第八章单级低频小信号放大器

[引入新课]谈到“放大”,学生自然而然会问:“放大有什么样的用途？”放大器是把微弱的输入信号，通过电子器件的控制作用，将直流电源功率转换成较强的电信号的电路，称为放大电路，简称放大器。“放大”指的是功率放大，即P出P入放大电路在工业生产过程及日常生活中应用很广，扩音机就是一个非常典型的例子，如图所示：[讲授新课]第八章单级低频小信号放大器§8.1基本共射放大电路一、基本共射放大电路的组成和原理（一）电路说明1、单管共发射极放大电路在教学中的位置（承上启下）[提问]（1）三极管最重要的特性是什么？（电流放大）（2）它的放大能力如何表示？（IC=ßIB）（3）它是一个有源的器件吗？（不是，澄清“无中生有”的错误概念）（4）三极管工作于放大区的条件是什么？（外部、内部条件）2、电路的组成及电路图画法A电路组成：（1）三极管V：采用NPN型硅管；（2）基极电源GB：作用是使发射结正偏；（3）集电极电源GC：作用是使集电结反偏；（4）基极偏置电阻Rb：作用是与电源VB一起给基极提供一个合适的基极电流IB，双电源供电又称偏置电阻；（5）集电极电阻Rc：作用是将集电极电流ic的变化转换成集-射之间的电压uCE的变化；（6）负载电阻RL（7）耦合电容C1和C2：又称隔直电容，作用是隔直通交，避免了电源与放大电路之间，放大电路与负载之间直流电流的互相影响，分有极性、无极性两种；（8）“⊥”表示接地，它并不真正接到大单电源供电地的地电位，而表示电路的参考零电位，它只是电路中各点电压的公共端点。B、电路图画法：单电源供电放大器的习惯画法分析电路：1、IBQ≈VG/Rb因为VG、Rb为定值所以IBQ也为定值，称为固定偏置电路。2、ICQ=βIBQ+ICEQ因为ICEQ随T的变化而变化，所以ICQ也随T变化,Q点不稳定，只能用在环境温度变化不大,要求不高的场合。（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：IB、IC、IE、UBE、UCE2、交流分量：用小写字母和小写下标的符号；如：ib、ic、ie、ube、uce3、总量：是交流分量和直流分量之和，用小写字母和大写下标的符号；如：iB、iC、iE、uBE、uCE二、放大器的静态工作点1、静态：Vi=0的状态，称为静态；2、静态工作点Q：Vi=0时，晶体管直流电压VBE、VCE和对应的IB、IC统称为静态工作点，分别记作：VBEQ、VCEQ、IBQ、ICQ；由单管共发射极电路可知：IBQ=（VG-VBEQ）/RbICQ=ßIBQVCEQ=VG-ICQ×RC其中VBEQ=0.7V(硅)0.3V(锗)例：上图中,已知VG=12V，RC=2KΩRb=220KΩß=60求Q点。解:IBQ=(VG-VBQ)/Rb=(12-0.7)/220×103=50(µA)ICQ=ßIBQ=60×50(µA)=3(mA)VCEQ=VG-ICQ×RC=12-3×2=6V3．若VG不变，改变Rb，可改变Q点。4．直流通路直流通路:只有直流信号作用时的电路；要点:电容开路，其它不变[课堂小结](1)静态工作点(2)共发射电路的放大,反相作用[布置作业]P1138-3[复习提问]1、什么是静态?什么是静态工作点?2、画出单管共极放大电路的直流通路。3、写出静态工作点对应的电压电流。[引入新课]为了解基本放大电路的工作情况,我们分析了电路的静态，下面我们一起来看一下它的动态。[讲授新课]§8.1基本共射放大电路三、基本放大电路的工作情况（动态）1、动态：放大器输入端加入信号时，电路的工作状态长称为动态。2、反（倒）相作用：当放大器选择好(或设置)静态工作点Q以后。电路就有一组直流分量,这时输入信号ui叠加在直流的UBE上，即直流分量的基础叠加交流分量。则：iB=IBQ+ibiC=ICQ+icuCE=VCEQ+vce分析uCE：uCE=VCEQ+uce=VCC-iCRc=VCC-(ICQ+ic)RC=VG-ICQRC-icRc所以uce=-icRcv0=uce=-icRc表明:输出交流电压v0与vi是反相关系3、波形图（见书92页）（1）当共发射极电路放大器输入端加上交流信号电压vi时（见1图）（2）该电压通过电容C1送到晶体管的基极b与发射极e之间，引起基极电流的变化。这时基极总电流iB（见2图）（3）由于基极电流对集电极电流的控制作用，基极电流的变化将使集电极电流在静态值ICQ的基础上跟着变化（见3图），集电极电流也是直流与交流两个电流的合成。（4）由于集电极电流iC流过电阻Rc时，在Rc上产生电压降，则集电极与发射极间总的电压为直流成分和交流成分合成（见4图）（5）最后得到uCE的波形（见5图）（6）耦合电容C2起隔直流、通交流的作用，仅通过交流成分uce，在放大器输出端可获得放大后的输出电压vo，如图最后所示。结论：表明输出交流电压vo与vi是反相关系。4、放大作用用示波器观察共射放大电路的输入、输出波形，可以看到uo与ui大得多，说明共射放大电路具有电压放大作用。5、放大器工作时的特点.（1）为了使放大器不失真地放大信号,放大器必须建立合适的静态工作点；（2）具有放大和反相作用；（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。6、交流通路:只有交流信号作用时的电路；要点:电源短路，电容短路VG短路的原因:VG是直流电源,故其变化量△VG=0,因此将电源简化成一条短路的直线.四、放大电路的非线性失真1．饱和失真：Q点过高，信号的正半周进入饱和区,造成输出电压波形负半周被部分削除,产生饱和失真；（UCE≈1；调大Rb，消除失真）2．截止失真：Q点过低，信号的负半周进入截止区，造成输出电压的上半周部分切掉，产生截止失真；（UCE≈VCC；调小Rb，消除失真）3、放大器的静态工作点应选在交流负载线的中点Q处。前面已经分析过，要使放大器能正常工作，必须选择合适的静态工作点。但是晶体管的特性受温度影响很大，当温度变化时，晶体管的参数都会随之改变，这样，原来设置的静态工作点就会发生变化，使放大器的性能变坏。放大倍数和穿透电流对温度的敏感，是造成晶体管静态工作点不稳定的重要原因。因此，保证放大器静态工作点的稳定是放大电路一个十分重要的问题。下面介绍常用的偏置电路。五、静态工作点的稳定1．图所示放大器的偏置电路，它具有稳定静态工作点的作用，称为分压式偏置电路。2．电路工作原理：由图可知，VBEQ=VBQ-VEQ。当环境温度升高时，引起ICQ也增大，因为IEQ=IBQ+ICQ，略去数值很小的IBQ，则IEQ=ICQ。所以ICQ的增加量也就等于IEQ的增加量，导致发射极电位VEQ=IEQRe的增大，使得VBEQ减小，于是基极偏流IBQ减小，使集电极电流ICQ的增加受到抑制，达到稳定工作点的目的。3．稳定工作点的过程：T（温度）ICQIEQVEQVBEQIBQICQ例：在图所示电路具有分压式稳定工作点偏置电路的放大器中，Rb1=30K、Rb2=10K、RC=2K、Re=1K、VG=9V，试估算ICQ和VCEQ。解：估算时可认为VBQ是基极开路时的电压值。VVVRRIVRIRIVVmARVIIVVVVVVVRRRVVeCCQGeEQCCQGCEQeEQEQCQBEQBQEQbbbGBQ35.4)21(55.19)(55.155.1)7.025.2(25.21030109211[课堂小结]1．共发射电路的放大,反相作用2．固定偏置电路、分压式稳定工作点偏置电路[布置作业]P1138-4[复习提问]1、什么是静态?什么是静态工作点?2、画出单管共极放大电路的直流通路和交流通路。3、写出集电极与发射极电压的直流、交流总量表达式。[引入新课]为了解放大电路的基本性能,例如静态工作点的设置是否恰当，放大倍数的多少等,需要对放大电路进行分析。[讲授新课]§8.1基本共射放大电路六、放大电路的分析方法应用数学方程式通过近似计算来分析放大器性能的方法,称为估算法。1、估算静态工作点（Q）单级放大器：估算静态工作点的公式：IBQ=（VG-VBEQ）/Rb≈VG/RbICQ=βIBQ+ICEO≈βIBQVCEQ=VG-ICQ×RC例：图1所示的放大器，设VG=12V，Rb=200K，RC=3K，若晶体管电流放大系数β=35，试估算静态工作点。解：VKmAVRIVVmAAIIAKVRVICCQGCEQBQCQbGBQ7.531.2121.2603560200122．放大电路的动态分析（1）三极管的微变等效电路晶体管的输入端加入交流信号电压时，在其基极将产生相应的基极变化电流，如同在一个阻抗上加上交流电压的情况一样。因此晶体管的输入端之间可用一个等效阻抗来代替。由于低频时可忽略其电抗部分，而只计算其电阻部分，因而把这个电阻称为晶体管的输入电阻rbe，rbe的大小为：rbe=ube/ibrbe的近似计算公式：rbe≈rb+（1+β）26（mv）/IE（mA）小功率rb=300Ω大功率rb=5～50Ω故rbe=300+(1+β)26mv/IEmA通常rbe在1KΩ左右三极管的微变等效电路见书94页图8-92．放大器的输入电阻（RI）,输出电阻（R0）(1)Ri：从放大器输入端看进去的交流等效电阻称为输入电阻；如果把一个内阻为RS的信号源加到放大器的输入端时，放大器就相当于信号源的一个负载，这个负载就是把放大器的输入电阻Ri。ri=Vi/ii=Rb∥rbe式中的Vi为放大器输入端所加的信号电压，ii为输入电流。放大器的输入电阻应为Rb和rbe的并联值。即：ri=Rb∥rbe因为Rbrbe所以ri≈rbe(2)Ro：从放大器输出端看进去的交流等效电阻（不包括RL）称为输出电阻；R0=RC显然，RO愈小，则即使负载RL变化，而输出电压变化很小，就是说RO愈小的放大器带负载能力愈强。因此一般情况下，都希望输出电阻RO尽量小些。一般,放大器Ri大,有利于减小前一级电路的负担,R0小,有利于提高带负载能力。3．放大器的电压放大倍数AV定义：放大器的输出电压与输入电压之比。估算电压放大倍数的方法是：先画出放大器的微变等效电路；然后分别写出uO与ui的表达式（1）输出端不带负载vo=-ic×RC=-βibRCvi=ibrbe所以AV=vo/vi=-βibRC/ibrbe=-βRC/rbe（2）输出端带负载vo=-icRL´=-ic(RCRL)/(RC+RL)所以AV=V0/Vi=-βRC/rbe[课堂小结]1．估算输入电阻、输出电阻和放大倍数[布置作业]P113页8-3、8-4、8-5[复习提问]1、什么是静态?什么是动态?2、画出单管共极放大电路的直流通路和交流通路。3、分析集电极放大电路的输入、输出电阻。[引入新课]直接导入。[讲授新课]§8.2反馈在电子电路中的应用单级放大电路的电压放大倍数一般可以达到几十倍,然而,在许多场合,这样的放大倍数不够用,常需要把若干个单管放大电路串接起来,组成多级放大器。υiυO放大器的级间耦合方式多数放大器中每个单管放大电路称为“级”,级与级之间的连接称为“耦合”常用的耦合方式有：阻容耦合变压器耦合直接耦合（a）（b）第1级放大器第2级放大器第n级放大器负载（a）阻容耦合（b）变压器耦合（c）直接耦合耦合方式的基本要求：1．保证信号能顺利地由前级传送到后级2．连接后仍能使各级放大器有正常的静态工作点3．信号在传送过程中失真小,级间传输效率要高一、阻容耦合多级放大器的放大倍数。(b)2221112122212111////////bebibebibbbbbbrRrrRrRRRRRR特别注意：容易出错易少rbe1、rbe221222212111////VVVbeLCVbeiCVAAArRRArrRA上式表明：两极放大器总的电压放大倍数AV等于单独每一级的电压放大倍数AV1与AV2的乘积。注意：这里每一级电压放大倍数并不是孤立的,考虑后级输入电阻对前级的放大倍数的影响。例1.(重点讲解