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1、第四章 放大器基础,4.0 引言4.1 偏置电路和耦合方式4.2 放大器的性能指标4.3 基本组态放大器4.4 差分放大器4.5 电流源电路及其应用4.6 集成运算放大器4.7 放大器的频率响应,引言,放大的概念,放大器的作用,放大器的组成,本章内容简介,4.0 引 言,一、放大的概念：,由分析可知：放大电路的放大本质是能量的控制和转换。,放大：在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，,因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，,即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。,这样在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件。如晶体管和场效应管等
2、。,使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。,4.0 引 言,二、放大器的作用：,放大器的作用：是将输入信号进行不失真地放大。,放 大 器 的 分 类,根据被放大信号的特征划分,1 放大缓慢变化信号的直流放大器,2 放大语音信号的音频放大器,3 放大图像信号的视频放大器,4 放大脉冲信号的脉冲放大器,5 放大高频载波信号的或已调制信号谐振放大器,根据信号的强弱划分,1 小信号放大器,2 大信号放大器,4.0 引 言,三、放大器的组成：,4.0 引 言,本章仅限于讨论有关小信号放大器的基础知识：,内容包括,放大电路的组成原理。,基本放大电路（三种基本组态电路、差分放大电路）的性能特点及改进
3、性能的基本途径。,偏置设定原理。,电流源电路及其应用，耦合方式等。,四、本章讨论内容：,4.1 偏置电路和耦合方式,偏置电路,对偏置电路的要求,静态工作点的热稳定性,分压式偏置电路,耦合方式,放大器与换能器的连接,级间连接,一、偏置电路,4.1 偏置电路和耦合方式,1 对偏置电路的要求：,提供放大管所需要的静态工作点Q；,提供的静态工作点Q，在环境温度、电源电压等外界环境因素变化或更换放大管时力求维持不变。,偏置电路：设置静态工作点的电路，基本上是由RB1、RB2、RC、RE、VBB、VCC等元件组成的晶体管外电路构成。,要求,4.1 偏置电路和耦合方式,负载电阻无穷大：,设置合理的静态工作点
4、的意义,4.1 偏置电路和耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,原理电路,交流通路,根据原理电路有：,根据交流通路有：,负载电阻为有限值：,4.1 偏置电路和耦合方式,令,作直线,要想放大器有最大不失真输出,若不考虑饱和电压VCES时：,2 静态工作点的热稳定性,4.1 偏置电路和耦合方式,当温度升高时：值增大工作点将从Q点，上升止Q，放大器的工作点发生变化，此时会影响放大器的输出。,4.1 偏置电路和耦合方式,环境温度对静态工作点的影响是通过：、VBE(on)、ICBO三个对温度敏
5、感的管子参数变化而产生的。,例如：,设在室温下，T = 300K、=100,VBE(on)=0.7V、ICBO=10-12A。,在室温下,4.1 偏置电路和耦合方式,当环境温度升高30时，由于每升高1，的相对值增加1%，即=130。,每升高1，VBE(on)减小2.5mV；VBE(on)=0.7-0.075=0.625V,每升高10时，ICBO增大一倍；,4.1 偏置电路和耦合方式,通过分析数据，可知温度升高30C，IBQ 略有增加，而ICQ却增大32%，导致静态工作点移向饱和区。,因此，设计具有较高热稳定性的偏置电路是保证放大器性能稳定的关键。主要是通过稳定ICQ来实现的。,3 分压式偏置电
6、路,4.1 偏置电路和耦合方式,分压式偏置电路是一种 高稳定性的偏置电路。,RB1与RB2分别称为上偏置和下偏置电阻，它们构成VCC的分压电路，在晶体管基极产生静态电压VBQ,RC称为直流负载电阻，VCC通过RC为集电极提供偏置电压。,RE称为发射极偏置电阻，流过发射极静态电流IEQ在其上产生静态电压VEQ。,4.1 偏置电路和耦合方式,RE的作用：是RE对ICQ有自动调节作用。,例如由于某种原因ICQ升高，,又如ICQ 减小，,4.1 偏置电路和耦合方式,要提高这种自动调节作用，首先必须选取大的RE使其上压降更有效的控制VBEQ，但从电源电压的利用率来看，RE不宜取值过大，否则VCC实际加到
7、管子上的压降VCEQ就会减小。,工程上一般取 VEQ =0.2V，或VEQ=13V；,其次，RB1和RB2的取值不宜过大，使通过它们的电流I1远大于IBQ，这样就可以认为VBQ 就是VCC在RB2上的分压值，与IBQ的大小无关。,一般取 I1=(510)IBQ,4.1 偏置电路和耦合方式,图示电路中，已知晶体三极管特性相同， VBE(on)=0.7V， =100，要求IEQ1=0.5mA，IEQ2=1mA，VCEQ1=2.5V，VCEQ2=4V。设VCC= 12V，VCQ2= 6V，I1=10IBQ1，计算各电阻值。,解：根据已知条件求解,ICQ1IEQ1=0.5mA，,ICQ2IEQ2=1m
8、A,例题：,4.1 偏置电路和耦合方式,根据电路可知：,VEQ2,VCQ1,VCQ1=VBE(on)+VEQ2=0.7V+2V=2.7V,VEQ1=VCQ1-VCEQ1=2.7-2.5=0.2V,VBQ1,VEQ1,VCQ2,4.1 偏置电路和耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,除晶体三极管放大电路外，分压式偏置电路还适用于各种场效应管放大电路。,如图所示：,分压式,自给偏置,零偏置,4.1 偏置电路和耦合方式,双电源供电的偏置电路,电路等效为,二、耦合方式,4.1 偏置电路和耦合方式,在实际的电子系统中，它的放大电路部分一般都是由多级放大器组成。,例如一个电子音响系统,音响源：是将非电信号
9、变换为电信号的换能器。,4.1 偏置电路和耦合方式,换能器,1、话筒：将声音信号变换为电信号。,2、磁头：将随声音变化的磁场强度变换为电信号。,3、磁鼓：将随声音、图像变化的磁场强度变换为电信号。,4、光头：将随声音、图像变化的光强变换为电信号。,电子系统中的连接方式：,1、换能器与第一级放大器的连接。,2、放大器与放大器之间的连接（级与级之间）。,3、最后一级放大器与输出负载之间的连接。,1、放大器与换能器的连接,4.1 偏置电路和耦合方式,从电路的观点来看，各种换能器都可等效为电源：,换能器与放大器连接时，换能器将是放大器的输入信号，而放大器将是换能器的负载。,连接的目的：是有效地将换能器
10、的输出信号（功率、电压、或电流）加到放大器输入端。,2、级间连接,4.1 偏置电路和耦合方式,级与级之间的连接方式：,具有隔直流作用的电容耦合连接方式。,特点：各级直流静态工作点，由本级偏置电路设定，不受相邻级的影响。,4.1 偏置电路和耦合方式,直接连接（直接耦合）,VCQ1=VBQ2=VBE(on)、VCQ2=VBQ3=VBE(on)、VCQ3=VBQ4=VBE(on),VCEQ1VBQ2、VCEQ2VBQ3、VCEQ3VBQ4,显然，各管处于临界饱和状态。,4.1 偏置电路和耦合方式,VCQ1=VCEQ1,VCQ2=VCEQ2+IEQ2RE2,VCQ3=VCEQ3+IEQ3RE3=VBE
11、(on)+IEQ4RE4,VCQ1VCQ2VCQ3Rs 时，AvsAv,4.2 放大器的性能指标, 信号源电流增益定义为：,根据电路有,由此可知， Ri 越小，Ais 越大， 当Ri Rs 时，Ais Ai,4、多级放大器,4.2 放大器的性能指标,组成多级放大器的目的，是为了实现高增益，以及满足其它的特定要求。,组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级。,输入极,中间极,末前极,输出极,负载,信号源,多级放大器的一般结构,多级放大器的方框图,4.2 放大器的性能指标,根据定义有：, 多级放大器的电压增益, 多级放大器的电流放大增益,4.2 放大器的性能指标, 多级放大器互阻增益, 多级放
12、大器互导增益, 多级放大器的输入电阻与输出电阻：,根据多级放大器的方框图可知，第一级放大器输入电阻为多级放大器的输入电阻，最后一级放大器输出电阻为多级放大器的输出电阻。, 根据不同的要求，可组成不同类型的放大器。,例如互导放大器多级电流放大器互阻放大器,二、失真,4.2 放大器的性能指标,放大器的失真是指其输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。,根据失真产生的原因不同，可分为两大类失真,失真,线性失真,频率失真,瞬变失真,非线性失真,1、频率失真,4.2 放大器的性能指标,对于实际放大器来说，放大器是含有电抗元件的动态网络，因此，对于不同频率，放大器具有不同的放大增益，而且还产生不同的相移。,此时的放大器增益，已不再是前面定义的与频率无关的数值，而应表示为频率的复函数。,即,A() 为增益的幅值（即复函数的模）,A() 为增益的相角（即复函数的相角）,如果用模来描述放大器的增益，称为放大器的幅频特性。,如果用相角来描述放大器的增益，称为放大器的相频特性。,4.2 放大器的性能指标,将它们合到一起来描述放大器的增益，称为放大器的频率特性。,低频段,中频段,高频段,注意：此坐标系，横坐标为频率坐标应该用对数刻度，纵坐标为增益幅值和相角坐标用等分刻度。其中增益幅值用分贝数表示：,4.2 放大器的性能指标,
