3.1 放大器概述 新课 课 题 3.2 三极管基本放大电路 1.理解放大电路及放大器的常用指标。 2.掌握共射放大电路的组成,静态工作点的设置及 估算和工作原理。 1.放大器的基本概念。 2.共射放大电路的组成,静态工作点的设置及估算 和工作原理。 课 型 授课时数 2 授课班级 教学目标 教学重点 共射放大电路的工作原理和静态工作点的设置。 教学难点 学情分析 教学效果 教后记 - 25 - A.引入 放大电路广泛应用于各种电子设备中,如音响设备、视听设备、精 密仪器、 自动控制系统等。 放大电路的功能是将微弱的电信号进行放大 得到所需要的信号。 (提问,学 生回答) B.复习 新课 三极管的电流放大作用,电流分配关系。 C.新授课 3.1 放大器概述 一个放大器必须含有一个或多个有源器件,如三极管、场效晶体管等,同时还包含 电阻、电容、电感、变压器等无源元件。放大器框图如图所示。 3.1.1 对放大器的基本要求 (1)要有足够的放大倍数。放大倍数是衡量放大器放大能力的参数,放大倍数有 电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。 (2)要具有一定宽度的通频带。 (3)非线性失真要小。 非线性失真: 在放大信号的过程中, 放大了的信号与原信号相比, 波形将产生畸变, (引导介 这种现象称为非线失真。 绍) (4)工作要稳定。 各参数不随时间变化,无输入时无输出。 3.1.2 放大器的输入 放大器输入端与前级输出端相连接示意图如图所示。 对输入信号的要求: 由信号源提供给放大器的电流、 电压及功率都不允许超过放大 器的最大允许值。 3.1.3 放大器的输出 放大器输出端与下级输入端相连接示意图如图所示。 - 26 - 对输出信号的要求: 由一个放大器输出给下一级电路的电流、 电压和功率都不能超 过放大器的最大允许值。 3.2 3.2.1 基本放大电路的组成 三极管基本放大电路 三极管基本放大电路如图所示。 (观察电 路说明) 电路中各器件的作用如下。 (1)V:放大管,起电流放大作用。 (2) V BB :基极偏置电源,为发射结提供正向偏压。 (3) Rb :基极偏置电阻。一般是几十千欧至几百千欧。 (4) V CC :集电极直流电源,为集电结提供反向偏压。 (5) Rc :集电极电阻。一般是几百欧至几千欧。 (6) C1 、 C 2 :输入和输出耦合电容。 (7) RL :负载电阻。 (8) v s :信号源电压; Rs :信号源内阻。 3.2.2 放大器中电流及电压符号使用规定 电路中的电压、 电流都是由直流成分和交流成分叠加而成。 对直流分量和交流分量, 作如下规定: (1)用大写字母带大写下标表示直流分量。 (2)用小写字母带小写下标表示交流分量。 (3)用小写字母带大写下标表示直流分量与交流分量的叠加。 (4)用大写字母带小写下标表示交流分量的有效值。 3.2.3 放大器的静态工作点 1.静态工作点 单电源供电的放大电路如图所示。 (引导学 生参考材 料) (观察电 路) - 27 - (讲解) 静态:放大器无信号输入时的直流工作状态叫静态。 静态工作点:在静态下电流电压共同确定的点叫静态工作点,用 Q 表示。一般描 述静态工作点的量用 VBEQ 、 I BQ 、 VCEQ 和 I CQ 表示。 VCC ? V BEQ I BQ ? Rb I CQ ? ?I BQ VCEQ ? VCC ? I CQ Rc VBEQ :硅管一般为 0.7?V,锗管为 0.3?V。 一个放大器的静态工作点的设置是否合适,是放大器能否正常工作的重要条件。 2.静态工作点对放大器工作状态的影响 若除掉 Rb , 电路如图所示,则 I BQ ??0,输入电流 i b 随 v i 变化。在 (引导分 析) 信号负半周,输入电流 i b 等于零, 波形将产生失真。 若保留 Rb ,且阻值适当,则 I BQ 将有合适的数值,保证则基极 的总电流 I BQ ??? i b 始终是单方向的 电流,即它只有大小的变化,没有 正负极性的变化,这样就不会使发 射结反偏而截止,从而避免了输入电流 i b 的波形失真。如图所示。 3.2.4 放大原理 1.放大电路 放大电路如图所示。 (观察电 路介绍) - 28 - 输入:从基极和发射极之间输入。 输出:从集电极和发射极之间输出。 2.放大原理 v i 的变化将产生基极电流 i b 的变化, 使基极总电流发生变化, 集电极电流 i c 将并在 集电极电阻上产生压降,使放大器的集电极电压 vce ? VCC - iC Rc 随之变化, 。通过 C 2 耦 合,隔断直流,输出信号电压 v o 也随之变化。只要电路参数能使三极管工作在放大区, 则 v o 的变化幅度将比 v i 的变化幅度大很多倍。 电路中, v BE 、 i B 、 i c 、 v CE 随 v i 变化,变化作用如下: v i → v BE → i B → i C → v CE → v o (学生讨 论画出波 形) 3.波形 放大器输入正弦电压 v i 后三极管各极电流电压波形如图所示。 (讲解) 输出电压与输入电压相位相反,又称这种共发射极的单管放大电路为反相放大器。 3.2.5 直流通路与交流通路 放大信号中,即有直流成分又有交流成分。 1.直流通路的画法 (1)定义:放大器的直流电流流通的回路。包括输入直流通路和输出直流通路。 (2)画法:将电容视为开路,其他不变。如图所示。 - 29 - 电路 直流通路 (讲解) 2.交流通路的画法 (1)定义:放大器的交流信号电流的流通回路,包括输入交流通路和输出交流通 路。 (2)画法:将容量较大的电容视为短路;将 直流电源视为短路,其他元件照画。 上述所示电路的交流通路如图所示。 3.2.6 基本放大电路的分析方法 1.放大器常用指标 (1)放大倍数 ① 电压放大倍数 Av : Av ? vo vi ② 电流放大倍数 Ai : Ai ? io ii po pi ③ 功率放大倍数 A p : Ap ? (2)放大器的增益 增益 G:用分贝表示放大倍数。单位为分贝(dB)。 ① 电压增益 Gv Gv ? 20 1g Av (dB) ② 电流增益 Gi Gi ? 20 1g Ai (dB) ③ 功率增益 G P GP ? 10 1g AP (dB) (3)输入电阻和输出电阻 输入电阻 ri :输入交流电压 v i 与输入回路产生的输入电流 ii 之比。 - 30 - ri ? vi ii 也可视为从输入端看进去的等效电阻。如图所示。 ri 越大,放大器要求信号源提供 的电流越小,信号源的负担越小。在电压放大器中希望放大器输入电阻大一些。 输出电阻 ro : 从放大器输出端(不包括外接负载电阻)看进去的交流等效电阻。 如上 图所示 ro 。 ro 表示放大器带负载的能力。输出信号时,自身损耗越小,带负载的能力就越强, (讲解) 所以输出电阻越小越好。 (4)通频带 放大器在放大不同频率的信号时, 其放大倍数是不一样的, 放大电路在不同频率下 的放大倍数如图所示。 中频区: 在一定频率范围内, 放大器的放大倍数高且稳定, 这个频率范围为中频区。 下限截止频率 f L :信号频率下降到使放大倍数为中频时的 0.707 所对应的频率。 上限频率 f H :信号频率上升到使放大倍数为中频时的 0.707 所对应的频率。 通频带: f L 与 f H 之间的频率范围称为通频带。记作 BW,即:BW = f H ? f L 。 2.放大器的估算法 (1)静态工作点的估算 例 3-1 解 I BQ ? VCC ? VBEQ Rb ? VCC 12 V ? ? 60 ?A Rb 200 k? (学生完 成) 图示的放大器的直流通路中, V CC = 12 V,三极管??? = 50,其余元件参数 见图,估算静态工作点。 (讲解) I CQ ? ?I BQ = 50?×?60??A = 3 mA VCEQ ? VCC ? I CQ Rc =?12 V???3 mA ×2 k? = 6 V (2)输入电阻和输出电阻的估算 - 31 - ① 三极管输入电阻 rbe 的估算公式 三极管基极和发射极之间存在一个等效电阻,称为三极管的输入电阻,用 rbe 表示。 在低频小信号时,用下式估算。 rbe ? 300 ? ? (1 ? ? ) 26 mV I EQ ② 放大器的输入电阻 ri 和输出电阻 ro 的估算 ri ? Rb // rbe (学生完 成) 一般 Rb ?? rbe ,所以 ri ? rbe ro 是从放大器输出端(不包括外接负载电阻)看进去的交流等效电阻。 ro ? Rc (3)放大器放大倍数的估算 ? ? 放大器输出端外接负载电阻 RL 时,等效负载电阻 RL ? Rc // RL , vo ? ?ic RL ,故 ? ? v ? ?i b R L ?R L Av ? o ? ?? vi i b rbe rbe 负号表示输出电压 v o 的相位与输入电压 v i 相位相反。 例 3-2 图示的电路中, 设三极管??? = 50, 其余参数见图。 试求: 静态工作点; rbe ; (1) (2) (3) Av ; (4) ri ; (5) ro 。 解 (1)求静态工作点 V 12 V I BQ ? CC ? ? 44.4 ?A Rb 270 k? I CQ ? ?I BQ = 50 ? 44.4 ?A = 2.2 mA VCEQ ? VCC ? I CQ Rc =12 V ??2.2 mA × k? = 5.4 V 3 (2) rbe rbe ? 300 ? ? (1 ? ? ) 26 mV 26 mV ? 300 ? ? (1 ? 50) ? ? 903 ? ? ????? k? 2.2 mA I EQ (3)求电压放大倍数 Av Av ? ? ? ?R L rbe R' L ? RC ? RL ? 1 .5 k ? RC ? R L A? ? ?50 ? (4)求输入电阻 ri 1.5 ? ?83.3 0.9 - 32 - ri ? Rb // rbe ? 0.9 k? (5)求输出电阻 ro ro ? Rc = 3 k? 1. 对放大器的基本要求: 1) ( 要有_____放大倍数; 2) ( 要具有一定宽度的_____; (3)_____要小; (4)工作要_____。 2.放大器的输入电阻_____,则放大器要求信号源提供的_____越小,信号源 负担就_____。放大器的输出电阻_____,放大器_____越强。 3.所谓直流通路,即是放大的_____的回路,包括输入_____和输出_____。画 练习 小结 直流通路时,将_____视为开路,其余不变;画交流通路时将_____视为_____。将 直流电源视为_____。 1.对电压放大器的基本要求: (1)放大倍数应尽可能大些。 (2)信号放大时,应尽量避免失真,为此,放大器应有足够的线性放大区。 2.单级电压放大器的组成必须有具备放大功能的三极管,有保证三极管能正 常放大的直流电源和基极偏置电路, 应有将输出电流信号转换为电压信号的元件— 集电极电阻等。 P62 习题三 3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-9,3-10。 布置作业 - 33 - 3.3 具有稳定工作点的放大电路 课 题 *3.4 共射电路图解法 3.5 共集电极放大电路 课 型 新课 授课班级 1.掌握分压式偏置电路结构和工作原理。 2.会计算分压式偏置电路的静态工作点、电压放大 倍数、输入电阻和输出电阻。 3.掌握三种基本组态的特点。 1.分压式偏置电路结构和工作原理。 2.分压式偏置电路的静态工作点、电压放大倍数、输 入电阻和输出电阻的估算。 3.三种组态的基本比较。 授课时数 2 教学目标 教学重点 分压式偏置电路结构和工作原理。 教学难点 学情分析 教学效果 教后记 - 34 - A.引入 上面讨论的放大电路是基本共射放大电路, 基本共射放大电路也称 固定偏置式共射放大电路。 这种电路的缺点是静态工作点随温度的变化 而变得不稳定。 放大电路的静态工作点不稳定是造成放大信号失真的主要原因之一, 必 须设法克服它。 新课 B.新授课 3.3 具有稳定工作点的放大电路 3.3.1 分压式偏置电路的结构及工作原理 1.电路结构 分压式偏置电路如图所示。 (引入, 观 察电路) Rb1 :上偏流电阻, Rb2 :下偏流电阻, Re :发射极电阻, Ce :发射极旁路电容。 基极电压 VBQ 由 Rb1 和 Rb2 分压后得到,即 V BQ ? VCC ? R b2 R b1 ? R b2 由此, V BQ 的大小与三极管的参数无关。 2.工作原理 温度变化时,三极管的参数 I CBO 、?、VCEQ 将发生变化,导致工作点偏移。