第三節(jié)基本放大電路

1、1第三節(jié)第三節(jié) 基本放大電路基本放大電路2一一. 基本放大電路的組成基本放大電路的組成放大元件放大元件iC= iB，工作在放大區(qū)，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸入輸出輸出RB+ECEBRCC1C2T3耦合電容耦合電容隔離輸入輸隔離輸入輸出與電路直出與電路直流的聯(lián)系，流的聯(lián)系，同時(shí)能使信同時(shí)能使信號(hào)順利輸入號(hào)順利輸入輸出。輸出。RB+ECEBRCC1C2T4集電極電源，集電極電源，為電路提供能為電路提供能量。并保證集量。并保證集電結(jié)反偏。電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T5集電極電阻，集電極電阻，將變化的電流將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓霓D(zhuǎn)

2、變?yōu)樽兓碾妷?。電壓。RB+ECEBRCC1C2TRC的值一般為幾的值一般為幾千歐到幾十千歐。千歐到幾十千歐。6使發(fā)射結(jié)正偏，使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)牟⑻峁┻m當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電源與基極電源與基極電阻基極電阻RB+ECEBRCC1C2TRB的值一般為幾的值一般為幾十千歐到幾百千十千歐到幾百千歐。歐。7可以省去可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電電路改進(jìn)：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T8單電源供電電路單電源供電電路+ECRCC1C2TRBRB需要需要相應(yīng)地相應(yīng)地提高阻提高阻值。值。參考點(diǎn)參考點(diǎn)在晶體管電路中，在晶體管電路中，通常將輸入電壓、通常將輸入電壓、輸出電壓以及電輸

3、出電壓以及電源的公共端稱為源的公共端稱為“地地”用用表示，表示，但并不見得真的但并不見得真的接到大地，只是接到大地，只是以以“地地”端為零端為零電位，作為電路電位，作為電路中各點(diǎn)電位的參中各點(diǎn)電位的參考點(diǎn)。換句話說，考點(diǎn)。換句話說，電路中各點(diǎn)電位電路中各點(diǎn)電位的極性和數(shù)值，的極性和數(shù)值，如不特殊注明，如不特殊注明，都是指該點(diǎn)相對(duì)都是指該點(diǎn)相對(duì)于于“地地”的電位的電位差。差。 9二二. 放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn) 放大電路沒有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱放大電路沒有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為為直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。 靜態(tài)分析的目的就是確定放大電

4、路的靜靜態(tài)分析的目的就是確定放大電路的靜態(tài)（直流）值，態(tài)（直流）值，IB、IC和和UCE。 這些值可以在晶體管特性曲線上確定一這些值可以在晶體管特性曲線上確定一個(gè)點(diǎn)，稱為個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)(quiescent point)，用用Q表示，分別記為表示，分別記為IBQ、ICQ和和UCEQ。10開路開路開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC1. 用直流通路法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用直流通路法確定靜態(tài)工作點(diǎn)11直流直流通道通道RB+ECRCCCQCCEOBQCEOBQCQBCBBECBQRIEUIIIIRERUEI12 在本放大電路中，電源電壓在本放大電路中，電源電壓EC和

5、和集電極電阻集電極電阻RC的大小確定后，靜態(tài)工的大小確定后，靜態(tài)工作點(diǎn)的位置就僅取決于偏置電流作點(diǎn)的位置就僅取決于偏置電流IBQ的的大小。大小。 而而IBQECRB，因此當(dāng)，因此當(dāng)RB一經(jīng)一經(jīng)選定，選定，IBQ也就固定不變，故該電路又也就固定不變，故該電路又稱為稱為固定偏置電路固定偏置電路。 132. 用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 利用晶體管的特性曲線，通過作圖來分利用晶體管的特性曲線，通過作圖來分析放大器基本性能的方法，稱為析放大器基本性能的方法，稱為圖解法圖解法。 圖解法既可求取放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，圖解法既可求取放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，又可分析放大器的動(dòng)態(tài)過程。又可分析放大器的

6、動(dòng)態(tài)過程。 14 晶體管是一非線性元件，即其集電極電晶體管是一非線性元件，即其集電極電流流IC與集與集-射電壓射電壓UCE之間不是直線關(guān)系，而之間不是直線關(guān)系，而是圖是圖2-13所示的輸出特性曲線的關(guān)系，但所示的輸出特性曲線的關(guān)系，但UCE=EC-ICRC則是一線性方程。則是一線性方程。 這就要求靜態(tài)值既要符合非線性元件晶這就要求靜態(tài)值既要符合非線性元件晶體管體管T的電壓與電流的關(guān)系，同時(shí)又要符合的電壓與電流的關(guān)系，同時(shí)又要符合電路中線性元件上的電壓與電流的關(guān)系。顯電路中線性元件上的電壓與電流的關(guān)系。顯然，只有曲線與直線的交點(diǎn)才能同時(shí)滿足兩然，只有曲線與直線的交點(diǎn)才能同時(shí)滿足兩者要求。這一交點(diǎn)

7、即為者要求。這一交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)。 1516ICUCE根據(jù)根據(jù)UCE=ECICRC 確定橫軸上的確定橫軸上的點(diǎn)點(diǎn)N（IC=0）和縱軸上的點(diǎn)）和縱軸上的點(diǎn)M（UCE=0），直線），直線MN即為直流即為直流負(fù)載線。負(fù)載線。直流通道直流通道RB+ECRC（1）在給出的輸出特性曲線上作直流負(fù)載線）在給出的輸出特性曲線上作直流負(fù)載線ICUCEECCCREQ直流直流負(fù)載線負(fù)載線與輸出與輸出特性的特性的交點(diǎn)就交點(diǎn)就是是Q點(diǎn)點(diǎn)IBMN17 由于它是由直流通路得出的，且與集電由于它是由直流通路得出的，且與集電極負(fù)載電阻極負(fù)載電阻Rc有關(guān)，故稱為有關(guān)，故稱為直流負(fù)載線直流負(fù)載線。其。其斜率為斜率為tg

8、a=1Rc，Rc愈小直線愈陡。愈小直線愈陡。（2）求基極偏流）求基極偏流IB：IBEC/RB。 （3）直流負(fù)載線）直流負(fù)載線MN與曲線與曲線IB的交點(diǎn)的交點(diǎn)Q即為放即為放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，它所對(duì)應(yīng)的值即為靜態(tài)大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，它所對(duì)應(yīng)的值即為靜態(tài)值值IBQ、ICQ和和UCEQ。 18三三. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)分析 當(dāng)有交流信號(hào)輸入時(shí)放大器的工作狀態(tài)當(dāng)有交流信號(hào)輸入時(shí)放大器的工作狀態(tài)稱為稱為動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)。 動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定以后分析信號(hào)動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定以后分析信號(hào)的傳輸情況，主要考慮電流和電壓的交流分的傳輸情況，主要考慮電流和電壓的交流分量。量。 常用的分析方法有常用的分析方

9、法有圖解法圖解法和和微變等效電微變等效電路法路法。 191. 圖解法圖解法(1) 輸出端開路輸出端開路時(shí)的工作狀時(shí)的工作狀態(tài)態(tài) 確定靜態(tài)工確定靜態(tài)工作點(diǎn)后，根作點(diǎn)后，根據(jù)輸入信號(hào)據(jù)輸入信號(hào)ui的變化，的變化，可得到可得到uBE及及iB的變化曲的變化曲線。線。uBE波形波形iBE波形波形20 根據(jù)根據(jù)iB的的變化，可變化，可得到得到iC及及uCE的變的變化曲線?；€。uCE中的中的交流分量交流分量輸出，即輸出，即為為uo。iC波形波形uce波形波形21從上述討論可知：從上述討論可知：當(dāng)輸入交流信號(hào)電壓當(dāng)輸入交流信號(hào)電壓ui加到放大器的輸入端加到放大器的輸入端后，晶體管基極和集電極的電壓后，晶體

10、管基極和集電極的電壓uB、uCE和和iB、iC電流都是由兩部分疊加而成：一部分電流都是由兩部分疊加而成：一部分是靜態(tài)直流分量是靜態(tài)直流分量IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ；另；另一部分是輸入交流信號(hào)后引起的交流分量一部分是輸入交流信號(hào)后引起的交流分量ube、ib、ic、uce、uo。由圖可見由圖可見，uoui，輸入信號(hào)，輸入信號(hào)ui通過放大器通過放大器后被放大了，而且放大后沒有改變?cè)瓉淼男魏蟊环糯罅?，而且放大后沒有改變?cè)瓉淼男螤?，但在相位上相差狀，但在相位上相?80。 22(2)交流通路和交流負(fù)載線：交流通路和交流負(fù)載線： 實(shí)際應(yīng)用中，放大器總是帶負(fù)載的，如實(shí)際應(yīng)用中，放大器總是帶負(fù)載的，

11、如帶下一級(jí)放大器，也可能帶一個(gè)表頭或喇叭、帶下一級(jí)放大器，也可能帶一個(gè)表頭或喇叭、顯示裝置中的偏轉(zhuǎn)板等。顯示裝置中的偏轉(zhuǎn)板等。 對(duì)于低頻交流信號(hào)，這些負(fù)載可簡(jiǎn)化為對(duì)于低頻交流信號(hào)，這些負(fù)載可簡(jiǎn)化為一個(gè)負(fù)載電阻一個(gè)負(fù)載電阻RL。放大器帶負(fù)載時(shí)，相當(dāng)于。放大器帶負(fù)載時(shí)，相當(dāng)于圖圖2-17(b)中接入了虛線部分。中接入了虛線部分。 23 交流通路：由于交流通路：由于電容器電容器C2的隔直作用，的隔直作用，接入接入RL 對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)和對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)和直流負(fù)載線均無影響。直流負(fù)載線均無影響。集電極電流集電極電流iC中的直流中的直流成分不能到達(dá)負(fù)載成分不能到達(dá)負(fù)載RL。但其交流成分但其交流成分iC，除了，除

12、了通過通過RC和和EC構(gòu)成的支路構(gòu)成的支路外，還通過由外，還通過由C2和和RL組組成的支路。對(duì)交流信號(hào)成的支路。對(duì)交流信號(hào)而言，電容和直流電源而言，電容和直流電源均可視為短路，因此可均可視為短路，因此可畫出放大器帶負(fù)載時(shí)的畫出放大器帶負(fù)載時(shí)的交流通路，交流通路， uiuoRBRCRL交流通路交流通路24 交流負(fù)載線：由交流負(fù)載線：由交流通路可以看到，交流通路可以看到，輸出電壓輸出電壓uo實(shí)際上加實(shí)際上加于于 RL上，上， RL就是放就是放大器交流通路的等效大器交流通路的等效負(fù)載，簡(jiǎn)稱交流負(fù)載，負(fù)載，簡(jiǎn)稱交流負(fù)載，為為 RC/RL。 有交流輸入時(shí)，反有交流輸入時(shí)，反應(yīng)輸出回路中總的電應(yīng)輸出回路中

13、總的電壓與電流關(guān)系的直線壓與電流關(guān)系的直線稱為交流負(fù)載線。稱為交流負(fù)載線。 ICUCEECCCREQIB交流負(fù)載線交流負(fù)載線過過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：點(diǎn)作一條直線，斜率為：LR 1Q1Q225 比較放大器的直、交流負(fù)載線可知：比較放大器的直、交流負(fù)載線可知：根據(jù)電阻并聯(lián)的規(guī)律知，根據(jù)電阻并聯(lián)的規(guī)律知，RLtga，因此交流負(fù)載線比直流負(fù)載線陡。，因此交流負(fù)載線比直流負(fù)載線陡。從輸出電壓波形看到，帶載后，輸出交流從輸出電壓波形看到，帶載后，輸出交流信號(hào)電壓信號(hào)電壓uo要減小。要減小。在外接負(fù)載在外接負(fù)載RL趨向于無窮大趨向于無窮大(相當(dāng)于開路相當(dāng)于開路)時(shí)，時(shí)，RLRC，交、直流負(fù)載線重合為同一

14、條直，交、直流負(fù)載線重合為同一條直線。線。 26(3)電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)： 放大器的放大對(duì)象是變化量，其放大能放大器的放大對(duì)象是變化量，其放大能力常用電壓的放大倍數(shù)力常用電壓的放大倍數(shù)Ku來描述。來描述。 電壓放大倍數(shù)是指在不失真的條件下，電壓放大倍數(shù)是指在不失真的條件下，輸出電壓的變化量輸出電壓的變化量Uo與輸入電壓的變化量與輸入電壓的變化量Ui之比，即之比，即 Ku= Uo/ Ui27(4)放大電路的非線性失真：放大電路的非線性失真： 利用圖解法可以在特性曲線上清楚地觀察到利用圖解法可以在特性曲線上清楚地觀察到波形失真的情況。前面說過，對(duì)放大電路的基本要波形失真的情況。前面說過，對(duì)

15、放大電路的基本要求，就是輸出信號(hào)盡可能不失真。所謂失真，是指求，就是輸出信號(hào)盡可能不失真。所謂失真，是指輸出信號(hào)的波形不像輸入信號(hào)。輸出信號(hào)的波形不像輸入信號(hào)。 引起失真的原因很多，其中最基本的一個(gè)，引起失真的原因很多，其中最基本的一個(gè)，是由于工作點(diǎn)不合適或信號(hào)太大，使放大電路的工是由于工作點(diǎn)不合適或信號(hào)太大，使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，這種作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，這種失真通常稱為失真通常稱為非線性失真非線性失真(non-linear dictortion)。非線性失真有兩種情況，一種是飽和失真，另一種非線性失真有兩種情況，一種是飽和失真，另一種是截止

16、失真。是截止失真。 28a. Q點(diǎn)過高，點(diǎn)過高，即即IB偏大，偏大，工作點(diǎn)接近工作點(diǎn)接近飽和區(qū)，產(chǎn)飽和區(qū)，產(chǎn)生飽和失真。生飽和失真。iCuCEib輸入波輸入波形形uo輸出波形輸出波形Q29b. Q點(diǎn)過低，點(diǎn)過低，即即IB偏小，工偏小，工作點(diǎn)接近截止作點(diǎn)接近截止區(qū)，信號(hào)進(jìn)入?yún)^(qū)，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)，產(chǎn)生截止區(qū)，產(chǎn)生截止失真。截止失真。輸出波形輸出波形iCuCEuo輸入波形輸入波形ibQ302. 微變等效電路法微變等效電路法 利用圖解法能直觀、形象、全面地分析利用圖解法能直觀、形象、全面地分析放大器的工作情況，易于理解。但相當(dāng)麻煩，放大器的工作情況，易于理解。但相當(dāng)麻煩，因作圖誤差而難以保證因作圖誤差而

17、難以保證Ku的精度，且不易求的精度，且不易求解放大器的其它指標(biāo)解放大器的其它指標(biāo)(如輸入電阻、輸出電如輸入電阻、輸出電阻等阻等)，分析復(fù)雜電路更為困難。因此有必，分析復(fù)雜電路更為困難。因此有必要研究更有效的方法。要研究更有效的方法。 31(1)三極管的微變等效電路：三極管的微變等效電路： 如果研究的對(duì)象僅僅是變化量，而且信號(hào)的如果研究的對(duì)象僅僅是變化量，而且信號(hào)的變化范圍很小，就可以用微變等效電路來處理三極變化范圍很小，就可以用微變等效電路來處理三極管的非線性問題。管的非線性問題。 由于在一個(gè)微小的工作范圍內(nèi)，三極管電壓、由于在一個(gè)微小的工作范圍內(nèi)，三極管電壓、電流的變化量之間的關(guān)系基本上是線

18、性的，因此可電流的變化量之間的關(guān)系基本上是線性的，因此可以用以用一個(gè)等效的線性電路一個(gè)等效的線性電路來代替這個(gè)三極管。來代替這個(gè)三極管。 所謂等效就是從線性電路的三個(gè)引出端看進(jìn)所謂等效就是從線性電路的三個(gè)引出端看進(jìn)去，其電壓、電流的變化關(guān)系和原來的三極管一樣。去，其電壓、電流的變化關(guān)系和原來的三極管一樣。這樣的線性電路稱為三極管的微變等效電路。這樣的線性電路稱為三極管的微變等效電路。32微變等效電路微變等效電路等等效效ibiccberbe ibibbce 圖中圖中rbe稱為晶體管的輸入電阻。對(duì)于低頻小功率三極稱為晶體管的輸入電阻。對(duì)于低頻小功率三極管，其值可由下式估算：管，其值可由下式估算：

19、rbe300+(1+)26(mV)/IE(mA) 式中，式中，IE為靜態(tài)值發(fā)射極電流。為靜態(tài)值發(fā)射極電流。 33(2)放大器的微變等效電路法求解的具體步驟：放大器的微變等效電路法求解的具體步驟： 畫出交流通路畫出交流通路用微變等效電路替換交流通路用微變等效電路替換交流通路中的三極管中的三極管計(jì)算電路參數(shù)。計(jì)算電路參數(shù)。 圖圖2-17(b)共射極放大器的微變等效電路如圖共射極放大器的微變等效電路如圖2-23所示。從圖中可以看出，輸入和輸出部分分所示。從圖中可以看出，輸入和輸出部分分為了兩個(gè)相互獨(dú)立的回路。為了兩個(gè)相互獨(dú)立的回路。34(3)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)Ku的計(jì)算：的計(jì)算： 由由微變等效

20、電路微變等效電路可以看出可以看出 ui=ibrbe,uo=-icRL=-ibRL 其中其中RL=Rc/RL，負(fù)號(hào)表示，負(fù)號(hào)表示ic與與uo的參考方向相反。的參考方向相反。 放大器的電壓放大倍數(shù)為：放大器的電壓放大倍數(shù)為： beLiourRuuK35 負(fù)號(hào)表示共射極放大電路中，輸出電壓負(fù)號(hào)表示共射極放大電路中，輸出電壓與輸入電壓位相相反。與輸入電壓位相相反。 上式上式表示：增加晶體三極管的電流放大表示：增加晶體三極管的電流放大系數(shù)系數(shù)和輸出端的總負(fù)載電阻和輸出端的總負(fù)載電阻RL以及減小晶以及減小晶體三極管的輸入電阻體三極管的輸入電阻rbe，都可以在一定程度，都可以在一定程度上提高放大器的電壓放大

21、倍數(shù)。上提高放大器的電壓放大倍數(shù)。 但由于但由于rbe和和都與晶體管的靜態(tài)工作電都與晶體管的靜態(tài)工作電流有關(guān)，所以放大倍數(shù)實(shí)際上還是與靜態(tài)工流有關(guān)，所以放大倍數(shù)實(shí)際上還是與靜態(tài)工作電流有密切關(guān)系。當(dāng)輸出端開路作電流有密切關(guān)系。當(dāng)輸出端開路(即即RL未未接入，空載接入，空載)時(shí)，時(shí)，Ku比接比接RL時(shí)高。可見，時(shí)高?？梢?，負(fù)負(fù)載電阻載電阻RL愈小，則電壓放大倍數(shù)愈低。愈小，則電壓放大倍數(shù)愈低。36(4)輸入電阻：輸入電阻： 一個(gè)放大電路的輸入端總是與信號(hào)源一個(gè)放大電路的輸入端總是與信號(hào)源(或前級(jí)放大器或前級(jí)放大器)相聯(lián)的，因此放大電路對(duì)信相聯(lián)的，因此放大電路對(duì)信號(hào)源號(hào)源(或前級(jí)放大器或前級(jí)放大器

22、)來說，是一個(gè)負(fù)載，可來說，是一個(gè)負(fù)載，可等效為一個(gè)電阻，即放大電路的輸入電阻等效為一個(gè)電阻，即放大電路的輸入電阻(input resistance)ri。ri=ui/ii，是對(duì)交流信，是對(duì)交流信號(hào)而言的一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。號(hào)而言的一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。 在在微變等效電路微變等效電路中，中， ri=RB/rbe 即從輸入端口即從輸入端口AO看進(jìn)去的等效電阻?？催M(jìn)去的等效電阻。 37(5)輸出電阻：輸出電阻： 放大器對(duì)負(fù)載放大器對(duì)負(fù)載(或后級(jí)放大電路或后級(jí)放大電路)來說是來說是一個(gè)信號(hào)源，其內(nèi)阻即為放大器的輸出電阻一個(gè)信號(hào)源，其內(nèi)阻即為放大器的輸出電阻(output resistance) ro，它也是一個(gè)動(dòng)

23、態(tài)電，它也是一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。阻。 由由微變等效電路微變等效電路看，輸出電阻看，輸出電阻ro是一個(gè)是一個(gè)從放大器輸出端從放大器輸出端BO看進(jìn)去的等效電阻?？催M(jìn)去的等效電阻。 由于電流源內(nèi)阻為無窮大，所以由于電流源內(nèi)阻為無窮大，所以 roRC 38 微變等效電路法簡(jiǎn)單方便，適用于任何微變等效電路法簡(jiǎn)單方便，適用于任何復(fù)雜或簡(jiǎn)單的電路。它的局限性在于只能解復(fù)雜或簡(jiǎn)單的電路。它的局限性在于只能解決交流分量的計(jì)算問題，不能用來確定靜態(tài)決交流分量的計(jì)算問題，不能用來確定靜態(tài)工作點(diǎn)，也無法分析非線性失真等問題。因工作點(diǎn)，也無法分析非線性失真等問題。因此，在解決放大器的具體問題時(shí)，兩種方法此，在解決放大器的具體

24、問題時(shí)，兩種方法可以結(jié)合起來使用，這樣常常使分析過程更可以結(jié)合起來使用，這樣常常使分析過程更為簡(jiǎn)便。為簡(jiǎn)便。 39四四. 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 由于晶體管對(duì)溫度十分敏感，盡管選擇的靜由于晶體管對(duì)溫度十分敏感，盡管選擇的靜態(tài)工作點(diǎn)在正常溫度條件下是合適的，但當(dāng)溫度態(tài)工作點(diǎn)在正常溫度條件下是合適的，但當(dāng)溫度升高時(shí)，集電極反向飽和電流升高時(shí)，集電極反向飽和電流ICBO將增大將增大(大約每大約每升高升高 10， ICBO增加一倍增加一倍)。對(duì)于上述固定偏置放。對(duì)于上述固定偏置放大電路，大電路， ICBO增大又使穿透電流增大又使穿透電流 ICEO增大，從而增大，從而引起引起Ic的增大、輸出特

25、性曲線的上移，最終導(dǎo)致的增大、輸出特性曲線的上移，最終導(dǎo)致原來設(shè)置好的工作點(diǎn)發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使原來原來設(shè)置好的工作點(diǎn)發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使原來工作良好的放大器產(chǎn)生非線性失真。因此必須采工作良好的放大器產(chǎn)生非線性失真。因此必須采取措施，提高放大器對(duì)溫度的穩(wěn)定性，減小工作取措施，提高放大器對(duì)溫度的穩(wěn)定性，減小工作點(diǎn)的漂移。點(diǎn)的漂移。 40TUBEIBICT 、 ICEOICiCuCEQQ 溫度上升時(shí)，溫度上升時(shí)，輸出特性曲線輸出特性曲線上移，造成上移，造成Q點(diǎn)上移。點(diǎn)上移。41 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的分壓式電流負(fù)定的分壓式電流負(fù)反饋偏置放大電路，反饋偏置放大電路，是交流放大器中應(yīng)是交流放大器

26、中應(yīng)用最廣泛的基本單用最廣泛的基本單元電路。元電路。 其中三個(gè)偏置其中三個(gè)偏置元件元件RBI、RB2、RE起著穩(wěn)定工作點(diǎn)的起著穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。作用。 uoIB1IB2IB分壓式偏置電路分壓式偏置電路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiICIEUE42CB2B1B222BERRRBBRIUBEBEUUUUBEBEERURUIEQIB1IB2IB分壓式偏置電路分壓式偏置電路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiICIEUE1. 保持基極對(duì)地的靜態(tài)電位保持基極對(duì)地的靜態(tài)電位UB基本基本固定，即固定，即IB1IBQ2. 發(fā)射極保持有足夠大的電流負(fù)反發(fā)射極保持有足夠大的電流負(fù)反饋，即

27、饋，即UEUBE43 分壓式偏置電路能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的物理過分壓式偏置電路能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的物理過程可表示如下：程可表示如下： TICIEUEUBE（=UB-UE）IB IC 即溫度即溫度T上升導(dǎo)致上升導(dǎo)致IC上升，而上升，而IEIC也上升；也上升；IE上升又導(dǎo)致了上升又導(dǎo)致了UE上升。但上升。但UB固定不變，所固定不變，所以以UE的上升使得的上升使得UBE下降；下降；UBE的下降導(dǎo)致的下降導(dǎo)致IB下降，從而使下降，從而使IC下降。最終結(jié)果使得下降。最終結(jié)果使得IC趨于趨于穩(wěn)定，從而穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。這種減小穩(wěn)定，從而穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。這種減小IC變化的方法，稱為變化的方法，稱為電流負(fù)反饋電流

28、負(fù)反饋。44 根據(jù)以上分析，由于要求滿足根據(jù)以上分析，由于要求滿足IB2IB，似乎似乎IB2越大越好。其實(shí)不然，還要考慮到其越大越好。其實(shí)不然，還要考慮到其它影響。它影響。IB2不能太大，否則不能太大，否則RB1和和RB2就要取就要取得較小，這不但要增加功率損耗，而且從信得較小，這不但要增加功率損耗，而且從信號(hào)源取用較大的電流，使信號(hào)源的內(nèi)阻壓降號(hào)源取用較大的電流，使信號(hào)源的內(nèi)阻壓降增加，加在放大器輸入端的電壓增加，加在放大器輸入端的電壓 ui減小。一減小。一般般RB1和和RB2為幾十千歐。為幾十千歐。 基極電位基極電位UB也不能太高，否則也不能太高，否則UE增高增高將使將使UCE相應(yīng)地減小相

29、應(yīng)地減小(Ec一定一定)，因而減小了，因而減小了放大電路輸出電壓的變化范圍。一般硅管取放大電路輸出電壓的變化范圍。一般硅管取IB2=(5-10)IB和和UB=(5-10)UBE。 45 接入發(fā)射極電阻接入發(fā)射極電阻RE，雖然使射極電流，雖然使射極電流的直流分量的直流分量IE通過它，起到了負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)穩(wěn)通過它，起到了負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用；但發(fā)射極電流的交流定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用；但發(fā)射極電流的交流分量分量iC也通過它產(chǎn)生交流壓降，產(chǎn)生負(fù)反饋也通過它產(chǎn)生交流壓降，產(chǎn)生負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺妷悍糯蟊稊?shù)下降。作用，使電壓放大倍數(shù)下降。 為此，可在為此，可在RE兩端并聯(lián)電容兩端并聯(lián)電容CE，只要，只要CE

30、足夠大，即可對(duì)交流分量視為短路，對(duì)交足夠大，即可對(duì)交流分量視為短路，對(duì)交流信號(hào)不起負(fù)反饋?zhàn)饔?，故流信?hào)不起負(fù)反饋?zhàn)饔?，故CE稱為發(fā)射極交稱為發(fā)射極交流旁路電容，其值一般取為流旁路電容，其值一般取為10100uF。 46 計(jì)算分壓式電流負(fù)反饋偏置電路的電壓計(jì)算分壓式電流負(fù)反饋偏置電路的電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)Ku、輸出電阻、輸出電阻ro同前面一樣，但輸同前面一樣，但輸入電阻則改為入電阻則改為ri=RB1/RB2/rbe。 另外，靜態(tài)工作點(diǎn)的求取與固定偏置式另外，靜態(tài)工作點(diǎn)的求取與固定偏置式電路也不同，分壓式偏置放大器應(yīng)先求出電路也不同，分壓式偏置放大器應(yīng)先求出IEQICQ，再計(jì)算，再計(jì)算UCQ=EC

31、-ICQ(Rc+RE)和和IBQ=ICQ/。 47第四節(jié)第四節(jié) 放大器的主要性能指標(biāo)放大器的主要性能指標(biāo)1.放大倍數(shù)與增益放大倍數(shù)與增益 表示放大器放大性能的參數(shù)。除了電壓放大倍數(shù)表示放大器放大性能的參數(shù)。除了電壓放大倍數(shù)Ku外，外，還有電流放大倍數(shù)還有電流放大倍數(shù)Ki和功率放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)Kp，分別定義為，分別定義為 Ki=io/ii，KP=po/pi 由于電子設(shè)備的各種放大倍數(shù)往往很大，特別是多級(jí)放由于電子設(shè)備的各種放大倍數(shù)往往很大，特別是多級(jí)放大器總的放大倍數(shù)計(jì)算不便，故常用它們的對(duì)數(shù)來表示，大器總的放大倍數(shù)計(jì)算不便，故常用它們的對(duì)數(shù)來表示，稱為增益稱為增益(gain)。功率增益的

32、定義是。功率增益的定義是 Gp=101gKp 單位為分貝單位為分貝(dB)。由于在同一電阻上消耗的功率與電流。由于在同一電阻上消耗的功率與電流(或電壓或電壓)的有效值的有效值I (或或U)的平方成正比，所以電流增益的平方成正比，所以電流增益Gi和電壓增益和電壓增益Gu分別為分別為 Gi=201gKi(dB) Gu=20lgKu(dB)482輸入阻抗輸入阻抗 前面已介紹了輸入電阻的概念，實(shí)際上前面已介紹了輸入電阻的概念，實(shí)際上由于電容、電感等的影響，從放大器輸入端由于電容、電感等的影響，從放大器輸入端看進(jìn)去的，應(yīng)為看進(jìn)去的，應(yīng)為輸入阻抗輸入阻抗(input impedance)。不過，對(duì)于低頻交

33、流信號(hào)，輸入阻抗可看作不過，對(duì)于低頻交流信號(hào)，輸入阻抗可看作是純阻性的，所以常用輸入電阻表示。是純阻性的，所以常用輸入電阻表示。 如果放大器的輸入電壓為如果放大器的輸入電壓為 ui、輸入電流、輸入電流為為ii，則其輸入電阻，則其輸入電阻ri=ui/ii。49 如果信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)為如果信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)為es、內(nèi)阻為、內(nèi)阻為rs，則信號(hào)，則信號(hào)源供給放大器的信號(hào)電壓，即放大器的輸入電壓源供給放大器的信號(hào)電壓，即放大器的輸入電壓ui為為 可見，放大器的輸入電阻可見，放大器的輸入電阻ri越大，輸入放大器越大，輸入放大器的信號(hào)電壓的信號(hào)電壓ui就越大。另外，輸入阻抗越大，輸入就越大。另外，輸入阻抗越大，輸

34、入電流越小，放大器對(duì)信號(hào)源的影響也小。因此，電流越小，放大器對(duì)信號(hào)源的影響也小。因此，通通常希望放大器的輸入阻抗越大越好。常希望放大器的輸入阻抗越大越好。 sioiierrru50 3輸出阻抗輸出阻抗 放大器的放大器的輸出阻抗輸出阻抗(output impedance)規(guī)定規(guī)定為：當(dāng)輸入信號(hào)不變、負(fù)載改變時(shí)，輸出電壓改變?yōu)椋寒?dāng)輸入信號(hào)不變、負(fù)載改變時(shí)，輸出電壓改變量量uo與輸出電流改變量與輸出電流改變量io之比，即之比，即 ro= uo/ io 對(duì)于低頻交流信號(hào)，輸出阻抗是純電阻性，故對(duì)于低頻交流信號(hào)，輸出阻抗是純電阻性，故ro又又稱為輸出電阻。稱為輸出電阻。 當(dāng)信號(hào)電壓加在放大器的輸入端時(shí)，

35、如果改當(dāng)信號(hào)電壓加在放大器的輸入端時(shí)，如果改變接到輸出端的負(fù)載，則輸出電壓變接到輸出端的負(fù)載，則輸出電壓 uo也要隨之改也要隨之改變，這種情況就相當(dāng)于從輸出端看進(jìn)去好像有一個(gè)變，這種情況就相當(dāng)于從輸出端看進(jìn)去好像有一個(gè)具有內(nèi)阻具有內(nèi)阻ro的電壓源的電壓源uo。當(dāng)。當(dāng)ro小時(shí)，在它上面損失小時(shí)，在它上面損失的壓降就小些，所以要求的壓降就小些，所以要求ro盡量小些，這時(shí)放大器盡量小些，這時(shí)放大器的負(fù)載能力就強(qiáng)。的負(fù)載能力就強(qiáng)。51 4通頻帶通頻帶 放大器是用來放大電信號(hào)的，而信號(hào)既有大放大器是用來放大電信號(hào)的，而信號(hào)既有大小不同，又有頻率不同。在實(shí)際中，要放大的各種小不同，又有頻率不同。在實(shí)際中，

36、要放大的各種電信號(hào)往往都不是單一頻率的正弦信號(hào)，而是由許電信號(hào)往往都不是單一頻率的正弦信號(hào)，而是由許多不同頻率的正弦信號(hào)組成的。如生物電信號(hào)的頻多不同頻率的正弦信號(hào)組成的。如生物電信號(hào)的頻率大多在率大多在0200Hz。音頻信號(hào)約為。音頻信號(hào)約為2020000Hz。 理想的放大器對(duì)各種頻率的信號(hào)應(yīng)具有相同理想的放大器對(duì)各種頻率的信號(hào)應(yīng)具有相同的放大倍數(shù)。然而實(shí)際的放大器，其放大倍數(shù)與頻的放大倍數(shù)。然而實(shí)際的放大器，其放大倍數(shù)與頻率有關(guān)。率有關(guān)。52 放大倍數(shù)放大倍數(shù)Ku與與f之間的關(guān)系曲線，稱為之間的關(guān)系曲線，稱為幅頻特幅頻特性性；輸出與輸入的相位差隨頻率變化的關(guān)系，稱為；輸出與輸入的相位差隨頻

37、率變化的關(guān)系，稱為相頻特性相頻特性，統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性。一般情況下，當(dāng)。一般情況下，當(dāng)頻率過高或過低時(shí)，放大倍數(shù)都要下降，而在中間頻率過高或過低時(shí)，放大倍數(shù)都要下降，而在中間一段頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)基本不變一段頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)基本不變。 在低頻部分，當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻段放大在低頻部分，當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻段放大倍數(shù)倍數(shù)Ko的的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fL，叫做，叫做下限頻下限頻率率；在高頻部分，當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻段放大倍；在高頻部分，當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻段放大倍數(shù)數(shù)Ko的的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fH，叫做，叫做上限頻率上限頻率。由

38、由fL到到fH的頻率范圍，叫做放大器的的頻率范圍，叫做放大器的通頻帶通頻帶(frequency band)，用，用fw表示，即表示，即fw=fH-fL。53 低頻端放大倍數(shù)下降的原因，主要是輸入、輸出耦低頻端放大倍數(shù)下降的原因，主要是輸入、輸出耦合電容合電容C1、C2造成的，容抗造成的，容抗 Xc=1/2fC，f減小時(shí)，減小時(shí)，Xc增大。容抗增大后，信號(hào)在電容增大。容抗增大后，信號(hào)在電容C1、C2上的分上的分壓增大。加在基壓增大。加在基-射極之間的變小，輸出端負(fù)載電射極之間的變小，輸出端負(fù)載電阻阻RL上的電壓降低，從而使得電壓放大倍數(shù)變小。上的電壓降低，從而使得電壓放大倍數(shù)變小。 在高頻端，放

39、大倍數(shù)降低的原因主要有兩方面：一在高頻端，放大倍數(shù)降低的原因主要有兩方面：一是晶體三極管的電流放大倍數(shù)是晶體三極管的電流放大倍數(shù)在頻率升高時(shí)會(huì)下在頻率升高時(shí)會(huì)下降。二是三極管的發(fā)射結(jié)電容、集電結(jié)電容、電路降。二是三極管的發(fā)射結(jié)電容、集電結(jié)電容、電路中的分布電容都與放大器的輸入端及輸出端并聯(lián)。中的分布電容都與放大器的輸入端及輸出端并聯(lián)。在頻率不高時(shí)，它們的容抗較大，對(duì)放大倍數(shù)的影在頻率不高時(shí)，它們的容抗較大，對(duì)放大倍數(shù)的影響可忽略不計(jì)。當(dāng)頻率升高時(shí)，它們的容抗降低，響可忽略不計(jì)。當(dāng)頻率升高時(shí)，它們的容抗降低，使放大器的輸入阻抗變小，負(fù)載等效阻抗變小，從使放大器的輸入阻抗變小，負(fù)載等效阻抗變小，從

40、而導(dǎo)致放大倍數(shù)下降。而導(dǎo)致放大倍數(shù)下降。 545信噪比信噪比 放大器在放大有用信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)放大由放大器在放大有用信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)放大由放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲或外部竄入的無用的干擾電放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲或外部竄入的無用的干擾電信號(hào)，這些無用的信號(hào)統(tǒng)稱為信號(hào)，這些無用的信號(hào)統(tǒng)稱為噪聲噪聲。如果將放大器。如果將放大器輸入端短路時(shí)，可以用示波器觀察到放大器輸出端輸入端短路時(shí)，可以用示波器觀察到放大器輸出端的噪聲波形。在實(shí)際中，噪聲可分為兩類，一類是的噪聲波形。在實(shí)際中，噪聲可分為兩類，一類是通過適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波或電路的合理設(shè)計(jì)可以消除通過適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波或電路的合理設(shè)計(jì)可以消除或控制的，如外界磁場(chǎng)的

41、感應(yīng)，整流濾波不良，接或控制的，如外界磁場(chǎng)的感應(yīng)，整流濾波不良，接地不合理等引起的噪聲。另一類是由于元件中帶電地不合理等引起的噪聲。另一類是由于元件中帶電質(zhì)點(diǎn)雜亂的波動(dòng)所造成的，不能完全控制或消除。質(zhì)點(diǎn)雜亂的波動(dòng)所造成的，不能完全控制或消除。這些噪聲有可能會(huì)淹沒掉有用信號(hào)，對(duì)信號(hào)的放大這些噪聲有可能會(huì)淹沒掉有用信號(hào)，對(duì)信號(hào)的放大是十分有害的。是十分有害的。 55 在放大器中，噪聲與有用信號(hào)的大小是相對(duì)在放大器中，噪聲與有用信號(hào)的大小是相對(duì)的，如果脫離信號(hào)的大小來講噪聲的大小，那是沒的，如果脫離信號(hào)的大小來講噪聲的大小，那是沒有意義的。如對(duì)于有意義的。如對(duì)于1mV的心電信號(hào)，若噪聲也為的心電信號(hào)

42、，若噪聲也為1mV，則心電信號(hào)將被噪聲所淹沒而無法分辨，則心電信號(hào)將被噪聲所淹沒而無法分辨，若噪聲僅為若噪聲僅為10V，則可以忽略。，則可以忽略。 為了說明信號(hào)與噪聲之間的數(shù)量關(guān)系，也為為了說明信號(hào)與噪聲之間的數(shù)量關(guān)系，也為了衡量放大器的抗干擾能力，引進(jìn)了衡量放大器的抗干擾能力，引進(jìn)信噪比信噪比(signal to noise ratio，SNR)，它定義為有用信號(hào)功率，它定義為有用信號(hào)功率Ps與噪聲信號(hào)功率與噪聲信號(hào)功率PN之比，即之比，即 NsPPSNR56 顯然信噪比應(yīng)越大越好，只有當(dāng)信噪比顯然信噪比應(yīng)越大越好，只有當(dāng)信噪比大于大于1時(shí)，微弱信號(hào)才能有效地放大，而不時(shí)，微弱信號(hào)才能有效地

43、放大，而不致被噪聲所淹沒，否則放大倍數(shù)再高也沒用，致被噪聲所淹沒，否則放大倍數(shù)再高也沒用，因?yàn)樾盘?hào)和噪聲都以同樣的放大倍數(shù)得到放因?yàn)樾盘?hào)和噪聲都以同樣的放大倍數(shù)得到放大。由于放大器中的噪聲主要來源于放大器大。由于放大器中的噪聲主要來源于放大器的輸入級(jí)，且會(huì)被以后各級(jí)放大，故應(yīng)盡量的輸入級(jí)，且會(huì)被以后各級(jí)放大，故應(yīng)盡量減小第一級(jí)的噪聲。減小第一級(jí)的噪聲。 57第五節(jié)第五節(jié) 多級(jí)放大器多級(jí)放大器 單級(jí)放大器的放大倍數(shù)一般只有幾十，單級(jí)放大器的放大倍數(shù)一般只有幾十，實(shí)用中常感不夠，在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，輸入實(shí)用中常感不夠，在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，輸入信號(hào)往往是很微弱的，要把這樣小的信號(hào)放信號(hào)往往是很微弱的，要

44、把這樣小的信號(hào)放大到足以帶動(dòng)測(cè)量或記錄裝置，常需把數(shù)個(gè)大到足以帶動(dòng)測(cè)量或記錄裝置，常需把數(shù)個(gè)單級(jí)放大器串聯(lián)起來，組成多級(jí)放大器。單級(jí)放大器串聯(lián)起來，組成多級(jí)放大器。 各級(jí)放大器之間的連接稱為各級(jí)放大器之間的連接稱為耦合耦合。耦合。耦合的方式有阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合的方式有阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合三種。阻容耦合是級(jí)與級(jí)間通過電容和電阻三種。阻容耦合是級(jí)與級(jí)間通過電容和電阻進(jìn)行耦合，記作進(jìn)行耦合，記作RC耦合。耦合。 58 圖圖2-28是一個(gè)兩級(jí)是一個(gè)兩級(jí)RC耦合放大器。其中耦合放大器。其中C1、C2、C3為耦合電容，其作用有二：一是把前一級(jí)交為耦合電容，其作用有二：一是把前一級(jí)交流信號(hào)送到后一級(jí)；二是隔斷直流，使前后兩級(jí)的流信號(hào)送到后一級(jí)；二是隔斷直流，使前后兩級(jí)的直流工作點(diǎn)互不影響，各級(jí)工作點(diǎn)可以獨(dú)立設(shè)置和直流工作點(diǎn)互不影響，各級(jí)工作點(diǎn)可以獨(dú)立設(shè)置和調(diào)整。調(diào)整。 59一一. 多級(jí)放大器的放大倍數(shù)多級(jí)放