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1、课题三 放大小信号,教学目析和要求 1.能力目标要求 1)认识三极管、场效应管等放大器件的电气特性，掌握其电极判断的方法； 2)能够根据电路原理图搭建或制作放大电路，掌握放大电路静态、动态参数的测量方法； 3)能够判断放大电路的非线性失真情况，并掌握调整电路以改善失真的方法。,下一页,课题三 放大小信号,教学目析和要求 2.知识目标要求 1)理解信号与放大的概念，掌握用三极管、场效应管组成放大电路的方法； 2)掌握三极管、场效应管的电气特性，了解放大电路的非线性失真问题； 3)理解三极管、场效应管的等效电路，掌握放大电路静态、动态参数的计算方法； 4)理解基极分压式偏置电路的静态工作点稳定原理
2、； 5)了解多级放大电路的三种藕合方式的特点； 6)理解放大电路频率响应的概念，了解共发射极放大电路中影响电路响应的元件因素。,下一页,上一页,课题三 放大小信号,课题3.1蓄电池供电音响系统实训 课题3.2用三极管实现小信号放大 课题3.3其他组态的三极管放大电路 课题3.4用场效应晶体管实现小信号放大 课题3.5多级放大电路 课题3.6差动放大电路 课题3.7放大电路的频率响应 小结,课题3.1蓄电池供电音响系统实训,3.1.1实训目的掌握蓄电池供电的汽车扩音机的连接及使用方法，建立对放大作用的感性认识，初步了解放大作用的特点。 3.1.2实训器材 汽车扩音机、蓄电池、MP3播放器(存放有
3、一段1 kHz频率正弦波的信号)、无源多媒体音箱、双踪示波器、耳机和连接线。,下一页,课题3.1蓄电池供电音响系统实训,3.1.3实训步骤 1)将耳机插入MP3播放器的输出插座，调节MP3的音量旋钮到合适位置，仔细聆听声音效果； 2)将MP3播放器的输出接入多媒体音箱，MP3播放器音量调制最大，仔细聆听音箱的声音效果； 3)将MP3播放器、汽车扩音机、音箱和示波器按图3-1所示进行连接，播放音乐，调节音量旋钮，仔细聆听音箱的声音效果，然后播放1kHz单频正弦波信号，通过示波器观察汽车扩音机输入端和输出端的信号波形(大小和波形)； 4)断开蓄电池，音箱声音有什么变化? 5)恢复蓄电池，断开MP3
4、播放器，音箱声音有什么变化? 6)用镊子碰触汽车扩音机的输入端，音箱有没有声音?,下一页,上一页,课题3.1蓄电池供电音响系统实训,3.1.4实训结论 1) MP3输出的音乐信号太小，无法推动音箱正常发出声音； 2)汽车扩音机能够将信号放大推动音箱正常工作； 3)汽车扩音机输出的放大信号来源于蓄电池，变化与输入信号相同，所以音箱能够播放出MP3的音乐。,上一页,返 回,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.1信号放大的实质 信号的本质特征就是变化，它的变化规律就反映了所携带的信息。将一个信号放大，是在不改变其变化规律的情况下，使它的幅度变得更大。 在电子技术中，电信号通常用交流电压、交流
5、电流和交流功率表示，出于分析、处理和测量的方便，以正弦交流电压代表电信号，本课程简称信号。放大的实质是控制，要实现信号的放大，需要具有控制作用的器件，也就是受控源器件。,下一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.2三极管是具有电流控制作用的半导体器件 三极管是是具有电流控制特性的半导体器件。其外形如图3-2所示，根据结构不同，可分为NPN和PNP两种类型，三个电极分别是基极B、集电极C和发射极E，B和E之间称为发射结，C和B之间称为集电结，它们都具有基极电流几控制集电极电流左的特性，只是电流的方向不同。如图3 -3所示。 本课程以目前应用较为广泛的NPN三极管为例进行分析。 通过对图
6、3-4所示的电路测试数据进行分析，来了解三极管的电流控制特性。改变电路中的基极回路电源VBB使基极电流IB发生变化，测量对应的集电极电流IC和发射极电流IR，得到表3-1所示的数据。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.2三极管是具有电流控制作用的半导体器件对表中所列数据进行分析，得到以下结论:1)三极管三个电流IB、IC和IE的大小关系为IE=IB+IC (3.2.1)2) IB=0时，IC = 0.01mA，称为穿透电流ICEO，这是不受基极电流IB控制的电流部分，在电路中表现为器件噪声，这个值越小，三极管的噪声系数就越小；3)基极电流IB小，集电极电流IC大，有I
7、C/IB (常量) (3.2.2)即小电流IB增大，大电流IC也增大；小电流IE减小，大电流IC也减小，IC跟随IB变化，也就是IB能够控制IC， 称为直流电流放大倍数。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.2三极管是具有电流控制作用的半导体器件 4)从表中可以看到，当IB增大或减小0.01mA，IC就会增大或减小0.58mA左右，IC的变化量明显大于IB的变化量，即IC跟随IB变化，同时具有更大的变化幅度。= IC/ IB称为交流电流放大倍数，它反映三极管对信号的放大能力。在低频的情况下， 与近似相等，后面内容里不再加以区分。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现
8、小信号放大,3.2.3三极管的伏安特性 1.输入特性 当UCE不变时，输入回路中的基极电流IB与发射极电压UBE之间的关系曲线称为输入特性，即 以硅材料NPN三极管为例，输入特性如图3-5所示。 1)当UCE=0时，输入特性是左边那条曲线。 2)当UBE=00.4V(死区电压)，IB=0，三极管截止。 3)当UBE0.4V(死区电压)后，三极管开始导通，IB0，导通初期，IB与UBE呈曲线关系变化。 4)三极管导通后，IB迅速增大，此时UBE基本维持稳定(约为0.7V)，如图中曲线AB之间区域。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.3三极管的伏安特性 2.输出特性当IB
9、不变时，输出回路中的集电极电流IC与集电极发射极之间电压UCE之间的关系曲线称为输出特性，即固定一个IB值，可以得到一条输出特性曲线，分别改变IB值可以得到一簇输出特性曲线，如图3-6所示。1)IB=0mA时，IC=ICEO(穿透电流)，很小，有时为简化分析将其忽略。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.3三极管的伏安特性2)以IB=40mA为例，如下所述。UCE从0V开始增大时，IC迅速增大；当UCE1V以后，输出特性曲线变为近似水平，即UCE继续增大，IC保持稳定，UCE对IC的影响很小，要增大IC的值，需要将IB值增大。IB维持不变，UCE增大到一定数值时，IC会
10、急剧增加，如图中输出特性曲线的尾部所示，称为击穿。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.4三极管的三种工作状态 以图3-7所示电路为例。 1.截止当VBB=0V时，IB=0，IC=0，三极管处于截止状态，IB与IC没有形成控制关系，UCE=VCC-ICRCVCC。2.放大当VBB大于死区电压时，三极管导通，IB0，IC=IB，IC的大小没有超过VCC回路所能提供的最大值VCC/RC，IB与IC的比例关系得以保持，IB具有控制IC的作用，这个状态称为放大。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.4三极管的三种工作状态3.饱和 当VBB增大使IB很大时
11、，维持倍比例要求的IC( IB)超出了VCC回路能提供的最大电流值VCC/RC，即IC达到最大值仍小于IB， IB与IC比例关系不能保持，此时IB再增加， IC维持饱和，控制关系被破坏，这种状态称为饱和三极管的三种工作状态在输出特性曲线上分别对应于截止区、放大区和饱和区，如图3-6所示。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.5用三极管组成信号放大电路 以三极管为核心，组成放大电路，需要满足以下条件： 1)三极管要工作在放大(控制)状态； 2)输入小信号ui能激发基极电流IB发生变化，使集电极电流IC发生更大幅度的变化； 3)将集电极电流IC的更大幅度变化转化为电压uo的
12、变化，向外送出。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.5用三极管组成信号放大电路 下面按照上述要求来构建放大电路。 1)三极管要工作在放大状态。如图3-8所示电路。 2)输入信号ui。如图3-9所示。 3)取出放大以后的信号(电压变化量)。 图3-10所示电路需要VBB和VCC两组电源，为简化电路，将VBB改由VCC提供。本课程中，电源VCC通常省略不画，只用电气符号+VCC表示，得电路如图3-11所示。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.6 共发射极放大电路静态工作点计算 放大电路没有加入输入信号(ui=0)时，电路中的电压、电流都是直流状态
13、，称为直流工作状态或静态工作点，简称静态。 【例3.2.1】试估算图3-11所示共发射极放大电路的IBQ、 ICQ和UCEQ，已知VCC=12V，RB=280 K，RC=3 K ，=50。 解 在直流状态，电容C1和C2可以看成开路，得放大电路的直流等效电路如图3-13所示，三极管导通时UBEQ=0.7 V，对IBQ支路，有,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.6 共发射极放大电路静态工作点计算,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.6 共发射极放大电路静态工作点计算 1.截止失真静态时，如果集电极电流IC很小，三极管接近截止状态，在正弦交流信号u
14、i，输入时，IC跟随变化，就会在减小时(负半周)因进入截止状态而无法正常变化，如图3-14所示，这种失真称为截止失真。 2.饱和失真静态时，如果集电极电流IC很大且靠近最大值，则三极管接近饱和状态，在正弦交流信号ui输入时，IC跟随变化，就会在增大时(正周)因达到最大值(饱和)而无法正常变化，如图3-15所示，这种失真称为饱和失真。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.7 共发射极放大电路动态分析 1.电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro 电压放大倍数Au=u0/ui，它反映了放大电路的放大能力。 放大器接受信号源的信号，是信号源的负载，放大电路输入端的等效电阻
15、(输入电阻Ri)反映了放大电路与信号源的配合关系。输入电阻Ri越大，传入放大电路的信号比例越大，放大电路从信号源索取的电流就越小，对信号源的影响就越小。 放大电路给负载提供信号，是负载的信号源。这个信号源的内阻(放大电路输出端等效电阻，即输出电阻Ro)反映了放大电路与负载的配合关系，输出电阻越小，带负载能力越强。,下一页,上一页,课题3.2 用三极管实现小信号放大,3.2.6 共发射极放大电路静态工作点计算 2.三极管的简化等效电路 三极管输入特性如图3-18所示，在三极管导通后，UBE与IB近似线性关系(图中AB段)，可以用等效电阻rbe表示，rbe的大小与三极管的IEQ有关。 三极管输出特
16、性如图3-19所示，在IB0, UCE1 V时，集电极电流IC受基极电流IB控制，是受控电流源。 在小信号作用下，三极管的线性等效电路如图3-20所示。,上一页,返 回,课题3.3其他组态的三极管放大电路,3.3.1稳定静态工作点的分压式射极偏置电路 放大电路工作一段时间后，器件的温度会升高，三极管的UBE随温度的升高而减小( 增大)，三极管的ICEO和随温度的升高而增大，因此IC= ICEO + IB增大，严重时甚至会进入饱和状态而失去放大能力。 为了克服上述问题，可以从电路结构上采取措施，使Ic增大而引发IB减小，从而将Ic回调，减少温度的影响。图3-22所示电路是最常应用的工作点稳定电路，称为分压式偏置电路。,下一页,课题3.3其他组态的三极管放大电路,3.3.1稳定静态工作点的分压式射极偏置电路 此电路的特点所下所述。 1)利用电阻Rb1和Rb2的分压来稳定基极电位。2)利用发射极电阻RE使发射极电位从随IC增大而提高，使UBE下降，IB减小，将IC回调。 通常UBUBE，所以发射极电流为,
