第三章 单极低频小信号放大器

课题3.1~3.2放大器的基本概念

课型

新课

授课班级17机电授课时数 2

教学目标

1．了解扩音机的方框图，知道放大器的放大倍数，会计算增益

2．了解单级低频小信号放大器的基本组成，明确电路中电压电流符号法则等

3．理解设置静态工作点的作用

教学重点

静态工作点的作用

教学难点

增益和静态工作点

学情分析

学生已经了解三极管的基本特点及作用教学方法

讲解法、读书指导法、讨论法

教后记

通过本次课的学习，学生对三极管的作用已有了一个基本认识，同时也能通过读图利用公式进行计算三极管的静态工作点和增益，但对于增益的求解还存在一些困难，主要是因为学生在对数学习这一块掌握不是很好

A ．引入

在电子线路中，能将微弱的电信号放大，转换或较强的电信号的电路，称为放大器。

B ．新授课

3.1 放大器的基本概念

3.1.1 放大器概述 一、晶体三极管的基本结构 1．方框图

2．特点 放大器：

1 输出功率比输入功率大。

2 有功率放大作用。

变压器的输入功率与输出功率相同，因此不能称为放大器。 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A v

i

o v v A v =

2．电流放大倍数A i

i

o

i i A i =

3．功率放大倍数A p

v i p A A V I V I P P A ?===

i

i o

o o 1 二、放大器增益

放大倍数较大，可取对数，称为增益Ｇ。 单位为分贝（用dB 表示）。 1．功率增益G p = 10 lg A p （dB ） 2．电压增益G v = 20 lg A v （dB ） 3．电流增益G i = 20 lg A i （dB ） 例题：

1．放大电路第一级40 dB ，第二级 -20 dB ，求总的增益，

（学生思考：变压器是否是放大器）

（教师画电路图，讲解放大器的基本工作原理）

（师生共同得出结论：变压器不是放大器）

（教师讲解电压放大倍数，学生探讨研究电流和功率的放大倍数）

（教师讲解放大倍数的增益表示法，学生练

解：总的增益为(40- 20) dB = 20dB

2．电压放大倍数为1 000，电流放大倍数为100，功率放大倍数为多少？

解：G p= 10 lg (1000 ? 100 ) = 50 dB

G v= 20 lg1 000 = 60 dB

G i= 20 lg100 = 40 dB

3．第一级电压放大倍数为0.01，第二级为1 000，求总放大倍数和增益。

解一：A v = 0.01 ? 1 000 = 10

G v = 20 lg A v = 20 dB

解二：G v1= 20 lg 0.01dB = - 40 dB

G v2 = 20 lg1 000dB= 60 dB

G v = G v1 + G v2 = 20 dB

3.2单级低频小信号放大器

低频信号：20 Hz ～20 kHz

3.2.1电路的说明

一、电路的组成和电路图画法

1．电路中各元件名称

GＣ是集电极电源，通过集电极电阻供给集电结的反向偏压。

G B－基极电源，通过R b供给发射结的正向偏压。

2．单电源供电电路中，G C通过R b供给晶体管发射结所需的正向偏置电压。

3．以电位表示电源的放大器画法。

C1、C2是耦合电容，隔直通交。

二、电路中电压和电流符号写法的规定

1．直流分量

物理量和下标均大写。

2．交流分量

物理量和下标均小写。

3．总量

直流分量和交流分量总和，其物理量为小写，下标为大写。

3.2.2放大器的静态工作点

习）

（教师讲

解例题，

示范学生

增益的具

体应用）

（教师图

示讲解，

单级低频

小信号放

大器及各

元件的应

用）

（教师讲

解，交直

流量的具

体写法，

学生练

习）

一、静态：将放大器的输入端短路，即放大器处于无信号输入的状态。 二、Q 点：三极管直流电压V BE 、V CE 和对应的I B 、I C

I BQ =

b

BEQ

G R V V -

I CQ = β I BQ V CEQ = V G - I CQ R C

三、静态工作点的作用

（1）当输入正弦信号V i 时，在其正半周，发射结导通，负半周，发射结截止，即负半周信号不能输入三极管，无信号输出。

（2）合适的静态工作点可避免信号的负半周出现截止失真。

（3）流经G C -R b -V BE 结-地回路的电流，称为偏置电流。提供偏置电流的目的是为了减小截止失真。

（教师讲解静态工作点的重要意义及

概念）

（师生共同推导静态工作点的计算公

式）

练习

习题三3-3，3-5

小结

1．放大器概述 2．方框图 3．增益

4．电路组成及形成 5．静态工作点的作用

布置作业

习题三 3-2，3-3，3-4，3-5 补充：

1以下放大电路框图，求各级电压V o1、V o2、V o3。

2求上题总的电压放大倍数及总的增益。

3已知某放大器的输出电压为100 mV ，电压增益为20 dB ，求输入电压。 应点明：

1多路放大，倍数相乘，但增益相加。 2增益为“负号”，也带进另算。

课题3.3共发射极电路的放大和反相作用

课型

新课

授课班级17机电授课时数 2

教学目标1．知道共发射极电路的构成

2．理解放大电路的工作原理，会画各物理量的波形3．会画放大电路的直流通路，交流通路

教学重点

各物理量的波形及表达式

教学难点

物理量交、直流表示

学情分析

学生熟悉三极管的电流放大作用和静态工作点教学方法

讲授法、图解法、讨论法、多媒体演示法

教后记

通过本次课的学习，学生掌握了三极管的电流放大作用，并且能通过图形分析求解画出直流通路和交流通路

A ．复习

1．电路中电压和电流符号写法 （1）直流分量：I B ，I C （双大） （2）交流分量：i b （双小）

（3）总量：（物理量变化）i B （小，大） 2．静态：

把放大器的输入端短路

I BQ =

b

BEQ

G R V V -

I CQ = βI BQ V CEQ = V G - I CQ R C

B ．新授课

3.3 共发射极电路的放大和反相作用

一、放大器的工作原理 1．输入信号为v i

经C 1耦合加到b 、e 极。

2．基极电流i B = i b + I BQ 集电极电流i C = i C + I CQ 3．输出电压

V CE = V G - i C R C = V G - ( I CQ + i c ) R c

= V G - I CQ R c - i c R c = V CEQ - i c R c

经电容耦合后

V CE = -i c R c V o = - i c R c

负号表示，i c 增加，V ce 减小，V ce 与i c 反相关系。 4．特点

（1）为了使放大器不失真地放大信号，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直流分量和交流分量。 二、波形分析

三、直流通路与交流通路 1．直流通路

（学生思考回答问题）

（教师布置任务，学生利用静态工作点公式计算）

（较适以波形图的方式为学生讲解共射极电路的放大和反相原理及过程）

（学生自学，此电路工作特点）

（教师讲解交直流电路的具体画

把电容视为开路，可计算静态工作点。

2．交流通路

容抗小的电容器及内阻小的电源，交流压降小，可视为短路。

法，学生练习具

体电路）

练习

1．已知V i画出V o

2．已知i c画出V o

3．练习画直流通路和交流通路

小结

1．共射极放大器有放大作用

2．输入电压与输出电压有倒相作用

布置作业

设输入v i 在基极的电流i D 幅值为30 A ，画出各量的波形。

解：I BQ ≈

k

30012

A = 40μA I CQ = （50?40）μA = 2mA V CEQ = （12 - 2 ? 2）V = 8 V

i c 幅值 = β ( 动幅值 ) =（50? 30）μA = 1.5 mA i c 最大 = I CQ + i c 幅值 =（2 + 1.5）mA = 3.5 mA i c 最小 = I CQ - i c 幅值 =（2 - 1.5）mA = 0.5 mA

300KΩ

300KΩ

C 1

C 2 v CE /V

课题3.4 放大电路的分析方法

------3.4.1 图解法课型新课

授课班级17机电授课时数 2

教学目标1．理解图解法的基本含义

2．会画共射极放大电路的直流负载线3．会确定静态工作点

4．会分析参数变化对静态工作点的影响

教学重点

直流负载结和图解静态工作点教学难点

参数变化对静态工作点的影响

学情分析学生掌握了三极管放大电路的基本图形

学生会利用公式对三极管静态工作点进行估算

教学方法

读书指导法、讨论法、讲授法、多媒体演示法

教后记

学生通过学习理解了图解法的含义，并能正确读出图形的用意，利用图形求解空载时三级管的静态工作点，部分学生读图存在障碍，需要加强练习

A.复习

1．放大器静态工作点有哪些主要参数

2．静态工作点计算公式

（I BQ =

b

G

R

V

，I CQ =βI BQ，V CEQ = V G-I C R C）

3．作业点评

B.引入

当R b↑时，静态工作点如何变化？其变化对电路的放大作用有何影响，这个问题若

采用计算的方法是很难作出判断的，有了图解法就可以较为直观地作出正确判断。

C.新授课

3.4.1图解法

一、用图解法分析静态工作点

1．直流负载线

（1）在输出回路中，可列出以下电压方程

V CE = V G-I c R c

称为直流负载方程。

（2）将直流负载方程以直线表示：

在V CE-I C的坐标系中，找两个特殊点。

开路电压点I C = 0，V CE = V G

短路电流点V CE = 0，I C =

b

G

R

V

画出直流负载线，如上图所示。

2．静态工作点的图解分析

（1）放大电路中的I C与V CEQ必须同时处于直流负载线和输出特性曲线上，即静态

工作点必须位于它们的交点上。

（2）若I B = I BQ，则交点只有一个，即为静态工作点Q 。

（3）Q的横坐标为V CEQ，纵坐标为I CQ 。

（确定回

路，利用

基尔霍夫

电压定律

列出回路

电压方

程）

（教师讲

解，图解

法的具体

应用过

程）

练习

1．单管放大电路与三极管特性曲线如图所示（引导学生完成）

作直流负载线，并确定静态工作点。

解：

1作直流负载线。

2确定输出特性曲线，由I BQ确定。

3找交点，写出横坐标，纵坐标，得到静态工作点。

2．当以下电路参数发生改变时，求解静态工作点的变化（学生完成）（教师评析）

（1）R b↑

（2）R c↑

（3）V G↑

解：（1）R b↑→直流负载线不变→I BQ↓→交点下移

所以I CQ ↓，V CEQ↑

（2）R c↑→直流负载线斜率增大，当I BQ不变→Q点右移；当I CQ不变→V CEQ↑。

（3）V G↑→直流负载线向右平移→I BQ↑→Q点向右上方移动。

3．某共射放大电路的输出特性曲线、直流负载线及静态工作点如图所示（学生完成）（教师评析）

1确定静态工作点I CQ 和V CEQ 。 2根据电路确定R B ，R C 和V G 。 解：1根据负载线的两点V G = 12V

Ω===

k 3mA

412C G c V I V R 又Q 点在I BQ = 40μA 的输出特性曲线上

I BQ = b G R V

R b = μA

40V 12=300kΩ

2I CQ = 2mA V CEQ = 6 V

小结

1．图解法的定义和步骤

2．利用图解法求解电路工作点对静态工作点的影响 3．分析参数

布置作业

习题三 3-16，3-17，3-18

课题

3.4.2用图解法分析输出端带负载时的

放大倍数课型

新课

授课班级17机电授课时数 2

教学目标

1．理解交流负载线，并会作交流负载线。

2．会对放大器进行动态分析，正确识别动态范围，并会计算电压放大倍数。

教学重点

交流负载线与动态范围教学难点

动态分析

学情分析

学生能根据图形熟练读出图中所包含的信息，并能正确利用图解法求解空载时三极管的静态工作点

教学方法

读书指导法、讨论法、讲授法、多媒体演示法

教后记

学生能够比较熟练的对图形进行分析，通过读图找出已知信息，但由于图形中所包含的直线较多，用途各异，所以借助书籍完成题目较容易，部分同学记忆起来有一定困难，需要学生多做题，熟能生巧

A.复习

1．图解静态工作点的步骤 1作直流负载线。 2找交点。

3确定静态工作点。 2．作图

（1）作直流负载线 （2）找静态工作点

B.引入

静态工作点图解是静态（V i = 0）时得到，若有信号输入放大器的工作点会有变化，当放大器带上负载后，放大器工作也与静态时不同，工作点Q 将沿交流负载线变化。

C.新授课

3.4.2 用图解法分析输出端带负载时的放大倍数

一、图解法分析放大器输出端带负载时的放大倍数 1．交流负载线

1有交流信号时，i c 包括c R i 、L R i ，故R c 与R L 为并联，则 L

R '= R c ∥R L =L

c L

c R R R R +

2交流负载线的斜率为-1/L

R ' 交流负载线必须通过Q 点（因为当V i 变化过零瞬间与静态是相同的）

（学生复习回答问题：图解法的具体应用）

（讲解交流通路画法，解释电流方向）

3作交流负载线的步骤

a．确定静态工作点。

b．辅助线过两点：（V G，0）、（0，

L

G

R

V

'

）。

c．过Q点作辅助线的平行线即为交流负载线（如前图红线）

4结论：交流负载线的斜率比直流负载线斜率大；交流负载线过静态工作点Q点。

2．动态范围

（1）Q在交流负载线中点附近

最大不失真动态范围：最大值V om，与输入信号反相。

（2）Q在交流负载线下方

输出电压最大值为V om，若输入信号较大，则负半周正常，正半周失真。

（3）Q在交流负载线上方

输出电压最大值为V om，若输入信号较大，则正半周失真，负半周正常。

电压放大倍数为

im

om

V

V

A

v

=

二、静态工作点与波形失真关系

1．截止失真

（教师指导

学生看书分

析与概述，

并对学生的

分析过程点

评）

（学生自行

板书画图）

（引导学生

完成分析）

a．原因：Q偏低，输入信号较大。b．调整方法：调高Q，R b↓。

2．饱和失真

a．原因：Q偏高，输入信号较大。b．调整方法：调低Q，R b↑。

练习

3-20(画交流负载线)

小结

为获得幅度大而不失真的交流输出信号，应将Q点选在交流负载线中点附近。

交流负载线→动态范围

布置作业习题三3-19，3-21画交流负载线分析以上各题最大不失真范围

课题3.4.3估算法

课型

新课

授课班级17机电授课时数 2

教学目标

1．知道估算法分析放大器的方法

2．会用估计法进行输入电阻、输出电阻、电压放大倍数的计算

教学重点

估算法求静态工作点、电压放大倍数教学难点

估算静态工作点、动态指标

学情分析学生理解各名词的含义

学生比较熟练地利用图解法求解静态工作点

教学方法

图解法、讲授法、分析讨论法、多媒体演示法

教后记

学生通过本次课学习，不仅加强了交直流通路的画法，同时了解了直流静态工作点和交流各种量的含义和估计算法，并能很好的利用图形和公式进行计算、解决问题

A ．复习

图解分析较直观，但步骤繁，不太准确。 B.新授课

3.4.3 估算法

一、估算静态工作点

R C

R B +V G

?

I BQ =

b

G

b G 7.0R V R V =

- I CQ = βI BQ

V CEQ = V G -I C R C

二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数 1．动态分析的三个指标 r i 、r o 、A v （1）三极管输入电阻

r be =

b

i

i v 近似计算式为

r be = r b +(1+β)

(mA)26(mV )

EQ I

小功率管取300Ω（大功率管取50Ω） 则 r be = 300Ω+(1+β)(mA)

mV )

(26EQ I

=300Ω+

(mA)

mV )

(26EQ I

（2）放大电路输入电阻

（学生思考回答问题并板书静态工作点的公式）

（教师对比讲解估算法与普通计算方法的区别）

（教师以其中一个为例讲解计算过程，学生探讨学习其余几个公式）

（强调：计算输出电阻和放大倍数时，应该注

1定义：放大器输入端看进去的交流等效电阻r i 。 因为r i =

i

i

i v 所以r i = R b ∥r be

因为R b ＞＞ r be ，所以r i ≈ r be

（3）输出电阻：从放大器输出端（不包括R L ）看进去交流等效电阻r o 。 因为c 、e 间动态电阻大 所以r o = R c 。

结论：（1）r i 大，向前级电路吸取电流小，减小前级电路的负担。

（2）r o 小，向外输出信号时自身消耗少，提交带负载能力。 4．估算放大倍数的公式

be

L be b L b be b L c i o '''r R r i R i r i R i v v A v ββ-=-=-≈=

1不带负载时be c r R

A v β-=。

R C

R B

?

?

?

?

i B

i C

R L

R C R B

?

?

?

?

v o

v i i B

i C

2带负载时be

c

r R A v β

-= 注意：1空载时，电压放大倍数大。

2负号表示输出电压与输入电压反相。

例：如图β = 60，V BEQ = 0.7V ，V i = 10mV ，求1静态工作点Q ；2交流参数A v ，r i ，r o ；3V o 。

解：

3k Ω

+-

?

?

+V C ?v i

20V 2k Ω

?

R C

R B

+V G

?

（1）I BQ =

k Ω

510V

)7.020(- = 37.8μA

I CQ =βI BQ = 60×37.8μA = 2.3 mA V CEQ = (20-2.3×2)V = 15.4V （2）

2k

?

?

R L 3k

意负载RL 是否存在）

（教师讲解放大倍数的重要性，冰河学生一起完成公式的推导）

（教师以实例对比讲解空载和有载时公式的具体变化和应用）

r i = 300Ω+mA

038.0mV

26=984Ω

r o = 3kΩ

（3）be C r R A v β

-=98

.03

60?

-==－184 V o = －184×10mV = －1.84 V

练习

习题三 3-8 3-9

小结 1. 静态工作点I BQ ——>直流通路。 2. 动态指标r i ，r o ，A v ——>交流通路。

布置作业

习题三 3-10，3-11，3-12