第八章 单级低频小信号放大器

第八章 单级低频小信号放大器 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 第八章 单级低频小信号放大器 [引入新课] 谈到“放大”,学生自然而然会问:“放大有什么样的用途,”放大器是把微弱的输入信号，通过电子器件的控制作用，将直流电源功率转换成较强的电信号的电路，称为放大电路，简称放大器。“放大”指的是功率放大，即P出>P入 放大电路在工业生产过程及日常生活中应用很广，扩音机就是一个非常典型的例子，如图所示: [讲授新课] 第八章 单级低频小信号放大器 ?8.1基本共射放大电路 一、基本共射放大电路的组成和原理 (一)电路说明 1 [提问] (1)三极管最重要的特性是什么,(电流放大) (2(3)它是一个有源的器件吗,(不是，澄清“无中生有”的错误概念) (4)三极管工作于放大区的条件是什么,(外部、内部条件) 2、电路的组成及电路图画法 A 电路组成: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (1)三极管V:采用NPN型硅管; (2)基极电源GB:作用是使发射结正偏; (3)集电极电源GC:作用是使集电结反偏; (4)基极偏置电阻Rb:作用是与电源VB一起给 基极提供一个合适的基极电流IB， 双电源供电 又称偏置电阻; (5)集电极电阻Rc:作用是将集电极电流ic的变化转换成集-射之间 的电压uCE的变化; (6)负载电阻RL (7)耦合电容C1和C2:又称隔直电容，作用是隔直通交，避免了电源与放大电路之间，放大电路与负载之间直流电流的互相影响，分有极性、无极性两种; (8)“?” 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示接地，它并不真正接到大 单电源供电 地的地电位，而表示电路的参考零电位，它只是 电路中各点电压的公共端点。 B、电路图画法: 单电源供电放大器的习惯画法 分析电路: 1、IBQ?VG/Rb 因为 VG、Rb 为定值 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 所以IBQ也为定值，称为固定偏置电路。 2、ICQ=βIBQ+ICEQ 因为 ICEQ随T的变化而变化，所以ICQ也随T变化,Q点不稳定，只能用在环境温度变化不大,要求不高的场合。 (二)电路中电压和电流符号写法的规定 1、直流分量:用大写字母和大写下标的符号; 如:IB、IC、IE、UBE、UCE 2、交流分量:用小写字母和小写下标的符号; 如:ib、ic、ie、ube、u ce 3、总量:是交流分量和直流分量之和，用小写字母和大写下标的符号; 如:iB、iC、iE、uBE、uCE 二、放大器的静态工作点 1、静态:Vi=0的状态，称为静态; 2、静态工作点Q:Vi=0时，晶体管直 流电压VBE、VCE和对应的IB、IC统 称为静态工作点，分别记作:VBEQ、 VCEQ、IBQ、ICQ; 由单管共发射极电路可知: IBQ=(VG-VBEQ)/Rb ICQ=?IBQ VCEQ=VG-ICQ×RC 其中VBEQ=0.7V(硅) 0.3V(锗) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 例:上图中,已知VG=12V，RC=2KΩ Rb=220KΩ ? =60 求Q点。 解:IBQ=(VG-VBQ)/Rb=(12-0.7)/220×103=50( μA) ICQ= ?IBQ=60×50(μA)=3(mA) VCEQ=VG-ICQ×RC=12-3×2=6V 3(若VG不变，改变Rb，可改变Q 点。 4(直流通路 直流通路:只有直流信号作用时的电路; 要点: 电容开路，其它不变 [课堂小结] (1)静态工作点 (2)共发射电路的放大,反相作用 [布置作业] P113 8-3 [复习提问] 1、什么是静态?什么是静态工作点? 2、画出单管共极放大电路的直流通路。 3、写出静态工作点对应的电压电流。 [引入新课] 为了解基本放大电路的工作情况,我们分析了电路的静态，下面我们一起来看一下它的动态。 [讲授新课] ?8.1基本共射放大电路 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 三、基本放大电路的工作情况(动态) 1、动态:放大器输入端加入信号时，电路的工作状态长称为动态。 2、反(倒)相作用: 当放大器选择好(或设置)静态工作点Q以后。电路就有一组直流分量,这时输入信号ui叠加在直流的UBE上，即直流分量的基础叠加交流分量。 则:iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic uCE=VCEQ+vce 分析uCE: uCE=VCEQ+uce=VCC-iCRc=VCC-(ICQ+ic)RC=VG-ICQRC-icRc 所以 uce=-icRc v0=uce=-icRc 表明:输出交流电压v0与vi是反相关系 3、波形图(见书92页) (1)当共发射极电路放大器输入端加上交流信号电压vi时(见1图) (2)该电压通过电容C1送到晶体管的基极b与发射极e之间，引起基极电流的变化。这时基极总电流iB(见2图) (3)由于基极电流对集电极电流的控制作用，基极电流的变化将使集电极电流在静态值ICQ的基础上跟着变化(见3图)，集电极电流也是直流与交流 两个电流的合成。 (4)由于集电极电流iC流过电阻Rc时，在Rc上产生电压降，则集电极与 发射极间总的电压为直流成分和交流成分合成(见4图) (5)最后得到uCE的波形(见5图) (6)耦合电容C2起隔直流、通交流的作用，仅通过交流成分—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ uce，在放大器 输出端可获得放大后的输出电压vo，如图最后所示。 结论:表明输出交流电压vo与vi是反相关系。 4、放大作用 用示波器观察共射放大电路的输入、输出波形，可以看到uo与ui大得多， 说明共射放大电路具有电压放大作用。 5、放大器工作时的特点. (1)为了使放大器不失真地放大信号,放大器必须建立合适的静态工作点; (2)具有放大和反相作用; (3)在交流放大器中同时存在着直流分量和交流分量两种成分。 6、交流通路:只有交流信号作用时的电路; 要点: 电源短路，电容短路 VG短路的原因:VG 是直流电源,故其变化量 ?VG=0,因此将电源简化 成一条短路的直线. 四、放大电路的非线性失真 1(饱和失真: Q点过高，信号的正半周进入饱和区,造成输出电压波形负半周被部分削除,产生饱和失真;(UCE?1;调大Rb，消除失真) 2(截止失真:Q点过低，信号的负半周进入截止区，造成输出—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 电压的上半周部分切掉，产生截止失真;(UCE?VCC;调小Rb，消除失真) 3、放大器的静态工作点应选在交流负载线的中点Q处。 前面已经分析过，要使放大器能正常工作，必须选择合适的静态工作点。但是晶体管的特性受温度影响很大，当温度变化时，晶体管的参数都会随之改变，这样，原来设置的静态工作点就会发生变化，使放大器的性能变坏。放大倍数和穿透电流对温度的敏感，是造成晶体管静态工作点不稳定的重要原因。因此，保证放大器静态工作点的稳定是放大电路一个十分重要的问题。 下面介绍常用的偏置电路。 五、静态工作点的稳定 1(图所示放大器的偏置电路，它具有稳定静态工作点的作用，称为分压式偏置电路。 2(电路工作原理: 由图可知，VBEQ=VBQ-VEQ。当环境温度升高时，引起ICQ也增大，因为IEQ=IBQ+ICQ，略去数值很小的IBQ，则IEQ=ICQ。所以ICQ的增加量也就等于IEQ的增加量，导致发射极电位VEQ=IEQRe的增大，使得VBEQ减小，于是基极偏流IBQ减小，使集电极电流ICQ的增加受到抑制，达到稳定工作点的目的。 3(稳定工作点的过程: TCQEQEQBEQ IBQCQ例:在图所示电路具有分压式稳定工作点偏置电路的放大器中，Rb1=30K、Rb2=10K、RC=2K、Re=1K、VG=9V，试估算ICQ和VCEQ。 解:估算时可认为VBQ是基极开路时的电压值。 VBQ?VG Rb110 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?9?V?2.25V Rb1?Rb230?10VEQRe VEQ?VBQ?VBEQ?(2.25?0.7)V?1.55VICQ?IEQ? ?1.55mA VCEQ?VG?ICQRC?IEQRe?VG?ICQ(RC?Re)?9V?1.55(1?2)V?4.35V [课堂小结] 1(共发射电路的放大,反相作用 2(固定偏置电路、分压式稳定工作点偏置电路 [布置作业] P113 8-4 [复习提问] 1、什么是静态?什么是静态工作点? 2、画出单管共极放大电路的直流通路和交流通路。 3、写出集电极与发射极电压的直流、交流总量表达式。 [引入新课] 为了解放大电路的基本性能,例如静态工作点的设置是否恰当， 放大倍数的多少等,需要对放大电路进行分析。 [讲授新课] ?8.1基本共射放大电路 六、放大电路的分析方法 应用数学方程式通过近似计算来分析放大器性能的方法,称为估算法。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1、估算静态工作点(Q) 单级放大器:估算静态工作点的公式: IBQ=(VG-VBEQ)/Rb?VG/Rb ICQ=βIBQ+ICEO?βIBQ VCEQ=VG-ICQ×RC 例:图1所示的放大器，设VG=12V，Rb=200K，RC=3K，若晶体管电流放大系 数β=35，试估算静态工作点。 解IBQ?VG12V??60?ARb200K?: ICQ??IBQ?35?60?A?2.1mA VCEQ?VG?ICQRC?12V?2.1mA?3K??5.7V 2(放大电路的动态分析 (1)三极管的微变等效电路 晶体管的输入端加入交流信号电压时，在其基极将产生相应的基极变化电流，如同在一个阻抗上加上交流电压的情况一样。因此晶体管的输入端之间可用一个等效阻抗来代替。由于低频时可忽略其电抗部分，而只计算其电阻部分，因而把这个电阻称为晶体管的输入电阻rbe， rbe的大小为: rbe=ube/ib rbe 的近似计算公式: rbe?rb +(1+β)26(mv)/IE(mA) 小功率 rb=300Ω 大功率 rb=5,50Ω —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 故 rbe=300+(1+β)26mv/IEmA 通常 rbe在1KΩ左右 三极管的微变等效电路见书94页图8-9 2(放大器的输入电阻(RI),输出电阻(R0) (1) Ri:从放大器输入端看进去的交流等效电阻称为输入电阻; 如果把一个内阻为RS的信号源加到放大器的输入端时，放大器就相当于 信号源的一个负载，这个负载就是把放大器的输入电阻Ri。 ri=Vi/ii=Rb?rbe 式中的Vi为放大器输入端所加的信号电压，ii为输入电流。 放大器的输入电阻应为Rb和rbe的并联值。即: ri =Rb?rbe 因为 Rb>>rbe 所以 ri?rbe (2)Ro:从放大器输出端看进去的交流等效电阻(不包括RL)称为输出 电阻; R0=RC 显然，RO愈小，则即使负载RL变化，而输出电压变化很小，就是说RO愈小的放大器带负载能力愈强。因此一般情况下，都希望输出电阻RO尽量小些。 一般,放大器Ri大,有利于减小前一级电路的负担,R0小,有利于提—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 高带负 载能力。 3( 放大器的电压放大倍数AV 定义:放大器的输出电压与输入电压之比。 估算电压放大倍数的方法是:先画出放大器的微变等效电路;然 后分别写出uO与ui的表达式 (1)输出端不带负载 vo=-ic×RC=-βibRC vi=ibrbe 所以AV=vo/vi=-βibRC/ibrbe=-βRC/rbe vo=-icRL′ =-ic(RCRL)/(RC+RL) 所以 AV=V0/Vi=-βRC/rbe [课堂小结] 1(估算输入电阻、输出电阻和放大倍数 [布置作业] P113页 8-3、8-4、8-5 (2)输出端带负载 [复习提问] 1、什么是静态?什么是动态? 2、画出单管共极放大电路的直流通路和交流通路。 3、分析集电极放大电路的输入、输出电阻。 [引入新课] 直接导入。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ [讲授新课] ?8.2反馈在电子电路中的应用 单级放大电路的电压放大倍数一般可以达到几十倍,然而,在许多场合,这样的放大倍数不够用,常需要把若干个单管放大电路串接起来,组成多级放大器。 放大器的级间耦合方式 多数放大器中每个单管放大电路称为“级”,级与级之间的连接称为“耦合” 阻容耦合 变压器耦合 直接耦合 (a) (b) (a)阻容耦合(b)变压器耦合(c)直接耦合 耦合方式的基本要求: 1(保证信号能顺利地由前级传送到后级 2(连接后仍能使各级放大器有正常的静态工作点 3(信号在传送过程中失真小,级间传输效率要高 一、阻容耦合多级放大器的放大倍数。 (b) ?Rb11//Rb21?Rb1 ?Rb22//Rb12?Rb2 特别注意:容易出错 易少rbe1、rbe2 ?ri1?Rb1//rbe1 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ri2?Rb2//rbe2 RC1//ri2AV1???1rbe1 AV2???2RC2//RLrbe2 AV?AV1?AV2 上式表明:两极放大器总的电压放大倍数AV等于单独每一级的 电压放大倍数AV1与AV2的乘积。 注意:这里每一级电压放大倍数并不是孤立的,考虑后级输入电 阻对前级的放大倍数的影响。 例1.(重点讲解) 例2. [课堂小结] 1(级放大器的耦合方式 2(阻容耦合放大器的放大倍数的计算 [布置作业] P64 1.2 [复习提问] 1(几种耦合的级间耦合方式 2(阻容耦合的多级放大器的放大倍数 [导入新课] 直接导入 [讲授新课] 8.2.2放大电路中的负反馈 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 一、反馈及其分类 1(概念:从放大器的输出端把输出信号的一部或全部通过一定的方式送回到放大器输入端的过程称为反馈。 2(反馈的分类: 正反馈:反馈信号起到增强输入信号作用的叫正反馈。 负反馈:反馈信号起到削弱输入信号作用的叫负反馈。 判别方法为信号瞬时极性法 电压反馈:反馈信号与输出电压成正比是电压反馈。 电流反馈:反馈信号与输出电流成正比是电流反馈。 判别方法为输出短路法 串联反馈:放大器的输入电压ViVi和反馈信号VF串联而成。 并联反馈:放大器的输入电流iiii和反馈信号if并联而成。 讲解例题 二、负反馈放大器的特性 1、提高放大倍数的稳定性 VOVf?R2?FVOR1?R2 F?VfR2?R1?R2VO VOV且AV?O ViVi VO?AVf?Vi?AVf? ?Vi?Vi?Vf ??Vi?Vi?FAVVi —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ A 1?AF ?AVf?AVAVf? 2、减小放大器的非线性失真 输出信号波形产生饱和失真或截止失真。 若无负反馈时输出波形正半周幅度大，负半周幅度小。引入负反馈后，反馈信号波形也是正半周幅度大，负半周幅度小。将它送到输入回路，由地净输入信号为原信号减去反馈信号，则正半周削弱得多一些，负半周削弱得少一些，使得净输入信号正半周小，负半周大，和无反馈时的输出波形正好相反，从而使输出波形失真获得补偿。 3、展宽放大器的通频带 4、改变了放大器的输入输出电阻 (1)改变输入电阻:凡是串联负反馈，因反馈信号与输入信号串联，故使输入电阻大，凡是并联负反馈，因反馈信号与输入信号并联，故使输入电阻减小。 (2)改变输出电阻:电压负反馈，因具有稳定输出电压的作用，使其接近于恒压源，故输出电阻减小;电流负反馈，因具有稳定输出电流的作用，使其接近于恒流源，故输出电阻要增大。 [课堂小结] (1)多级放大器的频响特性 (2)反馈的判别 [布置作业] —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 书P64 4-3、4-4 、4-5、4-6、4-8、4-9 请学生 记忆口决:集出为压 射出为流 基入为并 射入为串 并入阻小 串入阻大 压出阻小 流出阻大 压稳压 流稳流 [复习提问] 1(负反馈对放大器性能的影响 [导入新课] 直接导入 [复习第四章节] 习题: 1(阻容多级耦合放大电路的计算，图4-14所示的两所示的两级放大电路中β1=β2=50 rbe1=rbe2=1KΩ求电压放大倍数。 解:V1为射极输出器故 AV1?1 AV???2RL2? rbe2??50?1.5K??75 1K AV?AV1?AV2??75 此类计算中，可分三种难度等级: (1)两个基本共射放大电路组成的阻容耦合多级放大电路的计算 (2)其中一个包含分压式共射放大电路 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (3)其中一个包含一个射极输出器 2(判断图所示电路的级间反馈Rf3及Cf的反馈类型 RF3与Cf构成电压串联负反馈 3(在图中的多级放大电路中,试说明为了实现以下几方面的要求，应该分别引入什么样的负反馈,并将反馈的途径写出来 (1) 希望加信号后IE3的数值基本上有受RC3改变的影响。 (2) 希望接上负载后,电压放大倍数基本不变。 (3) 希望输入端向信号信号源索取的电流比较小。 解:(1)e3接e1 电流负反馈 (2)电压负反馈 C3接b1 (3)串联负反馈 e3 接e1 [课堂小结] 1(三种组态的比较 2 [(第四章全部布置作业] 补充:“3+X” P48 2、3、5、6 [复习提问] 1(反馈的类型。 2(负反馈对放大电路的影响, [引入新课] 对振荡器而言，它就是利用谐振回路的特性来产生不同频率、不同波形的交流信号，但它与谐振放大器不同，它不需外加信号，而是自动产生信号输出，它只有输出信号，它是可用信号源来表达，它是一个叫做“源”的电路。 [讲授新课] —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?8.2.3正弦波振荡电路 一、概念 不需要外加输入信号，能够自行产生特定频率的交流输出信号，从而将电源的直流电能转换成交流电能输出，这种电路就称为自激振荡。 二、自激振荡的条件 前述分析归纳: (1)振荡器工作需要有一个正反馈，才能使振荡建立。 (2)自激振荡必须同时满足两个基本条件: 相位平衡条件:同相位(正反馈)φ=2nπ起振AF,1 幅值平衡条件AF=1 (3)自激振荡器与正弦波振荡器的区别:后者含有选频回路，为单一频率输出。所以说自激振荡是大的概念，而正弦波振荡器是其中的一个小概念。 具有放大、反馈、选步及稳幅这四个部分才能构成正弦小组振荡器。(这四部分不一定独立分开的，有可能一个电路中含有几个部分。) 三、振荡电路 (一) LC振荡器 LC振荡器能产生一定的正弦波信号，它分为变压器耦合式振荡器和三点式振荡器两大类。 1、变压器耦合式LC振荡器 特点:用变压器耦合式把反馈信号送到放大器的输入端。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (1)组成: Rb1、Rb2偏置电阻;R3是稳定工作点发射极负反馈电阻;C1、C2旁路电容;LC并联回路是选频振荡回路;L3-4反馈线圈;L7-8振荡信号输出端;Rp、C1控制反馈量电路。 (2)电路分析: 晶体管集电极回路为LC并联回路(作选频)，L5-6、L3-4耦合把集电极变化反馈到基极电路。 当Vf(反馈电压)为负半周时，输入与输出反相，夹角为180?;输出与输入反相，夹角为180? 夹角为360，正反馈，满足振荡器的相位条件。 调节Rp可改变反馈量的大小，从而改变振荡器的输出幅度。 (3)特点: 便于实现阻抗匹配，因此振荡器的效率高、容易起振;另一优点是调频方便，只要将谐振电容换成一个可变电容器，就可以实现调节频率的要求。 2、三点式LC振荡电路 三点式分类:电容三点式、电感三点式 共同点:都从LC振荡回路引出三个端点和晶体管三个极相连接。 1(电感三点式振荡器 电路图:C1隔直电容 作用:防止+VG，经L2与基极接通。 交流通路:当线圈1端为“+”电位，3应为“-”电位，此时2端电位低于1端而高于3端，即Vf与Vo反相，经倒相放大后，即形—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 成正反馈，满足相位条件。 反馈电压Vf是从电感L2两端取出，加到晶体管输入端。 Vf大小可调，改变线圈的抽头位置，从而调节振荡器的输出幅度。 L2越大，反馈越强，振荡输出也越大。 L2越小，反馈越小，振荡也越不易起振。 因此，只要改变抽头2端的位置，适当地选择L2和L1的比值，使AvF ,1满足振荡条件，电路就能振荡。 反馈电压取自L2两端，而L2对高次谐波的阻抗很大，使LC回路中高次谐波的反馈很强，因此输出信号中含有高次谐波较多，波形失真较大，常用于对波形要求不高的振荡器中。 特点:容易起振、调节频率方便并且调节范围较宽;缺点:振荡波形差。 2(电容三点式: 把电感三点式振荡回路中的电容和电感互换位置，就构成电容三点式振荡电路。 它由电感L和电容C1、C2组成振荡回路，利用电容C1、C2分压，并通过C2反馈到V的基极。 特点:振荡频率高、振荡波形好;调节频率较困难。 电容三点式与电感三点式相比较特点:振荡频率可做得较高，由于反馈电压是从电容C2两端取得的，而C2对高次谐波的阻抗很小，把高次谐波短路，使LC回路中高次谐波的反馈减弱，因此输出波形—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 好。缺点:电容量的大小既与振荡频率有关，又与反馈量有关，即与起振条件有关。 (三) 石英晶体振荡器 一、石英晶体的基本特性及其等效电路 1(压电效应:在切得的晶片上加压力时，晶片表面会产生电荷;当加在晶片上的压力变为拉力时，晶片表面电荷的极性也随之改变。反之，如果把电压加到晶片上，则晶片产生机械压力;当所加电压反向时，晶片上的压力变为拉力。以上现象叫做石英晶片的压电效应。 2(符号和等效电路 二、石英晶体振荡电路: 基本电路:并联晶体振荡电路和串联晶体振荡电路。 1(并联型晶体振荡电路:振荡频率基本上是由晶体的固有频率决定，而与C的关系很小，即由于电容不稳所引起的频率漂移是很小的，故其振荡频率稳定度高。 2(串联型晶体振荡电路 晶体接在V1、V2组成的正反馈电路中。 对于fs以外的其他频率，晶体的阻抗增大，相移不为零，不满足自激条件。调节电阻R可获得良好的正弦波输出。若R值过大，即反馈一太小，电路不满足振幅条件，不能振荡。若R值过小，即反馈量太大，输出波形将失真，或者得到近似于矩形波输出。 [课堂小结] 1(电感三点式和电容三点式 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2(石英晶体振荡电路 [布置作业] 补充电子线路书:6-3、6-5、6-8 ,复习提问, 1(什么叫放大器,判断变压器是不是放大器,原因是什么, 2(扩音机方框图是怎样的, ,引入新课, 从扩音机方框图中可以看出，先将话筒的微弱电信号经过电压放大器放大后，仍然不能使扬声器发音，因为功率不足以推动负载，故必须在电压放大器之后，负载之前，加上一级功率放大器。 ,讲授内容, ?8.3.1功率放大器的任务、要求和类型 一、什么是低频功率放大器, 用作放大低频信号功率的放大器。 二、功率放大器和电压放大器的任务各是什么, 电压放大器:把微弱的信号电压进行放大。 功率放大器:放大信号的功率。 三、性能良好的功率放大器应满足的几点基本要求, 1(信号失真要小。 2(有足够的输出功率。 3(电路效率高。 4(电路的散热性能好。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 四、低频功率放大器的分类: 1(以晶体管的静态工作点位置分类 (1)甲类功放:Q点在交流负载线的中点。 输出完整信号，静态电流大，效率低。 (2)乙类功放:Q点在交流负载线和IB=0输出特性曲线交点处。 没有静态电流，效率高。 (3)甲乙类功放:Q点在交流负载线上，略高于乙类工作点处。 2(以功率放大器输出端特点分类 (1)有输出变压器功放电路。 (2)无输出变压器功放电路(OTL)。 (3)无输出电容器功放电路(OCL)。 (4)桥接无输出变压器功放电路(BTL)。 ?8.3.2射极输出器 是电压串联负反馈;是共集电极电路 IBQ?VG ICQ??IBQ Rb?(1??)RE 26 IEVCEQ?VG?(1??)IBQRE rbe?300?(1??) (1??)IB?RE//RL?1?1 IB?rbe?(1??)IBRE//RLAV? ri?Rb//?rbe?(1??)(RE//RL)? rO?Re//rbe?Rb 1?? 特性归纳:电压放大器倍数略小于1，电压跟随性好，输入阻抗高，输出阻抗低，而且具有一定的电流放大能力和功率放大能力。、 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ [课堂小结] 1(低频功放的任务、基本要求 2(放大器的分类。 3(射极输出器的特点。 [布置作业] 习题1 习题2 [复习提问] 1(射极输出器的特点, [导入] OCL功放电路由于去掉了输入和输出变压器，具有失真小的优点，故有“高传真”的称号，是许多高传音才扩音机常采用的功放电路。但是，OCL功放电路输出电容是大容量的电解电容器，由于容量大，则电容器内铝铂卷线圈数多，呈现的电感效应大，它对不同频率的信号会产生不同的相移，输出信号有附加失真。为了消除这类缺点，又出现了不用输出电容的功放电路，称为“无输出电容功率放大器”。 [新授内容] 8(3(3 互补推挽功率放大器(OCL) 一、OCL它采用双电源供电，要求两管的特性相同。 两管的基极和基极连在一起，两管的发射极和发射极连在一起，信号由基极输入，发射极输出，负载接在公共发射极上，因此它是由两个射极输出器组成而成的。由于两管均无直流偏置，故静态时IB=0，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 两管均截止，集电极静态电流为0，因此放大器不放大信号时，没有功耗，有利于提高效率。 二、功放电路简析 1(中点静态电位必须为零(VA=0) (1) 原因:将对扬声器的性能迁成不良影响，甚至会损坏。 (2) 措施:a.电路用双电源(取两个电压大小相等，极性相反的正负电 源)。 b、应有防止零漂的差分放大电路 第一个三极管都工作在乙类状态，即V1管、V2管都只有半个周期导通，但由于在输入信号的整个周期中，它们交替轮流导通，一个“推”、一个“拉”，互相补充，结果在负载上合成一个完整的信号波形，故称为互补推挽功率放大器。 三、最大输出功率 ?集电极电压的峰值:Vcem?VG 集电极电流的峰值:Icm??VcemVG?? RLRL 2V1??1V输出最大功率:Pom?Icm?Vcem?(G)?VG?G 22RL2RL ?7.5.2 OCL实例电路 一、电路组成说明: 1(用复合管提高功率输出级的电流放大倍数 V4、V6组成NPN型复合管，用V5、V7组成PNP型复合管。它们共同组成复合互补功率输出级。(提高输出级的电流放大倍数) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2(差分放大输入级抑制零漂 3(V3管为激励级，它把V1管输出信号进行一次放大去推动功率输出级的功放管工作。C5是高频负反馈电容，防止V3高频自激。 4(R7、V8、V9把V4、V5基极直流电位分开，利用V8、V9正向导通时两端 电压稳定的特性，稳定功放管的基极偏流。 5(R5、C3、R6组成负反馈分压电路，C3对信号等于短路，分压比决定反馈量的大小，R6越大，反馈量越大。 6. R16.C6组成避免由于感性负载引起高频自激的中和电路。 7(R4、C2是差动放大器的电源滤波电路。 二、工作原理: 1. Vi为正半周时: 经V1,V3两次放大和反相,Vc3也为正半周,则V4,V6复合管异通,信号放后经R14,Rl,地+VG返回V4,V6形成回路,在负载上有放大了的正半周电流I,通过其方向如图中实践所示. 2. Vi为负半周时. 自行分析. [课堂小结] OCL功放电路组成及工作原理 [布置作业] P书111页7-8、7-9 [复习提问] —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1(什么是OCL电路, 2(OCL与OTL电路的不同点。 [导入] 在工业自动控制系统中，经常要将一些物理量通过传感器转化为相应的电信号，而此类电信号往往是变化极其缓慢的或者是极性固定不变的直流信号。这类信号不能用阻容耦合或变压器耦合的放大器来放大，因为频率为零的直流信号或变化缓慢的交流信号将电容器或变压器所隔断，这时就必须采用直接耦合方式的放大器，简称为直流放大器。 [新授内容] 8.4.1 差动放大电路 一、直流放大器的两个特殊问题 1.前后级的电位配合问题 简单直接耦合的直流放大电路，可看出V1的集电极和V2的基极是同电位的，由于V2发射结压降很小，所以，V1的集电极电位一定很低，工作点接近饱和区，工作范围大受限制，由此可知这种耦合方法使前后级的电位不能合理配合，应当设法改进。 2(零点漂移问题 直流放大器在输入信号为零时，输出电压偏离其起始值的现象称为零点漂移，简称零漂。 造成零漂的原因是:电源电压的变动和晶体管参数随温度而变化，一般情况下温度的变化是主要原因。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 二、基本差动放大电路的基本原理 1(电路特点:又叫差分放大电路 电路是由两个完全对称的单管放大器组成，两个晶体管特性相同。输出电压?UO从两管的集电极之间取出，即?UO=?UO1-?UO2(双端输出)。 特点是:(1)对称性(由两个完全对称的单管放大器组成)，(2)双端输入、双端输出连接。 2(抑制零漂原理 (1)静态:因为两管电路是完全对称的，所以在没有加输入信号即?U1=0时，应该IC1=IC2，U01=U02，因此，输出电压?UO=?UO1-?UO2=0，实现了零输入 零输出的要求。 (2)抑制零漂原理:当外界因素发生变化时(温度变化)，根据对称的原则，两管输出电压的变化量也应相同，显然变化后的输出电压应相等，即?UO1=?UO2，所以?UO1-?UO2=0，可见两管的零点漂移在输出端抵消，从而有效地 消除了整个放大器输出端的零点漂移。 三、放大倍数 1(共模放大倍数AVC: 两管输入信号是大小相等且极性相同的信号，称为共模信号，这种输入方式(((( 称为共模输入。用带有下标符号“c”表示。 (((( —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ AVC?UO0??0 UIUI 共模信号是无用的干扰或噪声信号。 2(差模放大倍数AVD: 在输入端加入放大的输入信号?UID，由于电路对称，每边得到的输入信号是 总的输入信号电压的一半，它们的极性相反， ?UId1?11?UId,?UId2???UId 22 把这样的大小相等、极性(相位)相反的信号称为差模信号，用下标符号“d”表示。这种输入方式称为差模输入。 因为UI1= -UI2而电路是完全对称的，则输出UO1= -UO2，此时放大器的总输出 信号为2 UO1，显然AV1=AV2。整个差动放大器的差模放大倍数为 U2UO1AVD?O??AVI UIUI1采用双端输入、双端输出方式的基本差动放大电路，它的差模放大倍数等于电路中每个单管放大器的放大倍数。DX 四、共模抑制比 衡量差动放大电路抑制共模信号的能力。 AUC愈小，KCMR愈大，说明差动放大电路的性能越好。 综上所述，差动放大电路是利用两只相同的晶体管进行温度补偿抑制零漂的。温度变化引起晶体管参数变化相当输入共模信号，放大器对它无放大能力从而保持输出端零电位不动。只有在放大器输入信—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 号有“差别”的非共模信号，放大器才进行放大，输出端才有“动作”，输出放大了的信号，“差动”名称即由此而来。 [课堂小结] 差动放大电路的特点 差动放大电路的共模放大倍数，差模放大倍数。 [布置作业] 补充:1.画出一个基本的差动放大电路图，并说明它为什么可以减小零点漂移现象。 2(直流放大器有哪两个特殊问题，应如何解决。 [复习提问] 1(抑制零点漂移的方法, 2(差动放大电路的特点, [新课导入] 直接导入:集成电路是继电子管和晶体管之后发展起来的第三代具有电路功能的电子器件，前面所讲的放大电路，都是由互相分开的晶体管、电阻、电容等元器件，一个一个地按一定的要求借助导线或印制电路板连接成一个完整的电路系统，称之为分立元件电路。随着科技的发展，人们对电子设备的小型化和可靠性的要求越来越高。随着半导体器件制造工艺的发展，在20世纪60年代开始出现了集成电路。 [新授内容] 8(4(2集成运放的主要参数和特点 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 一、集成电路的基本知识 1(概念:将整个电路中的晶体管、电阻、电容和导线集中制作在一小块(面积约0.5mm2)硅片上，封装成一个整体器件，称之为集成电路。 2(特点: (1)集成电路的工艺对对制造电感器和容量大的电容器有困难所以大都采用直接耦合电路。 (2)集成电路制造工艺表明，制造半导体二极管或三极管占用硅片面积小，且工艺简单、成本低。制造电阻、电容比较困难，尤其是阻值大(大于300)的电阻和容量大(大于400PF)的电容，更不经济。为此，它尽量避免内接电容，并尽可能用阻值低的电阻或以三极管代替电阻。 3(分类: 按集成度分:小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路; 按功能分:数字集成电路、模拟集成电路 4(集成运放: 集成运放是一种内部为直接耦合的高放大倍数的集成电路。 (由于在发展初期主要用于计算机的数学运算，所以至今仍保留着“运算放大器”的名称。 5(集成运放通常由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。输入级要求输入电阻高，而且要能有效地放大有用信号抑制无用信号，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 因此都采用差动放大电路;中间级要有足够大的电压放大倍数;输出级要求输出电阻小带负载能力强。集成运放的偏置电路为各级电路提供稳定的直流偏置电流和工作电流。 6(集成运放有两个输入端，一个输出端。 7(集成电路的外形: (1)圆壳式 (2)双列直插式 (3)扁平式 封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。 二、集成运放的特点 1(集成运放线性应用的条件和特点 (1)集成运放线性应用的必要条件 集成运放必须引入深度负反馈 (2)集成运放线性工作区的特点 #虚短:由于集成运放的开环放大倍数很大，而输出电压是一个有限值，因而集成运放两个输入端之间的电压很小，可以认为近似等于零。 U+=U- #虚断:由于集成运放的输入电阻很大，因此集成运放流入两个输入端的电 流很小，可以近似等于零。 I+=I-=0 2(集成运放非线性应用的特点和条件 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (1)集成运放非线性应用的必要条件 非线性应用的必要条件是:集成运放处于开环状态或引入正反馈。 (2)集成运放非线性应用的特点: 输出电压只有两种可能的状态:正最大输出电压或负最大输出电压 集成运放的输入电流等于零。由于运放的输入电阻为无穷大，因此，虽然U+不等于U-，输入电流仍为零。 三、集成运放的主要参数 1(输入失调电压 2(输入偏置电流与输入失调电流 3(开环电压放大倍数 4(共模抑制比 5(输入电阻与输出电阻 6(最大输出电压 7(最大输出电流 [课堂小结] 1(什么是集成电路;什么是集成运放 2(集成运入的特点 [布置作业] 1(什么是集成电路，它与分立元件电路相比有何优点, 2(说明“集成运算放大器”名称的由来。它有哪些用途, 3(写出集成运放的线性和非线性应用的条件与特点。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ [复习提问] 1(集成运入的特点 [新课导入] 集成运算放大器在使用时都是接有反馈电路形成闭环结构，作为反馈放大器来应用的。集成运放的用途极为广泛，下面我们一一学习 [新授内容] 8.4.3集成运放的线性应用 一、比例运算电路 1(反相输入比例运算电路 (1)组成:输入电压uI通过R1加到所相输入端A， 同相输入端B接地。输出电压UO又通 过反馈电阻Rf反馈到反相输入端A。形 成一个深度电压并联负反馈。故该电路 工作在线性区。 (2)特点: 输出电压为UO=-RfUi/R1 可见，输出电压与输入电压存在反相比例关系，其比例常数是-Rf/R1，负号表示输出与输入反相，电路的闭环放大倍数只取决于Rf与R1之比，与开环放大倍数无关。 运算电路的输出电压与输入电压存在着比例关系且相位相反，故称为反相输入比例运算电路。 虚地:在以上电路中，虽然A端不像B端那样真正接地，但是因—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 为UA-UB=0，所以A端的电位近于零电位，通常把A端称为“虚地”。 2(同相输入比例运算电路 (1)组成:输入电压通过外接电阻加在同相端上，反相端经过外接电阻接地，输出电压经反馈电阻接回反相端，形成一个深度电压串联负反馈。故该电路工作在线性区。 (2)特点: 可见输出电压与输入电压成比例关系，且输入与输出电压的变化方向相同。 3(电压跟随器 输出电压与输入电压大小相同，极性相同。 二、加减运算电路 1(反相求和电路 (1)组成:电路的多个输入信号加在反相输入端，同相输入端接地。 (2)特点: 根据虚断和虚短的概念可知:输出电压为 2(减法运算电路 (1)组成:将反相输入与同相输入同时作用即构成减法运算电路。 (2)特点:利用叠加原理进行分析计算 [课堂小结] 1(集成电路的线性应用特点 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2(比例运算电路、减法运算电路构成，及公式。 [布置作业] P114页 8-8 [复习提问] 1(集成电路的线性应用特点 2(比例运算电路、减法运算电路构成，及公式。 [新课导入] 集成运放除了可以组成上述运算单元电路外，还可改变反馈元件或连接方式组成乘法、除法、开方、指数、对数、三角函数以及积妥、微分等各种运算电路。集成运放作为一种基本的电子组件，它的应用已经远远超出了数学运算的范畴。它通过简单的外部联接，可以作为多种用途。 [新授内容] 8.4.3集成运放的线性应用 三、应用实例 1(电流——电压转换电路 图所示的光电变换电路中，硅光电二极管作为光电转换器件，流过它的反向饱和电流可看作受光控制的电流源。把光电二极管接在运放的反相端，即构成了电流——电压转换电路。电路中的反馈电阻构成了负反馈，根据集成运放线性应用的特点: 输出电压为UO=IfRf=ISRf 即将电流转换成了电压。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2(电压——电流转换电路 电源经电阻输入到同相端，负载电阻由输出端接回反相端构成了负反馈，故该电路工作在线性区，利用运入线性应用的特点: IO=US/R1 即将电压转换成电流 3(直流毫伏表 利用电压——电流转换原理制成的直流毫伏表电路，电流表的读数指示被测 电压的值，其输出电流的表达式为I=US/R1 8.4.4集成运放的非线性应用 一、电压比较器 1(构成: 运放处于开环状态，输入信号从反相 端加入，同相端加参考电压，输出电 压为uO。 2(工作原理 因理想情况下运放的开环电压放大倍数为无穷大，输入偏置电流为0，输入失调电压为0，当反相端电位高于同相端电位时，输出电压为低电平;当同相端高于反相端时，输出电压为高电平。-U、+U为运放的正反向饱和电压。 二、应用实例 利用电压比较器和电容的充放电可组成方波信号发生器。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 接上电源后，电路输出一方波(矩形波)。所以，图所示电路是由集成运放组成的方波信号发生器，当电阻相等时，其振荡频率为1/2(2RC 此外，由集成运放组成的RC正弦波振荡器(也称为正弦波信号发生器)，可用来产生正弦波电压信号 [课堂小结] 1(集成运放的线性应用 2(集成运放的非线应用 [布置作业] P114页 8-10 [复习提问] 1(集成电路的线性应用特点 2(比例运算电路、减法运算电路构成，及公式。 [内容提要] 一、基本共射放大电路 1(电路的静态工作点 2(动态电路 二、反馈电路 反馈类型判别 三、功率放大器 OCL电路 四、直流放大器 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 两个问题 五、差动放大电路 1(零漂问题 2(放大作用 3(共模、差模信号及常用的计算公式 六、集成运放 线性应用:比例电路与加减运算电路 线性、非线性应用实例 [典型例题] 1(虚短、虚断的基本方法: 试 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 所示电路的输出电压VO与输入电流iI的关系:vO??RfiI i R 虚短: vA?vB?0 虚断: iI?iFv?v0?vO iI?AO? RRff?vO??iIRF 简便方法:vO??iFRf??iIRf 2(叠加法(适用于多个输入信号) P辅39:图4-1 (1)求v01用叠加原理法: v01??R2RR2RvI1?(1?2)vI2?2(vI2?vI1) R1R1R1?R2R1 (2) v02直接引用上述结论: v02?R2(vI2?vI1) R1 (3)v0?vO1?vO2?2R2(vI2?vI1) R1 3(多级集成运放分析: P辅40 图5-10: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (1)求v01??Rf R1vI(反相输入比例运算) (2)求v02??vo1(注意:是反相输入比例运算) (3)v0?vo2?vo1??2Vo1?2Rf R1vI 4(较复杂集成运放分析: P辅40 图5-11 [分析] vA?vI1(跟随器) vB?vI2(跟随器) vR2 Rv(1?R2R4 0??A?R)?vB(叠加原理) 11R3?R4 ??R2 RvRR4 I1?(1?2)RvI2 1R13?R4 [小结] 详见教学目标 [作业] 补充: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1(在图所示电路中，求V =, 15KΩ vi 0 7.5KΩ 2(P参84页5-23 [知识精讲] 一、基本共射放大电路 1(放大电路中各元件的作用和电压放大原理 元件作用:晶体管起电流控制和能量转换作用。输入信号通过晶体管的电流控制作用去控制直流电源供给的能量。 集电极直流电源:是整个放大电路的能源。它的极性应保证晶体管的发射结为正向偏置、集电结反向偏置，即提供晶体管起电流放大作用的偏置条件。 基极电阻: 使晶体管的发射结加正向偏置，并为晶体管提供固定的基极电流(偏流)。 集电极电阻:将集电极电流的变化转换为电压的变化。 电容:隔断输入端和输出端的直流，使放大电路的直流工作点不因接入交流信号源和负载而受到影响，并使交流信号能顺利通过。 2(放大电路的静态和动态分析 合理设立偏置，即设置基极电阻，合理地选择偏置电流，否则，发射结的单向导电性将导致信号传输的严重失真。若静态工作点选得过高，易引起饱和失真，反之，Q点选项得过低，易引起截止失真。在实际工作中，通常将静态工作点设置在交流负载线的中央。 3(画电路图: 4(用估算法分析放大电路。应同时画出放大电路的直流通路和—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 交流通路。静态工作点由直流通路计算得出，而交流通路是用来计算放大电路的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的。 5(固定偏置电路和分压式偏置电路的计算公式。 放大倍数:共发射极接法的单级放大电路的电压放大倍数是一个负实数，它表示输出电压与输入电压是反相的。放大电路接有负载电阻时的电压放大倍 数比输出端开路时的小。RL愈小，则AV也愈小。 二、多级放大器和负反馈放大器 1(多级放大器的耦合方式有:阻容耦合、变压器耦合和直接耦合等三种。 2(阻容耦合用在多级放大电路的前置级。 由于耦合电容的隔直作用，使各级静态工作点互相独立，可以单独计算。 会画阻容耦合多级放大电路的交流通路。 3(反馈类型判别 (1 高;瞬时极性为负，指电位降低。 判别步骤:?首先假设在输入信号作用下，放大电路输入端基极电位的瞬时极性(正或负均可)，用符号表示。 ?根据晶体管集电极电位的瞬时极性与基极电位的瞬时极性相反，而接有发射极电阻(无旁路电容)的发射极电位的瞬时极性与基极电位的瞬时极性相同的原则，逐级定出放大电路各点电位的瞬时极性。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?根据反馈到放大电路输入端信号的瞬时极性对净输入信号起削弱还是增强作用来判别负反馈和正反馈。若使净输入信号削弱，判别为负反馈。若使净输入信号增弱，判别为正反馈。 (2)电压反馈和电流反馈的判别方法 ，若短路后反馈信号(电压或电流)消失，则判别为电压反馈。若短路后反馈信号(电压或电流)仍然存在，则为电流反馈。 (3)串联和并联反馈产判别方法 并联，则差别为并联反馈。 4(口决:集出为压，射出为流;基入为并，射入为串;并入阻小，串入阻 大;并入阻小，串入阻大压出阻小，流出阻大;压稳压，流稳流。 5( 负反馈对电路的影响。 三、功率放大器 OCL电路 乙类推挽放大情况下，电源轮流供给两个晶体管的电流，其波形为两介半波的叠加。效率为78%，为减少交越失真，可采用甲乙类推挽功率放大电路。 四、差动放大电路 1(零漂问题 直流放大器输入信号为零时，输出电压偏离其起始值的现象。 2(两个输入信号电压大小相等、极性(相位)相反，这种输入方式称为差模输入;两个输入信号电压大小相等、极性(相位)相同，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 这种输入方式共模输入。 3(放大作用及常用的计算公式 共模放大倍数:表示了差动放大器电路对称程度，数值愈小，说明电路愈对称，抑制零漂的能力也愈强。、 差模信号是有用信号，要求对差模信号有较大的放大倍数，而对共模信号是要抑制的，对它的放大倍数要愈小愈好。 ——————————————————————————————————————