電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能2-2放大電路基礎(chǔ)知識2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動1：放大電路的基本組成和工作原理【實(shí)踐導(dǎo)入】用來表示某一方面信息隨時間而變化的電流、電壓，稱為電信號，簡稱信號。電子技術(shù)，其實(shí)就是一門利用電子電路實(shí)現(xiàn)信號產(chǎn)生與處理的技術(shù)。信號的處理，通常包括信號傳輸、信號放大、信號變換等，這其中的信號放大尤為常見。如收音機(jī)天線所接收的電信號、擴(kuò)音機(jī)電路的輸入音頻信號、自動控制系統(tǒng)的控制信號等，這些微弱的電信號功率很小，不能直接驅(qū)動最終負(fù)載，這時就需通過放大電路（簡稱放大器）對它進(jìn)行放大。放大器是如何構(gòu)成的？它為什么能實(shí)現(xiàn)對信號的放大？放大器有哪些方面的性能指標(biāo)？常用的三極管放大電路有哪些組態(tài)？各自的特點(diǎn)如何？讓我們進(jìn)入以下學(xué)習(xí)單元吧！2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動1：放大電路的基本組成和工作原理2.2.1放大電路的基本組成與工作原理

放大器（Amplifier，A），是指能夠?qū)崿F(xiàn)信號放大的電路。這里所說的放大，是指信號經(jīng)電路作用后，其功率得到增大。

以輸入電壓ui和輸入電流ii的形式來體現(xiàn)的，信號輸出是以輸出電壓uo和輸出電流io的形式來體現(xiàn)的。對于放大器，應(yīng)滿足輸出功率大于輸入功率。需要說明的是，放大器實(shí)質(zhì)上是一種功率轉(zhuǎn)換器，它將電源提供的一部分直流功率轉(zhuǎn)換為信號功率，從而提升了信號功率，但它自身并不具備“發(fā)電”功能。放大器框圖2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動1：放大電路的基本組成和工作原理2.2.1放大電路的基本組成與工作原理放大器是一種二端口網(wǎng)絡(luò)，它有輸入端口（左邊的回路）與輸出端口（右邊的回路）。放大器件是放大器的核心部件。三極管是一種常用的放大器件，利用三極管構(gòu)成的放大器有三種組態(tài)：共射極、共基極和共集極，分別如圖2-2-2（a）、（b）、（c）所示。三極管放大器的三種組態(tài)2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動1：放大電路的基本組成和工作原理2.2.1放大電路的基本組成與工作原理一、放大電路的基本組成三極管放大電路除了核心器件--三極管之外，還需要相應(yīng)的偏置電路和信號耦合電路。偏置電路用來為放大器件提供合適的靜態(tài)（電路無信號輸入時的狀態(tài)）偏置電流與偏置電壓，以保證動態(tài)（電路有信號輸入時的狀態(tài)）下的放大器件能始終工作于線性放大狀態(tài)。耦合電路則用來將電信號以盡可能小的衰減、不失真地由一級傳送到下一級。圖2-2-3所示為基本共射放大器的電路圖。VT為放大管；VCC、RB、RC構(gòu)成固定偏置電路；C1、C2為耦合電容?；竟采浞糯笃?.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動1：放大電路的基本組成和工作原理2.2.1放大電路的基本組成與工作原理二、電壓放大原理

電流、電壓符號的使用作約定：大小、方向均隨時間而變的交流量，用小寫字母和小寫下標(biāo)來表示（如ui、uo等）；大小、方向均不隨時間而變的直流量，用大寫字母和大寫下標(biāo)來表示（如UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ等）；對于由交流量與直流量合成的復(fù)合量，用小寫字母和大寫下標(biāo)來表示（如uBE、iB、iC、uCE等）。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動1：放大電路的基本組成和工作原理2.2.1放大電路的基本組成與工作原理二、電壓放大原理對于圖2-2-3所示的電路，輸入正弦信號ui經(jīng)C1耦合，uBE＝UBEQ＋ui，其大小將發(fā)生變化，從而造成iB、iC、uCE隨之發(fā)生變化，C2隔離uCE中的直流分量，輸出uo的振幅Uom遠(yuǎn)大于ui的振幅Uim，這樣就實(shí)現(xiàn)了電壓放大（同時，uo與ui反相）?；竟采浞糯笃骰竟采浞糯笃鞯碾妷悍糯笫疽鈭D2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)【實(shí)踐導(dǎo)入】實(shí)際電子產(chǎn)品中的電路，放大電路只是一個中間環(huán)節(jié)，如圖2-2-5所示。它“承前啟后”，前面的信號源為它輸入信號，信號得到放大后輸出給后接的負(fù)載。相對于前一級電路，它是“負(fù)載”；相對于后一級電路，它又是“信號源”。在整個電路中，它的功能是實(shí)現(xiàn)對信號進(jìn)行不失真的放大，其放大能力是首要考慮的。除此之外，我們還要考慮它在電路中的“負(fù)載效應(yīng)”，對前級電路的影響盡可能小，同時也能為后接各種負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出信號。電子電路中的放大器2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)一、放大倍數(shù)A放大器的信號放大能力是用放大倍數(shù)A來表示的，它包括電壓放大倍數(shù)Au、電流放大倍數(shù)Ai和功率放大倍數(shù)AP。1.電壓放大倍數(shù)Au是指放大器輸出電壓的瞬時值與輸入電壓瞬時值的比值。即其中，

表示放大器的電壓放大能力；φau＝φuo－φui指uo與ui的相位差，稱為放大器的相移，它表示放大器輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的相位關(guān)系。2.電流放大倍數(shù)Ai是指放大器輸出電流的瞬時值與輸入電流的瞬時值的比值。即2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)一、放大倍數(shù)A3.功率放大倍數(shù)AP是指放大器輸出功率與輸入功率的比值。即AP體現(xiàn)了放大器的功率放大能力。AP、Au、Ai之間的關(guān)系分析如下：在電子工程中，放大器的放大倍數(shù)有時很大，有時又很小，表示起來不方便。所以，通常將放大倍數(shù)用對數(shù)形式來表示，稱為增益（Gain，G），且單位用分貝（dB）來表示。即功率增益GP＝10lgAP（dB）電壓增益Gu＝20lg（dB）電流增益Gi＝20lg（dB）GP、Gu、Gi三者關(guān)系為：說明：若電路的放大倍數(shù)A＞1或增益G＞0，則該電路稱為放大器；若放大倍數(shù)A＝1或增益G＝0，則該電路稱為跟隨器；若A＜1或G＜0，則該電路稱為衰減器。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)二、輸入電阻ri與輸出電阻ro放大電路可等效為圖2-2-6所示的電路模型。u′o是放大器空載（RL開路）下的輸出電壓，它受ui控制。放大電路等效電路1.輸入電阻ri。輸入電阻ri的大小，體現(xiàn)了放大器對信號源的影響程度。ri越大，一方面ui越接近us，另一方面ii越?。ㄐ盘栐吹呢?fù)擔(dān)越輕）。因此，當(dāng)放大器以電壓放大為主要目標(biāo)時，它的輸入電阻ri總是越大越好。2.輸出電阻ro。輸出電阻ro的大小，體現(xiàn)了放大器的帶負(fù)載能力。作為電壓放大器，ro越小，則輸出電壓uo受負(fù)載的影響就越小，uo越穩(wěn)定，電壓放大器的帶負(fù)載能力便越強(qiáng)。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)三、通頻帶BW

放大器對不同頻率的信號的放大能力往往存在著一定差異。所謂的通頻帶，是指信號通過放大器時，能夠得到有效放大的頻率范圍，常稱為帶寬（BandWidth，BW）。放大倍數(shù)|Au|下降到最大值的0.707倍時所對應(yīng)的兩個頻率，分別稱為通頻帶的上限頻率fH和下限頻率fL，兩者的差值就是放大器的通頻帶，即BW＝fH－fL，如圖2--2-7所示。阻容耦合共射放大器的幅頻特性曲線實(shí)際電子產(chǎn)品中的信號通常都存在一定的頻率范圍（如音頻為20Hz～20kHz），這就要求放大器能有合適的通頻帶，以對信號的各頻率分量實(shí)現(xiàn)相同倍數(shù)的放大。通頻帶過窄，會出現(xiàn)頻率失真；通頻帶過寬，選擇性又會變差。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)【實(shí)踐應(yīng)用】放大電路的性能指標(biāo)測試。

放大器性能指標(biāo)測試原理圖1.電壓放大倍數(shù)的測試常用的測試方法是：在正弦信號源作用下，用交流毫伏表測出放大器輸入、輸出電壓的有效值Ui與Uo，或用示波器讀取輸入、輸出電壓的峰-峰值UiP-P與UoP-P。那么，電壓放大倍數(shù)2.輸入電阻的測試常用的測試方法是：在正弦信號源作用下，用交流毫伏表測出us和ui的有效值US與Ui，或用示波器讀取峰-峰值UiP-P與UoP-P

。那么，輸入電阻2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)【實(shí)踐應(yīng)用】放大電路的性能指標(biāo)測試。3.輸出電阻的測試常用的測試方法是：在正弦信號源作用下，用交流毫伏表分別測出放大器空載與有載兩種情況下的輸出電壓有效值

與，或用示波器讀取峰-峰值與，則輸出電阻為4.通頻帶BW的測試放大器幅頻特性的測試，分為掃頻法和點(diǎn)頻法兩種。

采用掃頻法測試，須用到專用電子測量儀器——掃頻儀（又稱頻率特性測試儀）。用掃頻儀測試放大器的幅頻特性2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)測試。4.通頻帶BW的測試【實(shí)踐應(yīng)用】在不具備掃頻測試條件時，常常采用圖2-2-10所示的點(diǎn)頻測試法。函數(shù)信號發(fā)生器為放大器提供正弦信號，用示波器觀測放大器的輸出波形。保持放大器輸入信號的有效值不變（在放大器的中頻區(qū)能有足夠的不失真輸出幅度，以便觀測），僅改變正弦信號的頻率，當(dāng)輸出波形的振幅下降到最大值的0.707倍時，便可分別得到放大器的上限頻率fH和下限頻率fL，也就得到了通頻帶BW。用點(diǎn)頻法測試放大器的幅頻特性2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動2：放大電路的性能指標(biāo)2.2.2放大電路的性能指標(biāo)【經(jīng)典例題】例題2-2某放大器的輸入電壓有效值Ui＝20mV，輸入電流有效值Ii＝40μA，輸出電壓與電流的有效值分別為2V和0.4mA，試求：（1）該放大器的放大倍數(shù)、和AP；（2）該放大器的增益Gu、Gi和GP。解：（1）求解放大倍數(shù)（2）求解增益2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動3：放大電路的組態(tài)2.2.3放大電路的組態(tài)三極管放大電路除了共射組態(tài)，還有共基、共集組態(tài)。一、共基放大器二、共集放大器圖2-2-11所示為共基放大器的電路圖。C1、C2為耦合電容，CB為基極旁路電容，它們的電容量均較大。VCC、RB1、RB2、RE、RC構(gòu)成分壓式偏置電路。信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出，故為共基組態(tài)。圖2-2-12所示為共集放大器的電路圖。C1、C2為耦合電容。VCC、RB、RE構(gòu)成偏置電路。信號由三極管的基極輸入，由發(fā)射極輸出，故為共集組態(tài)。這種電路同時又被稱為射極輸出器。共集放大器的電壓放大倍數(shù)Au稍小于1，且uo與ui同相。這說明該電路的電壓跟隨性能好，故共集放大器又稱為射極跟隨器，簡稱射隨器。共集放大器在電子線路中應(yīng)用很廣泛。共基放大器的電路圖共集放大器的電路圖2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動3：放大電路的組態(tài)2.2.3放大電路的組態(tài)比較項共射放大器共集放大器共基放大器固定偏置分壓式偏置電路圖∣Au∣大（幾十至幾百）?。ㄉ孕∮?）大（幾十至幾百）∣Ai∣大（幾十，但小于β）大（幾十，但小于1＋β）?。ㄉ孕∮?）AP最大（幾千）較小（幾十）較大（幾十至幾百）ri一般（幾百歐至幾千歐）最大（幾十千歐）很?。ㄊ畮讱W至幾十歐）roRC（幾千歐）很?。ㄊ畮讱W至幾十歐）RC（幾千歐）BW較窄較寬最寬輸入輸出信號相位反相同相同相高頻特性差較好好穩(wěn)定性較差較好較好主要用途多級放大器的中間級，輸入級多級放大器的輸入級、輸出級、緩沖級高頻電路，寬頻帶放大器三種組態(tài)放大器的性能比較2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法【實(shí)踐導(dǎo)入】放大電路中的三極管始終處于線性放大狀態(tài)，是電路正常工作的前提。為此，設(shè)置合理的偏置電路是必要的。同時，由于三極管是半導(dǎo)體器件，其參數(shù)或多或少要受到環(huán)境溫度的影響，從而造成電路的性能也隨之受到影響。一、放大電路的直流通路與交流通路放大電路沒有信號輸入（即ui＝0）時的狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)下，電流通過的路徑稱為直流通路（又稱直流等效電路）。直流通路的畫法是：電容看作開路，電感看作短路。共射放大電路直流通路2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法一、放大電路的直流通路與交流通路放大電路輸入信號時的狀態(tài)稱為動態(tài)。此時，電路對交流信號的作用可用交流通路（又稱交流等效電路）表示。交流通路的畫法是：直流電壓源和耦合電容交流短路。共射放大電路交流通路2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法二、靜態(tài)工作點(diǎn)Q及其設(shè)置的必要性

共射放大器中的三極管工作時，輸入回路及輸出回路中的電流與電壓，分別決定了輸入特性曲線和輸出特性曲線上的一個點(diǎn)，這個點(diǎn)就稱為工作點(diǎn)。

靜態(tài)下，三極管的工作點(diǎn)就稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q來表示。當(dāng)電路輸入正弦信號ui時，使得UBE發(fā)生變化，從工作點(diǎn)的角度來看，將以Q點(diǎn)為中心沿交流負(fù)載線在Q′與Q″之間上、下移動。要想使動態(tài)下的工作點(diǎn)始終處于線性放大區(qū)中，合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置就很重要了。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法二、靜態(tài)工作點(diǎn)Q及其設(shè)置的必要性1.靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置過低（IBQ過?。瑒討B(tài)下的工作點(diǎn)容易進(jìn)入截止區(qū)，輸出波形產(chǎn)生截止失真；2.靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置過高（IBQ過大），動態(tài)下的工作點(diǎn)容易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出波形產(chǎn)生飽和失真。對于用NPN型三極管構(gòu)成的共射放大器，兩種類型的非線性失真輸出波形，如圖2-2-15（a）、（b）所示。NPN管構(gòu)成的共射放大器輸出波形的非線性失真若輸出波形出現(xiàn)正、負(fù)半周均失真，則是因為輸入信號過大，需要通過減小輸入信號的幅度來解決。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法三、放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的估算與調(diào)整三極管放大電路常見的偏置電路有兩種：固定偏置電路和分壓式偏置電路。1.固定偏置電路。圖2-2-16所示的是固定偏置電路的直流通路。該電路靜態(tài)工作點(diǎn)的估算公式如下：固定偏置電路的直流通路關(guān)于UBEQ的取值，做如下說明：若無特別說明，硅管（多為NPN型）發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通時，取0.7V；鍺管（多為PNP型）發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通時，取0.3V。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法2.分壓式偏置電路。圖2-2-17所示的是分壓式偏置電路的直流通路。該電路中，I1通常遠(yuǎn)大于IBQ，這樣，近似分析時就認(rèn)為：上偏置電阻RB1與下偏置電阻RB2串聯(lián)分壓，來為三極管提供合適的基極對地電壓UB。分壓式偏置電路的直流通路該電路靜態(tài)工作點(diǎn)的估算公式如下：該電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整，一般通過調(diào)節(jié)上偏置電阻RB1的阻值來實(shí)現(xiàn)。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法【實(shí)踐應(yīng)用】靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定對于基本共射放大器，其靜態(tài)基極電流IBQ固定。但隨著溫度的變化，三極管的β值及穿透電流ICEO均發(fā)生變化，最終將造成靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位移，使原本設(shè)計合理的靜態(tài)工作點(diǎn)變得不合理了。以溫度升高為例，簡析如下：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的常見措施是，在電路中引入直流負(fù)反饋。分壓式偏置共射放大器集電極-基極偏置共射放大器2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法【實(shí)踐應(yīng)用】靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

以分壓式偏置電路為例，簡述其穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理。分壓式偏置共射放大器【經(jīng)典例題】2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法例題2-3

判斷圖2-2-20所示的放大電路能否正常放大信號。問題解析：判斷放大電路能不能正常放大信號，要從靜態(tài)工作點(diǎn)和交流信號通路兩個方面來進(jìn)行，這兩個方面缺一不可。首先看電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否恰當(dāng)，若電路圖中有元件參數(shù)就要通過計算來確定工作點(diǎn)是否合適；若電路圖中沒有元件參數(shù)，則看電路中有沒有導(dǎo)致三極管工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)的因素。只有電路的靜態(tài)工作點(diǎn)正常，才有必要進(jìn)行交流信號通路的檢查。畫出電路的交流通路，看信號能不能順利從輸入端到達(dá)輸出端。圖2-2-20（a）圖2-2-20（b）2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動4：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整2.2.4放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其調(diào)整方法【經(jīng)典例題】解：圖2-2-20（a）所示電路的直流通路，如圖2-2-21所示。三極管VT在靜態(tài)時基極電位為0，處于截止?fàn)顟B(tài)。若輸入信號幅度小于三極管的死區(qū)電壓，則三極管在信號的整個周期內(nèi)都截止而無信號輸出。若輸入信號幅度大于三極管的死區(qū)電壓，則三極管在信號的整個周期內(nèi)都將得到一個截止失真的信號輸出。所以，該電路不能正常地放大信號。在圖2-2-20（b）所示電路的直流通路和交流通路，分別如圖2-2-22、2-2-23所示。該電路的偏置電路是正常的。但在交流通路中，輸入信號ui被大電容C2短路，并沒有加到三極管的發(fā)射結(jié)，所以電路不能正常放大信號。圖2-2-21圖2-2-22圖2-2-232.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動5：搭建與調(diào)試單級共射放大電路【實(shí)訓(xùn)目標(biāo)】（1）能在面包板上合理搭接單級共射放大電路；（2）會用萬用表對電路進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)測試；（3）能按照要求完成電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整；（4）探究分壓式偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性；（5）實(shí)訓(xùn)過程中，積極主動，團(tuán)結(jié)協(xié)作，規(guī)范操作，遵守“6S”管理制度。2.2放大電路基礎(chǔ)知識教學(xué)活動5：搭建與調(diào)試單級共射放大電路【實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材】

學(xué)生分為若干組，每組提供直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器各一臺，萬用表一塊，電路裝接所用的元器件及器材見表2-2-2。序

號名

稱型號規(guī)格數(shù)

量配件圖號測試結(jié)果元器件粘貼區(qū)1金屬膜電阻器RJ－0.25－5.1k

2只RB1

2

RB2

3金屬膜電阻器RJ－0.25－2.4k

2只RC

4

RE

5電位器3296W-1-203（20kΩ）1只

6電解電容器CD－25V－10

F2只C1

7

C2

8電解電容器CD－25V－47

F1只CE

9