单级低频小信号放大器

电子技术教案第三章单级低频小信号放大器NanFeng第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.1放大器概述一、放大电路（放大器）：能把微弱的电信号放大，转换成较强的电信号的电路。放大器必须对电信号有功率放大作用。第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.２放大器的放大倍数一、放大倍数的分类１、电压放大倍数Au。是放大器输出电压瞬时值vo与输入电压瞬时值vi的比值。Au=vo/vi2、电流放大倍数Ai。是放大器输出电流瞬时值io与输入电流瞬时值ii的比值。Ai=io/ii第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.２放大器的放大倍数一、放大倍数的分类3、功率放大倍数Ap。是放大器输出功率瞬时值Po与输入功率瞬时值Pi的比值。AP=Po/PiAP=Po/Pi=IoVo/IiVi=AuAi第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.２放大器的放大倍数一、放大倍数的分类Eg.某交流放大器的输入电压是100mV,输入电流为0.5mA,输出电压是1V,输出电流为50mA,求该放大器的电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。解：Au=Ai=AP=Po/PiAP=Po/Pi=IoVo/IiVi=AuAi第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.２放大器的放大倍数二、放大倍数的增益放大倍数用对数表示称为增益Ｇ，单位为分贝。功率增益GP=10lgAp电压增益Gv=20lgAv电流率增益Gi=20lgAi第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.２放大器的放大倍数二、放大倍数的增益Eg.试求上例中放大器的电压增益、电流增益和功率增益。解：功率增益GP=10lgAp电压增益Gv=20lgAv电流率增益Gi=20lgAi第三章单级低频小信号放大器3.1放大器的基本概念3.1.２放大器的放大倍数二、放大倍数的增益Eg.试电流放大倍数为10,100,1000的增益。解：放大倍数为10时，Gi=20lgAi＝20lg10=20;放大倍数为100时，Gi=20lgAi＝20lg100=40;放大倍数为1000时，Gi=20lgAi＝20lg1000=60;第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.1单管共发射极放大电路一、电路的组成和电路图画法双电源供电图单电源供电图单电源供电习惯画法第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.1单管共发射极放大电路一、电路的组成和电路图画法双电源供电图：GB是基极电源，其作用是通过偏置电阻RB，供给三极管发射结正向偏压；GC是集电极电源，其作用是通过集电极电阻RC供给集电结反向偏压，由GB和GC共同作用，使三极管能工作在放大状态。单电源供电图：第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.1单管共发射极放大电路一、电路的组成和电路图画法C1、C2是藕合电容，功能是：隔直流通交流。它一方面使交流信号顺利地通过晶体管得到放大传输到RL；另一方面又可使晶体管中流过的直流电流与输入信号源以及输出负载RL相互隔开，不受它们影响。第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.1单管共发射极放大电路一、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表示基极的直流电流。2.交流分量用小写字母和小写下标的符号，如ib表示基极的交流电流。3.总量是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号，如iB=ib+IB,表示基极的总量。第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.1单管共发射极放大电路一、电路中电压和电流符号写法的规定4.有效值用大写字母和小写下标的符号，如Ib表示。5.峰值在有效值下标加m。如Ibm表示。如正弦波交流分量的表达式为：ib=Ibmsinwt=Ibsinwt22第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.2放大器的静态工作点静态：把放大器的输入端短路，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。静态时晶体管直流电压VBE、VCE、IB和IC，统称为静态工作点Ｑ，常分别记为VBEQ、VCEQ、IBQ、ICQ。这时，电路转化成右图所示：第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.2放大器的静态工作点IBQ=(VG-VBEQ)/RbICQ=βIBQVCEQ=VG-ICQRC例：VG=12V,RB=200kΩ,Rc=3kΩ,β=35,试求静态工作点。第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.2放大器的静态工作点静态工作点选择的重要性。１、若RB＝无穷大，IBQ＝０，在正半周，正常放大，在负半周，截止，不放大，产生变形。２、静态工作点正确选择时作业：Ｐ５０，３－８；３－９第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.3共发射极电路的放大和反相作用•基极总电流为iB=IBQ+ib•集电极总电流iC=ICQ+ic•集电极与发射极电压vCE=VCE+vce第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.3共发射极电路的放大和反相作用单级放大器的特点：１、放大器必须建立合适的静态工作点。２、单级共发射极放大电路兼有放大和反相作用。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。直流偏置电流和电压（IBQ,ICQ,VBEQ,VCEQ等）决定了放大器的静态工作点，反映的是放大器直流通路的情况；而交流电流和电压（如ib,ic,vi,vo等）都与信号的变化有关，反映的是放大器交流通路的情况。第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.3共发射极电路的放大和反相作用放大器可分为直流通路和交流通路，简述如下：对于直流通路，放大器中的电容可视为开路，电感可视为短路；对于交流通路，容抗小的电容器以及内阻小的电源，其交流压降很小可视作短路。画法要点是：１、画直流通路：把电容视为开路，其他不变。２、画交流通路：把电容、直流电源与地之间简化成一条短路直线。第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.3共发射极电路的放大和反相作用放大器可分为直流通路和交流通路:直流通路：交流通路：第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.3共发射极电路的放大和反相作用反相作用:使用图形说明vo=vce=-ic*(RC//RL)第三章单级低频小信号放大器3.2单级低频小信号放大器3.2.3共发射极电路的放大和反相作用例题：如图，RC=3K,RL=3K,ib=20uA,β=100,求vo解：ic=βib=100*20uA=2000uA=2mARL’=RL//RC=(RL*RC)/(RL+RC)=3K*3K/(3K+3K)=1.5Kvo=-icRL’=-2mA*1.5k=-3Vvo=vce=-ic*(RC//RL)作业：如图，RC=3K,RL=1K,ib=20uA,β=100,求voP51:3-16第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.1图解法图解分析法，简称图解法：利用三极管特性曲线，通过作图分析放大器性能的方法。一、用图解法分析静态工作点二、用图解法分析输出端带负载时的放大倍数第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.1图解法一、用图解法分析静态工作点由直流通路，VCE=VG-ICRC1、当短路时，VCE=0,IC=VG/RC2、当开路时，VCE=VG第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.1图解法二、用图解法分析输出端带负载时的放大倍数１、交流负载线•RL’=RL//RC•在静态工作点附近，经过Ｑ点。第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.1图解法二、用图解法分析放大倍数作交流负载线步骤：1)作直流负载线，并确定Ｑ点；2)确定一条斜率为（-1/RL’）的辅助线CD；D点为ic=VG/RL’;Ｃ点为vce=VG3)过Q点作CD平行线，即得交流负载线。第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.1图解法二、用图解法分析放大倍数2、输出端带负载时放大倍数图解第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.1图解法三、静态工作点与波形失真关系的图形解释第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法一、估算静态工作点IBQ=(VG-VBEQ)/Rb≈VG/RBICQ=βIBQVCEQ=VG-ICQRC例：VG=12V,RB=200kΩ,Rc=3kΩ,β=35,试求静态工作点及rbe。第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法一、估算静态工作点例：VG=12V,RB=200kΩ,Rc=3kΩ,β=35,试求静态工作点及rbe。解：IBQ=(VG-VBEQ)/Rb≈VG/RB=12/200k=0.06mAICQ=βIBQ=35*0.06=2.1mAVCEQ=VG-ICQRC=12-2.1*3k=5.7V第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数１、三极管输入电阻rbe的估算公式rbe=vbe/ib或rbe≈rb+(1+β)*26(mV)/IE(mA)对于小功率，rb取300欧；第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数例：对一小功率三极管，IE为2mA，求等效rbe？对于小功率，rb取300欧；rbe在1千欧左右；对于大功率，rbe取5-50欧；rbe≈300+(1+β)*26(mV)/IE(mA)=300+(1+β)*26/2第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数2、放大器的输入电阻ri和输出电阻rori=RB//rbe≈rbero≈RC第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数3、放大器的放大倍数估算Av=vo/vi≈-icRL’/ibrbe=-βibRL’/ibrbe=-βRL’/rbe第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数3、放大器的放大倍数估算例：RC=2kΩ,IE=2mA,β=30,求RL=3kΩ时的放大倍数。Av=-βRL’/rbe第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数3、放大器的放大倍数估算例：RC=2kΩ,IE=2mA,β=30,求RL=3kΩ时的放大倍数。解：RL’=RC//RL=3*2/(2+3)=1.2krbe≈300+(1+β)*26(mV)/IE(mA)=300+(1+30)*26/2=703Av=-βRL’/rbe=-30*1.2k/703=-51第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法作业：Ｐ52：3-21例1：VG=12V,RB=200kΩ,Rc=3kΩ,β=50,试估算，输出端接负载RL=3k时的电压放大倍数Av。解题思路：①要求Av=-βRL’/rbe，先要算RL’和rbe。②算出RL’=RC//RL③要算出rbe≈300+(1+β)*26(mV)/IE(mA)，须先算出IE，即静态工作点。④IBQ=(VG-VBEQ)/Rb≈VG/RBIEQ=(1+β)IBQ因此：解题的顺序是④③②①第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法例1：VG=12V,RB=200kΩ,Rc=3kΩ,β=50,试估算，输出端接负载RL=3k时的电压放大倍数Av。因此：解题的顺序是④③②①④IBQ=(VG-VBEQ)/Rb≈VG/RB=12/200k=0.06mAIEQ=(1+50)IBQ=51*0.06=3.06mA第三章单级低频小信号放大器3.3放大电路的分析方法3.3.2估算法例1：VG=12V,RB=200kΩ,Rc=3kΩ,β=50,试估算，输出端接负载RL=3k时的电压放大倍数Av。