模擬電子線路第4章教案

1、電子線路電子教案第4章 多級放大器和負(fù)反饋放大器教學(xué)重點(diǎn)1了解多級放大器級間耦合方式、放大倍數(shù)及頻率特性。2掌握反饋的概念和負(fù)反饋放大器的分類。3了解閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達(dá)式及反饋深度的概念。4了解負(fù)反饋對放大電路性能的影響。5掌握射極輸出器的特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)1多級放大器的放大倍數(shù)。2負(fù)反饋放大器反饋類型的判斷。3射極輸出器的特點(diǎn)。學(xué)時分配序號內(nèi) 容學(xué)時14.1多級放大器124.2負(fù)反饋放大器434.3三種組態(tài)電路的比較14本章小結(jié)與習(xí)題5本章總學(xué)時6授課課題：4.1 多級放大器教學(xué)時間：教學(xué)時數(shù)：1學(xué)時教學(xué)目的與要求：1了解多級放大器級間耦合方式、放大倍數(shù)及頻率特性。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1多級放大

2、器的放大倍數(shù)。教學(xué)方法：講授法教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課1 分壓式偏置電路的工作原理；2 講評作業(yè)。新課內(nèi)容4.1 多級放大器圖4.1.1 多級放大器的框圖多級放大器：把多個單級放大電路串接起來，使輸入信號vi經(jīng)過多次放大的電路。如圖4.1.1所示。特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)高，通頻帶窄。4.1.1 放大器的級間耦合方式級間耦合：放大器級與級之間的連接，其方式有三種。如圖4.1.2所示。 圖4.1.2 多級放大器的三種耦合方式 圖4.1.3 阻容耦合兩級放大電路1阻容耦合：級間通過電容C2和基極電阻連接。如圖4.1.2(a)所示。由于電容C2的“隔直通交”作用，使各級靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立；交流信號順利通過C2輸送到

3、下一級。2變壓器耦合：級間通過變壓器T1連接。如圖4.1.2(b)所示。由于T1初次級之間具有“隔直通交”的性能，使各級靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立，而交流信號通過T1互感耦合順利輸送到下一級。3直接耦合：級間通過導(dǎo)線（或電阻）直接連接。如圖4.1.2(c)所示。前級輸出信號直接輸送到下一級；但各級靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。對耦合方式的基本要求：一、信號傳輸無損失；二、靜態(tài)工作點(diǎn)正常；三、信號失真小，傳輸效率高。4.1.2 阻容耦合多級放大器一、阻容耦合多級放大器的放大倍數(shù)兩級阻容耦合放大器如圖4.1.3(a)所示，對應(yīng)的交流通路如圖4.1.3(b)。設(shè)第一級的輸入電阻為第二級的輸入電阻為第一級交流負(fù)載為 第二級

4、交流負(fù)載為 由放大倍數(shù)的定義得第一級電壓放大倍數(shù) (4.1.1)第二級電壓放大倍數(shù) (4.1.2)兩級電壓放大倍數(shù)應(yīng)為 因?yàn)?所以 得 (4.1.3)結(jié)論：兩級放大器的電壓放大倍數(shù)等于單級電壓放大倍數(shù)與的乘積。同理，n級放大器的放大倍數(shù)為 (4.1.4)注意，分析多級放大器的放大倍數(shù)時要考慮后級對前級的影響。即把后級的輸入電阻作為前級負(fù)載來考慮。例4.1.1 圖4.1.3(a)兩級阻容耦合放大器中，按給定的參數(shù)，并設(shè)兩管的，rbe1 = 1.3 kW，rbe2 = 1 kW，試估算：(1) 各級的電壓放大倍數(shù)；(2) 總的電壓放大倍數(shù)。解 (1) 先估算有關(guān)參數(shù)(2) 估算各級電壓放大倍數(shù)(3

5、) 總的電壓放大倍數(shù)例4.1.2 某多級放大器其各級電壓增益為：第一級是20 dB、第二級是30 dB、第三級為35 dB，求該放大器總的電壓增益是多少分貝？解 該多級放大器總電壓增益應(yīng)為各級電壓增益之和。例4.1.3 有一收音機(jī)，其各級功率增益為：天線輸入級 -3 dB、變頻級20 dB、第一中放級30 dB、第二中放級35 dB、檢波級 -10 dB、末前級40 dB、功放級20 dB，求收音機(jī)的總功率增益。解 總功率增益為各級功率增益之和。二、阻容耦合放大器的頻率特性1放大器的頻率特性理想放大器：對于不同頻率的信號具有相同的放大倍數(shù)。實(shí)際放大器：對不同頻率的信號，放大倍數(shù)不一樣。頻率特性

6、：放大器的放大倍數(shù)與頻率之間的關(guān)系，又叫頻率響應(yīng)。單級放大器頻響曲線如圖4.1.4所示。可分為三個頻段：圖4.1.4 放大器的頻率響應(yīng)曲線(1) 中頻段信號頻率在和之間，放大倍數(shù)基本不隨信號頻率而變化。中頻放大倍數(shù) |：中頻段的放大倍數(shù)。上限頻率和下限頻率：|Av| 下降到0.707|Avo| 時所對應(yīng)的兩個頻率。通頻帶BW：圖4.1.5 兩級放大器的通頻帶(2) 低頻段信號頻率小于，放大倍數(shù)隨頻率下降而減小。在低頻段，放大倍數(shù)下降的主要原因是耦合電容和射極旁路電容的容抗增大、分壓作用增大。(3) 高頻段信號頻率大于，放大倍數(shù)隨頻率升高而減小。在高頻段，放大倍數(shù)下降的主要原因是晶體管結(jié)電容的容

7、抗減小、分流作用增大；另外，隨頻率升高 b 值降低。2多級放大器的頻率特性兩級放大器的通頻帶如圖4.1.5所示。兩級放大器中頻段的電壓放大倍數(shù)為在和處總電壓放大倍數(shù)為可見，兩級放大器的和兩點(diǎn)間的頻率范圍比和兩點(diǎn)間的頻率范圍縮小了，如圖4.1.5(c)所示。結(jié)論，多級放大器的放大倍數(shù)提高了，但通頻帶比每個單級放大器的通頻帶窄。級數(shù)越多，通頻帶越窄。小結(jié)1多級放大器有三種級間耦合方式，阻容耦合是利用耦合電容隔直通交作用，較好地解決了前后級直流工作點(diǎn)的相互影響問題，但低頻特性差。變壓器耦合雖然低頻性能差，但能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗變換。直接耦合方式低頻特性好，但前后級直流工作點(diǎn)相互影響。2多級放大器的電壓放大倍

8、數(shù)是各級電壓放大倍數(shù)之積；輸入電阻是第一級的輸入電阻，輸出電阻是未級的輸出電阻。計(jì)算時要考慮后級對前級的影響。布置作業(yè)4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6授課課題：4.2 負(fù)反饋放大器教學(xué)時間：教學(xué)時數(shù)：4學(xué)時教學(xué)目的與要求：1掌握反饋的概念和負(fù)反饋放大器的分類。2了解閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達(dá)式及反饋深度的概念。3了解負(fù)反饋對放大電路性能的影響。4掌握射極輸出器的特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1負(fù)反饋放大器反饋類型的判斷。2射極輸出器的特點(diǎn)。教學(xué)方法：講授法教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課1 多級放大器級間耦合方式、放大倍數(shù)及頻率特性。2 講評作業(yè)。新課內(nèi)容4.2 負(fù)反饋放大器4.2.1 反饋及其分類圖4.

9、2.1 反饋放大器框圖反饋：把放大器輸出端或輸出回路的輸出信號通過反饋電路送到輸入端或輸入回路，與輸入信號一起控制放大器的過程。反饋電路：由電阻或電容等元件組成。如圖4.2.1所示。圖中vi為輸入信號，vo為輸出信號，vf為反饋信號。反饋的分類及判別方法：一、正反饋和負(fù)反饋正反饋：反饋信號起到增強(qiáng)輸入信號的作用。判斷方法：若反饋信號與輸入信號同相，則為正反饋。負(fù)反饋：反饋信號起到削弱輸入信號的作用。判斷方法：若反饋信號與輸入信號反相，則為負(fù)反饋。二、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：如圖4.2.2(a)所示，反饋信號與輸出電壓成正比。判斷方法：把輸出端短路，如果反饋信號為零，則為電壓反饋。電流反饋：

10、如圖4.2.2(b)所示，反饋信號與輸出電流成正比。判斷方法：把輸出端短路，如果反饋信號不為零，則為電流反饋。 圖4.2.2 電壓反饋和電流反饋框圖 圖4.2.3 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋框圖三、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：如圖4.2.3(a)所示，凈輸入電壓由輸入信號和反饋信號串聯(lián)而成。判斷方法：把輸入端短路，如果反饋信號不為零，則為串聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋：如圖4.2.3(b)所示，凈輸入電流由反饋電流與輸入電流并聯(lián)而成。判斷方法：把輸入端短路，如果反饋信號為零，則為并聯(lián)反饋。例4.2.1 判別圖4.2.4(a)和(b)電路中反饋元件引進(jìn)的是何種反饋類型。解 (1) 電壓反饋和電流反饋的判別當(dāng)輸出端分

11、別短路后，圖(a)中vf消失，而圖(b)中，管子的不消失，即vf不等于零，所以圖(a)是電壓反饋，圖(b)是電流反饋。(2) 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判別當(dāng)輸入端分別短路后，圖(a)中vf不消失，圖(b)中的vf消失，所以圖(a)是串聯(lián)反饋，圖(b)是并聯(lián)反饋。 (3) 正反饋和負(fù)反饋的判別采用信號瞬時極性法判別，設(shè)某一瞬時，輸入信號vi極性為正“+”，并標(biāo)注在輸入端晶體管基極上，然后根據(jù)放大器的信號正向傳輸方向和反饋電路的信號反向傳輸方向，在晶體管的發(fā)射極、基極和集電極各點(diǎn)標(biāo)注同一瞬時的信號的極性。可見，圖(a)中反饋到輸入回路的vf的極性是“+”，與輸入電壓vi反相，削弱了vi的作用，所以是負(fù)

12、反饋；而圖(b)中，反饋到輸入端的極性是“-”，它削弱了vi的作用，所以也是負(fù)反饋。4.2.2 負(fù)反饋對放大器性能的改善一、提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性以圖4.2.5電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路為例作簡要說明。由圖可知，反饋電壓 反饋系數(shù) (4.2.1)設(shè)放大器無反饋時的放大倍數(shù)；Vi 凈輸入電壓；加入負(fù)反饋后的放大倍數(shù)，則因?yàn)?所以 于是有 (4.2.2)即 可見，是的 倍，愈大，比就愈小。：放大器的反饋深度。如果負(fù)反饋很深，即時，則 (4.2.3)可見，在深度負(fù)反饋條件下，反饋放大器的放大倍數(shù)Avf僅取決于反饋系數(shù)F，而與Av無關(guān)。當(dāng)晶體管參數(shù)、電源電壓、環(huán)境溫度及元件參數(shù)發(fā)生變化時，負(fù)反饋放大器的放大倍

13、數(shù)受其影響很小，基本不變，從而使放大倍數(shù)穩(wěn)定性獲得了提高。圖4.2.6 負(fù)反饋對頻響的改善結(jié)論：負(fù)反饋使放大器放大倍數(shù)減小(1 + FAv)倍；在深度負(fù)反饋條件下負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)很穩(wěn)定。二、改善了放大器的頻率特性由圖4.2.6可見，無反饋時，中頻段的電壓放大倍數(shù)為，其上、下限頻率分別為和。加入負(fù)反饋后，中頻段的電壓放大倍數(shù)下降到。而高頻段和低頻段由于原放大倍數(shù)較小其反饋量相對于中頻段要小，因此放大倍數(shù)的下降量相對中頻段要少，使放大器的頻率特性變得平坦。即通頻帶展寬了，使放大器的頻率特性得到改善。三、減小了放大器的波形失真圖4.2.7 負(fù)反饋改善波形失真在圖4.2.7中。設(shè)無反饋時，輸入信

14、號vi為正弦波（A半周與B半周一樣大），由于晶體管特性曲線的非線性，放大器輸出信號vo發(fā)生了失真，出現(xiàn)了A半周大、B半周小的波形。加入負(fù)反饋后，反饋信號vf與輸入信號vi進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個A半周小、B半周大的預(yù)失真信號vi，再經(jīng)放大器放大，由于放大器對A半周放大能力較大，從而使輸出信號vo中A半周與B半周的差異縮小了，因此放大器的輸出波形得到了改善。四、改變了放大器的輸入電阻、輸出電阻放大器引入負(fù)反饋后，輸入電阻的改變?nèi)Q于反饋電路與輸入端的聯(lián)接方式；輸出電阻的改變?nèi)Q于反饋量的性質(zhì)。1輸入電阻的改變對于串聯(lián)負(fù)反饋，在輸入電壓vi不變時，反饋電壓vf削減了輸入電壓vi對輸入回路的作用，使凈輸入電

15、壓vi減小，致使輸入電流減小，相當(dāng)于輸入電阻增大。即串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻。對于并聯(lián)負(fù)反饋，在輸入電壓vi不變時，反饋電流的分流作用致使輸入電流增加，相當(dāng)于輸入電阻減小。即并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻。2輸出電阻的改變電壓負(fù)反饋維持輸出電壓不受負(fù)載電阻變動的影響而趨于恒定，說明輸出電阻比無反饋時輸出電阻要小；而電流負(fù)反饋維持輸出電流不受負(fù)載電阻變動的影響而趨于恒定，說明輸出電阻比無反饋時輸出電阻要大。即電壓負(fù)反饋使輸出電阻減?。浑娏髫?fù)反饋使輸出電阻增大。結(jié)論，放大器引入負(fù)反饋后，使放大倍數(shù)下降；但提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性；擴(kuò)展了通頻帶；減小了非線性失真；改變了輸入、輸出電阻。4.2.3 射極輸出器一、

16、反饋類型電路如圖4.2.8所示。其反饋信號vf取自發(fā)射極，若輸出端短路，則vf = 0，所以是電壓反饋。用瞬時極性法判別，可得vb和ve（即vf）極性相同，反饋信號削弱了輸入信號的作用，所以是負(fù)反饋。在輸入回路中vi = vbe + vf ，所以是串聯(lián)反饋。綜合看來，電路的反饋類型為電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器。由于信號是從晶體管基極輸入、發(fā)射極輸出，集電極作為輸入、輸出公共端，故為共集電極電路，又稱為射極輸出器。 圖4.2.8 射極輸出器 圖4.2.9 交流通路二、性能分析交流通路如圖4.2.9所示。1電壓放大倍數(shù)由圖4.2.9可知，Vbe一般很小，則于是電壓放大倍數(shù)為 (4.2.4)可見，射極輸出

17、器的輸出電壓近似等于輸入電壓，電壓放大倍數(shù)約等于1，而且輸出電壓的相位與輸入電壓相同，故又稱射極跟隨器。2輸入電阻和輸出電阻(1) 輸入電阻設(shè)，忽略的分流作用，則輸入電阻為由于，于是，如果考慮的分流作用，則實(shí)際的輸入電阻為 (4.2.6)由此可見，與共射極放大電路相比，射極輸出器的輸入電阻高得多。為了充分利用輸入電阻高的特點(diǎn)，射極輸出器一般不采用分壓式偏置電路。(2) 輸出電阻圖4.2.10 分析ro示意圖電路如圖4.2.10所示，設(shè)vs = 0，令，不計(jì)，則輸出端外加交流電壓vo產(chǎn)生的電流ie為于是得該支路的輸出電阻為考慮Re時，射極輸出器的輸出電阻為 (4.2.7)如果信號源內(nèi)阻很小，則；

18、若，則射極輸出器的輸出電阻近似為 (4.2.8)上式表明，輸出電阻ro比rbe還要小幾十倍。所以射極輸出器的輸出電阻是很小的。三、結(jié)論射極輸出器具有輸入電阻大，輸出電阻小；電壓放大倍數(shù)略小于但近似等于1；輸出電壓的相位與輸入電壓相同的特點(diǎn)。輸出電流是輸入電流的倍，所以具有電流放大和功率放大能力。四、應(yīng)用利用輸入電阻大的特點(diǎn)，作為多級放大器的輸入級，以減小對信號源的影響；利用輸出電阻小的特點(diǎn)，作為多級放大器的輸出級，以提高帶負(fù)載的能力；還可用作阻抗變換器，以實(shí)現(xiàn)級間阻抗匹配；作為隔離級，減少后級對前級的影響。小結(jié)1反饋分正反饋和負(fù)反饋，根據(jù)反饋信號的性質(zhì)有直流反饋和交流反饋。交流負(fù)反饋有電壓串聯(lián)

19、、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)、電流并聯(lián)四種反饋類型。2負(fù)反饋是改善放大器性能的主要方法。它可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，減小非線性失真，展寬通頻帶，改變輸入電阻、輸出電阻。3射極輸出器的工作特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗小，電壓放大倍數(shù)略小于1，輸出電壓與輸入電壓同相。布置作業(yè)4-7、4-8、4-9、4-10、4-11授課課題：4.3 三種組態(tài)電路性能比較教學(xué)時間：教學(xué)時數(shù)：1學(xué)時教學(xué)目的與要求：1了解基本放大器的三種組態(tài)各自特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1共發(fā)射極接法和共集電極接法之間性能比較。教學(xué)方法：講授法教學(xué)過程：復(fù)習(xí)舊課1反饋的概念和負(fù)反饋放大器的分類。2負(fù)反饋對放大電路性能的影響。3射極輸出器的特點(diǎn)。4講評作業(yè)。新課內(nèi)容4.3 三種組態(tài)電路性能比較4.3.1 共基極電路電路如圖4.3.1(b)所示。信號通過C1從發(fā)射極輸入、放大后從集電極通過C2輸出，基極通過Cb交流接地。故稱為共基極電路。該電路的直流電路采用分壓式偏置電路。因此，靜態(tài)工作點(diǎn)比較穩(wěn)定。圖4.3.1 共基極放大電路理論和實(shí)驗(yàn)證明，共基極電路具有下列特點(diǎn)：(1) 輸入電阻低、輸出電阻高；(2) 電流放大倍數(shù)接近于1、并小于1；(3) 輸出電壓與輸入電壓同相位；(4) 較好的高頻特性和工作穩(wěn)定性。根據(jù)其特點(diǎn)，共基極電路廣泛應(yīng)用在高頻、寬帶放大或?qū)Ψ€(wěn)定性要求較高的電子線路中。4.3.2 三種組態(tài)電路性能比較晶