項目二音頻放大電路

1、項目二 音頻放大電路 知識目標知識目標v知識目標知識目標 v掌握三極管的基本知識v了解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號和特性v掌握三極管電壓放大電路的工作原理及相關(guān)計算v掌握功率放大電路的工作原理技能目標技能目標v技能目標技能目標v掌握三極管共射極放大電路的性能測試方法v掌握音頻放大器性能測試方法v會用multisim軟件對放大電路進行仿真分析知識鏈接知識鏈接v鏈接一 半導(dǎo)體三極管v鏈接二 三極管放大電路v鏈接三 音頻功率放大電路 v任務(wù)一 常用電子元器件的識別（二）v任務(wù)二 晶體管單管共射極放大電路性能測試v任務(wù)三 三極管放大電路綜合性能的仿真分析v任務(wù)四 音頻放大器的性能測試v任務(wù)五 功率放大器的仿真

2、分析項目實訓(xùn)項目實訓(xùn)鏈接一鏈接一 認識認識雙極型三極管雙極型三極管 v一、三極管的結(jié)構(gòu)及分類 v1. 結(jié)構(gòu)、符號結(jié)構(gòu)、符號v半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型半導(dǎo)體三極管，簡稱三極管。 v兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。 集 電 結(jié) B發(fā) 射 結(jié)PNPCCEEB集 電 區(qū)基 區(qū)發(fā) 射 區(qū)集 電 結(jié) B發(fā) 射 結(jié)NPN集 電 區(qū)基 區(qū)發(fā) 射 區(qū)CCEEB（a）NPN型三極管 （b）PNP型三極管 圖1-13 三極管的結(jié)構(gòu)及圖

3、形符號2、 三極管外形、分類三極管外形、分類v按結(jié)構(gòu)分為NPN型和PNP型；v按所用的半導(dǎo)體材料分為硅管和鍺管；v按工作頻率分為低頻管、中頻管和高頻管；按用途分為放大管和開關(guān)管；v按功率大小分為小功率、中功率管、大功率管等 二、半導(dǎo)體三極管放大原理二、半導(dǎo)體三極管放大原理 v1. 產(chǎn)生放大作用的條件產(chǎn)生放大作用的條件v內(nèi)部條件:v三極管具有放大作用所需具備的內(nèi)部條件:發(fā)射區(qū)摻雜濃度高；基區(qū)薄且摻雜濃度低；集電結(jié)面積大。v外部條件:v發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 2. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程v 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 IE 。v電子在

4、基區(qū)中的擴散與復(fù)合，形成基極電流 IB。v集電區(qū)收集擴散過來的電子，形成集電極電流IC。3. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系EBCiii4. 三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用v基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。三、晶體三極管的特性曲線三、晶體三極管的特性曲線 半導(dǎo)體三極管各極電壓和電流之間的關(guān)系曲線稱為三極管的特性曲線。包括輸入特性曲線和輸出特性曲線。下面以NPN管為例進行分析。 三極管實驗電路1.輸入特性曲線輸入特性曲線v三極管的輸入特性曲線是指當三極管集-射之間電壓一定的情況下，輸入回路的基極電流與基-

5、射電壓之間的關(guān)系曲線，可以表示為 ：ufiBEBUCE常數(shù)如上圖看出：三極管的輸入特性曲線與二極管正向特性類似。2.輸出特性曲線輸出特性曲線v三極管的輸出特性曲線是指當三極管基極電流一定的情況下，輸出回路的集電極電流與集-射電壓之間的關(guān)系曲線，可以表示為： ufiCECIB常數(shù) 根據(jù)晶體三極管的輸出特性曲線，三極管有三個工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。 （1）截止區(qū)）截止區(qū)viC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時， uBE小于死區(qū)電壓，三極管的發(fā)射結(jié)處于反偏或者零偏，集電結(jié)處于反偏，對應(yīng)于三極管工作在截止區(qū)，有： 0, 0CBii（2）放大區(qū)）放大區(qū)v又叫線性區(qū)或恒流區(qū)，iC平行于u

6、CE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距，此時，三極管的發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)處于反偏。對應(yīng)于三極管工作在放大區(qū)有： BCii（3）飽和區(qū)）飽和區(qū)v三極管的發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。該三極管工作在飽和區(qū)，有：vvUCE電壓基本不變，稱此時UCE為飽和電壓，用UCES表示。UCES很小，通常計算中，小功率硅管的UCES取值為0. 3 V。 BCii【例1-1】測得三極管的直流電位如圖1-18(a)、(b)、(c)所示，試判斷它們的工作狀態(tài)。 BCII 靜態(tài)電流放大系數(shù)：靜態(tài)電流放大系數(shù)：動態(tài)電流放大系數(shù)：動態(tài)電流放大系數(shù)：BCII 通常：通常： I IC C與與I IB B之比稱為之比稱為

7、電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)1電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)四、三極管的主要參數(shù)四、三極管的主要參數(shù)2反向電流反向電流vICBO ：發(fā)射極開路時，集電極一基極反向飽和電流。受溫度的影響大。ICBO越小，管子工作穩(wěn)定性越好。小功率鍺管的ICBO為幾微安到幾十微安，小功率硅管的ICBO小于1 uAvICEO： 是當三極管基極開路而集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)正偏時的集電極電流，也叫穿透電流。vICEO,ICBO均隨溫度的上升而增大。 3極限參數(shù)極限參數(shù)v集電極最大允許電流 ICM：三極管正常工作時集電極所允許的最大工作電流。當IC超過一定數(shù)值時，下降。ICM就是當下降到額定值的2/3時所允許的最大集電極電流。ICIC

8、M時，可導(dǎo)致三極管損壞。v反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓。v集電極最大允許功耗PCM 集電極最大允許功耗PCM v集電極最大允許功耗PCM等于集電極電流iC與uCE的乘積。PCM= ICUCE v當三極管功耗超過最大允許功耗PCM時，三極管有可能因PN結(jié)溫度過高而造成永久性損壞。vPCM值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則PCM值愈小。當超過此值時，管子性能將變壞或燒毀。 鏈接二鏈接二 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管v場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，它僅靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。v場效應(yīng)管不但具有雙極型晶體管體積小、重

9、量輕、壽命長等優(yōu)點，而且具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、能耗低等優(yōu)點。 v場效應(yīng)管它有兩種類型，一種是絕緣柵型場效應(yīng)管，又稱MOS場效應(yīng)管，一種是結(jié)型柵型效應(yīng)管。v每種類型均分為兩種不同的溝道：N溝道和P溝道。v絕緣柵型場效應(yīng)管又分為增強型和耗盡型兩種，在正常情況下導(dǎo)通的為耗盡型場效應(yīng)管，在正常情況下斷開的稱增強型效應(yīng)管。一、場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、類型和符號一、場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、類型和符號v場效應(yīng)管是一種單極型晶體管。v通過在兩個高摻雜的P區(qū)（或N區(qū)）中間，夾著一層低摻雜的N區(qū)（或P區(qū)）（一般做得很?。纬蓛蓚€PN結(jié)。在N區(qū)（或P區(qū)）的兩端各做一個歐姆接觸電極，在兩個P區(qū)（或N區(qū)）

10、上也做上歐姆電極，并把這兩個P區(qū)（或N區(qū)）連起來，就構(gòu)成了一個場效應(yīng)管。v從N型（或N區(qū)）區(qū)引出的兩個電極分別為源極S和漏極D，從兩個P區(qū)（或N區(qū)）引出的電極叫柵極G，很薄的N區(qū)（或P區(qū)）稱為導(dǎo)電溝道, 分別構(gòu)成N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管。 N溝道P 型硅襯底N+N+源極S 柵極G 漏極DSiO2絕緣層金屬鋁DSG襯底DSG襯底N溝道絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)N溝道耗盡型場效應(yīng)管的符號N溝道增強型場效應(yīng)管的符號 P 溝道N型硅襯底P+P+源極S 柵極G 漏極DSiO2絕緣層金屬鋁DSG襯底DSG襯底P 溝道絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)P 溝道耗盡型場效應(yīng)管的符號P 溝道增強型場效應(yīng)管的符號 圖1-1

11、9 絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號二、場效應(yīng)管的工作原理二、場效應(yīng)管的工作原理v不論是N溝道還是P溝道，場效應(yīng)管的工作原理是相同的，都是利用柵極與源極溝道間的PN結(jié)形成的反偏柵源電壓UGS來控制漏極-源極間流經(jīng)溝道的漏極電流ID。v即：溝道截面積（漏極電流ID 流經(jīng)通路的寬度）是由PN結(jié)反偏的變化產(chǎn)生的耗盡層擴展變化控制的。v所以說場效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過柵源電壓UGS來控制漏極電流ID。三、三、 絕緣柵型場效應(yīng)管的特性曲線和主要參數(shù)絕緣柵型場效應(yīng)管的特性曲線和主要參數(shù)v1. 特性曲線特性曲線 1612 8 403 6 9 12 UDS/VUGS=2V4V放 大 區(qū)ID/mA(b) 漏極特

12、性曲線0 2 4 6 UGS/VID/mAUGS(th)1612 8 4IDSS(a) 轉(zhuǎn)移特性曲線可變電阻區(qū)6VUDS=常數(shù) 不論是增強型還是耗盡型，場效應(yīng)管都有夾斷區(qū)（即截止區(qū)）、恒流區(qū)（即線性區(qū)）和可變電阻區(qū)三個工作區(qū)域。 v場效應(yīng)管是電壓控制器件。v它的漏極電流ID受柵、源電壓UGS的控制，通過柵源電壓來控制漏極電流；v場效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很大。v利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；v組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；v場效應(yīng)管的抗輻射能力強；噪聲低。 v放大電路是模擬電路中最常用、最基本的一種典型電路。v凡是需要將微弱的

13、模擬信號加以放大的場合，都離不開放大電路。v擴音機就是一個把微弱的聲音變大的放大電路。聲音先經(jīng)過話筒變成微弱的電信號，經(jīng)過放大器，利用BJT的控制作用，把電源供給的能量轉(zhuǎn)換為較強的電信號，然后經(jīng)過揚聲器(喇叭)還原成為放大了的聲音。 鏈接三鏈接三 基本基本放大電路放大電路 v 放大電路主要用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負載。v“放大”作用的實質(zhì)是電路對電流、電壓或能量的控制作用。即用能量比較小的輸入信號控制另一個能源，從而使輸出端的負載上得到能量比較大的信號。

14、v負載上信號的變化規(guī)律是由輸入信號決定的，而負載上得到的較大的能量是由另一個能源提供的。 一、放大電路的組成及工作原理一、放大電路的組成及工作原理v1. 放大電路的組成放大電路的組成v放大電路的作用是實現(xiàn)對微弱小信號的幅度放大，單憑晶體管的電流放大作用顯然無法完成，必須在放大電路中設(shè)置直流電源，使其保證三極管工作在線性放大區(qū)。v放大電路的基本由三極管V、電源UCC、電阻RB和RC及耦合電容C1和C2基本元件組成。v固定偏置基本共射放大電路為例說明放大電路的基本組成vV：三極管，放大器的核心部件，在電路中起電流放大作用；vUCC ： 直流電源，為放大電路提供能量和保證晶體管工作在放大狀態(tài)，UCC

15、一般在幾伏到十幾伏之間。vRB： 偏置電阻，用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB。與電源EB一起使管子發(fā)射結(jié)處于正向偏置，使晶體管有一個合適的工作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。vRC：將集電極的電流變化變換成集電極的電壓變化，以實現(xiàn)電壓放大作用。一般為幾千歐。vC1和C2： 隔直耦合電容，利用其通交隔直作用，起到耦合的作用，使放大電路和信號源及放大電路和負載間直流相隔離，同時保證交流信號順利傳輸，為了減小傳遞信號的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。 Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+2. 放大電路的工作原理放大電路的工作原理v當放大電路輸入端加

16、上輸入信號ui時，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應(yīng)變化。v輸入端的交流電壓ui通過電容Cb1加到BJT的發(fā)射結(jié)，從而引起基極電流iB相應(yīng)的變化。viB的變化使集電極電流ic隨之變化。ic的變化量在集電極電阻Rc上產(chǎn)生壓降。集電極電壓VCEuCC-icRC,當ic的瞬時值增加時，uCE就要減小，所以VCE的變化恰與ic相反。uCE中的變化量經(jīng)過電容Cb2傳送到輸出端成為輸出電壓u0。如果電路參數(shù)選擇適當u0的幅度將比ui大得多，從而達到放大的目的。v由于動態(tài)時放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓UCE、電流iB和iC均包含兩個分量，這時電路中既有直流成分，亦

17、有交流成分，各極的電流和電壓都是在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上再疊加交流分量，即放大電路中交直流并存。 放大電路的工作原理二、晶體管放大電路的主要性能指標二、晶體管放大電路的主要性能指標v晶體管放大電路的主要性能指標有：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、非線性失真系數(shù)和通頻帶。 v1放大倍數(shù)放大倍數(shù) v放大倍數(shù)是用于衡量放大電路放大能力的主要指標。通常將輸出量與輸入量的比值定義為放大倍數(shù)，又稱為增益。 v2輸入電阻輸入電阻v輸入電阻是用于衡量一個放大電路從信號源獲取信號能力大小的指標。通常將輸入電阻定義為輸入電壓與輸入電流之比，即從放大電路輸入端看進去的等效電阻.v可以根據(jù)輸入電阻的大小來判斷一個放大電路從信號

18、源獲取信號的能力。輸入電阻越大越好。 v3輸出電阻輸出電阻v輸出電阻是用于衡量一個放大電路帶負載能力大小的指標。輸出電阻是從放大電路輸出端看進去的等效電阻。v4 通頻帶通頻帶v通頻帶：fbw=fH fLv通頻帶是用于衡量一個放大電路對不同頻率信號的放大能力的指標。中頻時放大倍數(shù)最大，低頻或高頻時放大倍數(shù)都會下降并產(chǎn)生相移。v通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。通頻帶越寬，放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力越強。圖2-5 放大倍數(shù)隨頻率變化的曲線三、 放大電路的三種組態(tài)放大電路的三種組態(tài)v雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入, 兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是輸入和輸出的

19、公共電極，所以三極管在對信號實現(xiàn)放大時在電路中有三種不同的連接方式，也稱三種接法或者三種組態(tài)， 放大電路的三種組態(tài) v共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示，共基極放大電路只能放大電壓，不能放大電流。輸入電阻小，頻率特性最好，常用于寬頻帶放大電路。v共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示，共發(fā)射極放大電路既能放大電壓，也能放大電流，輸入電阻居中，輸出電阻較大，頻帶較窄。常作低頻電壓放大v共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示，共集電極放大電路只能放大電流，不能放大電壓。輸入電阻最大、輸出電阻最小，具有電壓跟隨的特點，常用于多級放大的輸入級和輸出級 鏈接三鏈接三 共發(fā)射極放大電路共

20、發(fā)射極放大電路v電路中發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共支路，而且放大的是電壓信號，因此稱之為共發(fā)射極電壓放大器。實際應(yīng)用中，共射放大電路通常采用單電源供電， Rsus+uiRL+uo+UC CRCC1C2VRB+圖 2 - 7 共 射 放 大 電 路一、靜態(tài)分析計算一、靜態(tài)分析計算v放大電路中交直流并存，分析放大電路時要將交直流分開進行分析。直流分析又稱為靜態(tài)分析，主要是確定靜態(tài)工作點Q（指靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ）。通常采用直流通路進行分析，分析方法主要有圖解法和近似估算法。 RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQRsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+1、直流通

21、路： 在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路。對于直流通路：電容視為開路；電感視為短路；信號源視為短路，但保留其內(nèi)阻。 2. 圖解法圖解法v所謂圖解法，是利用晶體管的輸入特性曲線、輸出特性曲線及放大電路中其它元件的參數(shù)，通過作圖對放大電路進行分析的方法。圖解法的特點是比較直觀，通常適用于輸入信號幅度較大、工作頻率較低情況電路的分析或進行放大電路的失真情況分析。 【例2-1】共射放大電路Rb=470k, Rc=6k,Vcc=20V,用圖解法在三極管輸出特性曲線上求靜態(tài)工作點Q,(設(shè)UBE=0.7 硅管）v解：（1） 用估算法求出基極電流IBQmARURUUIBCCBBECCB4030012（2）在輸

22、出特性曲線中找到對應(yīng)IBQ的曲線（3） 作直流負載線MN根據(jù)關(guān)系式UCE=UCCICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距N為UCC/RC=3mA，在橫軸上的截距M為UCC=12V，聯(lián)接M、N點即得直流負載線。v（4） 求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值v晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IBQ=40A的輸出特性曲線，又要滿足直流負載線，因而晶體管必然工作在它們的交點Q，該點就是靜態(tài)工作點。v可在坐標上查得靜態(tài)工作點Q靜態(tài)值ICQ和UCEQ：IBQ=40A；: ICQ=1.5mA；UCEQ=6v3靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q 的估算的估算v可以通過直流通路來進行靜態(tài)工作點Q 的估算。直流通路

23、中有兩個回路，根據(jù)KVL分別列出兩個回路的電路方程UBE =UCCUBE IB RB和UCE=UCCICRC即可估算Q：BBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU（三）（三） 動態(tài)工作情況動態(tài)工作情況v1交流通路交流通路v所謂交流通路，就是交流電流流通的途徑。v是在輸入信號ui單獨作用下的通路，用于動態(tài)分析。v在分析電路時，一般用交流通路來研究交流量及放大電路的動態(tài)性能。v C1,C2視為短路；直流電源視為短路；直流電源UCC可視為短路可視為短路 RsRBus+uiRL+uoVRCibic2微變等效電路法微變等效電路法v（1）基本思路）基本思路v把非線性元件晶體管所組成的放大

24、電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。v等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。將三極管非線性器件做線性化處理，把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計。（2）晶體管微變等效電路）晶體管微變等效電路v輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內(nèi)可以認為是線性的。當uBE有一微小變化UBE時，基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即： UBEIB0IBUBEQbbeBBEbeiuIUr)

25、mA(mV)(26)1 (300EQbeIr微變等效電路的輸入特性曲線v輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認為呈水平線，集電極電流的微小變化IC僅與基極電流的微小變化IB有關(guān)，而與電壓uCE無關(guān).。故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源。即： bcii0UCEICIBICQ+ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib (a) 三極管 (b) 三極管的微變等效電路（3）放大電路的微變等效電路）放大電路的微變等效電路v 將放大電路交流通路中的三極管用其微變模型代替就得到了放大電路的微變等效電路。圖為共發(fā)射極放大電路的微變等效電路。rbe+oUcIbICBE+iUbIR

26、CRLRBRs +sU RsRBus+uiRL+uoVRCibic (a) 交流通路 (b) 微變等效電路 圖2-12 基本共發(fā)射極放大電路的微變等效電路（4） 求解放大電路的主要性能指標求解放大電路的主要性能指標v電壓放大倍數(shù)輸出電壓為： 輸入電壓為：故電壓放大倍數(shù)為： (式中RL=RC/RL）v當RL=（開路）時： )/(LcboRRIUbebirIUbeLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiubeCrRAu輸入電阻輸入電阻v在uS=0,RL=的條件下,接UT產(chǎn)生IT。根據(jù)輸入電阻的定義和微變等效電路有v輸入電阻 v v式中由于RBrbe，Rirbe，一般在幾百歐到幾千歐，輸

27、入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負擔，總希望Ri越大越好。另外輸入電阻Ri較大，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。beB/rRIURiii輸出電阻輸出電阻v輸出電阻的計算方法是：信號源短路，斷開負載RL，在輸出端加電壓，求出由產(chǎn)生的電流，則輸出電阻Ro為：v對于負載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐。CoRIURv【例2-2】 基本放大電路中，已知，k，k，k，k，試求：（1）RL接入和斷開兩種情況下

28、電路的電壓放大倍數(shù)；（2）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；（3）輸出端開路時的源電壓放大倍數(shù)。v解：解：1.先求靜態(tài)工作點ARURUUI40A30012BCCBBEQCCBQmA204. 050BQCQIIV63212CCQCCCEQRIUUv2. 求三極管的動態(tài)輸入電阻rbeKIr963. 0963)mA(2mV)(26)501 (300)mA(mV)(26)1 (300EQbeuA78963. 0333350beLrRAu3. 求電壓放大倍數(shù)vRL接入時的電壓放大倍數(shù) uA78963.0333350beLrRAuuA156963. 0350beCrRAuRL斷開時的電壓放大倍數(shù)為：v4. 求輸

29、入電阻Ri KrRRi96. 0963. 0/300/beB5. 求輸出電阻Ro KRR3Co6. 輸出端開路時的源電壓放大倍數(shù)39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUA3非線性失真分析非線性失真分析v圖解法的特點是比較直觀，通常適用于輸入信號幅度較大、工作頻率較低情況電路的分析或進行放大電路的失真情況分析。靜態(tài)工作點Q設(shè)置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。（1）飽和失真）飽和失真(a) 飽和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE圖2-13 Q點偏高引起飽和失真 圖2-14 Q點偏低引

30、起截止失真 若Q點偏高，當ib按正弦規(guī)律變化時，Q進入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；消除飽和失真的辦法：降低靜態(tài)工作點，可以采取增大Rb等辦法來降低靜態(tài)工作點，消除飽和失真。（2）截止失真）截止失真v若Q點偏低，則Q進入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。消除的辦法：提高靜態(tài)工作點，可以采取減小Rb等辦法來提高靜態(tài)工作點。消除截止失真的辦法：降低靜態(tài)工作點，可以采取增大Rb等辦法來降低靜態(tài)工作點，消除飽和失真。飽和失真和截止失真稱為放大電路的非線性失真。v通過上述分析，可以看出設(shè)置靜態(tài)

31、工作點是非常必要的。放大電路放大的是動態(tài)信號,如果，沒有設(shè)置靜態(tài)工作點，設(shè)UBB=0，則IBQ=0，ICQ=0，UCEQ=UCC ，則當放大電路輸入端加上輸入信號ui時，ui中小于死區(qū)電壓的信號將無法進入放大器進行放大，輸出波形嚴重失真，因此，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。鏈接四鏈接四 分壓式偏置放大電路分壓式偏置放大電路 一、溫度對靜態(tài)工作點的影響一、溫度對靜態(tài)工作點的影響v半導(dǎo)體導(dǎo)電能力受溫度的影響會發(fā)生很大的變化。對于固定偏置式共發(fā)射極放大電路而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO、ICB0決定，這幾個參數(shù)均隨溫度的變化而發(fā)生變化。v溫度上升時，參數(shù)的變化都會使放大電路中的集電極靜態(tài)電流ICQ

32、隨溫度升高而增加，從而使Q點隨溫度變化。v要想使ICQ基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時，電路能自動地適當減小基極電流IBQ Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+UCCRCVRB1RB2REUBI1I2ICQIBQUE+UCEQ+ UBEQ 二、分壓式偏置電路二、分壓式偏置電路v1電路特點電路特點v分壓式偏置電路是典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大電路。溫度變化時，使IC維持恒定。分壓式偏置放大電路由于添加了負反饋環(huán)節(jié)，設(shè)置了分壓電阻和射極反饋電阻，當I2IB，則電位UB與溫度基本無關(guān)，當溫度升高而造成IC增大時，可自動減小IB，從而抑制了靜態(tài)工作點因溫度變化而發(fā)生的變化

33、，保持Q點穩(wěn)定。v電位UB的高低對放大電路的靜態(tài)工作點影響很大。分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路由于加設(shè)了負反饋環(huán)節(jié)，因此當溫度升高時，具有自調(diào)節(jié)能力。2 Q穩(wěn)定的原理分析穩(wěn)定的原理分析 tICIEUE(=IE RE)UBE(=UBIE RE)IB IC 調(diào)節(jié)過程：設(shè)放大電路環(huán)境溫度升高，此時 可以看出，溫度變化IC基本不受影響。由于電路具有對溫度變化的自調(diào)節(jié)能力，因此集電極電流通常恒定，故分壓式偏置放大電路又叫恒流源電路。只要基極電位和射極反饋電阻RE不變，集電極電流始終維持不變。 三、分析計算三、分析計算v1靜態(tài)分析靜態(tài)分析v靜態(tài)分析時，此電路需滿足I1I2IB的小信號條件偏置電阻RB1和RB

34、2應(yīng)選擇適當數(shù)值，使之符合：I1I2IB 的條件。在小信號條件下，IB可近似視為0值。v忽略IB時，RB1和RB2可以對UCC進行分壓。即：)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRU2. 動態(tài)指標動態(tài)指標v一般情況下，由高、低頻小功率管構(gòu)成的放大電路都符合小信號條件。因此其輸入、輸出特性在小范圍內(nèi)均可視為線性。先畫出微變等效電路，從微變等效電路看出發(fā)射極為輸入、輸出回路的公共支路，因之而稱為共發(fā)射極組態(tài)的放大電路。圖2-17 分壓式偏置放大電路微變等效電路分壓式放大電路微變等效電路法的動態(tài)分析結(jié)果為CbeBBiuRRrRRRrRAo21

35、beL/ 共發(fā)射極放大電路的主要任務(wù)是對輸入的小信號進行電壓放大，因此電壓放大倍數(shù)Au是衡量放大電壓性能的主要指標之一。共射放大電路的電壓放大倍數(shù)隨負載增大而下降很多，說明這種放大電路的帶負載能力不強。 v【例2-3】圖示電路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：解：1. 用估算法計算靜態(tài)工作點V75. 3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIR

36、UUIIURRRUCQRsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501 (30026)1 (300beLEQberRAIru2. 求電壓放大倍數(shù)：v3. 求輸入電阻和輸出電阻k3k994.01 .1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR鏈接五鏈接五 共集電極放大電路（射極輸出器）共集電極放大電路（射極輸出器）v根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點，放大電路除了共發(fā)射極放大器外，還有共集電極和共基極放大電路，電路中是輸入、輸出回路的公共支路分別是集電極和共基極。分析方法與共發(fā)射極放大器基本相同。一、電路組成+UCCVRB

37、1REICQIBQ+UCEQ+ UBEQ Rsus+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+ 圖2-18 共集電極放大電路 圖2-19 直流通路ECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1 ()1 (RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIU二、靜態(tài)分析v三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析圖2-23 共集電極交流通路rbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射極輸出器的微變等效電路1IeIiI1電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)： )/(1)1 ()1 ()1 ()1 (LbeLoLbbebobebLbLoELLiuieRRRRr

38、RUUARIrIUrIURIRIUrbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射極輸出器的微變等效電路1IeIiI)1/()1 (/)1 (LBLbeBLbeBb1RRRrRIURRrURUIIIiiiiii)/(11/1/bebeEbeEoEbebebbBSSssssseRRRRrRrRRrRIURRURrURrUIIII2輸入電阻輸入電阻3輸出電阻輸出電阻v射極跟隨器的電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即具有電壓跟隨作用。v射極跟隨器還具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點。v射極跟隨器常用作多級放大器的第一級或最末級，也可用于中間隔離級。v用作輸入

39、級時，其高的輸入電阻可以減輕信號源的負擔，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級時，其低的輸出電阻可以減小負載變化對輸出電壓的影響，并易于與低阻負載相匹配，向負載傳送盡可能大的功率。 v【例2-4】射極跟隨器電路中，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。v解：解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點V26. 8287. 112mA87. 10374. 050A37.4mA0374. 02)501 (2007 . 012)1 (ECQCCCEQBQCQEBBEQCCBQRIUUIIRRUUI（2）求電壓放大倍

40、數(shù)uAKIr1100987. 126)501 (30026)1 (300EQbe98. 02 . 1)501 (12 . 1)501 ()1 ()1 (LbeLoRrRUUAiuKRRR2 . 13/2/LEL式中輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。KRrRRi4 .472 . 1)501 (1/200)1 (/LbeB22501001000beosRrR100100/10200/3sBsRRR式中 v四、三種三極管基本放大電路的比較四、三種三極管基本放大電路的比較v三種三極管基本放大電路的性能特點列表進行比較。v通過表看出， v 從電壓放大倍數(shù)看：共射、共基Au很大，共射Ui與Uo反相， 共基Ui與

41、Uo同相，共集Au最小，Au1v2. 從電流放大倍數(shù)看：共射與共集有較高的Ai 共基Ai1v3. 從輸入電阻看：三種電路從大到小的順序為：共集、共射、共基電路v4. 從輸出電阻看：共集較小，帶負載能力最強，其余兩較差. 根據(jù)這些特點：共射電路多用在多級放大電路的中間級，起電壓放大作用；共集電路：ri大，ro小，用于輸入級，輸出級及緩沖級，共基電路，用于寬帶線高鏈接六鏈接六 多級放大電路多級放大電路v一般來說， 單級放大電路并不能同時滿足多個性能指標的要求，因此， 實際的放大器都是由若干單級放大電路連接而成的多級放大電路。一、多級放大電路的耦合一、多級放大電路的耦合v多級放大電路是由兩級或兩級以

42、上的單級放大電路連接而成的。在多級放大電路中，級與級之間的連接方式稱為耦合方式。級與級之間耦合時，必須滿足：v（1）耦合后，各級電路仍具有合適的靜態(tài)工作點；v（2）保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸；v（3）耦合后，多級放大電路的性能必須滿足實際的要求。v為了滿足上述要求，一般常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合三種。2.多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式v多級放大電路是由兩級或兩級以上的單級放大電路連接而成的。v在多級放大電路中，級與級之間的連接方式稱為耦合方式。v常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合三種。1、阻容耦合、阻容耦合v阻容耦合放大電路的各極之間是通過

43、耦合電容及下級輸入電阻連接。v優(yōu)點：各級靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響，可以單獨調(diào)整到合適位置；且不存在零點漂移問題。這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來了很大的方便。v缺點：交流信號在信號傳輸過程中，會受到一定的衰減。尤其對于變化緩慢的信號容抗很大，不便于傳輸。v這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成。 Rs us + + ui RC1 C1 C2 V1 RB11 RB12 CE1 RL + uo +UCC RC2 C3 V2 RB21 RB22 CE2 RE1 RE2 + uo1 + + + + + 2、直接耦合、直接耦合v多級放大電路的前后級之間直接用導(dǎo)線連接起來，無需另外的耦合元件。v優(yōu)點

44、：能放大變化很緩慢的信號和直流分量變化的信號；具有良好的低頻特性，適于大規(guī)模集成。v缺點：各級靜態(tài)工作點互相影響；且存在零點漂移問題。v零點漂移：放大電路在無輸入信號的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。 +uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V2RE2+uo13、變壓器耦合、變壓器耦合v放大器前后級之間是通過變壓器連接的。v優(yōu)點：各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響；只能傳輸交流信號和進行阻抗變換，改變變壓器的匝數(shù)比，容易實現(xiàn)阻抗變換，獲得較大的輸出功率。v缺點：變壓器體積大而重，不便于集成。同時頻率特性差，也不能傳送直流和

45、變化非常緩慢的信號。二、多級放大電路的分析二、多級放大電路的分析v多級放大電路的主要性能參數(shù)：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。v靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：各級單獨計算v電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。 v后級的輸入電阻為前級的負載。v多級放大電路的輸入電阻就是第一級的輸入電阻。v多級放大電路輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。2.動態(tài)分析動態(tài)分析21o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA【例2-5】在圖2-26所示兩級組容耦合放大電路中，已知V，k，k，k，k，k，k，k，k，k，V。求：（1）各級電路的靜態(tài)值；（2）各級電路的電壓放大倍數(shù)、和總電壓放大倍數(shù)；（3）各級電路的輸入電阻和輸出電

46、阻。 Rs us + + ui RC1 C1 C2 V1 RB11 RB12 CE1 RL + uo +UCC RC2 C3 V2 RB21 RB22 CE2 RE1 RE2 + uo1 + + + + + v解解: （1）靜態(tài)值的估算。v第一級： ）（V 412153015CCB12B11B12B1URRRU）（mA 1 . 137 . 04E1BE1B1E1C1RUUII）（）（A 22mA 501 . 11C1B1II）（V 4 . 5)33(1 . 112)(E1C1C1CCCE1RRIUUv第二級： ）（V 412102010CCB22B21B22B2URRRU）（mA 65. 12

47、7 . 04E2BE2B2E2C2RUUII）（）（A 33mA 5065. 12C2B2II）（V 62. 4)25 . 2(65. 112)(E2C2C2CCCE2RRIUUv（2）求各級電路的電壓放大倍數(shù)和總電壓放大倍數(shù)。v首先畫出電路的微變等效電路。 rbe1 + o1U b1I + iU b1I RC1 RB11 Rs + sU RB12 rbe2 + oU b2I b2I RC2 RL RB21 RB22 第一級 第二級 kIr5 . 115001 . 126)501 (30026)1 (300E11be15 . 1kIr1 . 1110065. 126)501 (30026)1

48、(300E22be2krRRri94. 01 . 1/10/20/be2B22B212三極管V1的動態(tài)輸入電阻為：()三極管V2的動態(tài)輸入電阻為：第二級輸入電阻為：v第一級等效負載電阻為：v第二級等效負載電阻為：v第一級電壓放大倍數(shù)為：v第二級電壓放大倍數(shù)為：v兩級總電壓放大倍數(shù)為：KrRRi72. 094. 0/3/2C1L1KRRR67. 15/5 . 2/LC2L2245 . 172. 050be1L111rRAu761 . 167. 150be2L222rRAu1824)76()24(21uuuAAAv（3）求各級電路的輸入電阻和輸出電阻。v第一級輸入電阻為：v第二級輸入電阻在上面求出

49、為0.94 k。v第一級輸出電阻為：v第二級輸出電阻為：v第二級的輸出電阻就是兩級放大電路的輸出電阻。KrRRri3 . 15 . 1/15/30/be1B12B111KRr3C1o1KRr5 . 2C2o2鏈接七鏈接七 音頻放大電路音頻放大電路一、功率放大電路任務(wù)、特點及類型一、功率放大電路任務(wù)、特點及類型v1功率放大電路的任務(wù)功率放大電路的任務(wù)v功率放大電路的任務(wù)是向負載提供足夠大的功率。v功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。v功率放大電路必須盡可能提高功率放大電路的效率。v放大電路的效率是指負載得到的交流信號功率與直流電源供出功率的比值。2功率放大電路的特點功率放大

50、電路的特點v功放電路中的三極管通常工作在高電壓大電流的極限狀態(tài)，功耗也比較大。v三極管的非線性失真也要比小信號的電壓放大電路嚴重得多。v功率放大電路從電源取用的功率較大。3. 功率放大電路的分析方法功率放大電路的分析方法v三極管工作于大信號的狀態(tài)下，不能采用微變等效電路分析方法。v功率放大電路中分析主要采用圖解分析法。4功率放大電路的主要技術(shù)指標功率放大電路的主要技術(shù)指標v衡量功率放大電路性能的主要技術(shù)指標為最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。v最大輸出功率Pom為：PomIomUom v轉(zhuǎn)換效率v 功率放大電路的交流輸出功率與電源所提供的平均功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。%100VoPP5功率放大電路的類型功率

51、放大電路的類型 (a) 甲類 (b) 乙類 (c) 甲乙類0uCEiCuCEiC00uCEiCv甲類：功率放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置特性的中間。晶體管全周導(dǎo)通效率低，最高只能達到50。v乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置在截止區(qū)，晶體管僅在導(dǎo)通半個周期。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高。存在交越失真。v甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點介于甲類和乙類之間，導(dǎo)通時間大于180。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間。二、雙電源乙類互補對稱功率放大器二、雙電源乙類互補對稱功率放大器RLV1V2+UCCUCC+ui+uoic1ic2ui0tuo10tuo20tuo0t交越失真雙電源乙類互補對稱功率放大器

52、，又稱無輸出電容的功率放大電路，簡稱OCL功率放大電路。v靜態(tài)（ui=0）時，UB=0、UE=0，偏置電壓為零，V1、V2均處于截止狀態(tài)，負載中沒有電流，電路工作在乙類狀態(tài)。v動態(tài)（ui0）時，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號輸出給負載；在ui的負半周V2導(dǎo)通而V1截止，V2以射極輸出器的形式將負半周信號輸出給負載。v在輸入信號ui的整個周期內(nèi)，V1、V2兩管輪流交替地工作，互相補充，使負載獲得完整的信號波形，故稱互補對稱電路。v由于V1、V2都工作在共集電極接法，輸出電阻極小，可與低阻負載RL直接匹配。v在工作波形過零的一個小區(qū)域內(nèi)輸出波形產(chǎn)生了失真，這種

53、失真稱為交越失真。產(chǎn)生交越失真的原因是由于V1、V2發(fā)射結(jié)靜態(tài)偏壓為零，放大電路工作在乙類狀態(tài)。當輸入信號ui小于晶體管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時，兩個晶體管都截止，在這一區(qū)域內(nèi)輸出電壓為零，使波形失真。v為減小交越失真，可給V1、V2發(fā)射結(jié)加適當?shù)恼蚱珘海员惝a(chǎn)生一個不大的靜態(tài)偏流，使V1、V2導(dǎo)通時間稍微超過半個周期，即工作在甲乙類狀態(tài)。v圖中二極管D1、D2用來提供偏置電壓。靜態(tài)時三極管V1、V2雖然都已基本導(dǎo)通，但因它們對稱，UE仍為零，負載中仍無電流流過。三、甲乙類互補對稱功率放大器電路三、甲乙類互補對稱功率放大器電路v1. OCL功率放大電路v甲乙類互補對稱功率放大器電路無電容，簡稱OCL功率放大電路 。RLV1V2+UCCUCC+ui+uo