放大器基础.ppt
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1、第第 2 2 章章放大器基础放大器基础退出退出目目 录录2.1 放大器概述放大器概述 1282.2 放大器基本分析法放大器基本分析法 1582.3 晶体管偏置电路晶体管偏置电路 198退出退出2.4 晶体放大器的三种基本组态晶体放大器的三种基本组态 212 2.5 场效应管放大器场效应管放大器 2362.6 有源负载放大器有源负载放大器 2682.7 多级放大器多级放大器 2812.8 放大器的表示法放大器的表示法 3011272.1 放大器概述放大器概述2.1.1 放大器的用途与分类放大器的用途与分类2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成2.1.3 放大器类型放大器类型2.1.4 放大
2、器主要性能指标放大器主要性能指标2.1.5 放大器的传输特性放大器的传输特性退出退出返回返回1282.1.1 放大器的用途与分类放大器的用途与分类 放大器:放大电信号的装置,是电子设备中应用放大器:放大电信号的装置,是电子设备中应用最为广泛的一种电路。最为广泛的一种电路。1.定义定义表面上看,表面上看,放大器放大器只是放大了信号的幅度,只是放大了信号的幅度,但其实质但其实质是一能量转换器是一能量转换器。用小的信号功率(电压、电流)去控制电源供用小的信号功率(电压、电流)去控制电源供给的直流功率,把它转换成负载所需要的大的给的直流功率,把它转换成负载所需要的大的信号功率信号功率(电压、电流电压、
3、电流)。退出退出返回返回129按器件分:按器件分:按用途分:按用途分:双极晶体管放大器、场效应管放大器、双极晶体管放大器、场效应管放大器、集成运算放大器等。集成运算放大器等。电压放大器、电流放大器和功率放大电压放大器、电流放大器和功率放大器等。器等。2.分类分类2.1.1 放大器的用途与分类放大器的用途与分类 退出退出130按工作频率分:按工作频率分:按工作状态分:按工作状态分:低频放大器、高频放大器和低频放大器、高频放大器和超高频放大器等。超高频放大器等。甲甲(A)类放大器类放大器、乙、乙(B)类放大器、类放大器、甲乙甲乙(AB)类放大器、丙类类放大器、丙类(C)类放类放大器和丁大器和丁(D
4、)类放大器等。类放大器等。2.1.1 放大器的用途与分类放大器的用途与分类 退出退出131 由于本章采用的放大器件是晶体三极管和场效应管,由于本章采用的放大器件是晶体三极管和场效应管,它们均为非线性器件,为了满足不失真地放大信号的目的,它们均为非线性器件,为了满足不失真地放大信号的目的,必须给它们加上正确的偏置电路必须给它们加上正确的偏置电路,即要有直流通路,保证即要有直流通路,保证在输入信号的范围内,它们均工作在线性区。在输入信号的范围内,它们均工作在线性区。2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出返回返回132组成放大电路时应遵循的原则:组成放大电路时应遵循的原则:一、一、要
5、有直流通路要有直流通路,并保证合适的直流工作状态,确保晶,并保证合适的直流工作状态,确保晶体三极管和场效应管工作在放大区。体三极管和场效应管工作在放大区。二、二、要有交流通路要有交流通路,对于电压放大器,输入信号电压要能,对于电压放大器,输入信号电压要能加入,输出信号电压要能取出。加入,输出信号电压要能取出。2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出133典型的电容耦合共射放大器电路典型的电容耦合共射放大器电路us:信号源电压信号源电压Rs:信号源内阻信号源内阻C1:输入耦合电容输入耦合电容Rb:偏置电阻偏置电阻Rc:集电极电阻集电极电阻C2:输出耦合电容输出耦合电容RL:负载电阻
6、负载电阻UCC:直流电源电压直流电源电压2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出134直流通路直流通路2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出135交流通路交流通路2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出136 由于放大器电路中既有直流成分又有交流成分,因由于放大器电路中既有直流成分又有交流成分,因此晶体管的此晶体管的各极电流、电压瞬时值中包含直流分量和各极电流、电压瞬时值中包含直流分量和交流分量交流分量。2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出137本书采用如下表示法(以基极和发射极之间电压为例):本书采用如下表示法(以基极和发射极之间
7、电压为例):(小写字母、大写下标小写字母、大写下标):):电压的瞬时值;电压的瞬时值;(大写字母、大写下标大写字母、大写下标):):电压的直流成分;电压的直流成分;(小写字母、小写下标小写字母、小写下标):):交流电压的瞬时值;交流电压的瞬时值;(大写字母、小写下标大写字母、小写下标):):交流电压的有效值;交流电压的有效值;:的峰值或振幅。的峰值或振幅。因此信号的瞬时表达式可表示为:因此信号的瞬时表达式可表示为:2.1.2 放大器的基本组成放大器的基本组成 退出退出138 放大器的输入信号可以是电压源也可以是电流源,放大器的输入信号可以是电压源也可以是电流源,放大了的输出信号可以是电流也可以
8、是电压,因此从放大了的输出信号可以是电流也可以是电压,因此从输输出、输入出、输入信号角度看存在信号角度看存在四种类型放大器四种类型放大器。2.1.3 放大器类型放大器类型 退出退出返回返回139电压放大器电压放大器电流放大器电流放大器电压电压电压电压电流电流电流电流2.1.3 放大器类型放大器类型 退出退出140互阻放大器互阻放大器互导放大器互导放大器电流电流电流电流电压电压电压电压2.1.3 放大器类型放大器类型 退出退出1411输入电阻输入电阻Ri 从信号源右边向放大器视从信号源右边向放大器视入的电阻入的电阻输入电阻的大小表明了放大器对信号源的影响程度。输入电阻的大小表明了放大器对信号源的
9、影响程度。2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 根据根据Ri的定义,显然的定义,显然Ri中不包含中不包含Rs。输入电阻越大,放大器对信号源的影响越小,放大器取用信输入电阻越大,放大器对信号源的影响越小,放大器取用信号源的电流越小;反之,则越大。号源的电流越小;反之,则越大。退出退出返回返回1422输出电阻输出电阻 从负载电阻从负载电阻 左边向放大器视入的等效电阻左边向放大器视入的等效电阻 输出电阻大小反映了放输出电阻大小反映了放大器带负载能力的强弱。输大器带负载能力的强弱。输出电阻越大,放大器带负载出电阻越大,放大器带负载能力越小;反之,则越大。能力越小;反之,则越大。根据根据Ro
10、的定义,显然的定义,显然Ro中不中不包含包含RL。2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出143(1 1)电压放大器)电压放大器电压放大倍数电压放大倍数 负载开路时的电压放大倍数负载开路时的电压放大倍数3.放大倍数放大倍数2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出144考虑信号源内阻时的电压放大倍数考虑信号源内阻时的电压放大倍数也称源电压放大倍数也称源电压放大倍数2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出145电流放大倍数电流放大倍数功率放大倍数功率放大倍数2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出146放大倍数常用放大倍数常用
11、dB(分贝分贝)来表示,称为增益来表示,称为增益2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出147(2 2)电流放大器)电流放大器 负载短路时的电流放大倍数负载短路时的电流放大倍数电流放大倍数电流放大倍数2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出1482.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 电流放大器电压放大倍数为电流放大器电压放大倍数为考虑信号源内阻考虑信号源内阻Rs时的电流放大倍数为时的电流放大倍数为 退出退出149负载负载RL开路时的互阻放大倍数开路时的互阻放大倍数(3)互阻放大器互阻放大器互阻放大倍数互阻放大倍数2.1.4 放大器主要性能指标放大
12、器主要性能指标 退出退出150(4)互导放大器互导放大器当考虑信号源内阻时,则当考虑信号源内阻时,则令令于是于是互导放大倍数互导放大倍数2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出1514.4.通频带通频带下限频率下限频率上限频率上限频率不失真(或基本不失真)不失真(或基本不失真)放大信号时,放大器的放大信号时,放大器的通频带必须大于或等于通频带必须大于或等于信号的带宽。信号的带宽。2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出1525最大输出幅度最大输出幅度最大输出幅度与放大器直流工作状态、集电极电最大输出幅度与放大器直流工作状态、集电极电阻阻Rc、负载电阻负载电阻
13、RL和电源电压和电源电压UCC等密切相关。等密切相关。最大输出幅度指放大器在线性区能输出的最大电最大输出幅度指放大器在线性区能输出的最大电压压 幅度或最大电流幅度或最大电流 幅度。幅度。2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出153输出功率输出功率 :是指放大器能够向负载提供的最大交流功率。是指放大器能够向负载提供的最大交流功率。6输出功率输出功率 和效率和效率效率效率 ::直流电源供给功率:直流电源供给功率2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出1547总谐波失真系数总谐波失真系数THD和噪声系数和噪声系数 非线性失真的产生是由于放大器中存在非线性器件晶体
14、非线性失真的产生是由于放大器中存在非线性器件晶体三极管(或场效应管),从而使输出信号与输入信号相比产三极管(或场效应管),从而使输出信号与输入信号相比产生了畸变。生了畸变。非线性失真也称为谐波失真。若放大器输入信号为单一频非线性失真也称为谐波失真。若放大器输入信号为单一频率率f的正弦波,则根据傅氏级数理论,输出应包含频率分量为的正弦波,则根据傅氏级数理论,输出应包含频率分量为f、2f、3f输入信号倍频的分量。频率为输入信号倍频的分量。频率为f的的分量称为基波分量,分量称为基波分量,频率为频率为2 2f f、3 3f f分量统称为谐波分量。基波分量分量统称为谐波分量。基波分量幅幅度最大度最大。2
15、.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出155非线性失真也称为谐波失真非线性失真也称为谐波失真噪声系数噪声系数 定义为定义为 总谐波失真系数总谐波失真系数U1基波分量电压有基波分量电压有效值,效值,U2、U3等为等为2次、次、3次等谐波分次等谐波分量电压有效值量电压有效值2.1.4 放大器主要性能指标放大器主要性能指标 退出退出156 2.1.5 放大器的传输特性放大器的传输特性 一般形式一般形式退出退出返回返回1572.2 放大器基本分析方法放大器基本分析方法2.2.1 静态分析静态分析2.2.2 动态分析动态分析退出退出返回返回158静态分析静态分析是对是对直流通路直流通路
16、进行分析。进行分析。动态分析动态分析是对是对交流通路交流通路进行分析。进行分析。放大器的分析分为两部分:静态分析和动态分析。放大器的分析分为两部分:静态分析和动态分析。2.2.1 静态分析静态分析退出退出返回返回159 注意:静态分析和动态分析对应注意:静态分析和动态分析对应的放大器通路不同,分析方法也的放大器通路不同,分析方法也不同,两类分析不能混淆,不能不同,两类分析不能混淆,不能混用。混用。先作静态分析,知道放大器的直流工作状态后再作先作静态分析,知道放大器的直流工作状态后再作动态分析。动态分析。2.2.1 静态分析静态分析退出退出160静态分析要确定静态工作点静态分析要确定静态工作点
17、两种方法:两种方法:解析法和图解法解析法和图解法Q点点需计算:需计算:2.2.1 静态分析静态分析退出退出161 工作在放大状态下的晶体三极管,发射结处于正偏,工作在放大状态下的晶体三极管,发射结处于正偏,集电结处于反偏。晶体管导通时,有集电结处于反偏。晶体管导通时,有硅管硅管锗管锗管常取常取 1解析法解析法 2.2.1 静态分析静态分析退出退出162输入回路输入回路2.2.1 静态分析静态分析退出退出163输出回路输出回路2.2.1 静态分析静态分析退出退出164例例2-12-1 某放大器的直流通路如图某放大器的直流通路如图(a)所示,试用解所示,试用解析法求析法求 、的表达式。的表达式。解
18、:解:将图(将图(a)用戴维用戴维宁定理化简得图(宁定理化简得图(b),),图中图中2.2.1 静态分析静态分析退出退出165所以所以 2.2.1 静态分析静态分析退出退出166需要特别注意的是需要特别注意的是只有在满足一定条件时,才可以近似相等。只有在满足一定条件时,才可以近似相等。当当时 2.2.1 静态分析静态分析退出退出167 还有一点需要说明,上述的分析方法还有一点需要说明,上述的分析方法只适用于放大只适用于放大器工作在放大区的情况器工作在放大区的情况,也就是说,也就是说需要事先假设放大器需要事先假设放大器工作在线性状态工作在线性状态,然后进行分析,最后,然后进行分析,最后再判断分析
19、是否再判断分析是否合理合理,例,例2-2就说明了这种情况。就说明了这种情况。2.2.1 静态分析静态分析退出退出168电路如图所示,试分析晶体三极管的工作状态。电路如图所示,试分析晶体三极管的工作状态。解解:设三极管工作在放大区,则设三极管工作在放大区,则例例2-22.2.1 静态分析静态分析退出退出169电源电压电源电压 ,而而 ,显然是不可能的。实际上,此时晶体三极管已不在放大区显然是不可能的。实际上,此时晶体三极管已不在放大区工作,故不能按放大区工作,故不能按放大区进行计算。那晶体三极管工作在何进行计算。那晶体三极管工作在何种区域呢?需要根据所加电压极性判断工作三极管的工作种区域呢?需要
20、根据所加电压极性判断工作三极管的工作状态。状态。由图可知,由图可知,为正,为正,为正,此时放大器工作在为正,此时放大器工作在饱和区。饱和区。2.2.1 静态分析静态分析退出退出170 因此,在使用解析法时必须注意一因此,在使用解析法时必须注意一前提条件:前提条件:三极管三极管在放大状态工作在放大状态工作。计算时,可以先假设工作在线性放大区,。计算时,可以先假设工作在线性放大区,用解析法分析后,再看是否符合放大状态条件,不能计算用解析法分析后,再看是否符合放大状态条件,不能计算完后就了事。完后就了事。2.2.1 静态分析静态分析退出退出171通过作图对各极电流、电压进行分析的一种方法。通过作图对
21、各极电流、电压进行分析的一种方法。这是一种普遍使用的方法,即无论管子工作在何种状态,这是一种普遍使用的方法,即无论管子工作在何种状态,均可用图解法分析。均可用图解法分析。2图解法 2.2.1 静态分析静态分析退出退出172步骤为:步骤为:(1)画出直流通路画出直流通路;(2)分别写出输入、输出回路的外)分别写出输入、输出回路的外 部条件方程部条件方程;(3)在输入、输出特性曲线上作出)在输入、输出特性曲线上作出 外部条件方程外部条件方程,找出交点即为找出交点即为 静态工作点。静态工作点。2.2.1 静态分析静态分析退出退出173(1)(1)输入回路输入回路输入回路外部条件方程输入回路外部条件方
22、程输入特性曲线输入特性曲线外部特性外部特性2.2.1 静态分析静态分析退出退出174(2)(2)输出回路输出回路输出回路外部条件方程输出回路外部条件方程输出特输出特性曲线性曲线直流负载线直流负载线2.2.1 静态分析静态分析退出退出175根据已知的输入信号,求出各根据已知的输入信号,求出各极电流、电压的波形,进而观极电流、电压的波形,进而观察波形失真情况或求出电压放察波形失真情况或求出电压放大倍数、电流放大倍数。大倍数、电流放大倍数。分析方法:分析方法:图解法图解法和和微变等效电路法微变等效电路法2.2.2 动态分析动态分析退出退出返回返回176(l)作出输入回路的交流负载线作出输入回路的交流
23、负载线求求 波形波形设输入信号设输入信号则则1 1图解法图解法如图,根据输入电压信号波如图,根据输入电压信号波形就可以对应画出电流波形。形就可以对应画出电流波形。Q点处,当输入信号幅度点处,当输入信号幅度较小时,可以用切线代替较小时,可以用切线代替输入特性曲线。输入特性曲线。输入回路输入回路直流直流外外条条件方程件方程,求,求Q Q点时用点时用退出退出2.2.2 动态分析动态分析177由由得得于是于是(2)输出回路的交流负载线输出回路的交流负载线 求求 ,波形波形式中式中退出退出2.2.2 动态分析动态分析178于是于是过过Q点作一斜率为点作一斜率为 的直线,即为交流负载线。的直线,即为交流负
24、载线。退出退出2.2.2 动态分析动态分析179交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线退出退出如图,根据输入电流信号波形就可以对应画出输出电流及如图,根据输入电流信号波形就可以对应画出输出电流及电压波形。电压波形。2.2.2 动态分析动态分析180放大器各点波形放大器各点波形注意输出电压与注意输出电压与输入电压的相位输入电压的相位关系。关系。退出退出2.2.2 动态分析动态分析181(3)最大不失真输出电压最大不失真输出电压 截止失真截止失真点位置偏低点位置偏低输入信号较大输入信号较大退出退出2.2.2 动态分析动态分析182点位置偏高点位置偏高输入信号较大输入信号较大饱和失真饱和失真退出退
25、出2.2.2 动态分析动态分析183最大不失真输出电压幅度为最大不失真输出电压幅度为退出退出2.2.2 动态分析动态分析184影响因素:影响因素:电阻电阻 、;输入信号幅度输入信号幅度 ;电源电压电源电压 。、退出退出2.2.2 动态分析动态分析185基本思想:基本思想:用线性等效电路取代工作在用线性等效电路取代工作在线性放大状态线性放大状态的晶体三的晶体三极管。极管。2H参数微变等效电路法参数微变等效电路法退出退出2.2.2 动态分析动态分析186(1 1)H H参数等效电路参数等效电路微分微分退出退出2.2.2 动态分析动态分析187 定义定义(单位为单位为)(无量纲无量纲)(单位为单位为
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