第五讲放大电路的组成和工作原理.ppt

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1、第二章,BJT放大电路基础,第二章 BJT放大电路基础,学时数：12,内容框架：,重点难点：,1、放大电路的组成原则,2、放大电路的静态分析（近似估算法、图解法）,3、放大电路的动态分析（图解法、微变等效电路法）,4、三种组态放大电路的性能比较,2-1 放大电路的基本组成和工作原理,一、放大电路概述,四、放大电路的直流通路和交流通路,二、放大电路的基本组成原则,三、电压放大器的放大原理,五、电压放大器的三种基本组态,一、放大电路概述,1、放大的概念,3、放大电路的主要性能指标,2、基本放大电路及其模型,1、“放大”的作用和实质是什么？,2、放大电路有哪些基本类型？各适用于什么场合？,3、放大电

2、路有哪些主要的性能指标？各指标是如何定义的？,1、放大的概念,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。,放大的特征：,功率放大：,放大的基本要求：,不失真放大的前提。,2、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：,下面介绍四种放大器的简单模型，了解它们之间的本质区别和联系。,2、基本放大电路及其模型,+ui-,+uo-,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,信号源内阻,信号源,输入电压,输入电

3、流,输出电压,输出电流,Ri,输入电阻,输出电阻,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。,从放大电路输入端看进去的等效电阻。,输出电阻Ro：,描述放大电路带负载能力的指标。,2、基本放大电路及其模型,（1）电压放大器：,输入是电压信号，输出也是电压信号，是一种电压控制电压源。,电压增益Au：,当RL=时，Au=Auo，Auo称为开路电压增益,Ro越小，Au越稳定，放大器的带负载能力越强。,为使ui尽可能接近us 提高电源利用率，Ri越大越好。,为提高电源利用率和带负载能力，设计电压放大器时应满足RoRs。理想电压放大器的条件是Ro=0和Ri=，

4、此时，Au恒等于Auo，而其电流增益和功率增益恒等于无穷大。,输入电阻Ri：,2、基本放大电路及其模型,（2）电流放大器：,输入信号是电流，输出信号也是电流，是一种电流控制电流源。,输入电阻Ri：,电流增益Ai：,当RL=0时，Ai=Aio，Aio称为短路电流增益,Ro越大，Ai越稳定，放大器的带负载能力越强。,为使ii尽可能接近is 提高电源利用率，Ri越小越好。,为提高电源利用率和带负载能力，设计电流放大器时应满足RoRL，RiRs。理想电流放大器的条件是Ro=和Ri=0，此时，Ai恒等于Aio，而其电压增益和功率增益恒等于无穷大。,2、基本放大电路及其模型,（3）跨阻放大器：,输入电阻R

5、i：,跨阻增益Ar：,为使ii尽可能接近is 提高电源利用率，Ri越小越好。,输入信号是电流，输出信号是电压，是一种电流控制电压源。,当RL=时，Ar=Aro，Aro称作开路跨阻增益,Ro越小，Ar越稳定，放大器的带负载能力越强。,设计跨阻放大器时，应设法满足RoRL，RiRs。,2、基本放大电路及其模型,（4）跨导放大器：,跨导增益Ag：,为 提高电源利用率，Ri越大越好。,输入信号是电压，输出信号是电流，是一种电压控制电流源。,Ro越大，Ag越稳定，放大器的带负载能力越强。,设计跨阻放大器时，应设法满足RoRL，RiRs。,当RL=0时，Ag=Ag o,Ag o称作短路跨导增益,（5）四种

6、基本放大器的区别和联系,区别是：,增益的量纲不同,对输出电阻的要求不同,对输入电阻的要求不同,以电压作为输出量的放大器要求Ro RL,以电流作为输出量的放大器要求Ro RL,以电压作为输入量的放大器要求Ri Rs,以电流作为输入量的放大器要求Ri Rs,适用场合不同,电压放大器和跨阻放大器适用于负载电阻较大的场合，多用于信号的前置放大和中间放大。,电流放大器和跨导放大器适用于负载电阻较小的场合，多用于电子系统的输出级或执行机构的驱动电路。,（5）四种基本放大器的区别和联系,联系是：,四种模型电路的参数之间可以相互转换。,一般电压增益更容易测量，其他增益可以由电压增益换算得到。,电流增益：,跨阻

7、增益：,跨导增益：,电流放大,跨阻放大,跨导放大,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,3、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。,电压放大器：,电流放大器：,跨阻放大器：,跨导放大器：,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：,3、放大电路的主要性能指标,是最常被研究和测试的参数,（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

8、信号源的影响程度。,输入为电压源：,Ri，ii，ui就越接近uS，输入信号的利用率越高。,（Ri越大越好）,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）,从放大电路输入端看进去的等效电阻。,3、放大电路的主要性能指标,（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，我们可以用戴维南定理将之等效为一个电压源，电压源的内阻就是输出电阻。,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。,3、放大电路的主要性能指标,如何获得电路的输出电阻Ro？,（1）将信号源置零，保留内阻(保留受

9、控源)。,（2）将负载开路，在输出端加一个电压uo，得到输出电流io。,方法1：加压求流法（外加激励法）,（3）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,如何获得电路的输出电阻RO？,方法2：实验测量法,（1）将负载开路，测量开路（空载）输出电压US。,（2）在输出端接入一个已知负载，测输出电压UL。,（3）计算。,（4）通频带BW,描述放大电路对不同频率信号的放大能力。,3、放大电路的主要性能指标,由于电路中的电抗元件以及放大管的PN结电容效应，使放大电路在信号频率较低或较高时的电压放大倍数下降，并产生相移。描述放大倍数的幅值随频率变化

10、的曲线，称为幅频特性曲线。,中频区,中频增益,高频区,低频区,fL,fH,通频带,BW=fH fL,3dB带宽,（5）非线性失真系数D,描述放大电路的失真程度。,（6）动态范围UO(P-P),放大电路的最大输出幅度。,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，一般用输出电压的峰峰值或有效值表示。,3、放大电路的主要性能指标,思考题：,1.测量放大器输入电阻、输出电阻应该用什么信号？,2.测量放大器的通频带用什么信号？,3.测量放大器的动态范围用什么信号？,1、基本放大电路的组成及各元件的作用,二、放大电路的基本组成和工作原理,2、设置静态工作点的必要性,3、基本放大电路的

11、工作原理及波形分析,4、放大电路的组成原则,共射,1、基本放大电路的组成及各元件的作用,EB,Rb:,使发射结正偏，且有合适的IB。,（不用Rb可以吗？）,EC:,使集电结反偏，同时提供能量。,RC:,将iC转化为uCE(uo）。,BJT:,电流的控制和放大作用。,信号源作用时：,信号源为uS0时，BJT的各极电流和极间电压均为直流量，称为静态工作点Q，即为：,（对RC的取值有要求吗？）,静态工作点设置是否合适，对放大器性能的影响至关重要。,放大的对象是变化量,2、设置静态工作点的必要性,为什么放大的对象是动态信号，却需要晶体管在信号为0时有合适的直流电流和极间电压呢？,分析没有基极偏置的情况

12、：,一般的输入信号不足以使BJT导通，uo=EC，即使输入信号足够大，也只有在输入信号大于Uon时，输出才有变化，产生严重失真！,结果：输出电压必然产生失真!,设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但是Q点的位置几乎影响着放大电路所有的动态参数。,3、基本放大电路的工作原理及波形分析,当uS0时，,当uS0时，,uS,UBEQ+ube,IBQ+ib,ICQ+ic,uCE=EC-iCRC,UCEQ+uce,=EC-ICQRC-icRC,=UCEQ-icRC,动态信号驮载在静态之上,输出与输入反相,基本放大器的电压放大作用是通过三极管的电流放大，并经电阻RC将集电极电流的变化转换为集电极电压的

13、变化而获得。,波形特点：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。,4、放大电路的组成原则,（1）静态工作点合适：合适的直流电源，合适的电路参数,（2）动态信号能够作用于有源器件的输入回路，在负载上 能够获得放大了的动态信号。,（3）对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能 少、负载上无直流分量。,5、两种实用的放大电路,（1）直接耦合放大电路,存在问题：,两种电源；,信号源与放大电路不共地；,输入信号和放大电路、负载和放大电路直接连接。,输出含有直流分量。,存在问题：,输入的交流信号在电 阻上有损耗；,输出含有直流分量,5、两种实用的放大电路,（2）阻容

14、耦合放大电路,C1，C2为耦合电容！,耦合电容的特点：耦合电容的容量应足够大，在放大电路的通频带内，对于交流信号近似为短路，其作用是“隔断直流、通过交流”。,输入信号和放大电路、负载和放大电路通过电容连接。,静态时C1、C2上的电压？,动态时：,信号驮载在静态之上。,负载上只有交流信号。,耦合电容没有动态损耗。,缺点：当信号频率较低时，电容上的交流损耗变大。,（注意电容的极性）,旁路电容,三、放大电路的直流通路和交流通路,通常放大电路中直流电源和交流信号的作用共存，并且由于电路中电抗元件的存在，交流电流和直流电流流过的通路是不一样的，使电路的分析复杂化。为简化分析，在分析时将它们分开作用，引入

15、直流通路和交流通路的概念。,1、直流通路,直流电源作用的通路，解决静态工作点问题。,2、交流通路,交流信号源作用的通路，反映交流信号的传输问题。,交流信号源置零，保留内阻；,电容开路；,适用的频率范围：放大电路的中频区,电感短路（线圈电阻近似为0）。,大电容（耦合电容、旁路电容）相当于短路；,直流电源相当于短路；,电感相当于开路。,直接耦合放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,带发射极电阻的阻容耦合放大电路的直流通路和交流通路,【例题】判断图中各电路能否实现电压放大？,判断方法：,1.是否有合适的静态偏置。,2.交流信号能否

16、加到BJT输入端，能否输出。,（看电源极性，隔直电容位置）,（看旁路电容）,例题判断图中各电路能否实现电压放大？,判断方法：,1.是否有合适的静态偏置。,2.交流信号能否加到BJT输入端，能否输出。,（看电源极性，隔直电容位置）,（看旁路电容）,1、放大电路有哪些主要指标？你知道怎样测量这些参数吗？,2、组成基本放大电路需要遵循哪些原则？,3、交、直流并存是放大电路的共同特点，你知道放大电 路中各点的电压或电流的波形是什么样的吗？,4、什么叫直流通路，什么叫交流通路？你知道怎么画直流通路和交流通路吗？,5、放大电路有三种基本组态，你知道如何去判断组态吗？,戴维南定理,等效电压源的电动势Uoc有源二端网络的开路电压Uab等效电压源的内阻Ro有源二端网络除源后所得的等效电阻,戴维南定理指出：任何一个线性有源二端网络对外电路而言，可以用一个电压源来等效代替。,只需计算复杂电路中某一支路的电流时，应用等效电源定理来求解最为简便。此法是将代求支路从电路中取出，把其余电路（含有电源和无源元件）用一个等效电源来代替。,1.只有电路既放大电流又放大电压，才能称其具有放 大作用。（）2.可以说任何放大电路都具有功率放大作用。()3.电路中各电量的交流成份全部由交流信号源提供。()4.放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作。(),