模擬電子-放大的概念和放大電路的指標

1、第二章第二章 基本放大電路基本放大電路2.1 放大的概念和放大電路的主要性放大的概念和放大電路的主要性能指標能指標2.2 基本共射放大電路的工作原理基本共射放大電路的工作原理2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法2.4 工作點穩(wěn)定電路工作點穩(wěn)定電路2.5 放大電路的三種基本接法放大電路的三種基本接法2.1 2.1 放大的概念和放大電路放大的概念和放大電路的主要性能指標的主要性能指標一、放大的概念一、放大的概念二、放大電路的性能指標二、放大電路的性能指標一、放大的概念一、放大的概念1、什么是放大？、什么是放大？ 在模擬電路中，往往需要把微弱信號增強到可以察覺或利在模擬電路中，往往需要把微弱

2、信號增強到可以察覺或利用的程度，這種技術(shù)稱為用的程度，這種技術(shù)稱為放大放大。2、放大的實質(zhì)、放大的實質(zhì) 放大的實質(zhì)是一種能量控制作用，放大的實質(zhì)是一種能量控制作用，用較小的能量控制較大用較小的能量控制較大的能量的能量。3、放大器的組成部分、放大器的組成部分 用來完成放大任務(wù)的電子裝置稱為用來完成放大任務(wù)的電子裝置稱為放大器放大器或或放大電路放大電路。 放大電路包括控制信號功率的放大電路包括控制信號功率的電子器件（有源元件）、電子器件（有源元件）、無源元件和電源無源元件和電源三部分。三部分。 利用晶體管作控制器件構(gòu)成的放大器，就叫做利用晶體管作控制器件構(gòu)成的放大器，就叫做晶體管放晶體管放大器大器

3、。二、放大電路的性能指標二、放大電路的性能指標放大電路的示意圖如下：放大電路的示意圖如下：放大電路的指標可以由電路放大電路的指標可以由電路分析分析確定，也可以通過實確定，也可以通過實際際測量測量得到。得到。除了規(guī)定放大電路的指標外，還要規(guī)定除了規(guī)定放大電路的指標外，還要規(guī)定測量的方法以測量的方法以及測量信號及測量信號。一般用一般用正弦波作測試信號正弦波作測試信號，這是因為：，這是因為： 正弦波容易獲得，也容易測量；正弦波容易獲得，也容易測量； 周期性信號可用傅立葉級數(shù)展開成不連續(xù)的多個正周期性信號可用傅立葉級數(shù)展開成不連續(xù)的多個正弦波；弦波； 非周期性信號可用傅立葉積分展開成連續(xù)的正弦波。非周

4、期性信號可用傅立葉積分展開成連續(xù)的正弦波。正弦波有振幅、頻率和初相三要素，一般情況下可只正弦波有振幅、頻率和初相三要素，一般情況下可只考慮振幅和頻率。因此，放大電路的指標分成三種類考慮振幅和頻率。因此，放大電路的指標分成三種類型：型： （一）、幅值一定、頻率一定的信號輸入（一）、幅值一定、頻率一定的信號輸入 （二）、幅值一定、頻率改變的信號輸入（二）、幅值一定、頻率改變的信號輸入 （三）、幅值改變、頻率一定的信號輸入（三）、幅值改變、頻率一定的信號輸入（一）、幅值一定、頻率一定的信號輸入（一）、幅值一定、頻率一定的信號輸入 1、 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 輸出信號的電壓和電流幅度得到了放大，所以輸出輸

5、出信號的電壓和電流幅度得到了放大，所以輸出功率也會有所放大。對放大電路而言有功率也會有所放大。對放大電路而言有電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)，它們通常都是按正弦量，它們通常都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義式中各有關(guān)量如圖所示定義的。放大倍數(shù)定義式中各有關(guān)量如圖所示。iOuuuUUAA電壓放大倍數(shù)：iOiiiIIAA電流放大倍數(shù)：iOuiIUA電壓對電流放大倍數(shù)：iOiuUIA電流對電壓放大倍數(shù)：iuiiOOiOPAAIUIUPPA功率放大倍數(shù)： 在工程上，增益的模量常用分貝在工程上，增益的模量常用分貝(dB)表示，它的定義為：表示，它的定義為：P

6、PAdBAAdBAlg10)(lg20)(2、輸入電阻、輸入電阻 輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)，參數(shù)，Ri大，放大電路從信號源吸取的電流則小，反之大，放大電路從信號源吸取的電流則小，反之則大。則大。Ri的定義見下圖和下式：的定義見下圖和下式：iiiIUR一般來說，一般來說， Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。就越小，從信號源索取的電流越小。（2）當信號源有內(nèi)阻時，）當信號源有內(nèi)阻時， Ri越大，越大， ui就越接近就越接近uS。3、輸出電阻、輸出電阻 任何放大電路的輸出都可以等效成一

7、個有內(nèi)阻的電壓任何放大電路的輸出都可以等效成一個有內(nèi)阻的電壓源（源（戴維南等效電路戴維南等效電路），從放大電路的輸出端看進去的），從放大電路的輸出端看進去的等效內(nèi)阻稱為輸出電阻等效內(nèi)阻稱為輸出電阻RO。輸出電阻是表明放大電路輸出電阻是表明放大電路帶負載的能力，帶負載的能力，RO大，表明放大電路帶負載的能力差，大，表明放大電路帶負載的能力差，反之則強。反之則強。 如圖所示：如圖所示：如何確定電路的輸出電阻如何確定電路的輸出電阻RO ？步驟：步驟：1. 所有的電源置零所有的電源置零 (將獨立源置零，保留受控源將獨立源置零，保留受控源)。2. 加壓求流法。加壓求流法。IURO方法一：方法一：計算。計

8、算。UI 輸入端加正弦波測試信號輸入端加正弦波測試信號 測出負載開路時的輸出電壓測出負載開路時的輸出電壓U O 加上負載加上負載RL，再測出輸出電壓，再測出輸出電壓UO 用公式計算出輸出電阻用公式計算出輸出電阻RO:(),OOLUI RR 方法二：方法二：測量。測量。OOLUIRRLOOLOLRUUIRRR1OOLOURRU輸出電阻的簡單測試方法為（半幅度法）：輸出電阻的簡單測試方法為（半幅度法）： 輸入端加正弦波測試信號輸入端加正弦波測試信號 測出負載開路時的輸出電壓測出負載開路時的輸出電壓U O 加上負載加上負載RL，并改變其數(shù)值，使，并改變其數(shù)值，使UO=U O /2 此時，輸出電阻此時

9、，輸出電阻RO=RL1OOLOURRU 輸入電阻和輸出電阻是描述電路互連時所產(chǎn)生的輸入電阻和輸出電阻是描述電路互連時所產(chǎn)生的影響而引入的參數(shù)，如圖所示。影響而引入的參數(shù)，如圖所示。 注意注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義且輸出不失真的條件下才有意義。（二）、幅值一定、頻率改變的信號輸入（二）、幅值一定、頻率改變的信號輸入4、通頻帶、通頻帶 放大電路的增益是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)通常都要下放大電路的增益是頻率的

10、函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)通常都要下降。當放大倍數(shù)下降到中頻電壓放大倍數(shù)的降。當放大倍數(shù)下降到中頻電壓放大倍數(shù)的0.707倍時，相應(yīng)的頻率倍時，相應(yīng)的頻率fL稱為稱為下下限截止頻率，限截止頻率，fH稱為上限截止頻率，如圖所示稱為上限截止頻率，如圖所示。 fL與與fH之間形成的頻帶稱為中頻段，也稱為放大電路的之間形成的頻帶稱為中頻段，也稱為放大電路的通頻帶通頻帶fbw: fbw= fH- fL fH 由于由于lg0.7=-0.15，20lg0.7=-3dB，所以通頻帶又叫做，所以通頻帶又叫做3dB帶寬帶寬。 放大器對不同頻率的信號的放大能力不同，就會放大器對不同頻率的信號的放大能力不同，就會

11、引起引起頻率失真頻率失真。頻率失真使輸出信號不能重現(xiàn)原。頻率失真使輸出信號不能重現(xiàn)原輸入信號的波形，故又稱為輸入信號的波形，故又稱為波形失真波形失真。對不同頻率信號由于放大器增益量不同而產(chǎn)生的對不同頻率信號由于放大器增益量不同而產(chǎn)生的波形畸變稱為波形畸變稱為幅度失真幅度失真。對不同頻率信號由于放大器產(chǎn)生的相位移不成比對不同頻率信號由于放大器產(chǎn)生的相位移不成比例而引起的波形畸變稱為例而引起的波形畸變稱為相位失真相位失真。通頻帶寬，說明電路的適應(yīng)能力強。不同的應(yīng)用通頻帶寬，說明電路的適應(yīng)能力強。不同的應(yīng)用電路有不同的通頻帶要求。電路有不同的通頻帶要求。(三）、幅值改變、頻率一定的信號輸入三）、幅值

12、改變、頻率一定的信號輸入5、非線形失真系數(shù)、非線形失真系數(shù) 由于放大器有非線形，其線形放大范圍有限，當輸入信號范圍由于放大器有非線形，其線形放大范圍有限，當輸入信號范圍大時，會引起非線形失真，用非線形失真系數(shù)大時，會引起非線形失真，用非線形失真系數(shù)D來衡量。其定來衡量。其定義為：義為：213212AAAAD其中：其中：A1,A2,A3分別是基波和高次諧波的幅值。分別是基波和高次諧波的幅值。 非線形失真又叫做非線形失真又叫做諧波失真諧波失真。 頻率失真和非線形失真都引起波形失真，但本質(zhì)不同：頻率失真和非線形失真都引起波形失真，但本質(zhì)不同：頻率失真僅使信號中各頻率分量的相對大小發(fā)生變化，頻率失真僅

13、使信號中各頻率分量的相對大小發(fā)生變化，不會產(chǎn)生新的頻率成不會產(chǎn)生新的頻率成分分；非線形失真則非線形失真則產(chǎn)生輸入信號中沒有的新的頻率分量產(chǎn)生輸入信號中沒有的新的頻率分量。6、最大輸出幅值、最大輸出幅值 最大輸出幅值指的是當輸入信號再增大就會使輸出波形的非最大輸出幅值指的是當輸入信號再增大就會使輸出波形的非線形失真系數(shù)超過額定數(shù)值（例如線形失真系數(shù)超過額定數(shù)值（例如10%）時的輸出幅值。用）時的輸出幅值。用Uom或或Iom表示，為有效值。表示，為有效值。 OmOPmOmOPmIIUU22也有用峰值表示的：也有用峰值表示的：也有用峰峰值表示的：也有用峰峰值表示的：7、最大輸出功率和效率、最大輸出功

14、率和效率 最大輸出幅值是輸出不失真的單項指標，與此相對最大輸出幅值是輸出不失真的單項指標，與此相對 應(yīng)的是最大輸出功率。記為應(yīng)的是最大輸出功率。記為Pom POm,= UOmIOm 當輸出功率較大時電源的利用率，即效率當輸出功率較大時電源的利用率，即效率 ： =Pom/PV 其中其中PV為電源消耗的功率。為電源消耗的功率。以上三類指標是以輸入信號的幅值和頻率來劃分的。以上三類指標是以輸入信號的幅值和頻率來劃分的。第一類指標多適用于輸入為低頻小信號時的情況；第一類指標多適用于輸入為低頻小信號時的情況；第二類指標多適用于信號幅值小但頻率變化范圍大的情況；第二類指標多適用于信號幅值小但頻率變化范圍大

15、的情況；第三類指標多適用于輸入為低頻但輸出幅值較大的情況。第三類指標多適用于輸入為低頻但輸出幅值較大的情況。2.2 基本共射放大電路的工作原理基本共射放大電路的工作原理一、放大電路的組成一、放大電路的組成二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性三、工作原理及波形分析三、工作原理及波形分析四、常見的兩種電路四、常見的兩種電路一、放大電路的組成一、放大電路的組成基本共射放大電路如圖所示：基本共射放大電路如圖所示：bBEBBBRUVI 晶體管晶體管T是一個是一個NPN管，是電路的核心管，是電路的核心; 直流電源直流電源VCC：幾伏到幾十伏，提供能量：幾伏到幾十伏，提供能量; 負載電阻負載

16、電阻RC：把集電極電流變化變成電壓：把集電極電流變化變成電壓; 直流電源直流電源VBB：使發(fā)射結(jié)正偏：使發(fā)射結(jié)正偏; 基極電阻基極電阻Rb：提供合適的基極電流，即偏流：提供合適的基極電流，即偏流: 由此可見，當由此可見，當VBB、 Rb確定后，確定后，IB就固定了，故這種電就固定了，故這種電路叫路叫固定偏流電路固定偏流電路， Rb又叫基極又叫基極偏置電阻偏置電阻。 這個這個ui=0時的電流叫靜態(tài)工作點電流時的電流叫靜態(tài)工作點電流IBQ。由此可計算出：。由此可計算出： CCQCCCEQBQCQRIVUII在實際工程應(yīng)用中，常取在實際工程應(yīng)用中，常取VBB = VCC。二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性二

17、、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點BBBEQBQbCQBQCEQCCCQcVUIRIIUVIR+UBE-IBIC+UCE-由于由于(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分別對應(yīng)于輸入、輸出特分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以稱為性曲線上的一個點，所以稱為靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點？為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點？ 放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。UCE（-ICRc）放大原理：放大原理：UBEIB

18、IC（ IB）電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)： u uo o iouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+IB+CI+UCE+o-u+u ui i三極管工作在放大區(qū)：三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。三、基本共射放大電路工作原理及波形分析三、基本共射放大電路工作原理及波形分析IBQICQUCEQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu符號說明符號說明 波形分析波形分析VcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+IB+CI+UCE+o-u+四、放大電路的組成原則四、放大電路的組成原則組成原則組成原則提供合適的靜態(tài)工作點提供合適的靜態(tài)工作點微變輸入信號能夠作用于放大管的輸入回路微變輸入信號能夠作用于放大管的輸入回路放大后