第二章 放大器的基本原理.ppt

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1、第二章 放大器的基本原理,二、基本放大电路及其工作状态分析,基本放大电路的组成形式,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,（2）用图解法确定静态值,优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。,步骤：1. 用估算法确定IB,2. 由输出特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,直流负载线斜率,放大器静态工作点动画演示,3、放大电路的动态分析,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,分析对象：各

2、极电压和电流的交流分量。,分析方法：微变等效电路法，图解法。 所用电路：放大电路的交流通路。,目的：找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设计打基础。,动态分析图解法,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,RL=,4、放大电路的非线性失真,如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过高，,晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,若Q设置过低，,晶体管进入截止区工作，造成截止失真。,适当增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,三、放大电路性能指标的计

3、算,微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,1. 晶体管的微变等效电路,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,(1) 输入回路,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和 ib之间

4、的关系。,输入特性,对于小功率三极管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,(2) 输出回路,输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib 等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间，在手册中常用hfe表示。,晶体管的输出电阻,rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽略不计。,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体三极管,微变等效电路,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,ib,2、用微变等效电路计算性能指标,将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路

5、代替即可得放 大电路的微变等效电 路。,微变等效电路,(1)电压放大倍数,当放大电路输出端开路(未接RL)时，,因rbe与IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1：,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。,定义：,输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,(2)放大电路输入电阻的计算,例1：,(3

6、)放大电路输出电阻的计算,放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,定义：,输出电阻是动态电阻，与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,例3：,求ro的步骤： 1) 断开负载RL,3) 外加电压,4) 求,外加,2) 令 或,四、静态工作点的稳定,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、

7、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。,温度变化对静态工作点的影响,上式表明，当UCC和 RB一定时， IC与 UBE、 以及 ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。,在固定偏置放大电路中，当温度升高时， UBE、 、 ICBO 。,iC,uCE,Q,温度升高时，输出特性曲线上移,O,结论：当温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管 T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。,固定偏置电路的工作点 Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使 IC 增加时，能够自动减少IB，从而抑

8、制Q点的变化，保持Q点基本稳定。,分压式偏置电路具有温度稳定性的两个条件,基极电位基本恒定，不随温度变化。,VB,VB,集电极电流基本恒定，不随温度变化。,从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。 但 I2 越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。 而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。,在估算时一般选取： I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。,参数的选择,VE,VB,Q点稳定的过程,VE,VB,VB 固定,RE：温度补偿电阻对直流：RE越大,稳定Q点效

9、果越好；对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。,静态工作点的计算,估算法:,VB,静态工作点的计算,估算法:,动态的计算,动态的计算,动态的计算,单级放大电路图如图A，已知电阻Re=1k,Rb1=27k。三极管的伏安 特性如图B所示，三极管的基极输入电流如图C所示 (1)求静态工 作点(2)求Rb2(3)求信号的放大倍数(4) RL,动态分析,对交流：旁路电容 CE 将RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同。,如果去掉CE ， Au，ri，ro ？,旁路电容,无旁路电容CE,有旁路电容CE,Au减小,分压式偏置电路,ri 提高,ro不变,对信号

10、源电压的放大倍数？,信号源,考虑信号源内阻RS 时,五、多级放大电路及其级间耦合方式,耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。,常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。,动态: 传送信号,减少压降损失,静态：保证各级有合适的Q点,波形不失真,输出,多级放大电路的框图,对耦合电路的要求,第三章 生物医学常用放大器,本章重点及难点,1、生物医学信号有何特点？ 2、生物医学放大器的特点？ 3、负反馈的基本概念及对放大器性能的改善。 4、差分放大器对差模与共模信号放大的特点。,第一节 生物电信号的特点,生物医学 信号分类,生物 电信号,生物非 电信号,换能

11、器,电极,放大器,显示 记录,一、生物电信号的基本特性,特点： 1、幅度小。在V与mV数量级。 2、频率低，且频带宽。在几KHz以内，有的近似为直流。 3、噪声大，信噪比小。 4、输出阻抗高。高达几百千欧姆以上。,二、生物医学放大器的基本要求,1、采用高放大倍数放大器。有的高达106以上。 2、选用高阻抗放大器，提高电路的输入阻抗。 3、高共模抑制比。 4、采用低噪声放大器，提高电路的信噪比。 5、低漂移。 6、采用低频直流放大器，且应有较宽的频带。,第三节 负反馈放大器,反馈是电子技术领域中的一个重要概念，它有正负之分。在放大电路的设计中，通常引入负反馈来改善放大器的性能，通过正反馈构成各种

12、振荡器，产生各种波形信号。在许多实际的电子电路中均存在着某种类型的反馈，反馈的概念和理论在工程领域得到了日益广泛的应用。本节从反馈的基本概念入手，对反馈进行分类，分析负反馈对放大性能的影响。,一、 反馈的基本概念,1、反馈的定义 反馈（feedback):凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。 负反馈(negative)：若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。 正反馈(positive)：若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,反馈,取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,2、反馈放大器的组成,放大：,迭加：,负反馈框图：,AO称为开环放大倍数,反馈：,AF称为闭环放大倍数,输出信号,输入信号,反馈信号,差值信号,负反馈放大器,F称为反馈系数,负反馈放大器的一般关系,闭环放大倍数：,放大：,迭加：,负反馈放大器的闭环放大倍数,当Ao很大时,AoF1,结论:当Ao很大时,负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关,只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。,