放大電路基礎(chǔ)及分析

1、課題第九章放大電路基礎(chǔ)及分析第一節(jié)放大電路的概念及分類第二節(jié)共發(fā)射極放大電路第三節(jié)放大電路的工作原理課型新課授課班級授課時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1熟記共發(fā)射極放大電路和共集電極放大電路結(jié)構(gòu)。2了解放大電路靜態(tài)工作點的概念和調(diào)整方法。3理解放大電路的工作原理。教學(xué)重點1放大電路的結(jié)構(gòu)及元件作用。2放大電路的工作原理。教學(xué)難點利用放大電路的電壓、電流波形，理解放大原理。學(xué)情分析教學(xué)效果教后記新授課、復(fù)習(xí) 晶體管的三種工作狀態(tài)。B、新授課第一節(jié)放大電路的概念及分類1放大電路的用途 自動控制、信號檢測、通信等電子設(shè)備中最基本的組成部分。例：擴(kuò)音系統(tǒng)的四個主要組成部分。（1）傳感器（麥克風(fēng)），將聲音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電

2、壓信號。（2）放大器，將麥克風(fēng)輸出的微弱電壓信號放大到所需要的值。（3）再生器（揚(yáng)聲器），將放大后的電信號還原成聲音。（4）電源，提供放大器工作所需要的直流電壓。2什么是放大電路同時滿足以下兩個條件的電路：（1）輸出信號的功率大于輸入信號的功率。（2）輸出信號波形與輸入信號波形相同（不失真）。用框圖表示：輸入端：加入需要放大的信號。輸出端：得到放大的輸出信號。組成：一個放大電路必須含有晶體管（或電子管）這樣的器件，同時還包含電阻、電感、變壓器等元器件。3放大器的分類（1）按放大器的頻率高低分（2）按被放大信號的類型分（3）按放大信號的強(qiáng)弱分（4）按晶體管連接方式分（5）按元器件的集成化程度分第

3、二節(jié)共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極單管放大器又稱單極低頻小信號放大電路。它是最基本的放大電路，也是復(fù)雜電子電路的基礎(chǔ)。工作頻率：20 Hz 20 kHz的低頻范圍內(nèi)。適用范圍：用于放大較小的電流、電壓。1電路結(jié)構(gòu)如圖所示為單管共發(fā)射極放大電路（a）雙電源供電；（b）單電源供電；（c）是（b）圖的習(xí)慣畫法（不畫出集電極電源）。各元器件的作用： 晶體管V：工作在放大狀態(tài)，起電流、電壓放大作用。 基極偏置電阻：它使電源UE給晶體管提供一個合適的基極電流（又稱偏流），保證晶體管工作在合適的狀態(tài)。取值范圍在幾十千歐到幾百千歐。 集電極負(fù)載電阻：作用是把晶體管的電流放大轉(zhuǎn)換為電壓放大。它的取值范圍一般在幾千到幾

4、十千歐。 耦合電容和：起隔直流通交流的作用。交流信號從輸入經(jīng)過放大從輸出，同時把晶體管的輸入端與信號源之間，把輸出端和負(fù)載之間的直流通路隔斷。一般選用電解電容，使用時注意極性的區(qū)分。 集電極電源UE：作用一是給晶體管一個合適的工作狀態(tài)（保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏），二是為放大電路提供能源。2靜態(tài)工作點的建立（1）靜態(tài)：當(dāng)放大電路無交流信號輸入時，此時的直流狀態(tài)稱為靜態(tài)，如圖所示。這時晶體管的直流電壓：和對應(yīng)的直流電流、統(tǒng)稱為靜態(tài)工作點Q，通常寫成、。如上圖（b）所示是放大電路的直流通路，由于耦合電容的作用，直流只在直流通路內(nèi)流動，所以將耦合電容、看作斷路的部分去掉，剩下的即為直流通路。（2）放

5、大工作條件： 晶體管工作在放大狀態(tài)條件：發(fā)射結(jié)加正偏電壓（VBE.> 0），集電結(jié)加反向電壓（VBC.< 0），并且各極都有合適的直流電流和直流電壓。（3）靜態(tài)工作點的計算由于C對于直流相當(dāng)于開路，可依據(jù)（b）圖計算： 求IBQ式中 若， 求UCEQ由晶體管的放大原理有：再根據(jù)直流通路可得例9-1在下圖中，設(shè)= 12 V，= 200 kW，= 24 kW，試計算靜態(tài)工作點。解：根據(jù)靜態(tài)工作點計算公式例9 - 2在上題中，若設(shè)= 12 V，= 2 kW，要求= 4 mA；問偏流電阻取值多大？解：則（2）靜態(tài)工作點Q設(shè)置的意義和調(diào)整方法 意義：Q合適與否關(guān)系到信號被放大后是否會出現(xiàn)波形

6、失真。Q點設(shè)置過低，太小，晶體管進(jìn)入截止區(qū)，造成截止失真。Q點設(shè)置過高，太大，晶體管易進(jìn)入飽和區(qū)，造成飽和失真。 調(diào)整方法：將放大器的輸入端短路，使電路無信號輸入，保持電源電壓UE不變，調(diào)整偏流電阻的阻值，用萬用表測量集電極電流IC，使其達(dá)到技術(shù)要求。第三節(jié)放大電路的工作原理前一節(jié)介紹了反打電路靜態(tài)工作點的建立，要使放大器處于工作狀態(tài)，需在輸入端加入交流信號ui放大電路，如圖所示電路。1輸入交流信號經(jīng)過耦合電容加到三極管基極b和發(fā)射極e之間，與靜態(tài)基極直流電壓疊加得：式中為直流分量，為交流分量。調(diào)整靜態(tài)工作點適當(dāng)，使疊加后的總電壓為正且大于晶體管的導(dǎo)通電壓，使晶體管工作在放大狀態(tài)。2使晶體管出

7、現(xiàn)對應(yīng)的基極電流，是和疊加形成的，即3集電極電流受基極電流控制，所以集電極總電流為可以看出，集電極電流也是由靜態(tài)電流和信號電流疊加形成的。4的變化引起晶體管集電極和發(fā)射極之間總電壓的變化，也是由靜態(tài)電壓和信號電壓疊加而成的，即5在集電極回路中，電壓關(guān)系為，其中是集電極總電流在的電壓降，所以由以上的兩個式子比較可得 = - 6由于電容的隔直流、通交流的作用，只有交流信號電壓才能通過并從輸出端輸出，所以輸出電壓為輸出電壓uo與ui反相，這種特性稱為共發(fā)射極放大電路的反相作用。如圖所示，為上述各極電流和電壓的波形圖。結(jié)論：（1）放大電路工作在動態(tài)時，同時存在著直流分量和交流分量，這個直流分量就是設(shè)置

8、的所謂靜態(tài)工作點。只有當(dāng)直流分量的值大于交流分量的峰值（即最大值），在整個信號周期內(nèi)才能保證晶體管工作在放大狀態(tài)，信號才不失真。（2）共發(fā)射極放大電路兼有放大和反相作用。（提問）（講解）（講解）練習(xí)習(xí)題9 - 1小結(jié)1放大電路應(yīng)滿足的條件。2靜態(tài)工作點設(shè)置的意義及方法。3晶體管的放大作用是指較小的基極電流來控制較大的集電極電流。4放大倍數(shù)。布置作業(yè)習(xí)題9 - 2、9 - 4課題第九章放大電路基礎(chǔ)及其分析第四節(jié)放大電路的波形失真及其調(diào)整方法第五節(jié)放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻課型新課授課班級授課時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1了解放大電路的波形失真及其調(diào)整方法。2了解放大電路的放大倍數(shù)。教學(xué)重點通過實驗

9、現(xiàn)象觀察失真波形現(xiàn)象。教學(xué)難點三種失真的原因的理解。學(xué)情分析教學(xué)效果教后記新授課A、復(fù)習(xí)示波器的使用。B、新授課第四節(jié)放大電路的波形失真及其調(diào)整方法當(dāng)放大電路靜態(tài)工作點設(shè)置不得當(dāng)時，會造成放大電路的波形失真，本節(jié)通過實驗來觀察波形失真的現(xiàn)象。（一）操作1框圖：信號源：低頻信號發(fā)生器，產(chǎn)生1 20 kHz的正弦波信號加到放大器的輸入端。單管共發(fā)射極放大電路：電路如圖：輸出端：接入一臺雙蹤示波器。2連接：將輸、輸出端信號分量接示波器的YA、YB端，經(jīng)過調(diào)整后，便可看到示波器顯示的輸入信號和輸出信號波形，如圖所示波形。3現(xiàn)象：（1）由于靜態(tài)工作點已經(jīng)調(diào)整適當(dāng)，此時觀察到的波形圖并無失真。（2）通過兩

10、個信號輸入調(diào)節(jié)旋鈕YA和YB上標(biāo)示的電壓刻度（V / 格）以及熒光屏上的波形幅度可以測出輸入電壓和輸出電壓的幅值，并可以算出放大器的電壓放大倍數(shù)。（3）兩波形的相位相差為180°，這是單管發(fā)射極放大電路的倒相作用。（二）分析1截止失真（1）現(xiàn)象調(diào)節(jié)，使阻值變大，輸出電壓波形的上方開始出現(xiàn)平頂，越大，平頂部分越長這就是截止失真。（2）原因阻值增大后，Q點、降低，在輸入信號負(fù)半周時，晶體管工作在截止區(qū)，使= 0，» 0，輸出電壓近似等于電源電壓，保持不變，所以出現(xiàn)平頂。越大，= 0的時間越長，平頂期越長。2飽和失真（1）現(xiàn)象調(diào)節(jié)使其阻值減小到一定值時，輸出波形的下方又出現(xiàn)了平頂

11、，且越小，平頂部分越長這就是飽和失真。（2）原因減小后，Q點升高，和增大，輸入信號的正半周期時，因為增大，使晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，當(dāng)=后，不再增大，同時輸出電壓等于晶體管的飽和壓降，不再下降，所以輸出波形的下方出現(xiàn)平頂。結(jié)論（1）共發(fā)射極單管放大電路的輸出波形的正半周（波形上半周）出現(xiàn)平頂，是截止失真；若輸出波形的負(fù)半周（即波形下半部）出現(xiàn)平頂，是飽和失真。（2）出現(xiàn)失真的原因：Q點設(shè)置不當(dāng)，應(yīng)調(diào)整放大基極偏置電阻，使靜態(tài)工作點處于適當(dāng)?shù)奈恢谩?雙向失真（1）現(xiàn)象適中，輸出波形無失真，增大信號源的電壓幅度，使放大器的輸入信號增大，這時輸出電壓信號波形的上、下部分都出現(xiàn)平頂，同時產(chǎn)生了飽和失真和截止

12、失真稱為雙向失真。（2）原因輸入信號的電壓幅度太大，在信號的正半周造成飽和失真，負(fù)半周造成截止失真。（3）解決辦法： 降低輸入信號的電壓幅值。 將放大電路的電源電壓增大，再調(diào)節(jié)建立適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點Q，便可消除雙向失真。第五節(jié)放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻放大電路的輸入端需與信號源連接，輸出端與負(fù)載連接。因此，放大電路與信號源、負(fù)載之間是相互影響相互聯(lián)系的。1輸入電阻（1）等效電路如圖所示，將放大器看作信號源負(fù)載，它是與信號源輸出電阻串聯(lián)的，因此，放大器輸入電阻相當(dāng)于信號源的負(fù)載電阻。（2）定義從放大電路輸入端向右看進(jìn)去的交流等效電阻。（3）討論輸入電阻越大越好，以減小對信號源的影響。（

13、4）計算由上圖可知輸入電阻Ri = Ui /Ii2輸出電阻（1）等效電路如圖所示，放大電路對于負(fù)載來說相當(dāng)于一個信號源。（2）定義從放大電路的輸出端向左看進(jìn)去，放大電路就相當(dāng)于一個內(nèi)阻為和電動勢為Eo的等效電源，這個內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。（3）討論放大電路的輸出電阻越小，放大器帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。即使是阻值較小的，也能得到較大的輸出電壓Uo和較大的輸出電流Io。所以放大電路的輸出電阻越小越好。（4）計算 先斷開負(fù)載電阻，測出此時的輸出電壓即電動勢Eo。 接上負(fù)載電阻，測出此時的輸出電流Io，再利用全電路歐姆定律公式就能得到3電壓放大倍數(shù)Ao（1）定義輸出電壓變化量（即交流成分）uo或有效值

14、Uo與輸入電壓變化量（也是交流成分）ui或有效值Ui之比，即（2）意義為反映放大電路放大能力的重要參數(shù)。（3）討論 隨輸出端負(fù)載情況而改變，空載時Ao最大，帶載下降，而且越小Ao會越小。4小結(jié)（1）、Ao統(tǒng)稱放大電路的外部特性，這些參數(shù)在工程上具有重要的意義。（2）放大電路根據(jù)組成可以分為單級的、多級的；從放大元件上看可以是晶體管、場效應(yīng)管或集成電路，雖然種類繁多，但均可通過上述參數(shù)對外等效來測量。（3）應(yīng)用工程上，放大電路主要用于對信號進(jìn)行放大處理，從而實現(xiàn)各種工程控制。放大電路的信號源和輸出負(fù)載之間有一定的相互作用和影響，這是設(shè)計過程中必要考慮的因素。練習(xí)習(xí)題9 - 5小結(jié)1單管共發(fā)射極放

15、大電路波形失真。當(dāng)輸入正弦波信號時，輸出波形正半周出現(xiàn)平頂為截止失真；而輸出波形負(fù)半周出現(xiàn)平頂為飽和失真；而輸出波形的正半周都出現(xiàn)平頂為雙向失真。2放大電路的外部特性三個重要參數(shù)：輸入電阻、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)。布置作業(yè)課題第九章放大電路基礎(chǔ)及其分析第六節(jié)負(fù)反饋及其對放大電路性能的影響第七節(jié)共集電極放大電路射極輸出器課型新課授課班級授課時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1了解負(fù)反饋的概念及其對放大電路的影響。2了解負(fù)反饋的類型判斷。教學(xué)重點負(fù)反饋類型。教學(xué)難點1反饋類型的判斷。2射極輸出器的電路特性。學(xué)情分析教學(xué)效果教后記新授課A、復(fù)習(xí) 單管共發(fā)射極放大電路的三種波形失真。B、新授課第六節(jié)負(fù)反饋及其對放大電路性

16、能的影響接收機(jī)距發(fā)射臺的距離有遠(yuǎn)有近，為了保持對不同強(qiáng)弱信號能有效一致的接收，需把輸出信號引入到輸入端，控制接收器的增益使其輸出基本不變，這就需要負(fù)反饋。一、負(fù)反饋的概念 1定義將信號全部或者部分從輸出端反方向送回輸入端，來實現(xiàn)反方向信號傳輸?shù)碾娐贩Q為反饋電路，帶有反饋電路的放大電路稱為反饋放大電路。2方框圖A：基本放大電路。F：反饋電路連接輸出端到輸入端。Ä：比較環(huán)節(jié)。3反饋過程：輸出信號Xo（部分或全部）通過F與Xi進(jìn)行比較得X¢i進(jìn)入A。比較是指反饋信號Xf與輸入信號Xi進(jìn)行相加或相減，從而得到比Xi加強(qiáng)或削弱的凈輸入信號X¢i。4反饋類型 （1）反饋極性

17、正反饋：反饋使凈輸入加強(qiáng)，放大倍數(shù)升高，用于振蕩器。 負(fù)反饋：反饋使凈輸入減弱，放大倍數(shù)降低?？梢愿纳品糯箅娐返脑S多性能。（2）輸入端連接方式（3）輸出端取樣信號反饋類型框圖：二、負(fù)反饋對放大電路性能的影響負(fù)反饋雖然使放大電路的凈輸入減少，放大倍數(shù)下降，但可換取放大電路的性能改善：1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性放大倍數(shù)Ao會因、更換晶體管、負(fù)載RL等因素變化而產(chǎn)生變化，引入負(fù)反饋可以減小此種變化。例如放大器輸出信號Xo­加入負(fù)反饋F 反饋信號Xf­凈輸入信號Xi¢¯輸出信號Xo¯2減小非線性失真“非線性”是指輸出信號的變化與輸入信號的變化不是成正比的，

18、晶體管就是一個非線性器件。正常的信號放大后都會產(chǎn)生非線性失真。例如一個正常的正弦波信號經(jīng)放大后產(chǎn)生了非線性失真，正半周較大，負(fù)半周較小，由于負(fù)反饋信號與輸出信號相同，二者輸入回路相減后，使凈輸入信號正半周變小，負(fù)半周變大，再經(jīng)過非線性非后，輸出波形就得到一定的改善。3展寬通頻帶放大電路的頻率特性：放大電路中有電容器、電感器這類電抗元件，這類電抗元件的阻抗與信號的頻率有關(guān)。當(dāng)信號的頻率過低或過高時會使放大倍數(shù)降低。放大電路的通頻帶：如圖所示，將放大電路的放大倍數(shù)由正常值下降到0.707倍時對應(yīng)的較低頻率fL與對應(yīng)的較高頻率fH之間的頻率范圍，用BW表示BW fH - fL引入負(fù)反饋后，放大電路的

19、放大倍數(shù)下降為Af，它在0.707 Af 時對應(yīng)的低頻為fL¢ < fL，對應(yīng)高頻為fH¢ < fH，使通頻帶得到擴(kuò)展。4改變輸入電阻和輸出電阻（1）對輸入電阻的影響： 串聯(lián)反饋信號輸入電阻。輸入端反饋信號與輸入信號以電壓形式串聯(lián)相減時，輸入電流Ii會減小，即輸入信號的電壓不變而提供的電流減小，說明輸入端加入反饋電阻后增大了。 當(dāng)輸入端的反饋信號在輸入端以并聯(lián)（對信號源而言）形式接入時，由于輸入信號電壓不變而提供的總電流增大，說明放大電路的輸入電阻減小了。（2）對輸出電阻的影響： 當(dāng)電壓反饋時，負(fù)反饋時使輸出電壓穩(wěn)定，即輸出端負(fù)載變化而輸出端電壓不變，電源內(nèi)阻減

20、小。 當(dāng)電流反饋時，負(fù)反饋時使輸出電流穩(wěn)定，即負(fù)載變化而輸出端電流不變，所以輸出電阻很大。第七節(jié)共集電極放大電路射極輸出器一、電路結(jié)構(gòu)如圖所示。1：基極偏置電阻，向晶體管提供基極電流IBQ，使晶體管工作在放大狀態(tài)。2射極輸出器：輸入信號經(jīng)過耦合后加入晶體管的基極和地之間，輸出信號從晶體管的發(fā)射極與地之間取出，即是發(fā)射極兩端電壓，故稱射極輸出器。對于交流信號來說，晶體管集電極所接的電源相當(dāng)于短路，所以晶體管的集電極在交流時相當(dāng)于接地，即集電極對輸入回路和輸出回路來說是公共端，因此射極輸出器是一個共集電極放大電路?？傊?，信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極是公共端，此電路阻態(tài)為功集電極電路，又稱射

21、極輸出器。二、電路特性（1）輸出電壓略稍小于輸入電壓，且同相。晶體管b、e之間的凈輸入信號電壓兩端的信號電壓，此電壓即是輸出電壓，同時也是反饋電壓，削弱了凈輸入信號。F負(fù)反饋系數(shù)輸出電壓與輸入電壓同相變化，故射極輸出器又稱射極跟隨器。（2）輸入電阻很大輸入端為串聯(lián)反饋，所以輸入電阻升高，可理解為：反饋信號使凈輸入電壓減小，從而使減小，所以輸入電阻增大，射極輸出器的輸入電阻比無反饋的共發(fā)射極放大電路的輸入電阻要大得多，其值可達(dá)幾十千歐至幾百千歐。射極輸出器的輸入電阻約為其中，。（3）輸出電阻很小輸出端信號為電壓，穩(wěn)定輸出電壓，輸出電阻一定很小。一般為幾十歐至幾百歐。射極輸出器的輸出電阻約為其中，為信號源內(nèi)阻，其值很小，為晶體管發(fā)射極電阻，其值大約為1 kW。三、射極輸出器的應(yīng)用射極輸出器輸入電阻很大，輸出電阻很小，其應(yīng)用十分廣泛，例如： （1）用于多級放大電路的第一級。由于射極輸出器的輸入電阻很大，向信號源取用的電流很小，因而對信號源的影響小。（2）用于