放大器基礎(chǔ)課件

第4章放大器根底概述4.1放大器的根本概念4.2根本放大器4.3差分放大器4.4電流源電路及其應(yīng)用4.6放大器的頻率響應(yīng)4.5多級(jí)放大器概述在播送、通信、自動(dòng)控制、電子測(cè)量等各種電子設(shè)備中，放大器是必不可少的組成局部。

放大器是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路。它的主要功能是將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。第4章放大器根底

按信號(hào)強(qiáng)弱分：小信號(hào)放大器

大信號(hào)放大器

按電路結(jié)構(gòu)分：直流放大器交流放大器(線性放大器)(非線性放大器)(多用于集成電路)(多用于分立元件電路)

放大器分類

按信號(hào)特征分：寬頻帶放大器音頻放大器視頻放大器脈沖放大器諧振放大器(放大語(yǔ)音信號(hào))(放大圖像信號(hào))(放大脈沖信號(hào))(放大高頻載波信號(hào))第4章放大器根底保證半導(dǎo)體器件工作在放大模式

放大器組成框圖耦合電路耦合電路輸出負(fù)載輸入信號(hào)直流偏置電路外圍電路具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件是整個(gè)電路的核心將放大器輸出端與輸出負(fù)載進(jìn)行連接。將輸入信號(hào)源與放大器輸入端進(jìn)行連接。第4章放大器根底5放大器的組成原那么：

直流偏置電路(即直流通路)要保證器件工作在放大模式。

交流通路要保證信號(hào)能正常傳輸，即有輸入信號(hào)

vi

時(shí)，應(yīng)有

vo

輸出。判斷一個(gè)電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它的直流通路與交流通路是否合理。假設(shè)有任何一局部不合理，那么該電路就不具有放大作用。元件參數(shù)的選擇要保證信號(hào)能不失真地放大，即電路需提供適宜的Q點(diǎn)及足夠的放大倍數(shù)。第4章放大器根底6

放大器的作用就是將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。4.1放大器的根本概念4.1.1放大的原理和實(shí)質(zhì)VIQtvBEOIBQtiBOtviICQtiCOVCEQtvCEOtvoO

利用ib

對(duì)ic

的控制作用實(shí)現(xiàn)放大。第4章放大器根底+-iBviiCVCCRC+-+-VIQvo

放大原理7

電源VCC提供的功率：

放大實(shí)質(zhì)

三極管集電極上的功率：

負(fù)載電阻RC上的功率：第4章放大器根底8注意：放大器放大信號(hào)的實(shí)質(zhì)：是利用三極管的正向受控作用，將電源VCC提供的直流功率，局部地轉(zhuǎn)換為輸出功率。

電源VCC不僅要為三極管提供偏置，保證管子工作在放大區(qū)，同時(shí)還是整個(gè)電路的能源。

電源提供的功率PD

除了轉(zhuǎn)換成負(fù)載上有用的輸出功率PL

外，其余均消耗在晶體三極管上(

PC

)。

三極管僅是一個(gè)換能器。第4章放大器根底

就信號(hào)而言，各種小信號(hào)放大器均可統(tǒng)一表示為有源線性四端網(wǎng)絡(luò)：

放大器的性能指標(biāo)線性有源四端網(wǎng)絡(luò)RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映放大器性能的主要指標(biāo)有：增益A輸入電阻Ri、輸出電阻Ro、第4章放大器根底規(guī)定：電壓的極性：上＋下－電流的方向：流入網(wǎng)絡(luò)為正方向(1)輸入電阻、輸出電阻、增益

輸入電阻

對(duì)輸入信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于它的一個(gè)負(fù)載，而這個(gè)等效負(fù)載電阻就是放大器輸入電阻Ri。

或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定義上式中，Ri表示本級(jí)電路對(duì)輸入信號(hào)源的影響程度。

第4章放大器根底

輸出電阻

對(duì)輸出端負(fù)載而言(根據(jù)戴維寧定理和諾頓定理)，任何放大器均可看作它的信號(hào)源，該信號(hào)源內(nèi)阻即放大器輸出電阻Ro

。

或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot

：負(fù)載開(kāi)路時(shí)

vi

或

ii

在電路輸出端產(chǎn)生的開(kāi)路電壓。ion

：負(fù)載短路時(shí)

vi

或

ii

在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。第4章放大器根底輸出電阻Ro

計(jì)算：RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框圖)iv+-放大器RS(

Ro

的定義)

令負(fù)載電阻RL

開(kāi)路，信號(hào)源為零。在輸出端外加電壓v，那么產(chǎn)生電流i。定義Ro

反映放大器的帶負(fù)載能力。第4章放大器根底加壓求流法實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法：

小信號(hào)放大器四種電路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器RSRivS+-+-vi互導(dǎo)放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第4章放大器根底放大器的增益：

增益(放大倍數(shù))不同類型放大器輸入、輸出電量不同，故增益的含義不同。

即放大器輸出信號(hào)變化量與輸入信號(hào)變化量的比值。A=xo/xi電壓放大器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓增益：開(kāi)路電壓增益：源電壓增益：Ro

越小，RL

對(duì)Av

影響越小。Ri

越大，RS

對(duì)Avs

影響越小。第4章放大器根底電流放大器電流增益：短路電流增益：源電流增益：RoRLionioRSRiiSiiRi

越小，RS

對(duì)Ais

影響越小。Ro

越大，RL

對(duì)Ai

影響越小?；?dǎo)放大器互導(dǎo)增益：互阻放大器互阻增益：第4章放大器根底電流增益和電壓增益的關(guān)系：

理想放大器對(duì)輸入電阻和輸出電阻的要求：

電壓放大器：Ri0、Ro電流放大器：Ri、Ro0互導(dǎo)放大器：Ri、Ro互阻放大器：Ri0、Ro0第4章放大器根底(2)通頻帶及頻率響應(yīng)fAvAvofL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：BW0.7

=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線

通頻帶越寬，放大器對(duì)信號(hào)的頻率變化適應(yīng)能力越強(qiáng);但也不宜過(guò)寬，易使信號(hào)以外的噪聲得到放大。Av0/幅頻特性和相頻特性，統(tǒng)稱為頻率特性。

(3)信噪比與噪聲系數(shù)信噪比：有用信號(hào)功率噪聲信號(hào)功率噪聲系數(shù)：信噪比越大越好NF越小，說(shuō)明放大器對(duì)微弱信號(hào)的實(shí)際放大能力越強(qiáng)〔NF=1說(shuō)明放大器是理想無(wú)噪聲的〕?！?〕放大器的失真

頻率失真

放大器的失真是指輸出信號(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)波形的一種物理現(xiàn)象。失真類型頻率失真瞬變失真線性失真非線性失真一般而言，放大器中含有電抗元件。在正弦信號(hào)鼓勵(lì)下，不同頻率呈現(xiàn)不同電抗，因而放大器增益應(yīng)為頻率的復(fù)函數(shù)：第4章放大器根底幅值，幅頻特性相角，相頻特性

波特圖在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上描繪的頻率特性曲線即波特圖。Of/HzA(f)/dBOf/HzA(f)幅頻特性相頻特性(對(duì)數(shù)刻度)(對(duì)數(shù)刻度)(線性刻度)(線性刻度)增益分貝值：通頻帶：對(duì)應(yīng)上限頻率fH及下限頻率fL。AIfHfL第4章放大器根底AI-3dB

頻率特性的三個(gè)頻段中頻段：通頻帶以內(nèi)的區(qū)域。放大器的增益、相角均為常數(shù)，不隨f

變化。特點(diǎn)：原因：所有電抗影響均可忽略不計(jì)。高頻段：f>fH的區(qū)域。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。特點(diǎn)：原因：極間電容容抗分流不能視為開(kāi)路。即極間電容開(kāi)路,耦合、旁路電容短路。低頻段：f<fL的區(qū)域。頻率減小，增益降低并產(chǎn)生附加相移。特點(diǎn)：原因：耦、旁電容容抗分壓不能視為短路。第4章放大器根底

幅度失真與相位失真實(shí)際輸入信號(hào)含有眾多頻率分量，當(dāng)通過(guò)放大器時(shí)：假設(shè)不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同增益幅度失真相位失真幅度失真與相位失真統(tǒng)稱放大器的頻率失真。假設(shè)不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同相角由于頻率失真由線性電抗元件引起，故稱線性失真。注意：線性失真不產(chǎn)生新的頻率成分。一般音頻放大器的頻率失真主要指幅度失真。視頻放大器的頻率失真那么包括幅度失真與相位失真。第4章放大器根底

指放大脈沖信號(hào)時(shí)，電抗元件上的電壓或電流不能突變而引起的失真。

瞬變失真RC+-vi-vo+vit1Ovot0.10.9trRC+-vi-vo+vitOvott1vot1第4章放大器根底

非線性失真非線性失真由半導(dǎo)體器件的伏安特性非線性引起，它產(chǎn)生了新的頻率成份。假設(shè)三極管基射間外加電壓：那么利用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)得：非線性失真系數(shù)：第4章放大器根底25根據(jù)三極管(場(chǎng)效應(yīng)管)在放大器中的不同接法，放大器分為共E、共C、共B〔共S、共D、共G〕根本組態(tài)。4.2根本放大器T+-+-VCCRCvivo(共E原理圖)T+-+-VCCREvivo(共C)T+-+-VCCRCvivo(共B)無(wú)論何種組態(tài)放大器，分析方法均為：1)由直流通路確定電路靜態(tài)工作點(diǎn)。注意：2)由交流通路畫(huà)出小信號(hào)等效電路，并進(jìn)行分析。第4章放大器根底26

共發(fā)射極放大器晶體管三種組態(tài)放大器的實(shí)際電路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器根底R(shí)CRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C227

共基極放大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器根底R(shí)B1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC28

共集電極放大器VCCRB1RB2RE直流通路第4章放大器根底交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C229

共射電路性能分析

共射、共基和共集放大器的性能

畫(huà)微變等效電路

分析電路輸入、輸出電阻故rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+

-virceib第4章放大器根底R(shí)CRB1vs+-RL+-voRB2RS+-viRiRo那么30

共射電路電流增益rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第4章放大器根底短路電流增益31

共射電路電壓增益rbeibRCRBvs+-RL+-voRS+-virce開(kāi)路電壓增益源電壓增益第4章放大器根底ib321)既有電壓放大作用、又有電流放大作用。2)輸出電壓與輸入電壓反相。

共射電路提供的最大電壓增益假設(shè)采用有源負(fù)載作為RC，可使RC>>rce因此由于厄爾利電壓|VA|>>VT，因此共發(fā)電路提供的Av很大，且其值與靜態(tài)電流ICQ

無(wú)關(guān)。

共射電路特點(diǎn)第4章放大器根底33

共集電路性能分析

畫(huà)微變等效電路

共集電路輸入電阻(忽略rce)因此(大)第4章放大器根底R(shí)ERB1vs+-RL+-voRB2RS+-virbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-Ri34

共集電路輸出電阻令vs=0、RL開(kāi)路，畫(huà)出求Ro的等效電路〔右上圖〕。rbeibiRERB+vRSrce-iibRoRS=RS//RB則得因此(小)第4章放大器根底rbeibioRERBvs+-RL+

voRS+-virce-35

共集電路電流增益(忽略rce)

共集電路電壓增益(忽略rce)1其中第4章放大器根底rbeibiiioRERBvs+-RL+

voRS+-virceib-短路電流增益36

共集電路特點(diǎn)1)有電流放大作用、但無(wú)電壓放大作用。2)輸出電壓與輸入電壓同相。

3)輸入電阻高、輸出電阻低。

別名：電壓跟隨器、射極輸出器、射極跟隨器37

共基電路性能分析

畫(huà)微變等效電路(忽略rce

影響)

共基電路輸入電阻vs+-RL+-voRERSRCrbeibiiio+-vibecii因此(小)Ri第4章放大器根底vs+-RL+-voRERSRCvi+-ib38

共基電路電流增益vs+-RL+-voRERSRCrbeibiiio+-vibeciiRi

短路電流增益第4章放大器根底ib39

共基電路電壓增益vs+-RL+-voRERSRCrbeib+-vibec

共基電路特點(diǎn)1)有電壓放大作用、但無(wú)電流放大作用。2)輸出電壓與輸入電壓同相。

3)輸入電阻低、輸出電阻高。第4章放大器根底ib40共基電路輸出電阻令vs=0、RL開(kāi)路，畫(huà)出求Ro的等效電路〔右上圖〕。vs+-RL+-voRERSRCrbeib+-vibecrce則得因此+-vRERSRCrbeibberceiiRoRS=RS//RE第4章放大器根底ibib41三種組態(tài)電路性能比較小大小大大小大大1中共射共基共集RiRoAvAin第4章放大器根底R(shí)Cvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi中略大42三種組態(tài)電路的應(yīng)用

共射放大器

廣泛應(yīng)用于多級(jí)放大器提供增益的增益級(jí)中。

共基放大器

〔1〕電流接續(xù)器?！?〕由于頻率特性好，故常與共射電路配合，組成寬帶放大器。

共集放大器

〔1〕利用Ri高特點(diǎn)，常作多級(jí)電壓放大器輸入級(jí)；〔2〕利用Ro低特點(diǎn)，常作電壓多級(jí)放大器輸出級(jí)，提高帶負(fù)載能力；〔3〕利用Ri高、Ro低的特點(diǎn)，常作緩沖級(jí)(隔離級(jí))，以提高前級(jí)電路的電壓增益和后級(jí)的源電壓增益。第4章放大器根底43

接RE

的共發(fā)放大器

其中第4章放大器根底rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE(微變等效電路)RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE(交流通路)(忽略rce

影響)44當(dāng)RL時(shí)，

此時(shí)，Avt

近似等于兩電阻的比值，與三極管參數(shù)無(wú)關(guān)。

共射放大器存在問(wèn)題：交流工作時(shí)：RCAv

但集成困難；直流工作時(shí)：RCVCEQ

易飽和失真。第4章放大器根底

解決方法：用恒流源(有源負(fù)載)取代電阻

RC。恒流源特點(diǎn)：直流電阻小，交流電阻大。45

采用有源負(fù)載的共射放大器RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ其中等效為第4章放大器根底假設(shè)RE=0：又假設(shè)RL=，且兩管參數(shù)相同：即：T1的集電極交流電阻RC=接RE的共E電路的RO2’46

共S實(shí)際電路

FET共源、共柵和共漏放大器的性能第4章放大器根底

偏置方式：自給偏壓。RG的作用是，提供G、S間的直流通路，RG不能太小，否那么會(huì)影響放大電路的輸入電阻，一般為M級(jí)。注意：此電路中VGS<0。偏置方式：分壓式偏置。RG1和RG2取小的精密電阻以保證VG的穩(wěn)定性；參加RG3的作用是提高放大電路的輸入電阻。47

共源放大器gmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo第4章放大器根底R(shí)DRGvs+-RL+-voRS+-vi對(duì)分壓式偏置電路：48

接RS

的共源放大器不變經(jīng)推導(dǎo)則略增大減小第4章放大器根底R(shí)DRGvs+-RL+-voRS+-viRSgmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoRSRo49

共柵放大器vs+-RL+-voRSRSRDgmvgsiiio+-vigsRiii因?yàn)樗远?章放大器根底vs+-RL+-voRSRSRDvi+-50

共漏放大器經(jīng)推導(dǎo)第4章放大器根底R(shí)Gvs+-RL+-voRS+