教学课件:单级低频小信号放大器.ppt
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- 教学 课件 低频 信号 放大器
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1、第第 3 章单级低频小信号放大器章单级低频小信号放大器本章学习目标本章学习目标3.1放大器的基本概念放大器的基本概念3.2基本共射放大器基本共射放大器3.3放大电路的分析方法放大电路的分析方法3.4分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路本章小结本章小结本章学习目标本章学习目标1.了解放大器的方框图的组成,理解放大倍数的概念。了解放大器的方框图的组成,理解放大倍数的概念。2.掌握基本共射极放大电路的组成,理解各元器件的作掌握基本共射极放大电路的组成,理解各元器件的作用,会分析其工作原理。用,会分析其工作原理。3.掌握基本共射放大电路的直流通路的画法,并能用估掌握基本共射放大电路的直流通路的画法,并
2、能用估算法计算基本共射放大器的静态工作点,清楚静态工算法计算基本共射放大器的静态工作点,清楚静态工作点的作用。作点的作用。4.掌握基本共射放大电路的交流通路的画法,理解输入掌握基本共射放大电路的交流通路的画法,理解输入电阻、输出电阻的含义,掌握输入电阻、输出电阻和电阻、输出电阻的含义,掌握输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的计算。电压放大倍数的计算。5.理解图解法的含义,会用图解法进行静态工作点分析理解图解法的含义,会用图解法进行静态工作点分析并理解因静态工作点设置不当引起的失真,了解失真并理解因静态工作点设置不当引起的失真,了解失真消除的方法。消除的方法。6.熟悉分压式偏置共射放大电路的构成及
3、作用,理解其熟悉分压式偏置共射放大电路的构成及作用,理解其稳定静态工作点的原理。稳定静态工作点的原理。3.1放大器的基本概念放大器的基本概念3.1.1放大器概述放大器概述3.1.2放大器的放大倍数放大器的放大倍数3.1.1 放大器概述放大器概述 放大器:放大器:把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放大。特征是功率放大。扩音机框图扩音机框图扩音机是一种常见的放大器,如图所示。扩音机是一种常见的放大器,如图所示。声音先经过话筒转换声音先经过话筒转换成随声音强弱变化的电信成随声音强弱变化的电信号;再送入电压放大器和号;再送入电压放大器和功率放
4、大器进行放大;最功率放大器进行放大;最后通过扬声器把放大的电后通过扬声器把放大的电信号还原成比原来响亮得信号还原成比原来响亮得多的声音。多的声音。3.1.2放大器的放大倍数放大器的放大倍数放大器的框图放大器的框图输入端输入端输入电流输入电流输出电流输出电流输入电压输入电压输出电压输出电压输出端输出端一、放大倍数的分类一、放大倍数的分类 1电压电压放大倍数放大倍数ioVVAv(3.1.1)2电流电流放大倍数放大倍数ioIIAi (3.1.2)3功率放大倍数功率放大倍数ioPPAP (3.1.3)三者关系为三者关系为 viPAAVIVIPPA iiooio(3.1.4)二、放大器的增益二、放大器的
5、增益增益增益 G:用对数表示放大倍数。单位为用对数表示放大倍数。单位为分贝分贝(dB)。1功率增益功率增益GP=10lgAP(dB)2电压增益电压增益Gv=20lgAv(dB)3电流增益电流增益Gi=20lgAi(dB)增益为正值时,电路是放大器,增益为负值时,电路是衰增益为正值时,电路是放大器,增益为负值时,电路是衰减器。例如,放大器的电压增益为减器。例如,放大器的电压增益为 20 dB,则表示信号电压放,则表示信号电压放大了大了 10 倍。又如,放大器的电压增益为倍。又如,放大器的电压增益为-20 dB,这表示信号,这表示信号电压衰减到电压衰减到 1/10,即放大倍数为,即放大倍数为 0.
6、1。3.2单级低频小信号放大器单级低频小信号放大器3.2.1单管共射基本放大电路单管共射基本放大电路3.2.2放大器的静态工作点放大器的静态工作点3.2.3共发射极电路的放大和反向作用共发射极电路的放大和反向作用 单级低频小信号放大器:单级低频小信号放大器:工作频率在工作频率在 20 Hz(赫赫)到到 20 kHz(千赫千赫)内、电压和电流都较小的单管放大电路。内、电压和电流都较小的单管放大电路。3.2.1单管共射基本放大电路单管共射基本放大电路单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路一、电路的组成和一、电路的组成和电路图的画法电路图的画法1电路组成电路组成 实际应用中,共射放大电路通常采用单
7、电源供电,各实际应用中,共射放大电路通常采用单电源供电,各部分的作用分别如下:部分的作用分别如下:晶体管的作用是把晶体管的作用是把放大电路输入的小放大电路输入的小电流进行放大,并电流进行放大,并控制能量转移控制能量转移向放大电路提向放大电路提供能量,保证供能量,保证晶体的放大作晶体的放大作用。用。基极偏置电基极偏置电阻的作用是为阻的作用是为放大电路提供放大电路提供合适的静态工合适的静态工作点,保证晶作点,保证晶体管工作在放体管工作在放大区。大区。输入耦合电容的作输入耦合电容的作用是通交隔直。一用是通交隔直。一方面防止放大电路方面防止放大电路内直流部分对输入内直流部分对输入的影响,另一方面的影响
8、,另一方面让输入交流信号顺让输入交流信号顺利通过。利通过。输出耦合电容的输出耦合电容的作用是隔离放大作用是隔离放大电路内部的直流电路内部的直流和让放大的交流和让放大的交流信号顺利输出。信号顺利输出。集电极电阻的作用是将放大集电极电阻的作用是将放大后的集电极电流转换成电路后的集电极电流转换成电路所需的电压输出。所需的电压输出。3DG6管管RBC1RCC2UCC2元件作用元件作用EB基极电源。通过偏置电阻基极电源。通过偏置电阻 Rb,保证发射结正偏。,保证发射结正偏。EC集电极电源。通过集电极电阻集电极电源。通过集电极电阻 RC,保证集电结反,保证集电结反偏。偏。Rb偏置电阻。保证由基极电源偏置电
9、阻。保证由基极电源 EB 向基极提供一个合向基极提供一个合适的基极电流。适的基极电流。Rc集电极电阻。将三极管集电极电流的变化转换为集电极电阻。将三极管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化。集电极电压的变化。C1、C2耦合电容。防止信号源以及负载对放大器直耦合电容。防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响;同时保证交流信号顺利地传输。即流状态的影响;同时保证交流信号顺利地传输。即“隔直通隔直通交交”。3DG6RBC1RCC2UCCcebuiu0ibiCuCEiBIB基极固定偏置基极固定偏置电流电流放大后的放大后的集电极电集电极电流流 iC通过通过RC将放将放大的电流转换大的电流转换为放大的晶
10、体为放大的晶体管电压输出。管电压输出。uCE经经C2滤掉了滤掉了直流成分后的直流成分后的输出电压输出电压信号电流和信号电流和基极固定偏基极固定偏流的叠加流的叠加显然,放大电路内部各电流、电压都是显然,放大电路内部各电流、电压都是的。的。uit0输入交流信号输入交流信号电流电流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCu0t0输入信号电输入信号电压压3.共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理实际电路通常采用单电源供电,如图实际电路通常采用单电源供电,如图(b)所示所示。单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路3电路图的画法电路图的画法如右图所示。如右图所示。“”表示接地点,实际使用时,通常
11、与表示接地点,实际使用时,通常与设备的机壳相连。设备的机壳相连。RL 为负载,如扬声器等。为负载,如扬声器等。单电源供电放大器的习惯画法单电源供电放大器的习惯画法 C1、C2非电解电容器的画法非电解电容器的画法二、电路中电压和电流符号写法的规定二、电路中电压和电流符号写法的规定1直流分量直流分量:用大写字母和大写下标的符号,如用大写字母和大写下标的符号,如 IB 表表示基极的直流电流。示基极的直流电流。2交流分量瞬时值:交流分量瞬时值:用小写字母和小写下标的符号,如用小写字母和小写下标的符号,如ib 表示基极的交流电流。表示基极的交流电流。3总量瞬时值:总量瞬时值:是直流分量和交流分量之和,用
12、小写字是直流分量和交流分量之和,用小写字母和大写下标的符号,如母和大写下标的符号,如 iB=IB+ib,即表示基极电流的总瞬,即表示基极电流的总瞬时值。时值。3.2.2放大器的静态工作点放大器的静态工作点静态:静态:无信号输入无信号输入(vi=0)时电路的工作状态。时电路的工作状态。1静态工作点静态工作点 Q:静态时晶体管直流电压静态时晶体管直流电压 VBE、VCE 和和对应的对应的 IB、IC 值。分别记作值。分别记作 VBEQ、IBQ、VCEQ 和和 ICQ。如下图。如下图 所示。所示。bBEQGBQRVVI-BQCQII cCQGCEQRIVV-VBEQ:硅管一般为:硅管一般为 0.7
13、V,锗管为,锗管为 0.3 V。静态工作点静态工作点 例例 3.2.1 在图示单级放大器中,设在图示单级放大器中,设 VG=12 V,RC=2 k,=60。求放大器的静态工作点。求放大器的静态工作点。静态工作点静态工作点解解 从电路可知,晶体管是从电路可知,晶体管是 NPN 型,按照约定视为硅管,则型,按照约定视为硅管,则V7.0BEQ VA51k220V7.0V12bBEQGBQ-RVVImA3A5060BQCQ II V6k2mA3V12cCQGCEQ -RIVV2静态工作点对放大器工作状态的影响静态工作点对放大器工作状态的影响 静态工作点静态工作点放大器的静态工作点是否合适,对放大器的工
14、作状态影放大器的静态工作点是否合适,对放大器的工作状态影响非常大。响非常大。若把左图中的若把左图中的 Rb 除掉,电路如右图所示,则除掉,电路如右图所示,则 IBQ=0,当,当输入端加正弦信号电压输入端加正弦信号电压 vi 时,在信号正半周,发射结正偏而时,在信号正半周,发射结正偏而导通,输入电流导通,输入电流 ib 随随 vi 变化。在信号负半周,发射结反偏而变化。在信号负半周,发射结反偏而截止,输入电流截止,输入电流 ib 等于零。即波形产生了失真。等于零。即波形产生了失真。除去除去Rb时放大器工作不正常时放大器工作不正常 2静态工作点对放大器工作状态的影响静态工作点对放大器工作状态的影响
15、 如果如果 Rb 阻值适当,则阻值适当,则 IBQ 不为零且有合适的数值。当输不为零且有合适的数值。当输入端有交流信号入端有交流信号 vi 通过通过 C1 加到晶体管的发射结时,基极电流加到晶体管的发射结时,基极电流在直流电流在直流电流 IBQ 的基础上随的基础上随 vi 变化,即交流变化,即交流 ib 叠加在直流叠加在直流 IBQ 上。上。如果如果 IBQ 的值大于的值大于 ib 的幅值,那么基极的总电流的幅值,那么基极的总电流 IBQ+ib 始终是单方向的直流电,即它只有大小的变化,没有正负极性始终是单方向的直流电,即它只有大小的变化,没有正负极性的变化,这样就不会使发射结反偏而截止,从而
16、避免了输入电的变化,这样就不会使发射结反偏而截止,从而避免了输入电流流 ib 的波形失真。的波形失真。综上可见,一个放大器的静态工作点是否合适,是放大器综上可见,一个放大器的静态工作点是否合适,是放大器能否正常工作的重要条件。由电源能否正常工作的重要条件。由电源 VG 和偏置电阻和偏置电阻 Rb 组成的组成的电路,就是为了提供合适的偏流而设置的,称为偏置电路。电路,就是为了提供合适的偏流而设置的,称为偏置电路。3.2.3共发射极电路的放大和反相作用共发射极电路的放大和反相作用1信号放大与反相信号放大与反相 由于基极电流对集电极电流的控制作用,由于基极电流对集电极电流的控制作用,集电极电流在静态
17、值集电极电流在静态值 ICQ 的基础上跟着的基础上跟着 ib 变化变化ic=ICQ+ic 同样,集电极与发射极电压也是静态电压同样,集电极与发射极电压也是静态电压 VCEO 和交流电压和交流电压 vce 两部分合成,即两部分合成,即vCE=VCEQ+vce交流输入信号交流输入信号 vi 经过电容经过电容 C1 作用在晶体作用在晶体管的发射结,引起基极电流的变化,这时基极管的发射结,引起基极电流的变化,这时基极总电流为总电流为iB=IBQ+ib由于集电极电流由于集电极电流 ic 流过电阻流过电阻 RC 时,在时,在 RC 上产生电压降上产生电压降 ic RC,则集电极与发射极,则集电极与发射极间
18、总的电压应为:间总的电压应为:ccCQGcCGCE)(RiIVRiVV-负号表示负号表示 ic 增加时增加时 v vcece 将减小,即将减小,即 vce 与与 ic 反相。反相。cccCQGRiRIV-ccCEQRiV-ccceRiv-经耦合电容经耦合电容 C2 的的“隔直通交隔直通交”,放大,放大器,输出端获得放大后的输出电压器,输出端获得放大后的输出电压 vo vceic Rc,即,即 vo 与与 vi 相反。相反。2直流通路和交流通路画法直流通路和交流通路画法(1)直流通路:直流通路:电容视为开路,电感视为短路,其他不变。电容视为开路,电感视为短路,其他不变。(2)交流通路:交流通路:
19、电容和电源视为短路。电容和电源视为短路。直流、交流通路画法直流、交流通路画法单级放大器的工作特点:单级放大器的工作特点:(1)为了不失真地放大信号,放大器必须设置合适的静为了不失真地放大信号,放大器必须设置合适的静态工作点。态工作点。(2)共发射极放大器对输入的信号电压具有放大和倒相共发射极放大器对输入的信号电压具有放大和倒相作用。作用。(3)在交流放大器中同时存在着直流分量和交流分量两在交流放大器中同时存在着直流分量和交流分量两种成分。直流分量反映的是直流通路的情况;交流分量反映种成分。直流分量反映的是直流通路的情况;交流分量反映的是交流通路的情况。的是交流通路的情况。3.3放大电路的分析方
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