,s,。,当,R,L,=0,时，,A,g,=,A,g o,A,g o,称作短路跨导增益,i,i,i,o,R,s,u,s,R,i,A,go,u,i,R,o,R,L,+,u,o,-,+,u,i,-,（,5,）四种基本放大器的区别和联系,区别是：,增益的量纲不同,对输出电阻的要求不同,对输入电阻的要求不同,以电压作为输出量的放大器要求,R,o,R,L,以电压作为输入量的放大器要求,R,i,R,s,以电流作为输入量的放大器要求,R,i,R,s,适用场合不同,电压放大器和跨阻放大器适用于负载电阻较大的场合， 多用于信号的前置放大和中间放大。,电流放大器和跨导放大器适用于负载电阻较小的场合， 多用于电子系统的输出级或执行机构的驱动电路。,联系是：,四种模型电路的参数之间可以相互转换。,一般电压增益更容易测量，其他增益可以由电压增益换算得到。,+,u,i,-,+,u,i,-,i,i,i,o,R,L,R,s,i,s,R,i,A,ro,i,i,R,o,+,u,o,-,i,i,i,o,R,s,u,s,R,i,A,go,u,i,R,o,R,L,+,u,o,-,+,u,i,-,R,s,i,s,R,i,A,io,i,i,R,o,R,L,+,u,o,-,i,i,i,o,电流增益：,跨阻增益：,跨导增益：,电流放大,跨阻放大,跨导放大,（,5,）四种基本放大器的区别和联系,说到放大你最关心什么,?,能放多大,?,象不象,?,对信号源影响有多大,?,带负载能力如何,?,1,、放大倍数（增益）,2,、输入电阻,3,、输出电阻,4,、通频带,5,、非线性失真系数,6,、动态范围,x,i,x,o,放大器,信号源,负载,频率响应,?,3,、放大电路的主要性能指标,交流指标,能够输出的最大电压,?,（,1,）放大倍数（增益）,描述放大电路放大能力的指标。,放大倍数,输出量,输入量,电压放大器：,电流放大器：,跨阻放大器：,跨导放大器：,电压增益（无量纲）,电流增益（无量纲）,跨阻增益（,）,跨导增益（,S,）,（是复数，反映两者的幅值比和相位差）,放大倍数（增益）的“分贝”表示方法：,放大倍数也常用分贝作单位，其换算关系为：,是最常被研究和测试的参数,3,、放大电路的主要性能指标,（,2,）输入电阻,R,i,用来描述放大电路对信号源索取电流的大小，也表示放大器对信号源的影响程度。,输入为电压源：,R,i,，,i,i,，,u,i,就越接近,u,S,，,输入信号的利用率越高。,u,S,R,S,u,i,u,o,A,u,i,i,i,O,（,R,i,越大越好）,输入为电流源：,R,i,，,i,RS,，,i,i,就越接近,i,S,，,输入信号的利用率越高。,（,R,i,越小越好）,i,S,R,S,R,i,从放大电路输入端看进去的等效电阻。,3,、放大电路的主要性能指标,（,3,）输出电阻,R,o,描述放大电路带负载能力的指标。,放大电路对其,负载,而言，相当于信号源，我们可以用戴维南定理将之等效为一个电压源，电压源的内阻就是输出电阻。,u,S,R,S,R,o,u,O,以电压作为输出量的放大器：,R,o,越小越好。,以电流作为输出量的放大器：,R,o,越大越好。,3,、放大电路的主要性能指标,如何获得电路的输出电阻,R,o,？,（,1,）将信号源置零 ，保留内阻,(,保留受控源,),。,（,2,）将负载开路，在输出端加一个电压,u,o,，得到输出电流,i,o,。,方法,1,：加压求流法（外加激励法）,i,O,u,o,（,3,）计算。,*,注意,! !,计算输出电阻时必须将独立信号源置零并保留内阻。,输出电阻与负载无关！,保留内阻,=,L,R,=,S,u,0,O,O,O,i,u,R,=,u,S,R,S,R,o,u,S,方法,2,：实验测量法,u,S,R,S,R,o,u,S,（,1,） 将负载开路，测量开路（空载）输出电压,U,S,。,（,2,） 在输出端接入一个已知负载，测输出电压,U,L,。,（,3,） 计算。,R,L,U,L,如何获得电路的输出电阻,R,o,？,（,4,）通频带,BW,描述放大电路对不同频率信号的放大能力。,f,|A,u,|,0,由于电路中的电抗元件以及放大管的,PN,结电容效应，使放大电路在信号频率较低或较高时的电压放大倍数下降，并产生相移。描述放大倍数的幅值随频率变化的曲线，称为幅频特性曲线。,中频区,|A,um,|,中频增益,0.7,|A,um,|,3dB,高频区,低频区,f,L,f,H,下限频率,上限频率,通频带,BW,=,f,H,f,L,3dB,带宽,3,、放大电路的主要性能指标,（,5,）非线性失真系数,D,描述放大电路的失真程度。,（,6,）动态范围,U,O(P-P),放大电路的最大输出幅度。,表示非线性失真系数,D,在允许范围时，放大器能够输出的最大电压的值，一般用输出电压的峰峰值或有效值表示。,思考题 ：,1.,测量放大器输入电阻、输出电阻应该用什么信号？,2.,测量放大器的通频带用什么信号？,3.,测量放大器的动态范围用什么信号？,3,、放大电路的主要性能指标,中频区正弦小信号,宽频率范围的,小信号,中频信号，加较大,信号,1,、基本放大电路的组成及各元件的作用,二、放大电路的基本组成和工作原理,2,、设置静态工作点的必要性,3,、放大电路的组成原则,R,C,E,C,E,B,R,b,+,-,u,S,u,o,+,-,共射,1,、基本放大电路的组成及各元件的作用,E,B,R,b,:,使,发射结正偏,，且有合适的,I,B,。,（不用,R,b,可以吗？）,E,C,:,使,集电结反偏，同时提供能量。,R,C,:,将,i,C,转化为,u,CE,(,u,o,）。,R,C,E,C,E,B,R,b,+,-,u,S,u,o,+,-,BJT,:,电流的控制和放大作用。,信号源作用时：,信号源为,u,S,0,时，,BJT,的各极电流和极间电压均为直流量，称为静态工作点,Q,，即为：,（对,R,C,的取值有要求吗？）,静态工作点设置是否合适，对放大器性能的影响至关重要。,放大的对象是变化量,R,C,R,b,+E,C,u,o,+,-,2,、设置静态工作点的必要性,R,C,E,C,E,B,R,b,+,-,u,S,u,o,+,-,为什么放大的对象是动态信号，却需要晶体管在信号为,0,时有合适的直流电流和极间电压呢？,分析没有基极偏置的情况：,+,-,u,S,u,BE,i,B,0,U,on,u,S,t,一般的输入信号不足以使,BJT,导通，,u,o,=,E,C,，即使输入信号足够大，也只有在输入信号大于,U,on,时，输出才有变化，产生严重,失真,！,结果：输出电压必然产生失真,!,设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但是,Q,点的位置几乎影响着放大电路所有的动态参数。,3,、,放大电路的组成原则,（,1,）要设置合适的静态工作点：,合适的直流电源：,对于,BJT,放大电路，电源的极性和大小应使晶体管发射结正偏，集电结反偏，保证,BJT,工作在放大区；对于,FET,放大电路，电源的极性和大小应为,FET,的栅,-,源之间、漏,-,源之间提供合适的电压，使之工作在恒流区。,合适的电路参数：,电阻取值适当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。,（,2,）要有,“,通畅,”,的交流通路：,输入信号必须能够作用于放大管的输入回路：,对于,BJT,，输入信号必须能够作用于发射结，产生,u,BE,(,或,i,B,),；对于,FET,，输入信号必须能够改变栅,-,源电压，产生,u,GS,。,输出信号必须能顺利输出：,当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。,（,3,）对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能 少、负载上无直流分量。,共地：,输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端。,R,b1,R,b2,R,C,R,L,+E,C,u,S,+,-,T,4,、,两种实用的放大电路,（,1,）直接耦合放大电路,R,C,E,C,E,B,R,b,+,-,u,S,u,o,+,-,存在问题：,两种电源；,信号源与放大电路不共地；,输入信号和放大电路、负载和放大电路直接连接。,输出含有直流分量。,存在问题：,输入的交流信号在电 阻上有损耗；,输出含有直流分量,电源正极标出电位,（,2,）阻容耦合放大电路,C1,，,C2,为耦合电容！,耦合电容的特点：,耦合电容的容量应足够大，在放大电路的通频带内，对于交流信号近似为短路，其作用是,“,隔断直流、通过交流,”,。,R,b1,R,b2,R,C,R,L,+E,C,u,S,+,-,C,1,C,2,输入信号和放大电路、负载和放大电路通过电容连接。,静态时,C1,、,C2,上的电压？,动态时：,信号驮载在静态之上。,负载上只有交流信号。,耦合电容没有动态损耗。,缺点：当信号频率较低时，电容上的交流损耗变大。,（注意电容的极性）,C,1,C,2,C,e,R,b1,R,b2,R,e,R,L,R,C,R,S,u,S,E,C,+,旁路电容,4,、,两种实用的放大电路,三、放大电路的直流通路和交流通路,通常放大电路中直流电源和交流信号的作用共存，并且由于电路中电抗元件的存在，交流电流和直流电流流过的通路是不一样的。为简化分析，在分析时将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。,1,、直流通路,直流电源作用的通路，解决静态工作点问题。,2,、交流通路,交流信号源作用的通路，反映交流信号的传输问题。,交流信号源置零，保留内阻；,电容开路；,适用的频率范围：放大电路的中频区,电感短路（线圈电阻近似为,0,）。,大电容（耦合电容、旁路电容）相当于短路；,直流电源相当于短路；,电感相当于开路。,R,b1,R,b2,R,C,R,L,+E,C,u,i,+,-,T,C,B,E,直接耦合放大电路的直流通路和交流通路,R,b2,R,C,R,L,+E,C,T,R,b1,R,C,R,L,T,R,b2,+,-,u,i,R,b1,直流通路,交流通路,R,b1,R,b2,R,C,R,L,+E,C,u,i,+,-,T,C,B,E,R,b1,R,b,R,C,R,L,+E,C,u,i,+,-,T,C,1,C,2,C,B,E,R,b,R,C,+E,C,T,R,b1,R,b,R,C,R,L,+E,C,u,i,+,-,T,C,1,C,2,C,B,E,R,C,R,L,T,R,b,+,-,u,i,直流通路,交流通路,阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路,带发射极电阻的阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路,C,1,C,2,C,e,R,b1,R,b2,R,F,R,L,R,C,R,S,u,S,+E,C,+,-,R,e,R,b1,R,b2,R,F,R,C,+E,C,R,e,R,C,R,L,T,R,b2,+,-,u,S,R,F,R,b1,R,S,【,例题,】,判断图中各电路能否实现电压放大？,判断方法：,1.,是否有合适的静态偏置。,2.,交流信号能否加到,BJT,输入端，能否输出。,（看电源极性，隔直电容位置）,（看旁路电容）,C,2,R,b,R,c,C,1,E,C,R,c,E,C,R,b,C,1,C,2,R,b,C,1,C,2,E,C,R,b,R,c,C,1,C,2,E,C,例题,判断图中各电路能否实现电压放大？,+,E,C,R,C,R,b1,C,1,C,2,R,b2,+,-,u,o,+,-,u,i,+,E,C,R,C,R,b,C,1,C,2,+,-,u,o,+,-,u,i,+,E,C,R,C,R,b,+,-,u,o,+,-,u,i,+,E,C,R,C,R,b,+,-,u,o,+,-,u,i,+,E,C,R,C,R,b,+,-,u,o,+,-,u,i,判断方法：,1.,是否有合适的静态偏置。,2.,交流信号能否加到,BJT,输入端，能否输出。,（看电源极性，隔直电容位置）,（看旁路电容）,四、放大电路的三种基本组态,根据放大电路的输入、输出信号所接电极的不同，放大电路可分为三种基本组态：,共射,组态、,共集,组态和,共基,组态。,C1,R,b1,R,e,R,L,R,S,u,S,E,C,+,-,C2,u,o,+,-,C1,C2,R,b1,R,C,R,L,R,S,u,S,E,C,+,R,b2,R,e,C,b,-,+,u,o,-,C1,C2,Ce,R,b1,R,b2,R,e,R,L,R,C,R,S,u,S,E,C,+,-,+,-,u,o,共发射极组态,共集电极组态,共基极组态,组态,输入端所接电极,输出端所接电极,公共端,共射,b,c,e,共集,b,e,c,共基,e,c,b,如何判断放大电路的组态？,（根据输入、输出端所接电极判断）,思考：,？,1,、放大电路有哪些主要指标？你知道怎样测量这些参数吗？,2,、组成基本放大电路需要遵循哪些原则？,3,、交、直流并存是放大电路的共同特点，你知道放大电 路中各点的电压或电流的波形是什么样的吗？,4,、什么叫直流通路，什么叫交流通路？你知道怎么画直流通路和交流通路吗？,5,、放大电路有三种基本组态，你知道如何去判断组态吗？,戴维南定理,等效电压源的电动势,U,oc,有源二端网络的开路电压,U,ab,等效电压源的内阻,R,o,有源二端网络除源后所得的等效电阻,戴维南定理指出：任何一个线性有源二端网络对外电路而言，可以用一个电压源来等效代替。,只需计算复杂电路中某一支路的电流时，应用等效电源定理来求解最为简便。此法是将代求支路从电路中取出，把其余电路（含有电源和无源元件）用一个等效电源来代替。,1.,只有电路既放大电流又放大电压，才能称其具有放 大作用。（ ）,2.,可以说任何放大电路都具有功率放大作用。,( ),3.,电路中各电量的交流成份全部由交流信号源提供。,( ),4.,放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作。,( ),