放大电路课件

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,0,2.1.1,放大器概述,放大器：,把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放大。,扩音机框图,扩音机是一种常见的放大器，如图所示。,声音先经过话筒转换成随声音强弱变化的电信号；再送入电压放大器和功率放大器进行放大；最后通过扬声器把放大的电信号还原成比原来响亮得多的声音。,第1页/共47页,2.1.1 放大器概述 放大器：把微弱的电,1,2.1.2,放大器的放大倍数,放大器的框图,输入端,输入电流,输出电流,输入电压,输出电压,输出端,第2页/共47页,2.1.2放大器的放大倍数放大器的框图输入端输入电流输出电,2,一、放大倍数的分类,1,电压,放大倍数,(,3,.,1,.,1,),2,电流,放大倍数,(,3,.,1,.,2,),3,功率放大倍数,(,3,.,1,.,3,),三者关系为,(,3,.,1,.,4,),第3页/共47页,一、放大倍数的分类 1电压放大倍数(3.1.1),3,二、放大器的增益,增益,G,：,用对数表示放大倍数。单位为,分贝,(,dB,),。,1,功率增益,G,P,=10lg,A,P,(dB),2,电压增益,G,v,=20lg,A,v,(dB),3,电流增益,G,i,=20lg,A,i,(dB),三者关系为？,三者关系为：,G,P,=,（,G,v,+,G,i,）,/2,第4页/共47页,二、放大器的增益增益 G：用对数表示放大倍数。单位为分贝(d,4,例题,1,：电压放大倍数为,1 000,，电流放大倍数为,100,，求电压、电流、功率增益各为多少？,解：,Gv=20 lg1 000=60 dB,Gi=20 lg100=40 dB,Gp=10 lg(1000,100)=50 dB,例题,2,：第一级电压放大倍数为,0.01,，第二级为,1 000,，求总放大倍数和增益。,解一：,Av,=0.01,1 000=10,Gv,=20 lg,Av,=20 dB,解二：,Gv1,=20 lg 0.01dB=,40 dB,Gv2,=20 lg1 000dB=60 dB,Gv,=,Gv1,Gv2,=20 dB,第5页/共47页,例题 1：电压放大倍数为1 000，电流放大倍数为100，求,5,二、放大器的增益,增益,G,：,用对数表示放大倍数。单位为,分贝,(,dB,),。,1,功率增益,G,P,=10lg,A,P,(dB),2,电压增益,G,v,=20lg,A,v,(dB),3,电流增益,G,i,=20lg,A,i,(dB),增益为正值时，电路是放大器，增益为负值时，电路是衰减器。例如，放大器的电压增益为,20 dB,，则表示信号电压放大了,10,倍。又如，放大器的电压增益为,-,20 dB,，这表示信号电压衰减到,1/10,，即放大倍数为,0.1,。,第6页/共47页,二、放大器的增益增益 G：用对数表示放大倍数。单位为分贝(d,6,2.2,单级低频小信号放大器,2.2.1,单管共射基本放大电路,2.2.2,放大器的静态工作点,2.2.3,共发射极电路的放大和反向作用,第7页/共47页,2.2单级低频小信号放大器2.2.1单管共射基本放大电路,7,单级低频小信号放大器：,工作频率在,20 Hz,(,赫,),到,20 kHz,(,千赫,),内、电压和电流都较小的单管放大电路。,2.2.1,单管共射基本放大电路,单管共发射极放大电路,一、电路的组成和电路图的画法,1,电路组成,第8页/共47页,单级低频小信号放大器：工作频率在 20 Hz,8,2,元件作用,E,B,基极电源。通过偏置电阻,R,b,，保证发射结正偏。,E,C,集电极电源。通过集电极电阻,R,C,，保证集电结反偏。,R,b,偏置电阻。保证由基极电源,E,B,向基极提供一个合适的基极电流。,R,c,集电极电阻。将三极管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化。,C,1,、,C,2,耦合电容。防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响；同时保证交流信号顺利地传输。即,“,隔直通交,”,。,第9页/共47页,2元件作用EB基极电源。通过偏置电阻 Rb，保证发,9,实际电路通常采用单电源供电，如图,(,b,),所示,。,单管共发射极放大电路,第10页/共47页,实际电路通常采用单电源供电，如图(b)所示。单管共发射极放大,10,3,电路图的画法,如右图所示。,“,”,表示接地点，实际使用时，通常与设备的机壳相连。,R,L,为负载，如扬声器等。,单电源供电放大器的习惯画法,C,1,、,C,2,非电解电容器的画法,第11页/共47页,3电路图的画法如右图所示。“”表示接地点，实际使用时,11,二、电路中电压和电流符号写法的规定,1,直流分量,：,用大写字母和大写下标的符号，如,I,B,表示基极的直流电流。,2,交流分量瞬时值：,用小写字母和小写下标的符号，如,i,b,表示基极的交流电流。,3,总量瞬时值：,是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号，如,i,B,=,I,B,+,i,b,，即表示基极电流的总瞬时值。,第12页/共47页,二、电路中电压和电流符号写法的规定1直流分量：用大写字,12,2.2.2,放大器的静态工作点,静态：,无信号输入,(,v,i,=0,),时电路的工作状态。,1,静态工作点,Q,：,静态时晶体管直流电压,U,BE,、,U,CE,和对应的,I,B,、,I,C,值。分别记作,U,BEQ,、,I,BQ,、,U,CEQ,和,I,CQ,。如下图 所示。,静态工作点,第13页/共47页,2.2.2放大器的静态工作点静态：无信号输入(vi=0,13,U,BEQ,：硅管一般为,0.7 V,，锗管为,0.3 V,。,静态工作点,第14页/共47页,UBEQ：硅管一般为 0.7 V，锗管为 0.3 V。静态工,14,例 题,在图示单级放大器中，设,V,G,=12 V,R,b,=220 k,，,R,C,=2 k,，,=60,。求放大器的静态工作点。,静态工作点,解,从电路可知，晶体管是,NPN,型，按照约定视为硅管，则,第15页/共47页,例 题在图示单级放大器中，设 VG=12 V,R,15,2,静态工作点对放大器工作状态的影响,静态工作点,放大器的静态工作点是否合适，对放大器的工作状态影响非常大。,若把左图中的,R,b,除掉，电路如右图所示，则,I,BQ,=0,，当输入端加正弦信号电压,v,i,时，在信号正半周，发射结正偏而导通，输入电流,i,b,随,v,i,变化。在信号负半周，发射结反偏而截止，输入电流,i,b,等于零。即波形产生了失真。,除去,R,b,时放大器工作不正常,第16页/共47页,2静态工作点对放大器工作状态的影响 静,16,2,静态工作点对放大器工作状态的影响,如果,R,b,阻值适当，则,I,BQ,不为零且有合适的数值。当输入端有交流信号,v,i,通过,C,1,加到晶体管的发射结时，基极电流在直流电流,I,BQ,的基础上随,v,i,变化，即交流,i,b,叠加在直流,I,BQ,上。,第17页/共47页,2静态工作点对放大器工作状态的影响 如果 Rb 阻值适,17,2,静态工作点对放大器工作状态的影响,如果,I,BQ,的值大于,i,b,的幅值，那么基极的总电流,I,BQ,+,i,b,始终是单方向的直流电，即它只有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电流,i,b,的波形失真。,综上可见，一个放大器的静态工作点是否合适，是放大器能否正常工作的重要条件。由电源,V,G,和偏置电阻,R,b,组成的电路，就是为了提供合适的偏流而设置的，称为偏置电路。,第18页/共47页,2静态工作点对放大器工作状态的影响 如果 IBQ 的值,18,2.2.3,共发射极电路的放大和反相作用,1,信号放大与反相,由于基极电流对集电极电流的控制作用，集电极电流在静态值,I,CQ,的基础上跟着,i,b,变化,i,c,=,I,CQ,+,i,c,同样，集电极与发射极电压也是静态电压,U,CEO,和交流电压,u,ce,两部分合成，即,u,CE,=,U,CEQ,+,u,ce,交流输入信号,v,i,经过电容,C,1,作用在晶体管的发射结，引起基极电流的变化，这时基极总电流为,i,B,=,I,BQ,+,i,b,第19页/共47页,2.2.3共发射极电路的放大和反相作用1信号放大与反相,19,由于集电极电流,i,c,流过电阻,R,C,时，在,R,C,上产生电压降,i,c,R,C,，则集电极与发射极间总的电压应为：,负号表示,i,c,增加时,v,ce,将减小，即,v,ce,与,i,c,反相。,经耦合电容,C,2,的,“,隔直通交,”,，放大器，输出端获得放大后的输出电压,v,o,v,ce,i,c,R,c,，即,v,o,与,v,i,相反。,u,CE,=,U,CEQ,+,u,ce,第20页/共47页,由于集电极电流 ic 流过电阻 RC 时，在 RC 上产,20,2,直流通路和交流通路画法,(,1,),直流通路：,电容视为开路，电感视为短路，其他不变。,(,2,),交流通路：,电容和电源视为短路。,直流、交流通路画法,第21页/共47页,2直流通路和交流通路画法(1)直流通路：电容视为开路，电感,21,单级放大器的工作特点：,(,1,),为了不失真地放大信号，放大器必须设置合适的静态工作点。,(,2,),共发射极放大器对输入的信号电压具有放大和倒相作用。,(,3,),在交流放大器中同时存在着直流分量和交流分量两种成分。直流分量反映的是直流通路的情况；交流分量反映的是交流通路的情况。,第22页/共47页,单级放大器的工作特点：(1)为了不失真地放大信号，放大器,22,2.3,放大电路的分析方法,2.3.1,图解法,2.3.2,估算法,第23页/共47页,2.3放大电路的分析方法2.3.1图解法2.3.2估算,23,2.3.1,图解法,通常采用图解法和估算法对放大电路的基本性能进行分析。,图解法,：利用晶体管特性曲线，通过作图分析放大器性能。,一、用图解法分析静态工作点,1,直流负载线,放大器的输出回路,第24页/共47页,2.3.1图解法通常采用图解法和估算法对放大电路的基本性能,24,静态工作点的图解分析,由直流通路得,V,CE,和,I,C,关系的方程为,V,CE,=,V,G,-,I,C,R,c,根据上式在左图晶体管输出特性曲线族上作直线,MN,，斜率是,1/,R,c,。由于,R,c,是直流负载电阻，所以直线,MN,称为直流负载线。,第25页/共47页,静态工作点的图解分析 由直流通路得 VCE 和,25,2,静态工作点的图解分析,静态工作点的图解分析,如图所示，若给定,I,BQ,=,I,B3,，,则曲线,I,BQ,=,I,B3,与直线,MN,的交点,Q,，即为静态工作点。过,Q,点分别作横轴和纵轴的垂线得对应的,V,CEQ,、,I,CQ,。由于晶体管输出特性是一组曲线，所以，对应不同的,I,BQ,，静态工作点,Q,的位置也不同，所对应的,V,CEQ,、,I,CQ,也不同。,第26页/共47页,2静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析如图所示，若,26,二、用图解法分析输出端带负载时的放大倍数,1,交流负载线,交流通路,交流负载电阻为,过,Q,点，作斜率为 的直线，得交流负载线,M,N,。,第27页/共47页,二、用图解法分析输出端带负载时的放大倍数1交流负载线交流通,27,2,放大倍数的图解分析,如图所示。根据,i,B,的变化范围,i,Bmax,和,i,Bmin,，得到工作点的变化范围,Q,1,、,Q,2,，,可得输出电压的动态范围,V,CEmax,V,CEmin,。,所以输出电压的幅值,V,om,=,V,CEmax,V,CEQ,若输入信号的幅值为,V,im,，则放大器的电压放大倍数为,放大倍数的图解分析,v,o,v,ce,i,c,R,c,第28页/共47页,2放大倍数的图解分析 如图所示。根据 iB 的变化范,28,三、静态工作点与