單級低頻小信號放大器詳解

單級低頻小信號放大器詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有42頁\編輯于星期一優(yōu)選單級低頻小信號放大器現(xiàn)在是2頁\一共有42頁\編輯于星期一掌握基本共射放大電路的交流通路的畫法，理解輸入電阻、輸出電阻的含義，掌握輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)的計算。理解圖解法的含義，會用圖解法進行靜態(tài)工作點分析并理解因靜態(tài)工作點設(shè)置不當(dāng)引起的失真，了解失真消除的方法。熟悉分壓式偏置共射放大電路的構(gòu)成及作用，理解其穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理?，F(xiàn)在是3頁\一共有42頁\編輯于星期一3.1放大器的基本概念3.1.1放大器概述3.1.2放大器的放大倍數(shù)現(xiàn)在是4頁\一共有42頁\編輯于星期一3.1.1放大器概述放大器：把微弱的電信號放大為較強電信號的電路?；咎卣魇枪β史糯?。擴音機框圖擴音機是一種常見的放大器，如圖所示。聲音先經(jīng)過話筒轉(zhuǎn)換成隨聲音強弱變化的電信號；再送入電壓放大器和功率放大器進行放大；最后通過揚聲器把放大的電信號還原成比原來響亮得多的聲音。

現(xiàn)在是5頁\一共有42頁\編輯于星期一3.1.2放大器的放大倍數(shù)放大器的框圖輸入端輸入電流輸出電流輸入電壓輸出電壓輸出端現(xiàn)在是6頁\一共有42頁\編輯于星期一一、放大倍數(shù)的分類

1．電壓放大倍數(shù)(3.1.1)

2．電流放大倍數(shù)

(3.1.2)

3．功率放大倍數(shù)

(3.1.3)三者關(guān)系為

(3.1.4)

現(xiàn)在是7頁\一共有42頁\編輯于星期一二、放大器的增益增益G：用對數(shù)表示放大倍數(shù)。單位為分貝(dB)。1．功率增益GP

=10lgAP(dB)2．電壓增益Gv

=20lgAv(dB)3．電流增益Gi

=20lgAi(dB)增益為正值時，電路是放大器，增益為負值時，電路是衰減器。例如，放大器的電壓增益為20dB，則表示信號電壓放大了10倍。又如，放大器的電壓增益為-20dB，這表示信號電壓衰減到1/10，即放大倍數(shù)為0.1。現(xiàn)在是8頁\一共有42頁\編輯于星期一3.2單級低頻小信號放大器3.2.1單管共射基本放大電路3.2.2放大器的靜態(tài)工作點3.2.3共發(fā)射極電路的放大和反向作用現(xiàn)在是9頁\一共有42頁\編輯于星期一單級低頻小信號放大器：工作頻率在20Hz(赫)到20kHz(千赫)內(nèi)、電壓和電流都較小的單管放大電路。3.2.1單管共射基本放大電路單管共發(fā)射極放大電路一、電路的組成和電路圖的畫法1．電路組成動畫現(xiàn)在是10頁\一共有42頁\編輯于星期一2．元件作用EB——基極電源。通過偏置電阻Rb，保證發(fā)射結(jié)正偏。EC——集電極電源。通過集電極電阻RC，保證集電結(jié)反偏。Rb——偏置電阻。保證由基極電源EB向基極提供一個合適的基極電流。Rc——集電極電阻。將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化。

C1、C2——耦合電容。防止信號源以及負載對放大器直流狀態(tài)的影響；同時保證交流信號順利地傳輸。即“隔直通交”?，F(xiàn)在是11頁\一共有42頁\編輯于星期一實際電路通常采用單電源供電，如圖(b)所示。單管共發(fā)射極放大電路現(xiàn)在是12頁\一共有42頁\編輯于星期一3．電路圖的畫法如右圖所示。“⊥”表示接地點，實際使用時，通常與設(shè)備的機殼相連。RL為負載，如揚聲器等。單電源供電放大器的習(xí)慣畫法C1、C2非電解電容器的畫法現(xiàn)在是13頁\一共有42頁\編輯于星期一二、電路中電壓和電流符號寫法的規(guī)定1．直流分量：用大寫字母和大寫下標的符號，如IB表示基極的直流電流。2．交流分量瞬時值：用小寫字母和小寫下標的符號，如ib表示基極的交流電流。3．總量瞬時值：是直流分量和交流分量之和，用小寫字母和大寫下標的符號，如iB=IB+ib，即表示基極電流的總瞬時值?，F(xiàn)在是14頁\一共有42頁\編輯于星期一3.2.2放大器的靜態(tài)工作點靜態(tài)：無信號輸入(vi=0)時電路的工作狀態(tài)。1．靜態(tài)工作點Q：靜態(tài)時晶體管直流電壓VBE、VCE和對應(yīng)的IB、IC值。分別記作VBEQ、IBQ、VCEQ和ICQ。如下圖所示。動畫現(xiàn)在是15頁\一共有42頁\編輯于星期一VBEQ：硅管一般為0.7V，鍺管為0.3V。靜態(tài)工作點現(xiàn)在是16頁\一共有42頁\編輯于星期一

[例3.2.1]在圖示單級放大器中，設(shè)VG=12V,RC=2k，=60。求放大器的靜態(tài)工作點。靜態(tài)工作點解從電路可知，晶體管是NPN型，按照約定視為硅管，則現(xiàn)在是17頁\一共有42頁\編輯于星期一2．靜態(tài)工作點對放大器工作狀態(tài)的影響靜態(tài)工作點放大器的靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的工作狀態(tài)影響非常大。若把左圖中的Rb除掉，電路如右圖所示，則IBQ=0，當(dāng)輸入端加正弦信號電壓vi

時，在信號正半周，發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，輸入電流ib隨vi變化。在信號負半周，發(fā)射結(jié)反偏而截止，輸入電流ib等于零。即波形產(chǎn)生了失真。除去Rb時放大器工作不正常

現(xiàn)在是18頁\一共有42頁\編輯于星期一2．靜態(tài)工作點對放大器工作狀態(tài)的影響如果Rb阻值適當(dāng)，則IBQ不為零且有合適的數(shù)值。當(dāng)輸入端有交流信號vi通過C1加到晶體管的發(fā)射結(jié)時，基極電流在直流電流IBQ的基礎(chǔ)上隨vi

變化，即交流ib疊加在直流IBQ上。如果IBQ的值大于ib的幅值，那么基極的總電流IBQ+

ib始終是單方向的直流電，即它只有大小的變化，沒有正負極性的變化，這樣就不會使發(fā)射結(jié)反偏而截止，從而避免了輸入電流ib的波形失真。綜上可見，一個放大器的靜態(tài)工作點是否合適，是放大器能否正常工作的重要條件。由電源VG和偏置電阻Rb組成的電路，就是為了提供合適的偏流而設(shè)置的，稱為偏置電路?，F(xiàn)在是19頁\一共有42頁\編輯于星期一3.2.3共發(fā)射極電路的放大和反相作用1．信號放大與反相由于基極電流對集電極電流的控制作用，集電極電流在靜態(tài)值ICQ的基礎(chǔ)上跟著ib變化ic=ICQ+ic同樣，集電極與發(fā)射極電壓也是靜態(tài)電壓VCEO和交流電壓vce兩部分合成，即vCE=VCEQ+vce交流輸入信號vi經(jīng)過電容C1作用在晶體管的發(fā)射結(jié)，引起基極電流的變化，這時基極總電流為iB=IBQ+ib現(xiàn)在是20頁\一共有42頁\編輯于星期一由于集電極電流ic流過電阻RC時，在RC上產(chǎn)生電壓降ic

RC，則集電極與發(fā)射極間總的電壓應(yīng)為：負號表示ic

增加時vce將減小，即vce

與ic

反相。經(jīng)耦合電容C2的“隔直通交”，放大器，輸出端獲得放大后的輸出電壓

vo＝vce＝－ic

Rc，即vo與vi相反。動畫現(xiàn)在是21頁\一共有42頁\編輯于星期一2．直流通路和交流通路畫法(1)直流通路：電容視為開路，電感視為短路，其他不變。(2)交流通路：電容和電源視為短路。直流、交流通路畫法現(xiàn)在是22頁\一共有42頁\編輯于星期一單級放大器的工作特點：(1)為了不失真地放大信號，放大器必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。(2)共發(fā)射極放大器對輸入的信號電壓具有放大和倒相作用。(3)在交流放大器中同時存在著直流分量和交流分量兩種成分。直流分量反映的是直流通路的情況；交流分量反映的是交流通路的情況?，F(xiàn)在是23頁\一共有42頁\編輯于星期一3.3放大電路的分析方法3.3.1圖解法3.3.2估算法現(xiàn)在是24頁\一共有42頁\編輯于星期一3.3.1圖解法通常采用圖解法和估算法對放大電路的基本性能進行分析。圖解法：利用晶體管特性曲線，通過作圖分析放大器性能。一、用圖解法分析靜態(tài)工作點1．直流負載線放大器的輸出回路

現(xiàn)在是25頁\一共有42頁\編輯于星期一靜態(tài)工作點的圖解分析由直流通路得VCE和IC關(guān)系的方程為VCE=VG

-

ICRc

根據(jù)上式在左圖晶體管輸出特性曲線族上作直線MN，斜率是1/Rc。由于Rc是直流負載電阻，所以直線MN

稱為直流負載線?，F(xiàn)在是26頁\一共有42頁\編輯于星期一2．靜態(tài)工作點的圖解分析靜態(tài)工作點的圖解分析如圖所示，若給定IBQ=IB3，則曲線IBQ=IB3與直線MN的交點Q，即為靜態(tài)工作點。過Q點分別作橫軸和縱軸的垂線得對應(yīng)的VCEQ、ICQ。由于晶體管輸出特性是一組曲線，所以，對應(yīng)不同的IBQ，靜態(tài)工作點Q的位置也不同，所對應(yīng)的VCEQ、ICQ也不同。現(xiàn)在是27頁\一共有42頁\編輯于星期一二、用圖解法分析輸出端帶負載時的放大倍數(shù)1．交流負載線交流通路交流負載電阻為過Q點，作斜率為的直線，得交流負載線MN?，F(xiàn)在是28頁\一共有42頁\編輯于星期一2．放大倍數(shù)的圖解分析如圖所示。根據(jù)iB

的變化范圍iBmax和iBmin，得到工作點的變化范圍Q1、Q2，可得輸出電壓的動態(tài)范圍VCEmax–VCEmin。所以輸出電壓的幅值Vom=VCEmax–VCEQ,若輸入信號的幅值為Vim，則放大器的電壓放大倍數(shù)為放大倍數(shù)的圖解分析現(xiàn)在是29頁\一共有42頁\編輯于星期一三、靜態(tài)工作點與波形失真的圖解1．飽和失真如果靜態(tài)工作點接近于QA，在輸入信號的正半周，管子將進入飽和區(qū)，輸出電壓vce波形負半周被部分削除，產(chǎn)生“飽和失真”。2．截止失真如果靜態(tài)工作點接近于QB，在輸入信號的負半周，管子將進入截止區(qū)，輸出電壓vce波形正半周被部分削除，產(chǎn)生“截止失真”。3．非線性失真飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。是由于管子工作狀態(tài)進入非線性的飽和區(qū)和截止區(qū)而產(chǎn)生的。為了獲得幅度大而不失真的交流輸出信號，放大器的靜態(tài)工作點應(yīng)設(shè)置在負載線的中點Q處。動畫現(xiàn)在是30頁\一共有42頁\編輯于星期一工程應(yīng)用消除非線性失真的方法由上頁圖可知，當(dāng)靜態(tài)工作點偏高時，IBQ偏大，出現(xiàn)飽和失真，要消除飽和失真，可將偏置電阻Rb增大，即可使IBQ下降，靜態(tài)工作點下移動。當(dāng)靜態(tài)工作點偏低時，IBQ偏小，出現(xiàn)截止失真，要消除截止失真，可將偏置電阻Rb減小，靜態(tài)工作點上移動。為調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點，常將偏置電阻設(shè)置成可調(diào)電阻，為防止可調(diào)偏置電阻調(diào)為零電阻時靜態(tài)工作電流過大引起的三極管損壞，又常將可調(diào)偏置電阻與一固定電阻相串聯(lián)?，F(xiàn)在是31頁\一共有42頁\編輯于星期一3.3.2估算法估算法：應(yīng)用數(shù)學(xué)方程式通過近似計算來分析放大器的性能。一、估算靜態(tài)工作點由放大器的直流通路得出估算靜態(tài)工作點的公式：現(xiàn)在是32頁\一共有42頁\編輯于星期一

[例3.3.1]如圖所示放大器，設(shè)VG=12V，Rb=200k，RC=3k，若晶體管電流放大系數(shù)=35，試估算靜態(tài)工作點。估算靜態(tài)工作點

解現(xiàn)在是33頁\一共有42頁\編輯于星期一二、估算輸入電阻、輸出電阻和放大倍數(shù)1．晶體管輸入電阻rbe的估算公式

晶體管的輸入電阻rbe：晶體管基極和發(fā)射極之間交流電壓vi與相應(yīng)交流電流ib之比。估算公式為：rbb是晶體管基區(qū)電阻，在小電流(IEQ約幾毫安)情況下，低頻小功率管約為300，因此，在低頻小信號時從式可見，rbe與靜態(tài)電流IEQ有關(guān)，靜態(tài)工作點不同，rbe取值也不同。常用小功率管的rbe約為1k左右?，F(xiàn)在是34頁\一共有42頁\編輯于星期一2．放大器的輸入電阻ri和輸出電阻ro

(1)輸入電阻ri

輸入電阻ri：從放大器輸入端看進去的交流等效電阻。從圖中可以看出，ri=Rb//rbe

一般Rb>>rbe，所以ri

rbe

如圖所示放大器的交流通路，ri

表示放大器從信號源吸取信號幅度的大小。ri越大，信號源內(nèi)阻損耗越小，放大器得到的有效輸入信號越大。結(jié)論：單級放大器的輸入電阻ri

近似等于晶體管的輸入電阻rbe。交流通路現(xiàn)在是35頁\一共有42頁\編輯于星期一(2)輸出電阻ro交流通路

輸出電阻ro：從放大器輸出端(不包括外接負載電阻)看進去的交流等效電阻。因晶體管輸出端在放大區(qū)呈現(xiàn)近似恒流特性，其動態(tài)電阻很大，所以輸出電阻近似等于集電極電阻。即ro表示放大器帶負載的能力。輸出電阻越小，輸出信號時，自身損耗越小，帶負載的能力越強?，F(xiàn)在是36頁\一共有42頁\編輯于星期一3．估算放大倍數(shù)的公式放大器輸出端外接負載電阻RL時，等效負載電阻即故現(xiàn)在是37頁\一共有42頁\編輯于星期一

[例3.3.2]單級放大器中，Rc=3k，設(shè)靜態(tài)電流IE=2.1mA，晶體管=35。求輸出端帶負載電阻RL=3k時，電壓放大倍數(shù)Av解現(xiàn)在是38頁\一共有42頁\編輯于星期一3.4放大器的偏置電路3.4.1固定偏置電路3.4.2分壓式穩(wěn)定工作點偏置電路現(xiàn)在是39頁\一共有42頁\編輯于星期一3.4.1固定偏置電路固定偏置電路電路如圖所示