第五讲 放大电路的组成和工作原理
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Au (dB) 20 lg | Au | (dB) Ai (dB) 20 lg | Ai | (dB)
Ap (dB) 10 lg | Ap | (dB)
| Au | 1000, Au (dB) ? Au 100, Au (dB) ?
Au (dB) 3dB, | Au | ?
uo io uo io
Au uo / ui 电流增益 Ai io / ii 跨阻增益 Ar uo / ii 跨导增益 Ag io / ui
电压增益
下面介绍四种放大器的简单模型,了解它们之间的本质 区别和联系。
2、基本放大电路及其模型
对信号而言,任何放大电 路均可看成二端口网络。 输入电流 信号源内阻 信号源 输入电压 输入电阻
Ri
Ri ,iRS ,ii就越接近iS,输入信号的利用率越高。
3、放大电路的主要性能指标
(3)输出电阻Ro——描述放大电路带负载能力的指标。 放大电路对其负载而言,相当于信号源,我们可以用戴维南 定理将之等效为一个电压源,电压源的内阻就是输出电阻。
RS
uS
uO
Ro
以电压作为输出量的放大器:Ro 越小越好。 以电流作为输出量的放大器:Ro越大越好。
放大的对象是变化量
信号源作用时:
us uBE i B iC uRC uCE ( uo )
称为静态工作点Q,即为:
信号源为uS=0时,BJT的各极电流和极间电压均为直流量,
Q( I BQ , I CQ , uBEQ , uCEQ )
2、基本放大电路及其模型
(3)跨阻放大器: 输入信号是电流,输出 信号是电压,是一种 电流控制电压源。 is
ii + Rs ui Ri
Ro Aroii
io
+ uo RL -
RS 输入电阻Ri:R u / i , ii is , i i i RS Ri 为使ii尽可能接近is 提高电源利用率,Ri越小越好。 uo RL RL 跨阻增益Ar: u A i Aro , Ar o ro i ii Ro RL Ro RL
RL uo RL Au Auo Ro RL ui Ro RL 当RL =∞时,Au=Auo ,Auo称为开路电压增益 Ro越小, Au越稳定,放大器的带负载能力越强。
为提高电源利用率和带负载能力,设计电压放大器时应满足 Ro<<RL,Ri>>Rs。理想电压放大器的条件是Ro=0和Ri = ∞,此 时,Au恒等于Auo ,而其电流增益和功率增益恒等于无穷大。
io + R Agoui Ro uo L -
Ri ui us , 为 提高电源利用率,R 越大越好。 i Rs Ri io Ro Ro 跨导增益Ag: A u io , Ag Ago go i ui Ro RL Ro RL
当RL =0时,Ag = Ag o , Ag o称作短路跨导增益
电流增益Ai: i
o
io Ro Ro Ai Aio Aio ii ii Ro RL Ro RL
当RL =0时,Ai=Aio , Aio称为短路电流增益
Ro越大, Ai越稳定,放大器的带负载能力越强。
为提高电源利用率和带负载能力,设计电流放大器时应满足 Ro>>RL,Ri<<Rs。理想电流放大器的条件是Ro= ∞和Ri = 0,此时, Ai恒等于Aio ,而其电压增益和功率增益恒等于无穷大。
BW = fH – fL ——3dB带宽
中频区
0.7 |Aum|
0
3dB
低 频 区
下限频率
上限频率
fL
通频带
fH f
高 频 区
3、放大电路的主要性能指标
(5)非线性失真系数D ——描述放大电路的失真程度。 (6)动态范围UO(P-P) ——放大电路的最大输出幅度。 表示非线性失真系数D在允许范围时,放大器能够输出的最 大电压的值,一般用输出电压的峰-峰值或有效值表示。
Ro越大, Ag越稳定,放大器的带负载能力越强。
设计跨阻放大器时,应设法满足Ro>>RL,Ri>>Rs 。
(5)四种基本放大器的区别和联系 区别是:
①增益的量纲不同 ②对输出电阻的要求不同 以电压作为输出量的放大器要求Ro << RL 以电流作为输出量的放大器要求Ro >>RL ③对输入电阻的要求不同 以电压作为输入量的放大器要求Ri >> Rs 以电流作为输入量的放大器要求Ri<< Rs
3、放大电路有哪些主要的性能指标? 各指标是如何定义的?
1、放大的概念
放大的作用:把微弱的电信号放大 至负载所需的数值。 放大的对象:变化量。
信 号 源
xi
放 大 器
xo 负
载
放大的实质:小能量对大能量的控制。由小能量的输入信号去控制放大
电路中的直流电源,使之输出较 大的能量,然后推动负载。
放大的特征:功率放大: 负载获得的功率 1 信号提供的功率 放大的基本要求:不失真--放大的前提。 例: 扩音系统 声音
3、放大电路的主要性能指标
——描述放大电路放大能力的指标。 (1)放大倍数(增益) 放大倍数= 输出量 (是复数,反映两者的幅值比和相位差) 输入量 A 电压放大器: u uo / ui ——电压增益(无量纲)是最常被研究 和测试的参数 电流放大器:Ai io / ii ——电流增益(无量纲) 跨阻放大器: Ar uo / ii ——跨阻增益() 跨导放大器:Ag io / ui ——跨导增益(S) 放大倍数(增益)的“分贝”表示方法: 放大倍数也常用分贝作单位,其换算关系为:
信 号 源
xi
放 大 器
xo 负
载
ii Rs us
+ ui -
io Ri
RO u’o RL
+ uo -
输出电流
输出电压 输出电阻
输入电阻Ri:——从放大电路输入端看进去的等效电阻。
Ri ui / ii ,
用来描述放大电路对信号源索取电流的大小,也表 示放大器对信号源的影响程度。
输出电阻Ro: ——描述放大电路带负载能力的指标。
当RL = ∞时,Ar = Aro ,Aro称作开路跨阻增益
Ro越小, Ar越稳定,放大器的带负载能力越强。
设计跨阻放大器时,应设法满足Ro<<RL,Ri<<Rs 。
2、基本放大电路及其模型
(4)跨导放大器: 输入信号是电压,输出 信号是电流,是一种 电压控制电流源。 us
Rsii + ui Ri
跨 + 导 Ri 放 R Agoui Ro uo L 大 -
3、放大电路的主要性能指标
说到放大你最关 心什么
信 号 xiwk.baidu.com源
放 大 器
?
xo
负 载 能放多大? 象不象 ? 频率响应 ?
交 流 指 标 带负载能 力如何 ? 对信号源影 响有多大 ? 能够输出的最 大电压?
1、放大倍数(增益) 2、输入电阻 3、输出电阻 4、通频带 5、非线性失真系数 6、动态范围
uo
输出电阻与负载无关。
如何获得电路的输出电阻RO ?
方法2:实验测量法
(1) 将负载开路,测量开路(空载)输出电压--U’S。
(2) 在输出端接入一个已知负载,测输出电压--UL。 (3) 计算。
RL UL U S RL RO
RS uS
uS
U RO ( S 1) RL UL
第二章
BJT放大电路 基础
学时数:12 内容框架:
放大电路概述 放大电路的组成原则 基本放大电路
共射放大电路 电 路 组 成 放 大 原 理
共集放大电路 电路分析 静态 分析 动态 分析
共基放大电路 分析方法 近似 估算 法 图 解 法
三者 比较 微变等 效电路 法
重点难点: 1、放大电路的组成原则 2、放大电路的静态分析(近似估算法、图解法) 3、放大电路的动态分析(图解法、微变等效电路法) 4、三种组态放大电路的性能比较
2、基本放大电路及其模型
(1)电压放大器: 输入是电压信号,输出 也是电压信号,是一种 电压控制电压源。 输入电阻Ri:
ii
Ro Ri Auoui
io
Rs us
+ ui -
+ uo RL -
为使ui尽可能接近us 提高电源利用率,Ri越大越好。 电压增益Au: o Auo ui u
ui u Ri u , Ri , i R R s s i ii
§2-1 放大电路的基本组成和工作原理
一、放大电路概述
二、放大电路的基本组成原则 三、电压放大器的放大原理
四、放大电路的直流通路和交流通路
五、电压放大器的三种基本组态
一、放大电路概述
1、放大的概念 2、基本放大电路及其模型 3、放大电路的主要性能指标
问题:
1、“放大”的作用和实质是什么?
2、放大电路有哪些基本类型?各适用于什么场合?
如何获得电路的输出电阻Ro ?
方法1:加压求流法(外加激励法)
(1)将信号源置零 ,保留内阻(保留受控源)。
(2)将负载开路,在输出端加一个电压uo ,得到输出电流io 。 (3)计算。
uO RO i u S 0 O R L
*注意! !
Ro
uS
保留内阻
RS uS
iO
计算输出电阻时必须将独立 信号源置零并保留内阻。
Ro RL
UL
3、放大电路的主要性能指标
(4)通频带BW ——描述放大电路对不同频率信号的放大能力。
由于电路中的电抗元件以及放大管的PN结电容效应,使放 大电路在信号频率较低或较高时的电压放大倍数下降,并 产生相移。描述放大倍数的幅值随频率变化的曲线,称为 幅频特性曲线。
|Au|
中频 增益 |Aum|
E
话筒 放大电路 (传感器)
声音 扬声器 (执行机构)
2、基本放大电路及其模型
按输入信号与输出信号的 不同组合方式,放大电路 有四种基本类型: 类型 电压放大器 电流放大器 跨阻放大器 跨导放大器
信 号 源
xi
放 大 器
xo 负
载
输入信号xi 输出信号xo
电路增益 ( 放大能力)
ui ii ii ui
3、放大电路的主要性能指标
(2)输入电阻Ri ——从放大电路输入端看进去的等效电阻。 用来描述放大电路对信号源索取电流的大小,也表示放大 器对信号源的影响程度。
ii
uS i
iO
Au
RS RS ui
-
+
uo
-
+
ui Ri ii
( ①输入为电压源: Ri越大越好) Ri,ii ,ui就越接近uS,输入信号的利用率越高。 ( ②输入为电流源: Ri越小越好)
+
EC
+u
-
S
uo
EB
共射
1、基本放大电路的组成及各元件的作用
RC Rb
+
uo
+u
-
EC
S
EB
-
BJT : 电流的控制和放大作用。 EB , Rb: 使发射结正偏,且有合适的IB。 (不用Rb可以吗?) EC : 使集电结反偏,同时提供能量。 RC : 将ΔiC转化为ΔuCE (uo )。 (对RC的取值有要求吗?)
思考题 :
1. 测量放大器输入电阻、输出电阻应该用什么信号? 2. 测量放大器的通频带用什么信号? 3. 测量放大器的动态范围用什么信号?
二、放大电路的基本组成和工作原理
1、基本放大电路的组成及各元件的作用 2、设置静态工作点的必要性 3、基本放大电路的工作原理及波形分析
4、放大电路的组成原则
RC Rb
2、基本放大电路及其模型
(2)电流放大器: 输入信号是电流,输出 信号也是电流,是一种 电流控制电流源。 is
ii
io
+ Ro uo RL Aioii -
Rs
+ ui Ri -
RS 输入电阻Ri:R u / i , ii is , i i i RS Ri 为使ii尽可能接近is 提高电源利用率,Ri越小越好。
io uo / RL Ri Ai Au ii ui / Ri RL
ii is + Rs ui Rsii us + ui Ri
跨阻增益:
uo uo Ar Au Ri ii ui / Ri
跨导增益:
跨 阻 放 大
Ro Aroii
io + uo RL io
io uo / RL Au Ai ui ui RL
④适用场合不同 电压放大器和跨阻放大器适用于负载电阻较大的场合, 多用于信号的前置放大和中间放大。 电流放大器和跨导放大器适用于负载电阻较小的场合, 多用于电子系统的输出级或执行机构的驱动电路。
(5)四种基本放大器的区别和联系 联系是: 四种模型电路的参数之间可以相互转换。 ii io 一般电压增益更容易测量,其他 电 + 增益可以由电压增益换算得到。 + 流 is ui Ri 放 A i Ro uo RL Rs 电流增益: io i 大 -