电子线路课件：第2章 放大器基础.ppt

2.1 放大电路的基本概念放大电路的基本概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放放大成较大的信号大成较大的信号放大电路可以放大电路可以用有输入口和输出用有输入口和输出口的四端网络，如口的四端网络，如图：图：XiXoAv扩音机是怎样工作的扩音机是怎样工作的 直流供电电直流供电电源源前置放大器前置放大器功率放大器功率放大器第2章 放大器基础 2-1 放大器的基本概念放大器的基本概念放大就是将信号的幅度由小变大放大就是将信号的幅度由小变大用放大电路来完成对信号的放大作用用放大电路来完成对信号的放大作用放放大大的的实实质质是是一一种种能能量量的的转转换换过过程程有有源源器器件件在在输输入入信信号号的的控制下，将直流电源提供的能量转换成输出的交流信号控制下，将直流电源提供的能量转换成输出的交流信号放放大大器器的的主主要要功功能能是是放放大大电电信信号号，即即把把微微弱弱的的输输入入信信号号（电电流流、电电压压或或功功率率）通通过过电电子子器器件件的的控控制制作作用用，将将直直流流功功率率转转换成一定强度的、随输入信号变化的输出信号换成一定强度的、随输入信号变化的输出信号。

直流放大器直流放大器音频放大器音频放大器视频放大器视频放大器脉冲放大器脉冲放大器信号的特征信号的特征宽带放大宽带放大器器谐振放大器谐振放大器信号的大小信号的大小小信号放大器小信号放大器大信号放大器（功率放大器）大信号放大器（功率放大器）放大器的分类放大器的分类2.1.1 放大器的基本组成 输入信号源：提供输入信号，它既可以是前一级电路的输出，输入信号源：提供输入信号，它既可以是前一级电路的输出，也可以是将非电量的物理量变换为电信号的换能器也可以是将非电量的物理量变换为电信号的换能器;输输出出负载负载:是放大器是放大器输输出端呈出端呈现现的的输输出特性，它可能成出特性，它可能成为为下一下一级电级电路的路的输输入入 电电阻，也可能是一些阻，也可能是一些终结设备终结设备的阻抗的阻抗直流电源：提供功率；直流电源：提供功率；偏置电路偏置电路:为半导体器件提为半导体器件提 供合适的静态工作点，保证供合适的静态工作点，保证 其正常其正常 的工作状态的工作状态根据半导体器件其交流根据半导体器件其交流接地电极的不同接地电极的不同,三种三种基本的放大电路基本的放大电路:共发射极共发射极 共基极共基极 共集电极共集电极输入信号源输入信号源输出负载输出负载直流电源及偏置电路直流电源及偏置电路1 1、设置合适静态工作点、设置合适静态工作点 偏置电路偏置电路2 2、输入信号、输出负载、放大器三者之间的、输入信号、输出负载、放大器三者之间的连接方式连接方式 耦合方式耦合方式偏置电路的要求：1)提供放大器所需要的工作点。

2)工作点在外部条件变化时保持不变放大器必须解决的问题放大器必须解决的问题2.1.2 共发射极放大电路共发射极放大电路 1.电路形式电路形式电路构成电路构成三极管工作在放大区：发射结正偏 集电结反偏使发射结正偏，并提供适使发射结正偏，并提供适当的静态工作点当的静态工作点集电极电阻，将变化的电流集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压转变为变化的电压耦合电容，耦合电容，起到起到隔离直隔离直流流、耦合交耦合交流流的作用的作用集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量并保证集量并保证集电结反偏电结反偏BCE参考零参考零电位点电位点放大作用原理放大作用原理+*放大作用的实质：放大作用的实质：放大器的能量控制作放大器的能量控制作用，而且放大作用是针对变化量而言的用，而且放大作用是针对变化量而言的RLviRBVCCVBBRCCBCCT另一种放大电路形式另一种放大电路形式解决直接耦合所带来直解决直接耦合所带来直流电位相互牵制问题流电位相互牵制问题耦合电容应足耦合电容应足够大（几够大（几uF到到几十几十uF）2.1.2 共发射极放大电路 各元件的作用各元件的作用 保证发射结正偏；一方面保证集电结反偏，另一方面为整个放大器提供能源；一方面形成集电极的直流通路，另一方面把晶体管放大的集电极电流转化为输出电压；一方面起隔直流的作用，另一方面又起着耦合交流的作用，保证交流信号能够正常传输。

为放大器的负载；2.1.2 共发射极放大电路2.电路分析 放大器的输入信号通常是不规则信号，但可以将其分解为正弦波信号的叠加信号 分析放大器时总是分为静态和动态两种状态来分析，静态是分析放大器的直流特性，动态是分析放大器的交流特性瞬态：直流交流2.1.2 共发射极放大电路 2.电路分析 静态：是指s0时放大器所处的工状态，即直流工作状态瞬态：s0时的工作状态，是在直流工作状态的基础上叠加有交流信号时，半导体三极管各电极电流、电压的变化情况假设输入信号电压 2.1.2 共发射极放大电路2.电路分析2.1.2 共发射极放大电路2.电路分析 倒相倒相2.1.2 共发射极放大电路 2.电路分析输出与输入电压之间的相位关系 iBEiBiCCE（VCCiCRc）反之iCE，即输出与输入电压是反相位的，这种现象称为放大器的“倒相”作用3.3.放大器的能量分配关系放大器的能量分配关系静态静态时，直流电源提供的功率集电极损耗功率集电极电阻RC上消耗的功率可以看出 动态能量分配关系动态能量分配关系动态时，电源功率未变，在输入信号的作用下，原来消耗在集电结的功率的一部分转换为RC上的功率，若RC为负载，即在输入信号的作用下，电源提在输入信号的作用下，电源提供的功率转换为输出功率供的功率转换为输出功率。

集电结上消耗的功率RC上消耗的功率电源提供的功率RBVCCVBBRCC1C2Tvi+-vo+-RBVCCVBBC1C2TRCvivoVCCC1C2TRCRBvivo几伏到几伏到几十伏几十伏2.1.2 共发射极放大电路4.电路的通常画法电路的通常画法 2.1.2 共发射极放大电路4.电路的通常画法电路的通常画法 加入单一频率信号后的波形如图所示加入单一频率信号后的波形如图所示 2.1.2 共发射极放大电路4.电路的通常画法电路的通常画法n直流通路：令交流电源为零将电容断开即可得到直流通路nRb：称为基极偏流电阻，这种偏置称为固定偏置电路2.1.2 共发射极放大电路4.电路的通常画法电路的通常画法n交流通路：直流电源为零；耦合电容Cb、Cc短路，分布电容及结电容可视为开路2.1.2 共发射极放大电路n 交交流流通通路路是是在在直直流流的的基基础础上上作作出出的的一一种种等等效效电电路路，对对于于小小信信号号放放大大器器，若若将将三三极极管管用用线线性性网网络络表表示示，则则可可利利用用该该等等效效电电路路计计算算小小信信号号放大器的各种性能指标放大器的各种性能指标n 将三极管用方框图表示，将三极管用方框图表示，输入端口输入端口、输出端口输出端口 2.1.3 放大器的主要指标 放大器主要性能指标为：增益，输入、输出放大器主要性能指标为：增益，输入、输出阻抗，频率响应，非线性失真等。

阻抗，频率响应，非线性失真等1.增益增益电压增益电压增益电流增益电流增益互导增益互导增益源电压增益源电压增益源电流增益源电流增益互阻增益互阻增益：放大倍数A，是放大器输出量与输入量的比值，反映放大器放大电信号的能力功率增益功率增益增益常采用分贝数表示，便于对多级增益常采用分贝数表示，便于对多级放大器的分析运算放大器的分析运算由于由于、，四种增益可以转换四种增益可以转换*RLRo时，时，Av达到最大，达到最大，且与且与RL无关2.1.3 放大器的主要指标 2.2.输入、输出电阻输入、输出电阻 1）输入电阻Ri（或输入阻抗 ）若 滞后于 ，则 呈容性；若 超前 则 呈感性；在中频段 与 同相，则 Ri为纯电阻2.1.3 放大器的主要指标 2.2.输入、输出电阻输入、输出电阻 1）输入电阻Ri对输入电阻的要求（a）若要求输入端得到较大而稳定的输入信号电压 ，要求RiRs（b）若要求输入端得到稳定的输入信号电流 要求RiRsc）当采用传输线送入信号时，应使放大器的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，输入端可得到较大的输入信号功率2.1.3 放大器的主要指标 2.2.输入、输出电阻输入、输出电阻 2）输出电阻Ro（或输出阻抗 ）将输出端的RL断开，在输出端口外加一个信号 ；令输入信号为零，若输入信号为电压源应将其短路（若为电流源应将其开路），但保留内阻Rs，产生电流 ，则放大器的输出阻抗（中频时为输出电阻Ro）为 2.1.3 放大器的主要指标 2.2.输入、输出电阻输入、输出电阻 2）输出电阻Ro对放大器输出电阻Ro的要求：（a）当负载RL变化，且需要得到稳定的输出电压信号，则要求放大器具有较小的输出电阻Ro（放大器输出等效为恒压输出）。

b）若负载需要得到稳定的输出信号电流，则要求放大器具有较大的输出电阻（放大器的输出等效为恒流输出）输入阻抗输入阻抗输出阻抗输出阻抗为有效传输信号，为有效传输信号，若需要得到较大输入电压，希望若需要得到较大输入电压，希望若需要得到较大输入电流，希望若需要得到较大输入电流，希望若需要得到稳定输出电压，希望若需要得到稳定输出电压，希望若需要得到稳定输出电流，希望若需要得到稳定输出电流，希望2.1.3 放大器的主要指标 3.3.频率响应（频率特性）频率响应（频率特性）例：放大器的电压增益可表示为 频率特性频率特性放大器中的电抗性元件对不同频率的信号呈现出不同的阻抗，使放大器对不同频率的输入信号具有不同的增益，把放大器这种增益随输入信号频率变化的特性称为频率特性频率特性增益函数 在实验中，曲线可采用逐点描绘的方法得到，即在放大器的输入端加上幅度恒定，而频率逐点改变的信号，分别测出对应的输出电压幅度，根据输出与输入之间的关系，就可描绘出幅频特性曲线 中频增益中频增益低频段低频段中频段中频段高频段高频段通频带通频带：增益函数取对数用dB来表示，则幅频特性曲线又叫波特图，当从下降到中频增益的0.707时，在波特图上则正好下降3（dB）4.4.频率失真频率失真(线性失真线性失真)信号通过放大器时，若放大器对不同频率分量的增益不同，输出信号将出现频率失真频率失真。

其中幅频特性而产生的失真称为幅度失真幅度失真；相频特性产生的失真称为相位失真相位失真频率失真为线性失真，失真信号中不会产生频率失真为线性失真，失真信号中不会产生新的频率成分新的频率成分非线性失真：非线性失真：输出信号中会产生新的频率成分的失真线性失真：线性失真：输出信号中不会产生新的频率成分2.1.3 放大器的主要指标5.非线性失真非线性失真 产生：非线性失真是另一种波形失真，它主要是由半导体器件中伏安特性曲线的非线性产生的基极电流比输入信号的频率多出了许多频率分量，即ib为非正弦波 2.1.3 放大器的主要指标 5.非线性失真非线性失真 非线性失真系数:输出信号中由失真引起的谐波功率的总和对基波功率之比的平方根，即 非线性失真与线性失真的区别非线性失真与线性失真的区别;放大器的非线性失真:由放大器件的非线性特性所带来的一种失真，它最大的特点是在输出信号中产生了输入信号中所没有的新的频率成份 放大器的线性失真:放大器频率特性带来的失真2.1.3 放大器的主要指标2.1.4 放大器的偏置电路设置静态工作点的电路称为放大器的偏置电路，它的主要作用有二个：n一是为半导体器件提供所需的静态工作点(Q点)；n二是在外界因素（温度、电源电压等）变化时保持Q点的稳定。

为得到所需要的静态工作点，可有不同的偏置方式，分立元件电路中多采用电压偏置，集成电路中多采用电流偏置1)固定偏置电路静态工作点的图解分析静态分析静态分析+几千到几千到几几百千欧百千欧直流通路几千到几千到几几十千欧十千欧2.1.4 放大器的偏置电路1.固定偏置电路图解法确定图解法确定Q点点线性线性线性线性A、将电路分为三部分将电路分为三部分非线性非线性线性部分直线方程线性部分直线方程 输入回路方程输入回路方程。