基本放大电路教案

第三章基本放大电路第一节放大器概述基本放大电路也叫放大器，它是利用三极管的电流放大作用，将微弱的电信号（电压信号、电流信号）进行有限的放大，得到需要的电信号。一、放大器的基本概念放大器输入端输出端1、特点1）输出信号的功率比输入信号的功率要大此时我们说电子信号得到了放大2）输出信号的波形与输入信号的波形要相同即信号不产生失真2、组成有源器件：三极管场效应管等无源器件：电阻电容电感变压器等3、基本要求1）足够的放大倍数2）一定宽度的同频带信号范围内的频率应得到同样的放大3）非线性失真小由于非线性元件引起的波形畸变叫非线性失真4）工作要稳定各项参数不随工作时间、环境而改变，同时放大器本身不产生自激信号5）输入信号的电压、电流及功率不能超过放大器的最大允许值否则会损坏放大器6）放大器允许输出的输出信号的最大功率应小于由电源提供给放大器的功率。二、三极管的连接方式共发射极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路Q1R1输入输出Q2R2输入输出Q3R3Q4R4输入输入输出输出特点：各种基本放大电路的输入端和输出端共发射极放大电路：信号从基极输入，集电极输出；公共端为发射极共基极放大电路：信号从发射极输入，集电极输出；公共端为基极共集电极放大电路：信号从基极输入，发射极输出，公共端为集电极举例：VR1R2RcReC1CeC2RLVcVR6R7RcReC1CeC2RLVCC00信号输入上图为共发射极放大电路，右图为电路图的另一种画法，其中的“⊥”为公共接地，是电路中的电流、电压的零参考点，称为接地端。各元件的作用：C1、C2：C1为输入信号耦合电容，为输入信号提供交流通路；C2为输出信号耦合电容，为输出信号提供交流通路。它们同时起隔断直流作用，避免影响三极管的静态工作点。R1、R2：基极偏置电阻，电源电压经这两个电阻分压给基极提供偏置电压，使发射结处于正向导通状态。R1叫上偏电阻，R2叫下偏电阻。它们一般为几千欧姆。Rc叫集电极供电电阻，它起两个作用，其一是将放大的电流信号转为电压信号，其二是电源Vc通过它给集电极供电，使集电结处于反向偏置状态。其阻值一般为几欧姆~几千欧姆。Re为发射极负反馈电阻，其作用是稳定静态工作点。Ce为发射极交流旁路电容，其作用是提高交流信号的放大倍数。V是放大管，起电流放大作用，是放大器的核心元件。第二节三极管基本放大电路一、基本放大电路的组成如图，是另外一种基本放大电路形式。在上图中，VBB为基极偏置电源，为发射结提供正向偏压；VCC为集电极直流电源，为集电结提供反向偏压。这两个电压共同作用，使三极管工作在放大状态。在右图中，省去了基极电源，由集电极电源VCC通过Rb分出一部分提供基极电压。二、放大器电流电压符号使用规定大大表示直流分量。如：VB表示三极管的基极的直流电压；IB表示基极Q1RbRCRLC1C2vvioVVCCBBQ2RbRCRLC3C4vvioVCC的直流电流。小小表示交流分量。如：ib表示三极管的基极的交流电流；ub表示三极管的基极的交流电压。大小表示交流分量的有效值。如：Vb表示加到三极管基极的交流电压的有效值。小大表示直流分量和交流分量的叠加。如：iB表示三极管的基极的直流电流叠加有交流电流分量。即iB=ib+IB。三、放大器的静态工作点1、放大器的静态：当放大器的输入端没有信号输入时所处的状态叫放大器的静态。当放大器无交流信号输入时，它的工作状态可以由三极管的基极与发射极的直流电压VBE和基极直流电流IB、集电极与发射极的直流电压VCE和集电极直流电流IC四个参数来确定。这四个直流参数在三极管的输入特性曲线和输出特性曲线上确定了一个点，这个点就叫三极管的静态工作点。即：静态工作点由上面的四个参数来确定。在三极管的放大状态中，根据输入特性曲线，发射结电压几乎不变，所以只需要确定其他三个参数。在右图中，VBE=0.7V（硅管）IB=VCC/RbIC=βIBVCE=VCC-ICRC学生练习：1、在上图中，VCC=12V,三极管β=50，Rb=220K,RC=2K，求静态工作点。2、右图为另一种具有稳定工作点的共射放大电路，求静态工作点。Q2RbRCRLC3C4voVCC2、放大器能否正常工作的重要条件：设置合适的静态工作点放大器在工作时，其基极和集电极的电流、电压值是直流和交流的瞬时值叠加而成，而放大器的核心元件三极管处于放大状态的条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置，所以加在三极管的基极发射结的瞬时电压应大于死区电压，而且要使集电结处于反向偏置。如图，当三极管的基极没有加静态偏置时的信号处理情况。此时，输入的交流信号因为负半周使三极管进入截止状态，从而集电极输出的放大的交流信号也只有正半周输出，从而造成严重的失真。所以要设置合适的静态工作点，使输入的交流信号处于负半周时三极管也能工作在放大状态从而V47kΩRb13kΩRCRLC1C2vvioVCC10kΩRb2500ΩReCe=12V避免输出波形的失真。四、放大原理三极管对信号是怎样进行放大的？这个过程可以用下图进行说明：图中的C1、C2为输入信号耦合电容和输出信号耦合电容，对交流信号而言相当于短路，所以交流信号电压从基极和发射极间输入，而处理后的交流信号从集电极和发射极间输出。变化的交流信号电流叠加在基极的静态直流电流上，形成变化的既有交流又有直流分量的基极电流iB(iB=ib+IB),变化的基极电流又使集电极电流发生更大的变化（也既有直流又有交流分量），从而在RC上的压降也在发生相同的变化；而集电极电压vCE=VCC-iCRC,这样往相反方向发生更大变化的交流信号电压从集电极输出。由上图可以看出，输出电压的相位与输入电压的相位刚好相反（输入电压上升到正的最大时，输出电压下降到负的最大），故这种共发射极的单管放大电路称为反相器。五、直流通路与交流通路因为放大器放大信号时，既有直流成分又有交流成分，为了分析的方便，常将直流静态量和交流动态量分开来研究，如：分析静态工作点时，只考虑直流量；而计算放大倍数时又只考虑交流量。所以要会画放大器的直流通路和交流通路。1、直流通路的画法直流通路：是放大器输入回路和输出回路直流电流的流经路径。因电容的隔直流的特性，将电容视为开路，其它不变。常用于静态工作点的分析，如下图。2、交流通路交流通路：是放大器交流信号的流经途径，它是放大器的交流等效电路。画法：将容量较大的电容视为短路，将直流电源（内阻小，可忽略不计）视为短路，其余元件照画。如下图。六、基本放大电路的分析方法(一)放大器常用指标1．放大倍数(1)电压放大倍数AV放大器的输出电压有效值VO与输入电压有效值Vi的比值称为电压放大倍数。AV=iVVO(2)电流放大倍数Ai放大器输出电流有效值Io与输入电流有效值Ii的比值称为电流放大倍数。Ai=IiIo(3)功率放大倍数Ao放大器输出功率Po与输入功率Pi的比值称为功率放大倍数Ap=PiPo2、放大器的增益放大倍数用对数表示叫做增益G，电子技术对增益作如下规定：(1)功率增益将输出功率与输入功率之比取对数它的单位为贝尔B，因贝尔单位较大，常用十分之一贝尔——分贝(dB)来度量。即1贝尔=10分贝(2)电压增益(3)电流增益3．输入电阻和输出电阻放大器的输入电阻ri：放大器输入端加上交流信号电压vi，将在输入回路产生输入电流ii。这如同在一个电阻上加上交流电压将产生交流电流一样。这个电阻叫做放大器的输入电阻，用ri表示。在数值上等于输入电压与输入电流之比。ri=vi/ii输入电阻也可理解为从输入端看进去的等效电阻，如图3—12左边所示。这个电阻值越大，则放大器要求信号源提供的信号电流越小，信号源的负担就越小。在应用中总希望放大器输入电阻大一些。放大器的输出电阻ro：是从放大器的输出端(不包括外接负载电阻RL)看进去的交流等效电阻，如图右边所示。输出电阻越小，放大器带负载能力越强，并且负载变化时，对放大器影响也小。所以输出电阻越小越好。4．通频带放大器在放大不同频率的信号时，其放大倍数是不一样的。通常放大器的放大能力只适应于一个特定频率范围的信号。在一定频率范围内，放大器的放大倍数高且稳定，这个频率范围为中频区。离开中频区，随着频率的升高或下降都将使放大倍数急剧下降。下限截止频率fL：信号频率下降到中频时的0.707倍所对应的频率叫下限截止频率。上限频率fH：将信号频率上升使放大倍数下降到中频时的0.707倍所对应的频率叫上限频率.通频带BW：fL与fH之间的频率范围称为通频带。(二)放大器的估算法在分析小信号放大器的工作状况时，常用近似估算法。1．静态工作点的估算例1图所示的放大电路中，Vcc=12V，三极管β=50，其余元件参数见图，试估算静态工作点。例2图为另一种具有稳定工作点的共射放大电路，求静态工作点。2．输入电阻和输出电阻的估算V47kΩRb13kΩRCRLC1C2vvioVCC10kΩRb2500ΩReCe=12V(1)三极管输人电阻rbe的估算公式rbe=300+(1+β)mAImVEQ26(Ω)上式中，IEQ为静态发射极电流，因IEQ≈ICQ，所以可用ICQ代替。一般，rbe的值在几百欧至几千欧之间。三极管的输出电阻：一般为几百千欧以上，通常认为∞。(2)放大器的输人电阻ri和输出电阻ro的估算放大器的输入电阻为rbe和Rb的并联值，即:ri=rbe∥Rb一般Rb》rbe，上式可近似认为ri=rbe放大器的输出电阻：因三极管输出端动态电阻很大，所以输出电阻近似等于集电极电阻。ro≈RC3．放大器放大倍数的估算如图，因为Rb与rbe并联．则有因Rb》rbe，所以vi=ib﹒rbe在输出端有：因为ic=βib所以vo=ic'LR=βib'LR由于vo与vi相位相反，因此vo=-ic'LR=-βib'LR根据电压放大倍数Av=iovv，可算出Av：例3在图所示的电路中。设三极管β=50，其余参数见图。试求：(1)静态工作点；(2)rbe(3)Av；(4)ri；(5)ro。解：（1）静态工作点VBE=0.7VIB=bCCRV=KV27012=44.4uAIC=βIB=50×44.4uA=2.2mAVCE=VCC-ICRC=12V-2.2mA×3K=5.4V(2)求rberbe=300+(1+β)mAImVEQ26=300+（1+50）mAmV2.226=903Ω（3）求Av(4)求输入电阻r．(5)求输出电阻r。ro≈RC=3kΩ第三节具有稳定工作点的放大电路--分压式偏置电路一分压式偏置电路的结构及工作原理(一)电路结构图为分压式偏置电路。Rb1为上偏流电阻，Rb2为下偏流电阻(它们的取值均为几十千欧姆)，电源电压Vcc经Rb1、Rb2分压后得到基极电压VBQ，提供基极偏流IBQ，Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容，Ce的作用是提供交流信号的通道，减少信号的损耗，使放大器的交流信号放大能力不致因Re而降低。Ce的取值一般为50～100uF。由图可见，I1=I2+IBQ，而I2》IBQ,所以I1≈I2，基极静态电压：VBQ≈VCC212bbbRRR由上式可见，在分压式偏置电路中VBQ的大与三极管的参数无关，只由VCC和Rb1、Rb2的分压决定。(二)工作原理温度变化时，三极管的ICBO、β、VBEQ等参数将发生变化，导致工作点偏移。实验证明，温度升高时，三极管穿透电流ICEO=(1+β)ICBO将大幅度增加，使ICQ增大。分压式偏置电路能使ICQ的增大受到抑制，自动稳定工作点。在上图中，有VBEQ=VBQ-VEQ而且IEQ=ICQ+IBQ≈ICQ当温度升高时，ICQ将增大，则IEQ流经Re产生的电压VEQ随之增加，因VBQ是一个稳定值，因而VBEQ=VBQ-VEQ将减小。根据三极管输入特性，基极电流IBQ减小，ICQ亦必然减小，使工作点恢复到原有状态。上述稳定工作点的过程可表示为：二静态工作点的计算例1在图所示的两个放大电路中，已知三极管β=50，VBEQ=0．7V，电路其它参数如图所示。试求：(1)两个电路的静态工作点；(2)若两个三极管的β=100,则各自的工作点怎样变化