放大电路的概念及性能指标、基本共射放大电路的工作原理、放大电路的分析方法

第二章基本放大器2.2基本共射放大电路的工作原理2.3放大电路的分析方法2.4放大电路静态工作点的稳定2.5放大电路的三种接法2.6场效应管放大电路2.1放大电路的概念及性能指标继续2.1.1放大的概念例：扩音系统功率放大电压放大信号提取放大的作用：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。放大电路的核心器件：BJT或FET。xixo放大器信号源负载放大的基本特征：功率放大放大的前提：不失真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：iouoiouo输出信号xo跨导增益ui跨导放大器跨阻增益ii跨阻放大器电流增益ii电流放大器电压增益ui电压放大器电路增益(放大能力)输入信号xi类型iouuuA/ioiiiA/ioriuA/ioguiA/xixo放大器信号源负载放大——把微弱的电信号的幅度放大++++-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio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xixo放大器信号源负载频率响应?2.1.2放大电路的主要性能指标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：iouuuA/ioiiiA/ioriuA/ioguiA/——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：)(||lg20)(dBAdBAuu1000||uA)(60)(dBdBAu2/1||uA)(3)(dBdBAu2输入电阻Ri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。①输入为电压源：iiiiuRRi，ii，ui就越接近uS，输入信号的利用率越高。uSRSuiuoAuiiiO＋－＋－（Ri越大越好）②输入为电流源：Ri，iRS，ii就越接近iS，输入信号的利用率越高。（Ri越小越好）iSRSRi——从放大电路输入端看进去的等效电阻。3输出电阻Ro——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，我们可以将它等效为戴维南等效电路，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。LRSu0OOOiuR输出电阻的定义式：AuuSRSRoUS以电压作为输出量的放大器：Ro越小越好。以电流作为输出量的放大器：Ro越大越好。AuuSRS如何通过实验测取电路的输出电阻Ro？（1）将信号源置零(保留受控源)。（2）将负载开路，在输出端加一个电压uo，测出输出电流io。方法1：加压求流法iOuo（3）代入定义式计算。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LRSu0OOOiuR输出电阻的定义式：AuuSRS方法2：测量法（1）将负载开路，测量开路（空载）输出电压UO1。（2）在输出端接入一个已知负载，测输出电压UO2。（3）计算。Uo1RLUo2RoUSRoUSLOOORUUR)1(2112OLOLOURRRU;1OSUULOOORRUU121LOOORUUR)1(214通频带BW——描述放大电路对不同频率信号的放大能力。fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：BW=fH–fL放大倍数随频率变化的曲线——幅频特性曲线中频增益中频区高频区低频区3dB——3dB带宽5非线性失真系数（D）：由于放大电路存在非线性失真，当输入一定频率的正弦波信号时，放大电路的输出波形中，除了由输入信号频率决定的基波成分外，还可能出现谐波。D的定义是各次谐波总量与基波分量之比，即继续12322UUUD6最大输出电压幅度动态范围UO(P-P)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，用峰－峰值表示，或有效值表示(Uom、Iom)7最大输出功率与效率输出信号不产生明显失真的前提下，能够向负载提供的最大输出功率。用符号Pom表示。VomPP：效率PV：直流电源消耗的功率符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量2.22.2基本放大电路的组成和工作原理三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理继续单管共射放大电路的工作原理一．三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏→△UCE放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→uoiouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+△IB+△CI+△UCE+△o-u+ui继续C1C2ECRbui+iBiCRC-EBuo+-当ui＝0时，;;BBBEBEIiUu;;CECECCUuIit0uiiBt0uCEt0iCt0uot0当ui0时，uiUBE+ubeIB+ibIC+icuCE=EC-iCRCUCE+uceuo=EC-ICRC-icRC=UCE-icRCIBICUCE0ou如果参数选择适当，则uo的幅度将比ui大得多，从而达到放大的目的。在输入端加入一个正弦电压后，各极电压和电流围绕各自的静态值按正弦规律变化。放大元件iC=biB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。二.共射放大电路各元件作用++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV继续各元件作用：使发射结正偏，并提供适当的静态IB和UBE基极电源与基极电阻++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压继续耦合电容作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。++++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：继续基本放大电路的习惯画法++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR继续RB最简单的基本放大器组成+ECRCC1C2TRL+-ui+-uo正电源基极电阻集电极电阻输入耦合电容输出耦合电容输入电压输出电压负载电阻三极管++继续2.2.4基本放大电路的组成原则1、典型放大电路（1）输入信号源：uS、RS（2）输出负载：RLC1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+（4）直流电源：EC①为放大电路提供能量；②为放大电路提供合适的静态偏置，使BJT工作在放大状态。（3）BJT：放大电路的核心器件。起电流控制和放大的作用。（5）C1、C2：耦合电容，起隔直通交的作用。C1：隔断信号源与放大电路的直流联系，将交流输入信号耦合传送到BJT发射结。C2：隔断负载与放大电路的直流联系，将交流输出信号耦合传送到负载上。（6）Ce：旁路电容，对Re交流旁路，可提高增益。2、放大电路的组成原则C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSEC+1）要有合适的静态偏置保证BJT发射结正偏，集电结反偏，BJT工作在放大区，以实现电流的控制作用。2）要有交流通道•输入回路的接法应使输入电压的变化量能够传送到BJT的发射结，并使基极电流产生相应的变化量。•输出回路的接法应能使放大了的信号能从电路中输出。『例题』判断图中各电路能否实现电压放大？+ECRCRb1C1C2Rb2+-uo+-ui+ECRCRbC1C2+-uo+-ui+ECRCRb+-uo+-ui+ECRCRb+-uo+-ui+ECRCRb+-uo+-ui判断方法：1.晶体管是否为放大偏置。2.交流信号能否输入到发射结，能否输出。（看电源极性，隔直电容位置）（看旁路电容）1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态三.静态工作点（Q点）-u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVcui=0时由于电源的存在，电路中存在一组直流量。ICIB+UBE-+UCE-继续由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真2.32.3放大电路的基本分析方法方法图解法微变等效电路法2.3.1直流通路与交流通路任务静态分析动态分析电路有两个独立信号源：bBBiIicCCiIiceCECEuuuuS—交流信号源；VCC—直流电源如果BJT偏置合适工作在放大区，且在交流小信号范围工作，BJT可近似为线性器件，放大电路为线性电路。由线性网络的叠加原理，在两电源的共同作用下，则有：可将放大器分解成直流通路和交流通路两个部分，进行独立的分析。C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+iBiC放大电路的两大特点：非线性器件和线性器件共存；交流和直流共存。C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+iBiC1、直流通路—直流电源单独作用时，放大电路的等效电路，反映了放大电路的直流偏置电压和电流。2、交流通路—交流信号源单独作用时，放大电路的等效电路，反映了放大电路各处交流信号的传输问题。3、直流通路和交流通路的画法直流通路：交流信号源置零（保留内阻）；电容开路，电感短路。交流通路：直流电源置零；电容短路，电感开路。★电源置零方法：电压源短路；电流源开路。适用的频率范围：放大器的中频区+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR直流通路的画法将电容开路将电容开路+TCCRbVcR继续【例】图示单管共射放大电路中，VCC=12V，Rc=3k，Rb=280k，NPN硅管的b=50，试估算静态工作点。解：设UBEQ=0.7VA40mA)2807.012(bBEQCCBQRUVIICQbIBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQRc=(1223)V=6V估算静态工作点的步骤：（1）画出直流通路。出IB、IC、UBE、UCE。（2）列输入（出）回路的压方程。IC=βIB（3）解方程组。课堂练习：求p80、p83、p84三个图的静态工作点图解对交流信号(输入信号ui)放大器的交流通路交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：-u+T+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCRi将直流电压源短路，将电容短路。短路短路置零继续将电容短路将电容短路+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR将直流电压源置零+++R--uoTuRbRLic+继续C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+iBiC★电源置零方法：电压源短路；电流源开路。『例』画出放大电路的直流通路和交流通路。设电容足够大。（电容开路，电感短路；交流信号源置零）1、直流通路：Rb1Rb2ReRCVCC（电容短路，电感开路，恒压源短路，恒流源开路）2、交流通路：Rb1Rb2RLRCRSuS+Rb21//bbbRRRC1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+.3.22.3.2图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程(一)图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值方法：根据uCE=VCCiCRc式确定两个特殊点cCCCCECCCEC0;0RViuVui时，当时，当（1）确定iB=IBQ的那条输出特性曲线；（2）画出直流负载线输出回路输出特性CCCCCECCCEC00RViuVui，，直流负载线Q由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ