單管共發(fā)射極放大器

單管共發(fā)射極放大器第1頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月第3章放大電路基礎(chǔ)

3.4

單管共集電極電路3.4.1電路的組成3.4.2靜態(tài)分析3.6單管共發(fā)射極放大器的頻率特性3.6.1RC電路的頻響3.6.2單管共發(fā)射極放大器的頻率特性3.4.3動態(tài)分析

3.4.4射極輸出器的應(yīng)用

3.5共基極放大電路簡介3.6.3頻率失真

3.6.4電路元器件參數(shù)的選擇

目錄第2頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月第3章放大電路基礎(chǔ)

3.7多級放大器3.7.1四種級間耦合方式3.7.2多級放大器的頻響3.9放大器的調(diào)整與調(diào)試3.7.3放大倍數(shù)(增益)的分貝表示法3.8放大器的噪聲與抗干擾措施目錄第3頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月第3章放大電路基礎(chǔ)

【本章難點

】分壓式電流負反饋偏置電路與射極輸出器的分析放大器的調(diào)整與調(diào)試

【本章要點】基本放大器的組成及工作原理靜態(tài)工作關(guān)系判斷與穩(wěn)定微變等效電路分析方法三種放大電路(共射、共集、共基電路)

多級放大電路的四種耦合方式第4頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。3.1

單管共發(fā)射極放大器

3.1.1

電路的組成

第5頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。電路的組成

第6頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月各元件作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當?shù)撵oIB和UBE?；鶚O電源與基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。?頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。++各元件作用：第8頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月基本放大電路的習慣畫法第9頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.靜態(tài)工作點——Ui=0時電路的工作狀態(tài)

3.1.2靜態(tài)工作點ui=0時由于電源的存在，電路中存在一組直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-第10頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。第11頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月開路畫出放大電路的直流通路

2.靜態(tài)工作點的估算

將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路的畫法：開路第12頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月畫直流通路：Rb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。（1）用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點（IB、UBE、IC、UCE）IC=IB第13頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月例3-1：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級第14頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負載線由估算法求出IB，IB對應(yīng)的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC

2.

圖解法確定靜態(tài)工作點

第15頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月對交流信號(輸入信號ui)交流通路——分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法：

將直流電壓源短路，將電容短路。短路短路置零

3.1.3

動態(tài)分析第16頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.交流通路第17頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.交流負載線輸出端接入負載RL：不影響Q

影響動態(tài)！第18頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月交流負載線ic其中：uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL第19頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月交流量ic和uce有如下關(guān)系：即：交流負載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流負載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過Q點。

第20頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月交流負載線的作法：iCuCEVCCQIB交流負載線直流負載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過Q點。

注意：（1）交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。

（2）空載時，交流負載線與直流負載線重合。第21頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月iBuBEQuiibic交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號uiib靜態(tài)工作點3用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況iCuCEuce注意：uce與ui反相！第22頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反第23頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負變化，但瞬時量方向始終不變（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot第24頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月iCuCEuo可輸出的最大不失真信號（1）合適的靜態(tài)工作點ib4．靜態(tài)工作點對輸出波形的影響第25頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月iCuCEuo（2）Q點過低→信號進入截止區(qū)稱為截止失真信號波形第26頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月iCuCEuo（3）Q點過高→信號進入飽和區(qū)稱為飽和失真信號波形截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”

動畫演示第27頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月條件：交流小信號思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路3.2

微變等效電路分析法3.2.1

簡化的晶體管共發(fā)射H參數(shù)第28頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1、三極管的h參數(shù)等效電路根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論：求變化量：在小信號情況下：第29頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月各h參數(shù)的物理意義：iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時的輸入電阻，用rbe表示。——輸入端開路時的電壓反饋系數(shù)，用μr表示。iBuBEuBEuCE第30頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月iCiBiCuCE——輸出端交流短路時的電流放大系數(shù)，用β表示?！斎攵碎_路時的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。iCuCEiCuCE第31頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月該式可寫為：由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路：第32頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2、簡化的h參數(shù)等效電路（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三極管簡化的h參數(shù)等效電路。第33頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3、rbe的計算：由PN結(jié)的電流公式：（常溫下）其中：rbb’=200Ω所以：第34頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.畫出放大器的微變等效電路（1）畫出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替3.2.2用H參數(shù)等效電路分析共發(fā)射極放大器第35頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電壓放大倍數(shù)的計算：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。第36頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。3、輸入電阻的計算：根據(jù)輸入電阻的定義：第37頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：當信號源有內(nèi)阻時：由圖知：所以：第38頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月所以：4、輸出電阻的計算：根據(jù)定義：0+-第39頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月例3.2共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=50。1、試求電路的靜態(tài)工作點Q。解：第40頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：畫微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ第41頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真，是截止還是飽和失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？解：為截止失真。應(yīng)減小Rb。第42頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBEICEO變T變IC變1.溫度對靜態(tài)工作點的影響3.3

靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路3.3.1

溫度影響靜態(tài)工作點第43頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC第44頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移?？傊篢IC第45頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月I1I2IB選I2=（5~10）IB∴I1

I2ICIE（1）結(jié)構(gòu)及工作原理3.3.2分壓式電流負反饋偏置電路第46頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程：TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB穩(wěn)定IB由輸入特性曲線I1I2IBICIE第47頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）靜態(tài)分析IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReIC

IE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

電容開路,畫出直流通道第48頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號等效電路（3）動態(tài)分析：第49頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓放大倍數(shù)：RL=RC//RL第50頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入電阻：輸出電阻：第51頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月思考：若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響？第52頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.結(jié)構(gòu)：3.4

單管共集電極電路3.4.1電路的組成第53頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.靜態(tài)分析：IBIEUBEUCE第54頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.動態(tài)分析（1）交流通道及微變等效電路第55頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）電壓放大倍數(shù)：第56頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）輸入電阻第57頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3、輸出電阻第58頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月射極輸出器的特點：電壓放大倍數(shù)=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。3.4.4射極輸出器的應(yīng)用1、放在多級放大器的輸入端，提高整個放大器的輸入電阻。2、放在多級放大器的輸出端，減小整個放大器的輸出電阻。2、放在兩級之間，起緩沖作用。第59頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月共基極電路3.5

共基極放大電路簡介第60頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.靜態(tài)工作點直流通路：第61頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動態(tài)分析畫出電路的交流小信號等效電路（1）電壓放大倍數(shù)第62頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）輸入電阻（3）輸出電阻第63頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：共集共基共射第64頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率響應(yīng)——放大器的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系下面先分析無源RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)其中：稱為放大器的幅頻響應(yīng)

稱為放大器的相頻響應(yīng)3.6單管共發(fā)射極放大器的頻率特性第65頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）頻率響應(yīng)表達式：令：則：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：1.RC電路的頻響第66頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）頻率響應(yīng)表達式：令：則：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：2．RC高通電路的頻響

第67頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大誤差-3dB斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng)：20dB/十倍頻第68頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

可見：當頻率較高時，│AU│

≈1，輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的降低，│AU│下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前90o。其中，fL是一個重要的頻率點，稱為下限截止頻率。f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻相頻響應(yīng)f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°第69頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于如圖所示的共射放大電路，分低、中、高三個頻段加以研究。1.中頻段

所有的電容均可忽略?？捎们懊嬷v的h參數(shù)等效電路分析中頻電壓放大倍數(shù)：3.6單管共發(fā)射極放大器的頻率特性第70頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.低頻段

在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容C1、C2不能忽略。為方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將C2歸入第二級。畫出低頻等效電路如圖所示?？赏瞥龅皖l電壓放大倍數(shù)：該電路有一個RC高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：第71頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應(yīng)：

相頻響應(yīng)：

f0.01fL-180°0.1fLfL10fL-90°-135°f0.01fL0.1fLfL10fL20dB/十倍頻第72頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路，三極管的極間電容不能忽略。這時要用混合π等效電路，畫出高頻等效電路如圖所示。3.高頻段用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化。第73頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化：其中：第74頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月用戴維南定理將C左端的電路進行變換：

忽略CN，并將兩個電容合并成一個電容:得簡化的高頻等效電路。其中：第75頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月可推出高頻電壓放大倍數(shù)：其中：其中：

該電路有一個RC低通環(huán)節(jié)。有上限截止頻率：第76頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應(yīng)：

相頻響應(yīng)：

f0.1fH-180°fH10fH100fH-225°-270°f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍頻程第77頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍頻程-135°-90°20dB/十倍頻程第78頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）通頻帶：（2）帶寬-增益積：│fbw×Aum│BJT一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)兩個頻率響應(yīng)指標：f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍頻程-135°-90°20dB/十倍頻程第79頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.6.3頻率失真

若放大電路的通頻帶不夠?qū)?，則對信號中各種頻率的正弦波成分的放大倍數(shù)和附加相移會產(chǎn)生影響，使輸出信號波形產(chǎn)生失真，這種現(xiàn)象稱為頻率失真。

由于放大倍數(shù)的值隨頻率變化所產(chǎn)生的波形失真稱為幅頻失真，如圖(b)所示。由于相位差隨頻率而變所產(chǎn)生的波形失真稱為相頻失真。如圖(c)所示。第80頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.7多級放大電路3.7.1多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)點：

各級放大器靜態(tài)工作點獨立。

輸出溫度漂移比較小。缺點：

不適合放大緩慢變化的信號。

不便于作成集成電路。第81頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.直接耦合優(yōu)點：

各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。

輸出溫度漂移嚴重。缺點：

可放大緩慢變化的信號。

電路中無電容，便于集成化。第82頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3．變壓器耦合利用變壓器初次級線圈之間具有“隔離直流耦合交流”的作用，使各級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立，從而使交流信號順利地傳輸?shù)较乱患?，故稱為變壓器耦合方式。這種耦合方式突出的優(yōu)點就是能夠利用變壓器的變壓比進行阻抗、電壓和電流的變換。變壓器耦合第83頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月4．光電耦合

前級與后級之間的耦合元件是光電耦合器件，因此稱為光電耦合方式。光電耦合方式既可傳輸交流信號又可傳輸直流信號，還可實現(xiàn)前、后級之間的電流隔離，抗干擾能力強，另外便于集成。第84頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.7.2

多級放大器的頻響

多級放大電路的電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即多級放大電路幅頻特性和相頻特性的表達式為

總的電壓放大倍數(shù)的幅值為各級電壓放大倍數(shù)幅值的乘積，總的相位差為各級相位差的代數(shù)和。第85頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

多級放大電路的頻帶寬度小于各單級放大電路的頻帶寬度。所以多級放大電路雖然放大倍數(shù)提高了，但是頻帶寬度卻變窄了，總的相位差是各單級相位差的疊加。

兩級放大電路頻率特性

以圖示的兩級放大電路的頻率特性曲線為例，進行討論：第86頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.7.3

放大倍數(shù)(增益)的分貝表示法

電壓放大倍數(shù)用分貝表示(即電壓增益)為

當輸出量大于輸入量時，電壓放大倍數(shù)的分貝值為正；當輸出量小于輸入量時，電壓放大倍數(shù)的分貝值為負(稱衰減)；當輸出量等于輸入量時，電壓放大倍數(shù)的分貝值為0。電壓增益用分貝表示的優(yōu)點就是可以把多級放大電路中的乘、除運算轉(zhuǎn)變成對數(shù)的加減運算，使計算簡單化。第87頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1．放大器的噪聲

放大器的噪聲是放大器中各元件內(nèi)部載流子的不規(guī)則運動所造成的。如果放大器的負載是電聲設(shè)備，此時就會出現(xiàn)雜音，所以通常叫做“噪聲”。按照噪聲來源的不同，可大體分為晶體管內(nèi)部噪聲和電阻熱噪聲兩種。(1)

晶體管內(nèi)部噪聲

當晶體管有電流通過時，就會產(chǎn)生噪聲。如果是由于做不規(guī)則熱運動的載流子通過晶體管內(nèi)體電阻而產(chǎn)生的，稱為熱噪聲；如由于發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子數(shù)目發(fā)生變化，而使各極電流產(chǎn)生不規(guī)則波動，稱其為散粒噪聲；如由于制造工藝水平或半導(dǎo)體材料本身等原因而產(chǎn)生的載流子不規(guī)則運動，稱為顫動噪聲。3.8放大器的噪聲與抗干擾措施第88頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)

電阻熱噪聲由于載流子的無規(guī)則熱運動，使得任意時刻通過導(dǎo)體橫截面的電子數(shù)目的代數(shù)和不為零(即有電流存在)，那么當這個電流流經(jīng)電路時，就會產(chǎn)生一個正比于電路電阻且隨時間變化的電壓，稱為電阻的熱噪聲。2.

放大器的干擾及抗干擾措施(1)雜散電磁場干擾

當放大器周圍存在雜散電磁場時，放大器的輸入電路或某些重要元件處于這種變動的電場和磁場中，就會感應(yīng)出干擾電壓。當干擾磁場足夠強時，在輸入端產(chǎn)生的干擾電壓就會妨礙放大器的正常工作。第89頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)直流電源電壓波動引起的干擾通常放大器的直流電源是由交流電經(jīng)整流濾波后得到的，若濾波效果不好，則直流電源電壓就會有交流成分，使放大器中晶體管集電極電流產(chǎn)生波動而形成干擾電壓。防止這種干擾現(xiàn)象的發(fā)生，可采用穩(wěn)壓電源來代替整流濾波后的直流電源。(3)交流電源引起的干擾當交流電網(wǎng)的負載突變時，在突變處交流電源線與地之間將產(chǎn)生高頻干擾電壓，由此產(chǎn)生的高頻電流通過穩(wěn)壓電源、放大器等經(jīng)過地線再回到突變處。由交流電源產(chǎn)生的高頻干擾對放大器的正常工作會產(chǎn)生一定的影響。第90頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.9

放大器的調(diào)整與調(diào)試1．放大器的調(diào)整

(1)放大器的組成原則①因為放大電路的實質(zhì)是一個能量控制裝置，而能量的來源就是直流電源，因此放大電路中必須要有直流電源。同時直流電源的設(shè)置要保證晶體管工作在放大狀態(tài)，即發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。②元件的安排要保證信號的傳輸，即信號能夠從