电子线路教案4

1/52第课时：多级放大器的组成与耦合方式目的与要求：熟悉多级放大器的组成与耦合方式；掌握三种常用耦合方式的结构特点和性能特点；重点与难点：三种耦合方式课型：讲解教学方法：重点讲评带普遍性的问题。增加耦合电路的交流等效图，以利讲清信号传输原理；引导学生把多级放大器看成一个单级放大器，说明输入和输出电阻的分析方法。。教具：多级放大器教学挂图教学进程：复习旧课（提问：1、分压式负反馈偏置放大电路工作点的计算与简单偏置电路有什么不同？2、分压式和电压反馈式偏置电路为什么能稳定静态工作点？）＜导入＞回顾单级放大器增益有限，经常需要采用多个放大器放大，称为多级放大器。＜正课＞第四章多级放大器和负反馈放大器（介绍本次课的主要内容：如何计算多级放大器的放大倍数，放大器的频率特性，负反馈的判断和负反馈放大器的分析）4．1多级放大器多级放大器的结构以扩音机为例展示多级放大器的方框图。强调前后级的串接关系，即前一级的输出信号作为后一级的输入信号。1、讨论前后级之间的关系：前级相当于后级的信号源，后级是前级的负载。2、放大倍数的一般般讨论Av＝Av1×Av2×Av3×Av44.1.1放大器的级间耦合方式一、级间耦合的概念回顾信号耦合概念：信号从一处传送到另一处的过程。在多级放大器中，被放大信号从前级放大器传送到后级放大器的过程称为级间耦合。二、级间耦合对耦合电路的基本要求1．保证信号能顺利地由前级传送到后级2．能保证各级放大器有正常的静态工作点3．信号在传输过程中失真要小，传输效率要高三、三种常用的耦合方式1．三种耦合方式及有关电路展示三种耦合典型电路，归纳：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合(1)将阻容耦合电路等效成由信号源、耦合电容和负载组成的简单电路。解释：阻容耦合中电阻的作用。(2)变压器具有阻抗变换作用：(N1/N2)2＝Z1/Z2，有利于阻抗匹配。(3)直接耦合可以有导线直连，也可通过电阻或二极管连接。2/52释疑：阻容耦合又称电容耦合，变压器耦合又称电感耦合。2．三种耦合方式的比较从直流工作点相互影响、信号传输效率和信号传输失真等三方面比较：阻容耦合和变压器耦合不影响直流工作点，但效率和失真指标不高；直接耦合影响直流工作点，但效率和失真指标是最高的。级间耦合：放大器级与级之间的连接，其耦合方式有三种：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合，如图4.1.1所示。1．阻容耦合：级间通过电容和基极电阻连接，如图4.1.1(a)所示。由于电容的“隔直通交”作用，使各级静态工作点相互独立；同时前级输出的交流信号能顺利通过输送到下一级。2．变压器耦合：级间通过变压器连接，如图4.1.1(b)所示。由于初次级之间具有“隔直通交”的性能，使各级静态工作点独立，而前级输出交流信号通过互感耦合顺利输送到下一级。3．直接耦合：级间通过导线（或电阻）直接连接，如图4.1.1(c)所示。前级输出信号直接输送到下一级，但各级静态工作点相互影响。3/52第课时：多级放大器的组成与耦合方式目的与要求：理解多级放大器直流分析和交流分析的一般方法。重点与难点：多级放大器中前后级的关系多级放大器的交流分析法课型：讲解教学方法：重点讲评带普遍性的问题。增加耦合电路的交流等效图，以利讲清信号传输原理；引导学生把多级放大器看成一个单级放大器，说明输入和输出电阻的分析方法。。教具：多级放大器教学挂图时间分配：共90分，其中：导入5分，耦合方式15分，耦合方式的等效15分，晶体管交流等效的介绍10分，多级放大器放大倍数的计算25分，频率响应15分，小结与作业布置5分。教学进程：复习旧课（提问：1、分压式负反馈偏置放大电路工作点的计算与简单偏置电路有什么不同？2、分压式和电压反馈式偏置电路为什么能稳定静态工作点？）＜导入＞回顾单级放大器增益有限，经常需要采用多个放大器放大，称为多级放大器。4.1.2阻容耦合多级放大器导入：除了电路可以进行交流等效（等效成交流通路）外，晶体管也能交流等效，使电路分析更加简捷。一、晶体管的交流等效1．输入回路的等效介绍晶体管共发射极h参数等效电路，概述：hre和hoe因在低频小信号状态下影响很小而忽略。输入回路实际等效为输入电阻hie，即rbe。2．输出回路的等效由于hoe忽略，输出回路等效为电流源hfeib，即βib。二、多级阻容耦合放大器放大倍数的计算1．交流等效给出两级阻容耦合放大器，先进行电路的交流等效，再进行晶体管的交流等效。说明这种等效方法将电路分割成独立的几块，可以单独分析和计算，因此具有明显的优势。2．计算方法第一级放大倍数的计算：以第二级放大器的输入电阻作为负载，其它与单级放大器的计算方法相同。第二级放大倍数的计算：以多级放大器的负载作为负载，与单级放大器的计算方法相同。多级放大器的输入电阻：等于第一级放大器的输入电阻；多级放大器的输出电阻：等于最后一级放大器的输出电阻。举例一：P53图4.1.3电路4/52第一步：电路交流等效（等效成交流通路）；第二步：晶体管交流等效（等效成简单h参数等效电路）；第三步：分辨各级的输入、输出回路；第四步：计算第一级的输入电阻，即多级放大器的输入电阻ri≈rbe1第五步：计算第二级的输出电阻，即多级放大器的输出电阻r0＝Rc2第六步：计算第一级放大倍数RL1′＝Rc1∥ri2＝Rc1∥rbe2∥Rb2′＝Rc1∥rbe2∥Rb21∥Rb22≈0.8KΩAv1＝－β1RL1′/rbe1＝－40×0.8K/1.3K≈－24.6第七步：计算第二级放大倍数RL2′＝Rc2∥RL2＝2.5K∥2.5K≈1.25KΩAv2＝－β2RL2′/rbe2＝－40×1.25K/1K≈－50第八步：计算总放大倍数Av＝Av1×Av2≈(－24.6)×(－50)＝1230与教材结果比较，采用近似算法后数值稍大，误差在14%以内。工程上允许误差不大于20%。举例二：用分贝增益表示上述两级放大器的电压放大能力。Gv1＝20lg24.6≈20×1.39＝27.8dBGv2＝20lg50＝20(lg100－lg2)≈20×(2－0.3)＝34dBGv＝Gv1＋Gv2＝27.8＋34=61.8dB5/52教学内容：第四章多级放大器和负反馈放大器4.1多级放大器（2）目的与要求：理解放大电路频率特性的意义；理解影响阻容耦合放大电路频率特性的主要原因；掌握多级放大器频率特性同单级放大器频率特性的关系。重点与难点：幅频特性的意义截止频率处的幅频特性与相频特性通频带的意义与计算课型：讲解教学方法：由理想放大器的频率特性导入，边分析影响频率特性的因素，边给出实际放大器频率特性。在截止频率点处用计算法证明多级放大器的频率特性劣于单级放大器。教具：频率特性教学挂图教学进程：复习旧课（提问：1.多级放大器中，前级和后级之间是什么关系？2.多级放大器的输入和输出电阻如何计算？3.多级放大器的电压放大倍数如何计算？）＜导入＞设问：放大器的放大倍数除了与电路结构本身有关之外，与信号频率有没有关系？＜正课＞4.1.2阻容耦合多级放大器二、阻容耦合放大电路的频率特性1．放大器频率特性的概念(1)为什么要研究放大器的频率特性：讨论：放大器放大的是否单一频率的信号？以语音为例说明实际信号往往占有一个频率范围，称为频带。提出问题：放大器对频带内的所有正弦型信号是否具有相同的放大能力？指出：研究这一问题的方法是分析放大器的频率特性。(2)频率特性的种类幅频特性――放大器的放大倍数绝对值随信号频率变化的规律。相频特性――放大器的输出信号同输入信号之间的相位差随信号频率变化的规律。指出：在实用中用得更多的是幅频特性。2．理想放大器的频率特性回顾正弦波信号的三个要素――幅度、角频率和初相位。强调放大只能改变信号的幅度比例，而角频率和初相位不应变化。考虑到共发射极放大器的反相作用，被放大的正弦波信号允许增加180°的初相位，即倒相。用曲线表示的频率特性称为频率响应曲线，简称频响曲线。给出理想放大器的幅频响应曲线和相频响应曲线（允许恒为0°或者恒为180°）。6/52（指出每种特性曲线的横座标和纵座标变量）3．影响放大器频率特性的因素(1)影响放大器低频特性的因素思考：为什么在交流分析时，可以把耦合电容看成短路？当信号频率降低到一定程度时，电容仍然可以看成短路吗？分析：当信号频率降低到电容容抗不能忽略时，电容分走的信号电压越来越多，实际输入晶体管的信号电压越来越少，电压放大倍数下降。思考：发射极旁路电容在交流分析时为什么可以看成短路？分析：当信号频率降低到电容容抗不能忽略时，越来越多的信号电流经电阻流过，产生交流负反馈，使电压放大倍数下降。归纳：影响阻容耦合放大器低频放大能力下降的主要因素是耦合电容和发射极交流旁路电容容抗随信号频率增大。(2)影响放大器高频特性的因素回顾晶体管电流放大的过程：从发射区扩展的载流子必须通过基区进入集电区。思考：如果载流子还未渡过基区，输入电压的极性就发生了变化，这些载流子还能进入集电区吗？(不会,将被反偏电压推回发射区)结论:输入信号频率过高时,越来越多的载流子将来不及渡过基区,而使晶体管的电流放大系数下降。提示：晶体管的结电容和分布电容在信号频率很高时，会对放大器的放大倍数产生什么影响？画图，说明结电容和分布电容对信号的分流作用。归纳：影响阻容耦合放大器高频放大能力下降的主要因素是晶体管内载流子的渡越时间和晶体管结电容与分布电容对信号的分流作用。4．截止频率和通频带的概念(1)阻容耦合放大器的实际频率特性按高频和低频时放大倍数下降的特点画出实际阻容耦合放大器的频率响应曲线。(2)截止频率的确定在频率特性图中标出上截止（上限）频率fH和下截止（下限）频率fL。指出截止频率的确定方法：电压放大倍数下降到最大值的70%，功率放大倍数下降到最大值的50%。故又称半功率点。简介截止频率点上的相频特性：下截止频率处相位增加45°，上截止频率处相位减少45°。（画图说明：对共发射极放大器，下截止频率处相移为－135°，上截止频率处相移为－225°）7/52引伸：当下截止频率较高时，称为低频响应差；当上截止频率较低时，称为高频响应差。（画图说明）频率特性不好的放大器放大包含多种频率成份的信号时会引起频率失真。(3)通频带的确定概念：通频带内放大器对不同频率的信号具有基本一致的放大能力。对通频带外的信号基本不能放大。通频带的计算：BW＝fH－fL举例：某阻容耦合放大器的fH=15000Hz，fL=50Hz。则BW＝15000－50≈15000Hz。对一般阻容耦合放大器有BW≈fH。归纳：放大器的实际频率特性曲线分成三段，中频段是平坦的，具有最高的电压放大倍数；高频段和低频段的电压放大倍数都在下降，当下降到最大值的70%时，称为截止频率或上下限频率。它们是通频带内外的分界点。5．多级放大器的频率特性思考：几个上、下截止频率均相同的单级放大器组成多级放大器后，总的频率特性是变好了，还是不变，或是变差了？以两级放大器为例计算证明：在中频段，AV＝AV1×AV2；在下截止频率处AVL＝AV1L×AV2L＝0.7AV1×0.7AV2＝0.5AV1×AV2。思考：单级放大器的下截止频率还是不是多级放大器的下截止频率？该频率在多级放大器的通频带内还是通频带外？归纳：多级放大器的下截止频率向上移了。同理，上截止频率向下移了。故多级放大器的通频带比构成它的每个单级放大器都要窄。小结：放大器对不同频率的输入信号的放大倍数是不同的。放大器的幅频特性反映放大倍数同信号频率的关系；相频特性反映输出信号与输入信号之间相位差同信号频率的关系。频率特性可分为三段，每段的特性如下表所示：影响放大器低频特性的因素是耦合电容和旁路电容，影响高频特性的是三极管载流子渡越时间，结电容和电路分布电容。《模拟电子线路》课程教案教学内容：第四章多级放大器和负反馈放大器4.2负反馈放大器目的与要求：理解反馈的概念及极性基本判别方法；掌握反馈的类型划分及简捷判别方法；掌握闭环放大倍数的计算方法;理解负反馈对放大器性能的影响重点与难点：反馈放大器的方框结构及反馈信号概念瞬时极性判别法的使用技巧判别反馈种类的技巧