资源简介

(共41张PPT)
基本放大电路
项目2
放大电路是电子电路中最基本的组成部分，它在生活中的应用随处可见，电视机机顶盒、收音机、手机、路由器等电器的内部均用到了放大电路。放大电路利用三极管的电流放大作用，可以把微弱的输入信号放大成振幅/功率较大的输出信号。
本项目主要介绍几种基本放大电路及负反馈放大电路的基本知识，同时对功率放大电路进行简要介绍。
项目导读
项目导读
学习目标
知识目标
能够正确调试基本放大电路。
能够正确调试负反馈放大电路。
能够正确测试集成功率放大器的性能指标。
技能目标
弘扬爱国奋斗精神，树立建功立业信念。
厚植民族自豪感和科技自信心。
素质目标
掌握放大电路的结构和分类。
掌握共发射极放大电路、分压偏置放大电路、共集电极放大电路结构和多级放大电路分析方法。
掌握反馈的分类和负反馈放大电路的基本类型。
熟悉功率放大电路的工作原理和功率放大器的性能参数。
任务2.1认识基本放大电路
任务引入
在科学实验和生产应用中，从传感器获取的信号通常较为微弱，只有将其放大才能得到可用的输出信号，这就需要通过放大电路来实现。而为了保证放大电路正常工作，通常需要将放大电路设置在最佳静态工作点。请选择合适的工具和器材，连接如下图所示电路，将其调至最佳静态工作点，并测量其电压放大倍数。
任务引入
本任务的知识与技能要求如下表所示。
任务内容 认识基本放大电路 学习程度
识记 理解 应用
学习任务 放大电路概述 ●
共发射极放大电路 ●
分压偏置放大电路和共集电极放大电路 ●
多级放大电路 ●
实训任务 调试基本放大电路 ●
自我勉励
学习目标
任务工单
学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。
1．知识准备
3．任务实施
2．工具和器材准备
4．任务评价
放大电路主要由三极管（或场效应管）、电阻、电容和直流电源等构成，它用来将微弱的电信号（非电信号可以通过传感器转变成电信号）放大成振幅足够大且与原电信号变化规律一致的信号，以便人们测量或供负载使用，如下图所示。不同放大电路的应用场合及作用虽然不尽相同，但其信号放大的过程是相同的。
2.1.1 放大电路概述
相关知识
相关知识
点拨
放大电路将能量较小的输入信号放大成能量较大的输出信号，增加的能量是由直流电源通过放大电路转换而来的，而不是放大电路本身产生的。
下面主要介绍共发射极放大电路、分压偏置放大电路、共集电极放大电路和多级放大电路等基本放大电路的相关知识。
2.1.2 共发射极放大电路
相关知识
1．共发射极放大电路的结构
当三极管应用于放大电路时，通常将其一对端子作为输入端，另一对端子作为输出端。这样，三极管便有一个端子是输入电路和输出电路的公共端。如果放大电路的输入信号加到基极和发射
之间，而输出信号从集电极和发射极间输出，则该放大电路称为共发射极放大电路，如右图所示。
共发射极放大电路是最基本的放大电路，很多复杂电路都是由它组合或演变而成的。共发射极放大电路中各器件的作用和性能如表2-5（详见教材）所示。
相关知识
静态分析的目的主要是通过放大电路的静态工作点，来确定三极管是否处在其伏安特性曲线的合适位置。
共发射极放大电路处于静态时，三极管基极电流、集电极电流和集电极-发射极电压等直流分量在三极管伏安特性曲线上可确定为一个点，这个点称为静态工作点，用Q表示。由此可见，静态工作点是由静态电流流经的通路（即直流通路）决定的。
对共发射极放大电路进行静态分析便是对其直流通路进行分析。在绘制直流通路时，需要将电容看作开路，将电感看作短路，将信号源看作短路（需要保留其内阻）。共发射极放大电路的直流通路如下图所示。
2．共发射极放大电路的静态分析
相关知识
1）近似估算法
由图2-5可得
（2-1）
由于三极管处于放大状态时，其发射结正偏， 基本不变（硅三极管约为0.7 V，锗三极管约为0.3 V）且一般比 小得多，因此式（2-1）可变换为
（2-2）
根据三极管的电流放大作用，可得
（2-3）
（2-4）
在输入特性曲线上确定Q点的方法为：由直流通路求出静态电流 ，在输入特性曲线上找到与 对应的点，该点即为输入回路中的Q点，如右图所示。
相关知识
2）图解分析法
利用三极管的输入、输出特性曲线，通过作图对放大电路的性能指标进行分析的方法称为图解分析法。在共发射极放大电路的静态分析中，图解分析法主要用来确定其静态工作点Q。
相关知识
在输出特性曲线上确定Q点的方法为：在坐标系内绘制由方程 所决定的直线，该直线由直流通路得出，且与集电极负载电阻 有关，因此称为直流负载线；直流负载线与三极管输出特性曲线的交点即为输出回路中的Q点，如右图所示。
的值不同，静态工作点在直流负载线上的位置也就不同。三极管工作状态的要求不同，所需要的静态工作点也不同，这可以通过改变 的大小来实现。因此， 很重要，通常将其称为偏置电流，简称偏流。偏流 的大小通常可通过改变基极偏置电阻 的阻值来调整。
相关知识
动态是指放大电路在有交流输入信号时的工作状态。此时，放大电路中的电流和电压都含有直流分量和交流分量。动态分析的目的是确定放大电路对信号的电压放大倍数，并分析放大电路的输入电阻和输出电阻等。
动态分析的基本方法有图解分析法和微变等效电路分析法两种。
1）图解分析法
如下图所示为共发射极放大电路有交流信号输入时的图解分析，从中可以得出以下结论。
3．共发射极放大电路的动态分析
相关知识
相关知识
相关知识
此外，对放大电路的一个基本要求就是输出信号尽可能不失真。失真是指信号在传输过程中与原有信号相比发生偏差。在实际电路中，若因静态工作点设置不恰当或输入信号振幅过大等，而使放大电路的工作范围超出了三极管伏安特性曲线的线性范围，则会造成输出信号失真，这种失真称为非线性失真。非线性失真一般包括截止失真和饱和失真，如下图所示。
相关知识
相关知识
2）微变等效电路分析法
放大电路的微变等效电路是把非线性元件三极管线性化，将其等效为一个线性元件，从而把以三极管为核心的放大电路等效为线性电路，以便用分析线性电路的方法来分析计算放大电路。三极管线性化的条件是三极管必须工作在小信号微变量情况下，即三极管必须工作在伏安特性曲线上的一个较小范围内。只有满足这一条件，才能把静态工作点附近小范围内的曲线看作直线。因此，微变等效电路分析法仅适用于输入信号是低频小信号的情况。
（1）三极管的微变等效电路。
如图右图所示为三极管的输入特性曲线，它是非线性的。当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的曲线可看作直线。当 为常数时，有
（2-5）
相关知识
称为三极管的输入电阻，它表明了三极管的交流输入特性。在小信号微变量情况下，它是常数，一般为几百欧到几千欧，对交流信号而言是一个动态等效电阻。因此，三极管的基极和发射极之间可用 等效代替。
低频小功率三极管的输入电阻常用下式估算，即
（2-6）
其中， 的单位为毫安（mA）。
如右图所示为三极管的输出特性曲线。在放大区，该特性曲线为一组近似与横轴平行的直线。当 为常数时， 有
（2-7）
相关知识
在小信号微变量作用下， 为一常数。因此，三极管的输出端可用一等效电流源代替。该等效电流源因其电流 受电流 控制而称为受控源。为了区别于独立电源，受控源用菱形符号表示。如下图所示为三极管的微变等效电路。
相关知识
（2）共发射极放大电路的微变等效电路。
在分析放大电路时，一般用交流通路来研究放大电路的动态性能。交流通路是指交流电流流经的通路。分析交流通路时，耦合电容可看作短路，直流电源在其内阻忽略不计时也可看作短路。
由三极管的微变等效电路和放大电路的交流通路即可得出共发射极放大电路的微变等效电路。
相关知识
（3）共发射极放大电路的电压放大倍数。
共发射极放大电路的电压放大倍数是输出电压与输入电压的比值，即
（2-8）
因此，式（2-8）可换算成
（2-9）
式中：
——交流等效负载电阻，负号表示输入电压与输出电压的相位相反。
当共发射极放大电路开路时，有
（2-10）
可见，共发射极放大电路开路时的电压放大倍数比接负载电阻时的大。负载电阻越大，电压放大倍数越大。
相关知识
（4）共发射极放大电路的输入电阻。
共发射极放大电路的输入电阻是其输入端的等效电阻，为输入电压与输入电流的比值，即
（2-11）
由上图可知
（2-12）
在实际中， 的阻值比 大得多。因此，共发射极放大电路的输入电阻基本等于三极管的输入电阻，该电阻很小。
相关知识
（5）共发射极放大电路的输出电阻。
共发射极放大电路的输出电阻 是其输出端的等效电阻。实际求取时，将共发射极放大电路微变等效电路中的输入信号源短路（即 ），输出端负载开路，此时， ，电流源相当于开路，则有
（2-13）
由于 一般为几千欧，因此共发射极放大电路的输出电阻通常较大。
2.1.3 分压偏置放大电路
相关知识
1．分压偏置放大电路的静态分析
分压偏置放大电路如下图所示。它与共发射极放大电路的区别在于：三极管VT的基极连接有两个基极偏置电阻，对直流电源的电压进行分压，从而使基极有了一定的电位；发射极串联了电阻和电容。
相关知识
将所有电容全部断开，可得到分压偏置放大电路的直流通路，如右图所示。
由右图可知 。 通常很小，若 ，则基极的电压为
（2-14）
由式（2-14）可知， 与三极管的参数无关，因此
的变化不受温度变化的影响。
相关知识
此外，由上图还可知， ，若使 ，则
（2-15）
由式（2-15）可知， 与三极管的参数无关，因此 的变化也不受温度变化的影响。
综上所述，只要分压偏置放大电路满足 和 两个条件，则其静态工作电压和静态工作电流将主要由 、 、 和 决定，与三极管的参数几乎无关，它们不受温度变化的影响。对采用硅三极管的分压偏置放大电路而言，在估算时，取 、 。
相关知识
如右图所示为分压偏置放大电路的交流通路，它与共发射极放大电路的交流通路相似，它们的等效电路也相似。其中， ，输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的计算公式与共发射极放大电路的相同。
2．分压偏置放大电路的动态分析
2.1.4 共集电极放大电路
相关知识
共集电极放大电路如右图所示。其中，交流信号从基极输入，从发射极输出，因此基于该电路制成的器件又称为射极输出器。
1．共集电极放大电路的静态分析
如下图所示为共集电极放大电路的直流通路。由该图可知
即
相关知识
由此可求得共集电极放大电路静态工作点的电流为
（2-16）
（2-17）
共集电极放大电路静态工作点的电压为
（2-18）
相关知识
2．共集电极放大电路的动态分析
共集电极放大电路的交流通路如图及其微变等效电路如下图所示，据此可分析其动态性能指标。
相关知识
1）电压放大倍数
由上图可得
（2-19）
因 ，故 ，两者振幅相近，相位相同，因此|Au|小于1且接近于1。
相关知识
2）输入电阻
由上图可得共集电极放大电路的输入电阻为
（2-20）
共集电极放大电路的输入电阻比较大，可达几十千欧到几百千欧。
3）输出电阻
共集电极放大电路的输出电阻为（此处不做推导）
（2-21）
其中， 。共集电极放大电路的输出电阻很小，一般只有几欧到几十欧。
相关知识
综上所述，共集电极放大电路具有以下特点。
2.1.5 多级放大电路
相关知识
上述放大电路都是单级放大电路，它们的放大倍数有限。在实际应用时，通常需要将多个单级放大电路连接起来，构成多级放大电路，对输入信号进行连续放大，以满足需要。
多级放大电路的结构如下图所示。其中，与信号源相连接的第一级放大电路称为输入级，与负载相连接的末级放大电路称为输出级，输出级与输入级之间的放大电路称为中间级。
相关知识
由上图可以看出，多级放大电路各级是串连的，前一级的输出信号是后一级的输入信号，后一级的输入电阻是前一级的负载。因此，多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即
（2-22）
相关知识
多级放大电路的输入电阻等于从第一级放大电路的输入端所对应的两端电路的等效电阻，也就是第一级的输入电阻，即
（2-23）
多级放大电路的输出电阻等于从最后一级放大电路的负载两端（不含负载）所对应的两端电路的等效电阻，也就是最后一级的输出电阻，即
（2-24）
半导体的先驱者——物理大师黄昆
半导体学科随着半导体产业和信息产业的发展，其战略意义日益凸显。黄昆先生正是中国半导体学科的奠基人，是中国半导体学界的一代宗师。
黄昆，浙江嘉兴人，中国科学院院士、世界著名物理学家。20世纪40年代末，黄昆在欧洲物理学界声名鹊起，而他却更关注如何回国，以及能为祖国做什么。他曾设想在中国“组织一个真正独立的物理中心”，
……详见教材
砥节砺行
谢 谢

展开更多......

收起↑