第一篇：寬帶放大電路基礎知識教案解讀

應用電子技術專業(yè)國家教學資源庫

講稿2：寬帶放大電路基礎知識（3課時）

目標：

1.了解高頻小信號放大器的基本概念 2.了解寬帶放大器和擴展通頻帶的方法 2.了解高頻調諧放大器的功能及分類 4.了解高頻小信號放大器主要性能指標

講解目錄

2.1 高頻小信號放大器概述………………………………了解 2.2 寬帶放大器和擴展通頻帶的方法……………………會 2.3 單管單調諧高頻小信號放大器…………………………會 2.4單管雙調諧高頻小信號放大器…………………………了解 2.5集成中頻放大器…………………………………………了解 *2.6放大電路的噪聲…………………………………………了解

講課要點

放大高頻小信號（中心頻率在幾百千赫到幾百兆赫）的放大器稱為高頻小信號放大器。根據(jù)工作頻寬的寬窄不同，高頻小信號放大器有寬帶型和窄帶型兩大類。所謂頻帶的寬窄，指的是相對頻帶，即通頻帶與其中心頻率的比值。寬帶放大器的相對頻帶較帶（往往在0.1以上），窄帶放大器的相對頻帶較窄（往往小到 0.01）。

2.1 高頻小信號放大器概述

一、高頻小信號放大器的分類

高頻小信號放大器若按器件分可分為晶體管放大器，場效應管放大器，集成電路放大器 ； 若按通帶分可分為窄帶放大器，寬帶放大器 ； 若按負載分可分為諧振放大器，非諧振放大器。

本章主要討論單級窄帶負載為 LC 調諧回路的諧振放大器，這種放大器不僅有放大作用，而且有選頻作用。

二、高頻小信號放大器的質量指標 1.增益（放大倍數(shù)）

放大器輸出電壓V O（或功率P O）與輸入電壓V i（或功率P i）之比，稱為放大器的增益或放大倍數(shù)，用A v(或 A p)表示（有時以dB數(shù)計算）。

電壓增益 ：(2-1)功率增益 ：(2-2)分貝表示 ：(2-3)(2-4)2.通頻帶

放大器的電壓增益下降到最大值的 0.7（即 1/）倍時，所對應的頻率范圍稱為放大器的通頻帶，用BW=2Δf 0.7表示，如圖 2-1。2Δf 0.7 也稱為 3 分貝帶寬。

圖 2-1 高頻小信號放大器的通頻帶

由于放大器所放大的一般都是已調制的信號，已調制的信號都包含一定的頻譜寬度，所以放大器必須有一定的通頻帶，以便讓必要的信號中的頻譜分量通過放大器。

與諧振回路相同，放大器的通頻帶決定于回路的形式和回路的等效品質因數(shù)Q L。此外，放大器的總通頻帶，隨著級數(shù)的增加而變窄。并且，通頻帶愈寬，放大器的增益愈小。

2.選擇性

從各種不同頻率信號的總和（有用的和有害的）中選出有用信號，抑制干擾信號的能力稱為放大器的選擇性，選擇性常采用矩形系數(shù)和抑制比來表示。

（1）矩形系數(shù)

按理想情況，諧振曲線應為一矩形。即在通帶內放大量均勻。在通帶外不需要的信號得到完全衰減。但實際上不可能，為了表示實際曲線接近理想曲線的程度，引入“矩形系數(shù)”，它表示對鄰道干擾的抑制能力。

矩形系數(shù)(2-5)(2-6)2Δf 0.1、2Δf 0.01 分別為放大倍數(shù)下降至 0.1 和 0.01 處的帶寬，K r 愈接近于1 越好。（2）抑制比

表示對某個干擾信號 f n 的抑制能力，用 dn 表示。(2-7)圖 2-2 理想的與實際的頻率特性 圖 2-3 對 f n 的抑制能力

A n 為干擾信號的放大倍數(shù)，A v0 為諧振點 f 0 的放大倍數(shù)。

4.工作穩(wěn)定性

指在電源電壓變化或器件參數(shù)變化時，以上三參數(shù)的穩(wěn)定程度。一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是增益變化，中心頻率偏移、通頻帶變窄等，不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激，以致使放大器完全不能工作。

為使放大器穩(wěn)定工作，必須采取穩(wěn)定措施，即限制每級增益，選擇內反饋小的晶體管，應用中和或失配方法等。

5.噪聲系數(shù)

放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)表示 ：(2-8)N F 越接近1 越好，在多級放大器中，前二級的噪聲對整個放大器的噪聲起決定作用，因此要求它的噪聲系數(shù)應盡量小。

以上這些要求，相互之間即有聯(lián)系又有矛盾。增益和穩(wěn)定性是一對矛盾，通頻帶和選擇性是一對矛盾。因此應根據(jù)需要決定主次，進行分析和討論。

2.2 寬帶放大器和擴展通頻帶的方法

隨著電子技術的發(fā)展及其應用日益廣泛，被處理信號的頻帶越來越寬。例如，模擬電視接收機里的圖像信號所占頻率范圍為0~6MHz而雷達系統(tǒng)中信號的頻帶可達幾千兆赫。要放大如此寬的頻帶信號，以前所介紹的許多放大器是不能勝任的，必須采用寬帶放大器。按待放大信號的強弱，寬帶放大器可分為小信號和大信號寬帶放大器。本節(jié)討論的是小信號放大器。大信號寬帶放大器又稱寬帶功放，將在后面討論。

一.寬帶放大器的主要特點

寬帶放大器由于待放大的信號頻率很高，頻帶又很寬，因此有著下述與低頻放大器和窄帶諧振放大器不同的特點：

1、三極管采用fT很高的高頻管，分析電路時必須考慮三極管的高頻特性。

2、對于電路的技術指標要求高。例如，視頻放大器放大的是圖像信號，它被送到顯像管顯示，由于接收這個信號時，人的眼睛對相位失真很敏感，因此對視頻放大器的相位失真應提出較嚴格的要求。而在低頻放大器中，接收信號的往往是對相位失真不敏感的耳朵，故不必考慮相位失真問題。

寬帶放大器的主要技術指標有通頻帶、增益和失真等，不再一一說明。

3、負載為非諧振的。由于諧振振回路的帶寬較窄，所以不能做為帶寬放大器的負載，即它的負載只能是非諧振的。

二.擴展通頻帶的方法

要得到頻帶較大的放大器，必須提高其上限截止頻率。為此，除了選了擇fT足夠高的管子和高速寬帶的電流模集成運放等器件外，還廣泛采用組合電路和負反饋等方法。

1、組合電路法

影響放大器的高頻特性除器械件參數(shù)外，還與三極管的組態(tài)有關。

我們知道，不同組態(tài)的電路具有不同的特點。因此，如果我們將不同組態(tài)電路合理的混合連接在一起，就可以提高放大器的上限截止頻率，擴展其通頻帶，這種方法稱為組合電路法。組合電路的形式很多，如圖2-4所示，常用的是“共謝-共基”和“共集-共射”兩種組合電路。

圖2-4 常見組合電路形式

2、負反饋法

我們知道，引入負反饋可擴展放大器的通頻帶，而且反饋越深，通頻帶擴展得越寬。利用負反饋技術來擴展放大器的通頻帶，被廣泛應用于寬帶放大器。但是引入負反饋容易造成放大器工作的不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)自振蕩，這是必須注意的問題。

常用的單級負反饋是電流串聯(lián)負反饋和電壓并聯(lián)反饋，也可以采用交替負反饋電路：由單級負反饋電路組成多級寬帶放大器時，若前級采用電流串聯(lián)負反饋，則后級應采用電壓并聯(lián)負反饋；反之，若前級采用電壓并聯(lián)負反饋，則后級應采用電流串聯(lián)負反饋。

在多級寬帶放大器中，為了加深反饋，使頻帶擴展得到更寬一些，可采用兩級放大器的級間反饋方式，常用的有兩級電流并聯(lián)負反饋放大器和兩級電壓串聯(lián)負反饋放大器。

3、集成寬帶放大器

隨著電子技術的發(fā)展，寬帶放大已實現(xiàn)集成化。集成寬帶放大器性能優(yōu)良，使用方便，已得到廣泛的應用。

本課小結：

1． 高頻小信號放大器的主要性能指標有增益、帶寬、選擇性等。

2． 寬帶放大器的主要特點是三極管采用fT很高的高頻管、電路的技術指標要求高、負載為非諧振；擴展頻帶通常采用組合電路和負反饋等方法。本課作業(yè)：

1．通頻帶為什么是小信號諧振放大器的一個重要指標？通頻帶不夠會給信號帶來什么影響？

2.3 單管單調諧高頻小信號放大器

一、基本電路與工作原理 1.電路組成

單調諧放大的電路如圖2-5所示。圖中，V1、R1、R2、Re組成穩(wěn)定工作點的分壓式偏置電路，Ce為高頻旁路電容，初級電感L和電容C組成的并聯(lián)諧振回路作為放大器的集電極負載。可以看出，三極管的輸出端采用了部分接入的方式，以減小它們的接入對回路Q值和諧振頻率的影響（其影響是Q值下降，增益減小，諧振頻率變化）從而提高了電路的穩(wěn)定性，且使前后級的阻抗匹配。

(a)電路(b)交流通路

圖2-5 基本電路

2.工作原理 高頻信號電壓

合互感耦合 基極電壓

管子be結

基極電流

管子放大作用

集電極電流

諧振回路選頻

回路諧振電壓

互感耦 負載電流iL在負載上產生較大的高頻信號電壓

二、電路分析 1.直流通路

2.交流通路

2.高頻Y參數(shù)等效電路

圖2-6 高頻Y參數(shù)等效電路

晶體管接入回路的接入系數(shù) p 1＝N12/ N13 負載接入回路的接入系數(shù) p 2＝N45/ N13 IS＝ p1 IS＝p1 Yfe Ube g’oe’

2＝ p1 g oe，C

2’

2’

oe

＝ p1 Coe

gL＝ p2 g L，CL＝ p2 CL

g?＝g‘oe’

＋gL ＋g P

‘ C ?＝C‘

oe

＋CL ＋C

‘ 導納 Y ?＝g ? ＋jw C ? ＋1/jwL

輸出電壓 Uo＝－Is / Y ?＝－p1 Yfe Ube / Y ?＝Uo / p 2

三、性能指標分析

1.電壓增益 A u＝U0 ? Ube ?－p1 p2Yfe / 〔g ?（1＋j2 Q L ?f / f0）〕

當回路諧振時，?f＝0，放大器諧振電壓增益為

A uo＝－p1 p2Yfe / g ?

? A uo ?＝p1 p 2Yfe / g ?＝p1 p 2Yfe /（p1 g oe＋p2 g L＋g P）2.功率增益 A po＝Po? P i ＝U2.單調諧放大器的通頻帶 根據(jù)前述

當 得 為放大器的通頻帶。

4.單調諧放大器的選擇性 當 時

因此

所以單調諧放大器的矩形系數(shù)比 1 大得多，選擇性比較差。

2.4單管雙調諧高頻小信號放大器

一.雙調諧耦合回路的基本特性

雙調諧耦合回路有電容耦合和互感耦合兩種類型，這里只討論后者，互感耦合調諧回路如圖2-7所示。

o

22‘

‘

? Ui＝A 2

2uo

圖2-7 互感耦合調諧回路 圖2-8 次級電壓諧振曲線

初、次級回路之間的耦合系數(shù)

初、次級回路的諧振頻率

f0?12?LC定義耦合因數(shù) η =kQ0

式中，Q0為空載品質因數(shù)。則η =1稱為臨界耦合狀態(tài)，而η >

1、η <1分別稱為強耦合和弱耦合狀態(tài)，根據(jù)耦合回路理論可推出

式中ζ為一般失諧，當ζ=0、η =1時I2取得最大值I2max。

由上式可畫出互感耦合雙調諧回路的次級電壓諧振曲線，如圖2-8所示，可以看出，強耦合時曲線出現(xiàn)雙峰，中心下陷；弱耦合時曲線為單峰，但峰值較小。比較理想的是臨界耦合時的情況，諧振曲線既為單峰，峰值又大。

二.雙調諧放大器的電路組成和性能指標 1.電路組成

(a)電路(b)交流通路

圖2-9 雙調諧放大器

雙調諧放大器的電路如圖2-9所示。圖中，Rb1、Rb2和Re組成分壓式偏置電路，Ce為高頻旁路電容，ZL為負載阻抗（或下級輸入阻抗），Tr1、Tr2為高頻變壓器，其中Tr2的初、次級電感L1、L2分別與C1、C2組成的雙調諧耦合回路作為放大器的集電極負載，三極管的輸出端在初級回路的接入系數(shù)為p1，負載阻抗在次級回路的接入系數(shù)為p2。

2、電路性能分析

為了簡化分析，設初次級回路的元件參數(shù)相同，則它們的諧振頻率、有載品質因數(shù)也相同，且都用W0和Qe表示。

與單調諧放大器相似，可以求得雙調諧放大器的電壓增益和臨界耦合時的諧振電壓增益分別為

.Au?p1p2gmg??(1??2??2)2?4?Au0?.p1p2gm2g?不難得到，臨界耦合狀態(tài)的雙調諧放大器的通頻帶和矩形系數(shù)

BW0.7= 2f0Qe K0.1 = BW0.1 / BW0.7 ?2.16 因此，在f0與Qe相同的情況下，臨界耦合狀態(tài)的雙調諧放大器的通頻帶為單調諧放大器通頻帶的2倍，而矩形系數(shù)小于單調諧放大器的矩形系數(shù)，即其諧振曲線更接近于理想的矩形曲線，選擇性更好。

總之，與單調諧放大器相比較優(yōu)，處于臨界耦合狀態(tài)的雙調諧放大器具有頻帶寬、選擇性好等優(yōu)點，但調諧較麻煩。

本課小結：

1.單調諧放大器采用諧振回路作為負載，其選擇性較差。

2.雙調諧耦合回路比較理想的是臨界耦合時的情況；與單調諧放大器相比，處于臨界耦合狀態(tài)的雙調諧放大器具有頻帶寬、選擇性好等優(yōu)點，但調諧較麻煩。本課作業(yè)：

1．已知某高頻管在UCEQ=6V,IEQ=2mA時的參數(shù)為fT=250MHz，rbb’=50Ω,Cb’c=3pF,βo=60,求f=465kHz時的共發(fā)射極Y參數(shù)。

2．試推導共發(fā)射極單調諧放大器諧振電壓增益、通頻帶及選擇性（矩形系數(shù)）公式。2.中心頻率都是6.5MHZ單調諧放大器和臨界耦合的雙調諧放大器，若Qe均為30，試問兩個放大器的通頻帶各為多少？

2.5集成中頻放大器

集中選頻式放大器是采用集中濾波和集中放大相結合的小信號諧振放大器，由于這種放大器多用于中頻放大，故常稱為集成中頻放大器，集成中頻放大器克服了分散選頻放大器的缺點，正越來越得到廣泛的應用。

一．集成中頻放大器的組成

集成中頻放大器是由集成寬帶放大器的集中濾波器組成的，如圖2-10所示。其中，圖2-10(a)的集中小濾波器接在集成寬放的后面，圖2-10(b)的集中濾波器則接在集成寬放的后面，無論采用哪一種形式，集成寬放的頻帶應比放大信號的頻帶和集中濾波器的頻帶更寬一些。

集中濾波器的任務是選頻，要求在滿足通頻帶指標的同時，矩形系數(shù)要好。其主要類型有集中LC濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。后面二種集中濾波器目前應用得很廣泛。

圖2-10 集成中頻放大器組成框圖

二．陶瓷濾波器

陶瓷濾波器是由釬鈦酸鉛陶瓷材料制成的，把這種材料制成片狀，兩面覆蓋銀層作為電極，經過直流高壓極化后，它具有壓電效應。所謂壓電效應是指，當陶瓷片受機械力作用而發(fā)生形變時，陶瓷片內將產生一定的電場，且它的兩面出現(xiàn)與形變大小成正比的符號相反、數(shù)量相等的電荷；反之，若在陶瓷片兩面之間加一電場，就會產生與電場強度成正比的相械形變。陶瓷片具有串聯(lián)諧振特性，可用它來制作濾波器。

1、兩端陶瓷濾波器

上述的單個陶瓷片就構成兩端陶瓷濾波器，其結構、符號、等效電路如圖2-11所示，其電抗特性曲線如圖2-12所示。

(a)結構(b)符號(c)等效電路

圖2-11 兩端陶瓷濾波器 圖2-12 電抗特性曲線

由圖可知串聯(lián)支路的串聯(lián)諧振頻率

整個陶瓷濾波器的并聯(lián)諧振頻率

式中C為C1和C0串聯(lián)后的電容值。

當信號頻率f < fp時，陶瓷片相當于一個電容；當f = fq時，陶瓷片相當于短路；當fq

fq?fp?12?L1C112?L1Cfp時，陶瓷片相當于一個電感；當f = fp時，陶瓷片相當于開路；當f > fp時陶瓷片又相當于一個電容。

2、四端陶瓷濾波器

兩端陶瓷濾波器的通頻帶較窄，選擇性較差。為此，可將不同諧振頻率的陶瓷片進行適當?shù)慕M合連接，就得到性能接近理想的四端陶瓷濾波器，如圖2-13所示。

圖2-13 四端陶瓷濾波器

陶瓷濾波器的工作頻率可從幾百千赫到幾百兆赫，帶寬可以做得很窄，其等效Q值約為幾百，它具有體積小、成本低、耐熱耐濕性好、受外界條件影響小等優(yōu)點。已廣泛用于接收機中，如收音機的中放、電視機的伴音中放等。陶瓷濾波器的不足之處是頻率特性的一致性較差，通頻帶不夠寬等。

三．聲表面波濾波器

聲表面波濾波器具有工作頻率高、通頻帶寬、選頻特性好、體積小和重量輕等特點，并且可采用與集成電路相同的生產工藝，制造簡單，成本低，頻率特性的一致性好，因此廣泛應用于各種電子設備中。

聲表面波濾波器的結構示意圖及符號如圖2-14所示。它是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片，經表面拋光后在其上蒸發(fā)一層金屬膜，通過光刻工藝制成兩組具有能量轉換功能的交叉指型的金屬電極，分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。當輸入叉指換能器接上交流電壓信號時，壓電晶體基片的表面就產生振動，并激發(fā)出與外加信號同頻率的聲波，此聲波主要沒著基片的表面的與叉指電極升起的方向傳播，故稱為聲表面波，其中一個方向的聲波被除數(shù)吸聲材料吸收，別一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能器，被轉換為電信號輸出。

圖2-14 聲表面波濾波器

在聲表面波濾波器中，信號經過電-聲-電的兩次轉換，由于基片的壓電效應，則叉指換能器具有選頻特性。顯然，兩個叉指換能器的共同作用，使聲表面波濾波器的選頻特性較為理想。圖2-15為聲表面波濾波器的幅頻特性。

圖2-15 聲表面波濾波器的幅頻特性

*2.6放大電路的噪聲

噪聲的種類很多。有的是從器件外部竄擾進來的，稱為外部噪聲；有的是器件內部產生的，稱為內部噪聲。內部噪聲源主要有電阻熱噪聲和晶體管噪聲二種。

一、電阻熱噪聲

電阻熱噪聲是由電阻內部自由電子的熱運動而產生的。自由電子的這種熱運動在導體內會形成非常微弱的電流，這種電流呈雜亂起伏的狀態(tài)，稱為起伏噪聲電流。起伏噪聲電流流過電阻本身就會在其兩端產生起伏噪聲電壓。

這種在整個無線電頻段內具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲。1.噪聲電流功率頻譜密度和噪聲電壓功率頻譜密度 SI(f)＝4kT/R A /Hz SU(f)＝4kTR V /Hz k＝1.38?102.熱噪聲均方值電流和均方值電壓 In＝ SI(f)BW＝ 4kTBW/R Un＝ SU(f)BW ＝ 4kTRBW 所以，一個實際電阻可以分別用噪聲電流源和噪聲電壓源表示。

二、晶體管噪聲

晶體管噪聲主要包括以下三部分： 1.熱噪聲

由體電阻及引線電阻產生。2.散彈噪聲

散彈噪聲是晶體管的主要噪聲源。是由單位時間內通過PN結的載流子數(shù)目隨機起伏而造成的。2.閃爍噪聲

閃爍噪聲又稱低頻噪聲。一般認為是由于晶體管表面清潔處理不好或有缺陷造成的，其特點是頻譜集中在約lkHz以下的低頻范圍，且功率頻譜密度隨頻率降低而增大。

三、噪聲系數(shù) 1．信噪比

有用信號功率Ps與噪聲功率Pn的比值。2 2

2－23

2J/K 2.噪聲系數(shù)的定義

放大器的噪聲系數(shù)NF(Noise Figure)定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值，即 NF=（Psi / Pni）/（Pso / Pno）

NF用以說明放大電路的噪聲性能，NF越小，則放大電路本身所產生的噪聲越小，其噪聲性能也越好。

3．降低噪聲系數(shù)的措施

在三極管放大電路中，NF與工作點電流IC有關，當IC約為1—1.5mA時NF最小。在多級放大電路中，第一級的噪聲系數(shù)對總噪聲系數(shù)影響最大，因此，在要求噪聲小時，第一級應采用低噪聲放大電路。

本課小結：

1．集中濾波器主要類型有集中LC濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等，具有選頻性能好、使用方便等特點。

2．電路中的噪聲主要有電阻熱噪聲和晶體管噪聲兩種，放大電路的噪聲性能用噪聲系數(shù)來表征。

本課作業(yè)：

1． 聲表面波濾波器和陶瓷濾波器各有什么特點,各適用于什么場合? 2． 超外差接收機（遠程接收機）高放管為什么要盡量選用低噪聲管？

第二篇：半導體三極管交流放大電路解讀

《電子技術基礎》教案

第2章

半導體三極管交流放大電路

本章重點

1．掌握共發(fā)射極放大電路、分壓式偏置電路的工作原理和靜態(tài)工作點估算； 2．了解負反饋在放大電路中的應用；

3．掌握共發(fā)射極放大電路的圖解分析法和估算法。4．掌握功率放大電路的分析法。

本章難點

1．共發(fā)射極電路的工作原理。

2．估算靜態(tài)工作點，電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。3．分壓式偏置電路的工作原理。4．功率放大電路。放大器的基本概念 放大器概述

放大器：把微弱的電信號放大為較強電信號的電路。基本特征是功率放大。擴音機是一種常見的放大器，如圖3.1.1所示。

聲音先經過話筒轉換成隨聲音強弱變化的電信號；再送入電壓放大器和功率放大器進行放大；最后通過揚聲器把放大的電信號還原成比原來響亮得多的聲音。

圖3.1.1 擴音機框圖 放大器的放大原理框圖

放大器的框圖如圖3.1.2所示。左邊是輸入端，外接信號源，vi、ii分別為輸入電壓和輸入電流；右邊是輸出端，外接負載，vo、io分別為輸出電壓和輸出電流。

圖3.1.2 放大器的框圖

第一節(jié) 共發(fā)射機交流電壓放大電路

《電子技術基礎》教案

一、電路的組成和電路圖的作用 1．電路組成

共發(fā)射極放大電路如圖所示。2．元件作用

VT——三極管,起電流放大作用 GB——基極電源。通過偏置電阻Rb，保證發(fā)射結正偏。

GC——集電極電源。通過集電極電阻RC，保證集電結反偏。

圖2.2 共發(fā)射極放大電路

Rb——偏置電阻。保證由基極電源GB

向基極提供一個合適的基極電流。

RC——集電極電阻。將三極管集電極電流的變化轉換為集電極電壓的變化。

C1、C2——耦合電容。防止信號源以及負載對放大器直流狀態(tài)的影響；同時保證交流信號順利地傳輸。即“隔直通交”。

3．電路圖的畫法

如圖所示?！啊汀北硎窘拥攸c，實際使用時，通常與設備的機殼相連。RL為負載，如揚聲器等。

電路中電壓和電流符號寫法的規(guī)定

1．直流分量：用大寫字母和大寫下標的符號，如IB表示基極的直流電流。2．交流分量瞬時值：用小寫字母和小寫下標的符號，如ib表示基極的交流電流。

3．總量瞬時值：是直流分量和交流分量之和，用小寫字母和大寫下標的符號，如iB???IB???ib，即表示基極電流的總瞬時值。

二、共射放大電路的靜態(tài)分析

(一)直流通路

靜態(tài)：無信號輸入(vi???0)時電路的工作狀態(tài)。直流通路和交流通路畫法

(1)直流通路：電容視為開路，電感視為短路，其它不變。(2)交流通路：電容和電源視為短路。

例：放大電路的直流通路和交流通路如圖(b)、(c)所示。

直流分量反映的是直流通路的情況；交流分量反映的是交流通路的情況。

《電子技術基礎》教案

靜態(tài)工作點Q

如圖2.4所示，靜態(tài)時晶體管直流電壓VBE、VCE和對應的IB、IC值。分別記作VBEQ、IBQ、VCEQ和ICQ。

IBQ?VG?VBEQRb

(3.2.1)ICQ??IBQ

(3.2.2)

VCEQ?VG?ICQ?Rc

(3.2.3)

VBEQ：硅管一般為0.7?V，鍺管為0.3?V。

[例.2.1]在所示單級放大器中，設VG?12V，Rc?2k?，Rb?220k?，????60。求放大器的靜態(tài)工作點。

解

從電路可知，晶體管是NPN型，按照約定視為硅管，則VBEQ???0.7?V，則

12V?0?7V?51?ARb220k? ICQ??IBQ?60?50?A?3mAVCEQ?VG?ICQRc?12V?3mA?2k??6VIBQ??(二)、用圖解法分析靜態(tài)工作點

圖解法：利用晶體管特性曲線，通過作圖分析放大器性能。1．直流負載線

電路如圖3.3.1(a)所示，直流通路如圖3.3.1(b)所示。

由直流通路得VCE和IC關系的方程為

VCE?VG?ICRc

(3.3.1)

根據(jù)式3.3.1在圖3.2晶體管輸出特性曲線族上作直線MN，斜率是是直流負載電阻，所以直線MN稱為直流負載線。VG?VBEQ1。由于RcRc《電子技術基礎》教案

2．靜態(tài)工作點的圖解分析

如圖3.3.2所示，若給定IBQ?IB3，則曲線IBQ?IB3與直線MN的交點Q，即為靜態(tài)工作點。過Q點分別作橫軸和縱軸的垂線得對應的VCEQ、ICQ。由于晶體管輸出特性是一組曲線，所以，對應不同的IBQ，靜態(tài)工作點Q的位置也不同，所對應的VCEQ、ICQ也不同。

圖.3.2 靜態(tài)工作點的圖解分析

UCE?Ucc?ICQ?Rc

坐標點: M(UCC,0)N(0,UCC/RC)

Tga =--1/RC

IBQ? Ucc?VBEQRb

ICQ??IBQ

三.共射極放大電路的動態(tài)分析

(一)．信號放大原理

交流信號電壓vi [如圖3.2.7(a)所示]經過電容C1作用在晶體管的發(fā)射結，引起基極電流的變化，這時基極總電流為

《電子技術基礎》教案

iB???IBQ???ib，波形如圖3.2.7(b)所示。

由于基極電流對集電極電流的控制作用，集電極電流在靜態(tài)值ICQ的基礎上跟著ib變化，波形如圖3.2.7(c)所示。

即iC???ICQ???ic。

同樣，集電極與發(fā)射極電壓也是靜態(tài)電壓VCEQ和交流電壓vce兩部分合成，即

vCE???VCEQ???vce(3.2.4)

由于集電極電流iC流過電阻Rc時，在Rc上產生電壓降iCRc，則集電極與發(fā)射極間總的電壓應為

vCE?VG?iCRc?VG?(ICQ?ic)Rc

(3.2.5)

比較式(3.2.5)與式(3.2.4)可得

?VG?ICQRc?icRc?VCEQ?icRc

vce??icRc ??

?

?

(3.2.6)

式中負號表示ic增加時?ce將減小，即?ce與ic反相。故?CE的波形如圖3.2.7(d)所示。

經耦合電容C2的“隔直通交”，放大器輸出端獲得放大后的輸出電壓，即

oce(3.2.7)

波形如圖3.2.7(e)所示。由圖可見，vo與vi反相。位相反。

(二)．靜態(tài)工作點與動態(tài)范圍之間的關系 放大器的靜態(tài)工作點(見L2)若把圖3.2.4中的Rb除掉，電路如圖3.2.5所示，則IBQ???0，當輸入端加正弦信號電壓vi時，在信號正半周，發(fā)射結正偏而導通，輸入電流ib隨vi變化。在信號負半周，發(fā)射結反偏而截止，輸入電流ib等于零。即波形產生了失真。

v?v??icRc

從信號放大過程來看，在共射放大電路中，輸入電壓與輸出電壓頻率相同，相

圖3.2.5 除去Rb時放大器工作不正常

圖3.2.6 基極電流的合成

如果Rb阻值適當，則IBQ不為零且有合適的數(shù)值。當輸入端有交流信號vi通過C1加到晶體管的發(fā)射結時，基極電流在直流電流IBQ的基礎上隨vi變化，即交流ib疊加在直流IBQ上，如圖3.2.6所示。如果IBQ的值大于ib的幅值，那么基極的總電流IBQ???ib始終是單方向的電流，即它只有大小的變化，沒有正負極性的變化，這樣就不會使發(fā)射結反偏而截止，從而避免了輸入電流ib的波形失真。

綜上可見，一個放大器的靜態(tài)工作點是否合適，是放大器能否正常工作的重要條

《電子技術基礎》教案

件。

設置靜態(tài)工作點的目的: 使輸入信號工作在三極管輸入特性的線形部分,避開非線形部分給交流信號造成的失真。

靜態(tài)工作點與波形失真的圖解

1．飽和失真

如果靜態(tài)工作點接近于QA，在輸入信號的正半周，管子將進入飽和區(qū)，輸出電壓vce波形負半周被部分削除，產生“飽和失真”。

2．截止失真

如果靜態(tài)工作點接近于QB，在輸入信號的負半周，管子將進入截止區(qū)，輸出電壓vce波形正半周被部分削除，產生“截止失真”。

3．非線性失真

非線性失真是由于管子工作狀態(tài)進入非線性的飽和區(qū)和截止區(qū)而產生的。從圖3.3.5可見，為了獲得幅度大而不失真的交流輸出信號，放大器的靜態(tài)工作點應設置在負載線的中點Q處。

圖

靜態(tài)工作點引起的非線性失真 負反饋在放大電路中的應用 反饋及其分類

反饋：把放大器輸出端或輸出回路的輸出信號通過反饋電路送到輸入端或輸入回路，與輸入信號一起控制放大器的過程。

反饋電路：由電阻或電容等元件組成。如圖4.2.1所示。圖中vi為輸入信號，vo為輸出信號，vf為反饋信號。

反饋的分類及判別方法：

一、正反饋和負反饋

正反饋：反饋信號起到增強輸入信號的作用。

判斷方法：若反饋信號與輸入信號同相，則為正反饋。負反饋：反饋信號起到削弱輸入信號的作用。

判斷方法：若反饋信號與輸入信號反相，則為負反饋。

圖4.2.1 反饋放大器框圖

《電子技術基礎》教案

二、電壓反饋和電流反饋

電壓反饋：如圖(a)所示，反饋信號與輸出電壓成正比。判斷方法：把輸出端短路，如果反饋信號為零，則為電壓反饋。電流反饋：如圖(b)所示，反饋信號與輸出電流成正比。

判斷方法：把輸出端短路，如果反饋信號不為零，則為電流反饋。

電壓反饋和電流反饋框圖

串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋框圖

三、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

串聯(lián)反饋：如圖(a)所示，凈輸入電壓由輸入信號和反饋信號串聯(lián)而成。判斷方法：把輸入端短路，如果反饋信號不為零，則為串聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋：如圖(b)所示，凈輸入電流由反饋電流與輸入電流并聯(lián)而成。判斷方法：把輸入端短路，如果反饋信號為零，則為并聯(lián)反饋。[例] 判別圖(a)和(b)電路中反饋元件引進的是何種反饋類型。解(1)電壓反饋和電流反饋的判別

當輸出端分別短路后，圖(a)中vf消失，而圖(b)中，管子V2的iE2不消失，即vf不等于零，所以圖(a)是電壓反饋，圖(b)是電流反饋。

(2)串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判別

當輸入端分別短路后，圖(a)中vf不消失，圖(b)中的vf消失，所以圖(a)是串聯(lián)反饋，圖(b)是并聯(lián)反饋。

(3)正反饋和負反饋的判別

采用信號瞬時極性法判別，設某一瞬時，輸入信號vi極性為正“?”，并標注在輸入端晶體管基極上，然后根據(jù)放大器的信號正向傳輸方向和反饋電路的信號反向傳輸方向，在晶體管的發(fā)射極、基極和集電極各點標注同一瞬時的信號的極性?？梢?，圖(a)中反饋到輸入回路的vf的極性是“+”，與輸入電壓vi反相，削弱了vi的作用，所以是負反饋；而圖(b)中，反饋到輸入端的if極性是“?”，它削弱了vi的作用，所以也是負反饋。

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2負反饋對放大器性能的改善

一、提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

以圖4.2.5電壓串聯(lián)負反饋電路為例作簡要說明。由圖可知，反饋電壓

vf?反饋系數(shù)

R2vo

R1?R

2F?vf

vo(4.2.1)

設Av——放大器無反饋時的放大倍數(shù)；

Vi? ——凈輸入電壓；

Avf——加入負反饋后的放大倍數(shù)，則

vov；Av?o vivi'因為

vi?vi'?vf；vf?Fvo?FAvvi'

Avf?所以

vi?vi'?FAvvi' 于是有

(4.2.2)

即

Avf?Av

可見，Av是Avf的(1?FAv)倍，(1?FAv)愈大，Avf比Av就愈小。(1?FAv)：放大器的反饋深度。如果負反饋很深，即(1?FAv)??1時，則

AvA1?v?

Avf?1?FAvFAvFAvf?Av?vi'1??Av

(1?FAv)vi'1?FAv(4.2.3)

可見，在深度負反饋條件下，反饋放大器的放大倍數(shù)Avf僅取決于反饋系數(shù)F，而與Av無關。當晶體管參數(shù)、電源電壓、環(huán)境溫度及元件參數(shù)發(fā)生變化時，負反饋放大器的放大倍數(shù)受其影響很小，基本不變，從而使放大倍數(shù)穩(wěn)定性獲得了提高。

結論：負反饋使放大器放大倍數(shù)減小(1???FAv)倍；在深度負反饋條件下負反饋放大器的放大倍數(shù)很穩(wěn)定。

二、改善了放大器的頻率特性

由圖4.2.6可見，無反饋時，中頻段的電壓放大倍數(shù)為Avo，其上、下限頻率分別為fH和fL。加入負反饋后，中頻段的電壓放大倍數(shù)

負反饋對頻響的改善

?o。而高頻段和低頻段由于原放大倍數(shù)較小其反饋量相對于中頻段要小，下降到Av因此放大倍數(shù)的下降量相對中頻段要少，使放大器的頻率特性變得平坦。即通頻帶展寬了，使放大器的頻率特性得到改善。

三、減小了放大器的波形失真

在圖中。設無反饋時，輸入信號vi為正弦波（A半周與B半周一樣大），由于

《電子技術基礎》教案

晶體管特性曲線的非線性，放大器輸出信號vo發(fā)生了失真，出現(xiàn)了A半周大、B半周小的波形。加入負反饋后，反饋信號vf與輸入信號vi進行疊加產生一個A?半周小、B?半周大的預失真信號vi?，再經放大器放大，由于放大器對A半周放大能力較大，從而使輸出信號vo中A半周與B半周的差異縮小了，因此放大器的輸出波形得到了改善。

四、改變了放大器的輸入電阻、輸出電阻

放大器引入負反饋后，輸入電阻的改變取決于反饋電路與輸入端的聯(lián)接方式；輸出電阻的改變取決于反饋量的性質。1．輸入電阻的改變

對于串聯(lián)負反饋，在輸入電壓vi不變時，反饋電壓vf削減了輸入電壓vi對輸入回路的作用，使凈輸入電壓vi?減小，致使輸入電流ii減小，相當于輸入電阻增大。即串聯(lián)負反饋增大輸入電阻。

對于并聯(lián)負反饋，在輸入電壓vi不變時，反饋電流if的分流作用致使輸入電流ii增加，相當于輸入電阻減小。即并聯(lián)負反饋減小輸入電阻。

2．輸出電阻的改變

電壓負反饋維持輸出電壓不受負載電阻變動的影響而趨于恒定，說明輸出電阻比無反饋時輸出電阻要??；而電流負反饋維持輸出電流不受負載電阻變動的影響而趨于恒定，說明輸出電阻比無反饋時輸出電阻要大。即電壓負反饋使輸出電阻減小；電流負反饋使輸出電阻增大。

結論，放大器引入負反饋后，使放大倍數(shù)下降；但提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性；擴展了通頻帶；減小了非線性失真；改變了輸入、輸出電阻。

3射極輸出器

一、反饋類型

電路如圖4.2.8所示。其反饋信號vf取自發(fā)射極，若輸出端短路，則vf ??0，所以是電壓反饋。用瞬時極性法判別，可得vb和ve（即vf）極性相同，反饋信號削弱了輸入信號的作用，所以是負反饋。在輸入回路中vi ??vbe ??vf，所以是串聯(lián)反饋。綜合看來，電路的反饋類型為電壓串聯(lián)負反饋放大器。

由于信號是從晶體管基極輸入、發(fā)射極輸出，集電極作為輸入、輸出公共端，故為共集電極電路，又稱為射極輸出器。

《電子技術基礎》教案

圖

射極輸出器

圖

交流通路

二、性能分析 交流通路如圖所示。1．電壓放大倍數(shù) 由圖4.2.9可知，vbe?vi?vo

Vbe一般很小，則

vo?vi

于是電壓放大倍數(shù)為

Av?vo?

1?

?

vi(4.2.4)

可見，射極輸出器的輸出電壓近似等于輸入電壓，電壓放大倍數(shù)約等于1，而且輸出電壓的相位與輸入電壓相同，故又稱射極跟隨器。

2．輸入電阻和輸出電阻

(1)輸入電阻

??Re//RL，忽略Rb的分流作用，則輸入電阻為 設RLri???viibrbe?ieRL?ibib?ibrbe?(1??)ibRL ?ib??rbe?(1??)RL?，如果考慮Rb的分流作用，則實際的輸入電阻為 ?，于是ri???RL由于rbe??(1??)RL?//Rb

ri??RL(4.2.6)

由此可見，與共射極放大電路相比，射極輸出器的輸入電阻高得多。為了充分利用輸入電阻高的特點，射極輸出器一般不采用分壓式偏置電路。(2)輸出電阻

??Rs//Rb，不電路如圖4.2.10所示，設vs???0，令Rs計Re，則輸出端外加交流電壓vo產生的電流ie為

voie?ib??ib?ib(1??)?(1??)

rbe?Rs?于是得該支路的輸出電阻為

vr?Rs?ro??o?be

ie1??考慮Re時，射極輸出器的輸出電阻為

圖

分析ro示意圖

《電子技術基礎》教案

ro?ro?//Re?(4.2.7)

?rbe?Rs//Re

1??rbe，則射極輸出器的輸出電阻近1??如果信號源內阻很小Rs?0，則Rs??0；若Re??似為

ro?rbe

1??(4.2.8)

上式表明，輸出電阻ro比rbe還要小幾十倍。所以射極輸出器的輸出電阻是很小的。

三、結論

射極輸出器具有輸入電阻大，輸出電阻小；電壓放大倍數(shù)略小于但近似等于1；輸出電壓的相位與輸入電壓相同的特點。輸出電流是輸入電流的(1??)倍，所以具有電流放大和功率放大能力。

四、應用

利用輸入電阻大的特點，作為多級放大器的輸入級，以減小對信號源的影響；利用輸出電阻小的特點，作為多級放大器的輸出級，以提高帶負載的能力；還可用

作阻抗變換器，以實現(xiàn)級間阻抗匹配；作為隔離級，減少后級對前級的影響。

第4節(jié) 功率放大器

重點

1．了解功率放大電路的任務、特點和要求。

2．理解無輸出變壓器功率放大電路(OCL、OTL)的組成和工作原理。3．掌握OCL、OTL電路的分析方法；Pom、PG、PCM的估算和功率管的選管條件。

4．理解典型集成功率放大電路。5．了解功率管的安全使用知識。

難點

1．功率放大器工作原理及性能特點。

2．Pom、PCM的估算方法和功率管的選管條件。低頻功率放大器概述

1.1低頻功率放大器及其要求

低頻功率放大器：向負載提供足夠大低頻信號功率的放大電路。

對功放的要求：信號失真小；有足夠的輸出功率；效率高；散熱性能好。

1.2 低頻功率放大器的分類

《電子技術基礎》教案

一、以晶體管的靜態(tài)工作點位置分類

1．甲類功放：Q點在交流負載線的中點，如圖7.1.1(a)所示。電路特點：輸出波形無失真，但靜態(tài)電流大，效率低。

2．乙類功放：Q點在交流負載線和IB????0輸出特性曲線交點，如圖7.1.1(b)所示。

電路特點：輸出波形失真大，但靜態(tài)電流幾乎等于零，效率高。

3．甲乙類功放：Q點在交流負載線上略高于乙類工作點處，如圖7.1.1(c)所示。電路特點：輸出波形失真大，靜態(tài)電流較小，效率較高。

圖7.1.1 三種工作狀態(tài)

二、以功率放大器輸出端特點分類 1．有輸出變壓器功放電路。

2．無輸出變壓器功放電路(OTL功放電路)。3．無輸出電容功放電路(OCL功放電路)。

2推挽功率放大器

1乙類推挽功率放大器

動畫

乙類推挽功率放大器

一、電路及其工作原理 典型電路如圖7.3.1所示。

V1、V2為功率放大管，組成對管結構。在信號一個周期內，輪流導電，工作在互補狀態(tài)。T1為輸入變壓器，作用是對輸入信號進行倒相，產生兩個大小相等、極性相反的信號電壓，分別激勵V1和V2。T2為輸出變壓器，作用是將V1、V2輸出信號合成完整的正弦波。

圖7.3.1 乙類推挽功率放大器及其波形

圖7.3.2 乙類推挽功放電路的圖解分

《電子技術基礎》教案

析

工作原理：輸入信號vi經T1耦合，次級得兩個大小相等、極性相反的信號。在信號正半周，V1導通(V2截止)，集電極電流iC1經T2耦合，負載上得到電流io正半周；在信號負半周，V2導通(V1截止)，集電極電流iC2經T2耦合，負載上得到電流io負半周。即經T2合成，負載上得一個放大后的完整波形io。

由輸出電流io波形可見，正、負半周交接處出現(xiàn)了失真，這是由于兩管交接導通過程中，基極信號幅值小于門檻電壓時管子截止造成的。故稱為交越失真。

二、輸出功率和效率

由于兩管特性相同，工作在互補狀態(tài)，因此圖解分析時，常將兩管輸出特性曲線相互倒置，如圖7.3.2所示。

1．作直流負載線，求靜態(tài)工作點。

靜態(tài)時，管子截止IBQ???0，當ICEO很小時，ICQ???0。過點VG作vCE軸垂線，得直流負載線。它與作IBQ???0特性曲線的交點Q，即為靜態(tài)工作點。

2．作交流負載線，畫交流電壓和電流幅值。

過點Q作斜率為??1/RL??的直線AB，即交流負載線。其中RL?為單管等效交流負載電阻。在不失真情況下，功率管V1、V2最大交流電流iC1、iC2和交流電壓vCE1、vCE2波形如圖所示。

3．電路最大輸出功率

若忽略管子VCES，交流電壓和交流電流幅值分別為

Vcem?VG?(7.3.1)

則最大輸出功率

Pom2VG1?VG?????VG?2R? ?2?RL?L?2VG?

?2RL；

Icm?VG

?RL即

Pom(7.3.2)

式中，在輸出變壓器的初級匝數(shù)為N1，次級匝數(shù)為N2時，RL??應為

?1??2N1?12????R?nRL

RL?LN4?2?????(7.3.3)

式中n???N1/N2。

4．效率

2圖7.3.3 乙類推挽功率放大電路

理想最大效率為??m???78%。若考慮輸出變壓器的效率??T，則乙類推挽功放的總

效率為

??????T?m(7.3.4)

總效率約為60%，比單管甲類功放的效率高。

電路優(yōu)點：總效率高。電路缺點：存在交越失真，頻率特性不好。

?

7.3.2 甲乙類推挽功率放大器

如圖7.3.3所示。圖中，Rb1、Rb2、Re組成分壓式電流負反饋偏置電路。靜態(tài)時，34

《電子技術基礎》教案

V1、V2處于微導通狀態(tài)，從而避免了交越失真。由于靜態(tài)工作點處于甲、乙類之間，所以叫作甲乙類推挽功率放大器。

7.4 無輸出變壓器的推挽功率放大器(OTL)

7.4.1 輸入變壓器倒相式推挽OTL功放電路

一、電路結構

如圖7.4.1所示。圖中，V1、V2為參數(shù)一致的NPN型功率管。R1、R2和Re1為V1的偏置電阻；R3、R4和Re2為V2的偏置電阻，保證管子靜態(tài)時處于微導通狀態(tài)，以克服交越失真。Re1和Re2為電流負反饋電阻，穩(wěn)定靜態(tài)工作點，并減小非線性失真。輸入變壓器用作信號倒相耦合，在次級N1、N2上產生大小相等、相位相反的信號vb1和vb2。CL為耦合電容，作用是隔直通交，并兼作V2管的電源。

二、工作原理

靜態(tài)時，A點電位為VG/2。由于CL隔直流，則RL上無電流。vi正半周，vb1???0，V1導通(V2截止)，ic1流過負載RL；vi負半周，vb2???0，V2導通(V1截止)，iC2流過負載RL。在輸入信號vi一個周期內，兩管輪流工作，RL上得到完整的放大信號。輸出端交流通路如圖7.4.2所示。

圖7.4.1 輸入變壓器倒相式OTL功放電7.4.2 互補對稱式推挽OTL功放電路

一、電路結構

如圖7.4.3所示。V2、V3為特性對稱的異型功放管；V1為激勵放大管，推動V2、V3功放管。RP1作用是調節(jié)A點電位保持VG/2。RP2作用是調節(jié)V2、V3管偏置電流，克服交越失真。C4為自舉電容。使V2、V3工作時為共射組態(tài)，提高功率增益。R4為隔離電阻：對交流而言把B點電位和“地”點電位分開。

二、信號的放大過程

輸入信號vi負半周時，V1輸出正半周信號，V2導通(V3截止)，i2通過RL；vi正半周時，V1輸出負半周信號，V3導通(V2截止)，i3流過RL。在vi一周期內，V2、V3輪流導電，RL上得到完整的信號。

三、最大輸出功率

圖7.4.2 輸出端交流

通路簡化圖

圖7.4.3 互補對稱式推挽

OTL功放電路

因C3的作用，單管電源電壓為VG?2。則輸出最大功率時，輸出管的集電極電壓和集電極電流峰值分別為

1V?V??VG；

IcmVcem??cem?G

2RL2RL

《電子技術基礎》教案

忽略飽和壓降和穿透電流，則最大輸出功率為

Pom?11?VG??1? ??Vcem????Icm?VG??22?2RL???2?即

Pom2VG

?8RL(7.4.1)

[例7.4.1]

設圖7.4.3互補對稱OTL功放電路中，VG?6V,RL?8?，求該電路的最大輸出功率？

2VG62解

Pom???0.56W

8RL8?8W7.5 無輸出電容功率放大器(OCL)

“OCL”功放電路：無輸出耦合電容的功率放大器。

7.5.1 OCL功放電路簡析

一、中點靜態(tài)電位必須為零(VA???0)

如圖7.5.1所示。為了防止因輸出端A與負載RL直接耦合，造成直流電流對揚聲器性能的影響，則A點靜態(tài)電位必為零。采用的辦法是：

1．雙電源供電：電壓大小相等，極性相反的正負電源。

2．采用差分放大電路。

二、最大輸出功率

輸出最大功率時，集電極電壓和電流的峰值分別為

V?V??VG，Icm??cem?G VcemRLRL則最大輸出功率為

11?VG????Vcem???Pom?Icm??VG 22?R?L?即

Pom(7.5.1)

圖7.5.1 OCL輸出級示意圖

2VG?

2RL7.5.2 OCL電路實例

OCL電路實例如圖7.5.2所示。

一、電路組成說明

1．用復合管提高功率輸出級的電流放大倍數(shù)

V4、V6組成NPN型復合管，V5、V7組成PNP型復合管，見圖7.5.3。二者組成復合互補功率輸出級。從而提高了輸出級的電流放大倍數(shù)，同時也減小了前級的推動電流。

《電子技術基礎》教案

圖7.5.2 OCL功放電路實例

2．用差分放大輸入級抑制零漂

V1、V2組成差分輸入級，控制輸出級A點電位不受溫度等因素的影響而保證靜態(tài)零輸出。同時提高電路對共模信號的抑制能力。

3．其它元件的作用

V3為激勵級，推動功率輸出級，使其輸出最大功率。C5為高頻負反饋電容，防止V3高頻自激。

R7、V8、V9組成V4、V6和V5、V7復合管基極偏置電路，靜態(tài)時，使其工作在微導通狀態(tài)，防止產生交越失真。

R5、C3、R6組成電壓串聯(lián)負反饋電路，穩(wěn)定電壓增益，并減小非線性失真。

R16、C6組成避免感性負載引起高頻自激的中和電路。R4、C2是差放電源濾波電路。

C4為自舉電容，提高輸出級的增益，并使輸出電壓正負半周對稱，提高不失真輸出功率。

二、信號放大過程

vi正半周時，經V1、V3兩次放大和反相，v3為正半周，則V4、V6導通，i1經R14、RL、地、?VG返回V4、V6形成回路，RL有信號輸出。

vi負半周時，v3為負半周，則V5、V7導通，i2經R15、?VG?、地、RL、R12返回V5、V7形成回路，RL有信號輸出。這樣經輪番推挽，RL上得功率放大后的完整信號。

圖7.5.3 復合管的接法

7.6

集成電路功率放大器簡介

《電子技術基礎》教案

集成功率放大器具有體積小、工作穩(wěn)定、易于安裝和調試的優(yōu)點，了解其外特性和外線路的連接方法，就能組成實用電路，因此，得到廣泛的應用。

7.6.1 LM386集成功率放大器的應用電路

LM386是小功率音頻集成功放。外形如圖7.6.1(a)所示，采用8腳雙列直插式塑料封裝。管腳如圖7.6.1(b)所示，4腳為接“地”端；6腳為電源端；2腳為反相輸入端；3腳為同相輸入端；5腳為輸出端；7腳為去耦端；

1、8腳為增益調節(jié)端。外特性：額定工作電壓為4?16V，當電源電壓為6V時，靜態(tài)工作電流為4?mA，適合用電池供電。頻響范圍可達數(shù)百千赫。最大允許功耗為660?mW(25?C)，不需散熱片。工作電壓為4?V，負載電阻為4?時，輸出功率(失真為10%)為300?mW。工作電壓為6?V，負載電阻為4、8、16??時，輸出功率分別為340mW、325mW、180?mW。

一、用LM386組成OTL應用電路

如圖7.6.2所示。4腳接“地”，6腳接電源(6???9?V)。2腳接地，信號從同相輸入端3腳輸入，5腳通過220??F電容向揚聲器RL提供信號功率。7腳接20??F去耦電容。

1、8腳之間接10??F電容和20?k??電位器，用來調節(jié)增益。

圖7.6.1 LM386外形

圖7.6.2 用LM386組成OTL電路

圖7.6.3 用LM386組成BTL電路

二、用LM386組成BTL電路

如圖7.6.3所示。兩集成功放LM386的4腳接“地”，6腳接電源，3腳與2腳互為短接，其中輸入信號從一組(3腳和2腳)輸入，5腳輸出分別接揚聲器RL，驅動揚聲器發(fā)出聲音。BTL電路的輸出功率一般為OTL、OCL的四倍，是目前大功率音響電路中較為流行的音頻放大器。圖中電路最大輸出功率可達3?W以上。其中，500?k??電位器用來調整兩集成功放輸出直流電位的平衡。

7.6.2TDA2030集成功率放大器的應用電路

1．TDA2030簡介

外引線如圖7.6.4所示。1腳為同相輸入端，2腳為反相輸入端，4腳為輸出端，3腳接負電源，5腳接正電源。電路特點是引腳和外接元件少。

外特性：電源電壓范圍為???6?V?????18?V，靜態(tài)電流小于60??A，頻響為10?Hz???140?kHz，38

《電子技術基礎》教案

諧波失真小于0.5?，在VCC?????14?V，RL???4???時，輸出功率為14?W。

圖7.6.4 TDA2030的外引線排列

圖7.6.5 TDA2030接成OCL功放電

2．TDA2030應用電路

如圖7.6.5所示。V1、V2組成電源極性保護電路，防止電源極性接反損壞集成功放。C3、C5與C4、C6為電源濾波電容，100??F電容并聯(lián)0.1??F電容的原因是100??F電解電容具有電感效應。信號從1腳同相端輸入，4腳輸出端向負載揚聲器提供信號功率，使其發(fā)出聲響。

TDA2030是一種超小形5引腳單列直插塑封集成功放。由于具有低瞬態(tài)失真、較寬頻響和完善的內部保護措施，因此，常用在高保真組合音響中。

本章小結

1．單級低頻小信號放大電路是最基本的放大電路，表征放大器的放大能力是放大倍數(shù)，即電壓、電流和功率三種放大倍數(shù)。放大器常采用單電源電路。要不失真地放大交流信號必須使放大器設置合適的靜態(tài)工作點，以保證晶體管放大信號時，始終工作在放大區(qū)。

2．圖解法和估算法是分析放大電路的兩種基本方法。用圖解法可直觀地了解放大器的工作原理，關鍵是會畫直流負載線和交流負載線。用估算法可以簡捷地了解放大器的工作狀況，分析計算放大器的各項性能指標。

3．在放大器中，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，常采用分壓式穩(wěn)定工作點偏置電路。4．功率放大器的主要任務是在不失真前提下輸出大信號功率。功放有甲類、乙類和甲乙類三種工作狀態(tài)。電路形式有OTL、OCL、BTL功放電路。

5．為了減少輸出變壓器和輸出電容給功放帶來的不便和失真，出現(xiàn)了單電源供電的OTL和雙電源供電的OCL功放電路。

第三篇：《模擬電子技術》教案：基本放大電路

《模擬電子技術》電子教案

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課程： 模擬電子技術

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５

課題： 第二章 基本放大電路

2.1 簡單交流放大電路 教學目的：（1）熟練掌握基本放大電路的組成，工作原理及作用。

（2）重點掌握靜態(tài)工作點的建立條件、作用

教學內容：放大的概念，共射電壓放大器及偏置電路，放大電路的技術指標和基本分析方法 教學重點：基本放大電路的組成、工作原理 教學難點：放大過程中交直流的疊加 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：結型場效應管、絕緣柵型場效應管的構造原理和特性參數(shù) 新課導入：放大的概念，應用場合以及放大電路。新課介紹：

第二章

基本放大電路

2．1 概述 2.1.1 放大的概念

放大對象：主要放大微弱、變化的信號（交流小信號），使VO或IO、PO得到放大！放大實質：能量的控制和轉換，三極管——換能器?；咎卣鳎汗β史糯蟆?/p>

有源元件：能夠控制能量的元件。

放大的前提是不失真，即只有在不失真的情況下放大才有意義。2.1.2 放大電路的性能指標

為了反映放大電路的各方面的性能，引出如下

主要性能指標。

1、放大倍數(shù)

輸出量與輸入量之比，根據(jù)輸入量為電流、電壓和輸出量為電流、電壓的不同，可以得到四種放大倍數(shù)。

2、輸入電阻

輸入電阻Ri為從放大電路輸入端看進去的等效電阻，定義為輸入電壓有效值Ui和輸入電流有效值Ii之比，即Ri=Ui/Ii。

3、輸出電阻

任何的放大電路的輸出都可以等效成一個有內阻的電壓源，從放大電路輸出端看進去的等效內阻稱為輸出電阻Ro。

4、通頻帶

通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力。中頻放大倍數(shù)

下限截止頻率

上限截止頻率

fbw=fH-fL

第2章

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5、非線性失真系數(shù)

6、最大不失真輸出電壓

定義：當輸入電壓再增大就會使輸出波形產生非線性失真時的輸出電壓，用Uom表示。

7、最大輸出功率與效率

最大輸出功率Pom：在輸出信號不失真的情況下，負載上能夠獲得的最大功率。效率η：直流電源能量的利用率。2.2 基本共射放大電路的工作原理

2.2.1 基本共射放大電路的組成及各元件的作用

基本組成如下：

晶體管T

負載電阻Rc、RL 偏置電路VCC、Rb

耦合電容C1、C2

晶體管起著核心的能量控制與轉化作用。

偏置電路及負載電阻使晶體管工作在放大區(qū)。

耦合電容隔離直流信號，通過交流信號。2.2.2 設置靜態(tài)工作點的必要性

一、靜態(tài)工作點

當輸入信號為零時，晶體管的基極電流IB、集電極電流IC、UBE、UCE稱為放大電路的靜態(tài)工作點。

二、設置靜態(tài)工作點的原因

要保證在輸入信號的整個周期內晶體管始終工作在放大狀態(tài)，輸入信號馱載在直流信號上，這樣才能將輸入信號進行放大。

2.2.3 基本共射放大電路的工作原理及波形分析 2.2.4 放大電路的組成原則

一、組成原則

1、設置合適的靜態(tài)工作點

2、電阻取值得當，與電源配合，使放大管有合適的靜態(tài)工作電流。

3、輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。

4、當負載接入時，必須保證放大管輸出回路的動態(tài)電流能作用于負載。

二、常見的兩種共射放大電路

1、直接耦合共射放大電路

2、阻容耦合共射放大電路

耦合電容

阻容

課堂小結：共射電壓放大器及偏置電路，放大電路的技術指標和基本分析方法 作業(yè)布置：課堂思考題：靜態(tài)工作點為什么是必須的？

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課題： 放大電路的分析方法 教學目的：理解放大電路工作原理

能夠求解靜態(tài)工作點

能夠求解各項動態(tài)參數(shù) 教學內容：直流通路、交流通路

圖解法

靜態(tài)工作點、放大倍數(shù) 直流負載線 交流負載線

教學重點：圖解分析法 教學難點：交流負載線 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：放大的概念

放大電路的各項性能指標

放大電路中靜態(tài)工作點的作用 新課導入：晶體管的輸入、輸出特性曲線

靜態(tài)工作點

正弦信號 新課介紹： 2．3 兩種分析方法 2.3.1直流通路與交流通路

一般情況下，放大電路中直流信號與交流信號總是共存的。

直流通路：在直流電源作用下直流電流流經的通路。用于研究靜態(tài)工作點。對于直流通路：

1、電容視開路。

2、電感線圈視為短路。

3、信號源視為短路。

交流通路：在輸入信號作用下交流信號流經的通路。用于研究動態(tài)參數(shù)。對于交流通路：

1、容量大的電容視為短路。

2、無內阻的直流電源視為短路。根據(jù)上述原則，可將前面所述共射放大電路分離出直流通路和交流通路。

在分析放大電路時，應遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則，求解靜態(tài)工作點時應利用直流通路，求解動態(tài)參數(shù)時應利用交流通路。共射放大電路如圖：

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直流通路

2.3.2

圖解分析法

交流通路

概念：在已知放大管的輸入特性、輸出特性以及放大電路中其它各元件參數(shù)的情況下，利用作圖的方法對放大電路進行分析。

一、靜態(tài)工作點的分析

對于如圖所示的直流通路可以求解其靜態(tài)工作點：

IB，IC，UBE，UCE。并作出其輸入輸出特性曲線：

二、電壓放大倍數(shù)

其輸入、輸出波形可以如圖所示： 結論：

1、交直流迭加。

2、vo與vi相位相反。

3、非線性失真：飽和失真、截止失真。

4、最大不失真輸出幅度。

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三、圖解法的適用范圍

用于分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高的情況。

應用范圍：分析Q點位置、最大不失真輸出電壓、失真情況。

課堂小結：晶體管的輸入、輸出特性曲線

靜態(tài)工作點

放大倍數(shù)的分析

失真的種類及產生原因

圖解法的適用范圍 作業(yè)布置：2.3a 2.4

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課題：放大電路的分析方法(等效電路法)教學目的：掌握等效電路法

應用簡化的等效電路法求解電路參數(shù)

教學內容：h參數(shù)等效模型

簡化的h參數(shù)等效模型 教學重點：等效電路分析法 教學難點：h參數(shù)等效模型 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：直流通路的作法

交流通路的作法

作圖法求解靜態(tài)工作點Q的過程 新課導入：等效電路

建立線性模型，用線性電路的分析方法來分析晶體管電路。新課介紹：

2.3.3

等效電路分析法

等效電路法：在一定的條件下將晶體管的特性線性化，建立線性模型，用線性電路的分析方法來分析晶體管電路。

一、晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算法

使用條件：UBE>Uon 且UCE>UBE

二、晶體管共射h參數(shù)等效模型

概念：在共射接法放大電路中，在低頻小信號作用下，將晶體管看成一個線性雙口網絡，利用網絡的h參數(shù)來表示輸入、輸出的電壓與電流的相互關系所得到的等效電路。

1、h參數(shù)的由來

將晶體管看成一個雙口網絡，并以b-e作為輸入端口

以c-e為輸出端口，則網絡外部的端電壓和電流關系

就是晶體管的輸入特性和輸出特性。

2、h參數(shù)的物理意義

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3、簡化的h參數(shù)等效模型

晶體管工作在放大區(qū)時，管子的內反饋可忽略不計，同樣可以認為c-e間的動態(tài)電阻無窮大。

這樣可以得到其簡化的等效電路如圖所示：

4、rbe的近似表達式 rbe|Q= rbb' + rb￠e ≈200 W+(1+β)26 / IEQ

二、共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析

1、電壓放大倍數(shù)：Au

2、輸入電阻：Ri

3、輸出電阻：Ro

4、源電壓放大倍數(shù)：Avs

課堂小結：

h參數(shù)等效模型

簡化的h參數(shù)等效模型

共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析

作業(yè)布置：2.13（1）、（2）

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課題： 微變等效電路法 教學目的：掌握微變等效電路分析方法及其應用 教學內容：動態(tài)分析

教學重點：微變等效電路分析方法 教學難點：等效電路的畫法 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：h參數(shù)等效模型

簡化的h參數(shù)等效模型

新課導入：

圖解法比較直觀，但對多級放大電路來說，太繁。因此，采用微變等效電路法。新課介紹：

微變等效電路的應用（習題課）

例1：據(jù)右圖，計算出AU、ri、ro等指標。

例2：電路如圖，試用等效電路分析法進行分析三個指標。

例3：如下圖，計算出AU、ri、ro等指標。

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例4：如下圖，計算出AU、ri、ro等指標。

課堂小結：掌握微變等效電路分析方法及其應用，關鍵是會應用 作業(yè)布置： 2.6、2.7

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課題：靜態(tài)工作點Q的穩(wěn)定 教學目的：掌握靜態(tài)工作點的穩(wěn)定電路

掌握穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點求解方法

掌握穩(wěn)定電路的動態(tài)參數(shù)求解方法 教學內容：靜態(tài)工作點的穩(wěn)定電路

靜態(tài)工作點的穩(wěn)定電路的分析方法 教學重點：靜態(tài)工作點Q的重要性 教學難點：靜態(tài)工作點的穩(wěn)定方法 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：h參數(shù)等效模型

簡化的h參數(shù)等效模型

利用簡化的h參數(shù)等效模型求解共射電路 新課導入：靜態(tài)工作點的影響因素

穩(wěn)定工作點的常用方法

靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路的求解 新課介紹：

2．4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

一、穩(wěn)定的必要性

由于電源電壓的波動、元件的老化以及因為溫度變化所引起的晶體管參數(shù)變化，都會造成靜態(tài)工作點的不穩(wěn)定，從而使動態(tài)參數(shù)不穩(wěn)定，有時電路甚至無法正常工作。

工作點的穩(wěn)定問題：工作點不穩(wěn)定的原因是溫度對參數(shù)的影響。

在引起Q點不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對晶體管參數(shù)的影響是最為主要的。三極管VBE、β、ICBO參數(shù)均為溫度的函數(shù)：

VBE↓

溫度T↑→{β↑ }→IC↑→Q↑

ICEO↑

二、典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路

穩(wěn)定過程：

1、Re的直流負反饋作用

2、在IRb2》IBQ的情況下，UBQ在溫度變化時基本不變。

三、靜態(tài)工作點的估算

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VB= VCC Rb2/(Rb1 + Rb2)IC=IE =(VB － VBE)/Re IB = IC/βVCE = VCC－IC(Rc+Re)

四、動態(tài)參數(shù)的估算

1、電壓放大倍數(shù)：Au rbe=200Ω+(1+β)26 mV/ IE

2、輸入電阻：Ri

3、輸出電阻：RO

課堂小結：靜態(tài)工作點的影響因素

穩(wěn)定工作點的常用方法

靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路的求解

作業(yè)布置：2.19（1）、（2）

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課題：放大電路的三種基本接法、派生電路 教學目的：掌握三種接法及其特點

掌握三種接法動態(tài)參數(shù)的分析

掌握復合管的特性

教學內容：基本共集放大電路、基本共基放大電路 教學重點：三種組態(tài)的各自特點 教學難點：共集、共基組態(tài)的分析 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：靜態(tài)工作點的影響因素

穩(wěn)定工作點的常用方法

射極負反饋電阻的作用

靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路的求解 新課導入：基本共集放大電路、基本共基放大電路 新課介紹：

2．5 三種組態(tài)的放大電路

共集放大電路以集電極為公共端，通過iB對iE的控制作用實現(xiàn)功率放大。共基放大電路以基極為公共端，通過iE對iC的控制作用實現(xiàn)功率放大。共射、共集、共基是單管放大電路的三種基本接法。

一、基本共集放大電路

靜態(tài)工作點的分析

VB= VCC Rb2/(Rb1 + Rb2)ICQ=IE =(VB － VBE)/Re

IBQ = IC/βVCEQ= VCC－IERe= VCC－ICRe

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動態(tài)分析

電壓放大倍數(shù)：Au 輸入電阻：

Ri=Rb1// Rb2 //[rbe +(1+β)R'L ] 輸出電阻：Ro 共集電路特點：Au≈1 Ri 高Ro低

二、基本共基放大電路

靜態(tài)工作點的分析：

與共射靜態(tài)工作點分析相同。動態(tài)參數(shù)的分析：

電壓放大倍數(shù)：Au 輸入電阻：Ri 輸出電阻：Ro ≈RC

三、晶體管基本放大電路的派生電路

1、復合管放大電路

2、共射—共基放大電路

3、共集—共基放大電路

課堂小結：基本共集放大電路的組成與特點

基本共基放大電路的組成與特點 作業(yè)布置：2.18（1）、（2）、（3）

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課題：場效應管放大電路 教學目的：掌握場效應管放大器的各種偏置電路

用圖解分析法分析計算放大器 用微變等效電路分析法分析計算放大器

教學內容：場效應管的三種接法

場效應管放大器的各種偏置電路 用圖解分析法分析計算放大器 用微變等效電路分析法分析計算放大器

教學重點：用微變等效電路分析法分析計算放大器 教學難點：跨導的理解 教學時數(shù)： 2學時

課前提問及復習：場效應管的種類和結構

場效應管的轉移特性曲線

場效應管的輸出特性曲線 新課導入：場效應管的三種基本接法

設置靜態(tài)工作點的必要性

靜態(tài)工作點的設置方法及其分析估算

場效應管放大電路的動態(tài)分析 新課介紹：

2．6 場效應管放大電路

一、場效應管的三種基本接法

與晶體管的三個極對應，場效應管的三個電極源極、柵極、漏極在組成放大電路時也有三種接法：共源放大電路、共柵放大電路、共漏放大電路

二、靜態(tài)工作點的設置方法及其分析估算

場效應管通過柵—源之間的電壓uGS來控制漏極電流iD

與晶體管放大電路一樣，為了能使電路正常放大，必須設置合適的靜態(tài)工作點，以保證在信號的整個周期內場效應管都工作在恒流區(qū)。

1、基本共源電路

圖解法求解靜態(tài)工作點 計算法求解靜態(tài)工作點（利用場效應管的電流方程）

2、自給偏壓電路

自給偏壓：靠源極電阻上的電壓為柵—源提供一個負的偏壓。

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利用場效應管的電流方程求解其靜態(tài)工作點 自給偏壓的一種特例

3、分壓式偏置電路

分壓式偏置電路：依靠柵極電阻對電源電壓分壓來設置偏置電壓。

三、場效應管放大電路的動態(tài)分析

1、場效應管的低頻小信號等效模型

將場效應管看成一個兩端口網絡，利用端口的電流電壓關系可以得到低頻小信號等效模型。

經過對比，簡化，可以得到簡化的等效模型 跨導gm：輸出回路電流與輸入回路電壓之比。

2、基本共源放大電路的分析

電壓放大倍數(shù)：Au 輸入電阻：Ri 輸出電阻：Ro

3、基本共漏放大電路的分析

電壓放大倍數(shù)：Au 輸入電阻：Ri 輸出電阻：Ro 課堂小結：場效應管的三種基本接法

靜態(tài)工作點的設置方法及其分析估算

場效應管放大電路的動態(tài)分析 作業(yè)布置：2.22 2.23

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第四篇：LC諧振放大電路論文解讀

LC 諧振放大器(D 題 摘 要

本題旨在設計一種滿足增益、特定帶寬、低功耗等條件的 LC 諧振放大器, 故本系統(tǒng)諧振放大部分采用多級諧振放大并結合 OPA355集成運放實現(xiàn)窄帶,高 增益,低壓低功耗的諧振放大功能,采用 π型濾波和 HT7136穩(wěn)壓管制作穩(wěn)壓電 源,輸出作純凈波形作為電源部分。

LC 諧振放大器(D 題 1系統(tǒng)方案論證

本題要求設計并制作低壓(直流 3.6V、低功耗(100mA以內 LC 諧振放大器。根據(jù)題目要求,本系統(tǒng)主要由衰 減器模塊、LC 諧振放大模塊、集成運放模塊、自動增益控制(AGC 模塊和電源模塊組成,下面分別論證上述幾個 模塊的設計方案和系統(tǒng)的總體方案。

1.1 衰減器模塊方案選擇 方案一: π型衰減器 方案二: T型衰減器 方案三: 橋 T 型

綜合上述三種方案, T 型與 π型都較易實現(xiàn)并且計算容易,故本系統(tǒng)選用 π型衰減器來實現(xiàn)系統(tǒng)輸入信號的衰 減。

1.2 LC諧振放大器模塊方案選擇

方案一: 采用雙調諧回路諧振放大器。因為本題要求矩形系數(shù)盡可能小,該諧振回路具有頻帶較寬、選擇性較好 的優(yōu)點。優(yōu)點是矩形系數(shù)低,較單調諧更易實現(xiàn)該條件,缺點是調試難度較大,放大倍數(shù)不易實現(xiàn)。

方案二:采用多級單調諧回路諧振放大器。由于本題要求增益較大,單級單調諧回路無法滿足該增益要求,故采用 多級單調諧回路諧振放大器,其特點是增益大,但選擇性差,通頻帶與增益矛盾突出,且多級容易引起自激振蕩。方案三:采用 OPA355運放電路。運算放大電路進行信號的放大,放大倍數(shù)大,更易達到本題所要求增益指標,前 級結合雙調諧濾波器進行選頻濾波。但采用運放會有頻帶無法達到指標的問題。

方案四:綜合 LC 多級單調諧放大和集成運放電路。多級單調諧放大回路易滿足頻帶要求,而集成運放電路易滿足 增益要求,該電路結合二者優(yōu)點。

綜合上述四種方案,本設計選擇方案四-綜合 LC 多級單調諧放大和集成運放電路。

1.3 自動增益控制的方案比較與選擇

方案一:采用單片機或 FPGA 電路進行自動增益控制,其優(yōu)點是可擴展功能豐富,性能穩(wěn)定,但缺點是單片機周邊 電路設計復雜、軟件設計繁雜,不便于設計。

方案二:采用 LM358硬件電路設計,通過 LM358芯片及滑阻對信號大小變化進行相應的自動增益調節(jié),電路設計簡

單,可實行性大,易于實現(xiàn)。

綜合上述兩種方案,本設計選擇方案二。1.4 電源模塊的方案比較與選擇 方案一:變壓器與穩(wěn)壓、濾波電路

變壓器經穩(wěn)壓管等器件輸出直流 3.6V。采用變壓器的電源模塊,可承受較大電流(最大可達 1.5A ,滿足實驗 中可能出現(xiàn)的大電流情況。市電中,除了紋波可能影響放大電路等高頻模塊的工作,市電中因電涌等情況,也可能 影響模塊工作,因此采用此方案時必須加入濾波電路。在設計的方案中,除了采用常見的大電容 +小電容濾波外, 需再加入 π型濾波電路,以保證輸出的電流趨于純凈,保證放大電路正常、穩(wěn)定工作。7805穩(wěn)壓管及其周邊電路滿 足電路 100mA 的電流需求。其整體流程見圖 1.3.1。

圖 1.4.1 電源模塊流程 方案二:電池供電。

通過三節(jié)鎳氫電池(每節(jié) 1.2V 串聯(lián)或單顆 3.6V 鋰離子電池,組成 3.6V 電源。電池提供的電源相比方案一更 為純凈,不會因為 220V 交流市電中的雜波而影響放大電路等模塊的工作。但是電池的放電電壓會隨著時間而降低, 除非另行設計電池電壓 /電流保護模塊,否則當電壓低于一定值后,電路將無法正常工作或損壞。在帶載為電動馬 達的情況下,三洋 2500mAh 鎳氫充電電池放電曲線如圖 1.3.2,因此不適合本系統(tǒng)使用。

圖 1.4.2 綜合考慮后,決定采用方案一-變壓器與穩(wěn)壓、濾波電路。1.5 系統(tǒng)的總體方案

根據(jù)系統(tǒng)設計要求和各功能模塊的方案選擇,本系統(tǒng)的總體設計方案原理框圖如圖 1.5.1所示。

輸入信號經衰減器衰減量 40dB 后,進入總共三級三極管放大,后經集成運放放大后輸出。

圖 1.5.1 系統(tǒng)整體框圖 2系統(tǒng)理論分析與計算

2.1 系統(tǒng)增益的分析和計算

本系統(tǒng)需滿足不小于 60dB 的增益,即本系統(tǒng)設計增益放大倍數(shù)不小于 1000倍 有 Au=Vo/Vi 2.1.1 單級放大器的增益

單調諧回路放大器是由單調諧回路作為交流負載的放大器,通過 LC 諧振進行選頻放大。

由

計算 Q 值: 計算電壓增益: 2.1.2多級放大器的增益

從對單管單調諧放大器的分析可知 , 其電壓增益取決于晶體管參數(shù)、回路與負載特性及接入系數(shù)等 , 所以受到

一定的限制。如果要進一步增大電壓增益 , 可采用多級放大器。級聯(lián)后的放大器的增益、通頻帶和選擇性都將發(fā)生 變化,且多級單調諧放大器的諧振頻率相同 , 均為信號的中心頻率。

由單調諧回路放大器電壓增益計算公式得:

2.2 AGC電路的分析和計算

一種自動調節(jié)系統(tǒng),其作用是通過環(huán)路自身的調解,使輸入、輸出之間保持某種預定的關系。

用于提高技術性能指標或實現(xiàn)某些特

定功能。在本放大電路中作為負反饋電路使用,可以增加 帶寬, 減小失真,提高電路的穩(wěn)定性。AGC 控制范圍大于 40 dB

AGC 控制范圍為 20log(V omin/V imin-20log(V omax/V imax(dB 2.3 放大器的帶寬與矩形系數(shù)計算(1、m 級放大器的帶寬:

(2、放大器矩形系數(shù):

當級數(shù) m 增加時,放大器的矩形系數(shù)有所改善,但這種改善是有限度的。多級放大器級數(shù)越多,矩形系數(shù)越小,與理想矩形特性越接近。2.3.1 選頻回路參數(shù)計算 選頻網絡: 根據(jù) 可計算得到 15MHZ 選頻網絡參數(shù),令 C=100P 可得 L ≈ 1uF f0=15MHz 3電路設計 3.1衰減器電路設計

衰減器電路如圖 1所示, π型濾波器

圖 3.1 衰減器電路 3.2 放大電路設計 放大電路如圖 3.2所示:(1、多級單調諧振放大器如圖 3.2.1:

圖 3.2.1 多級單調諧振蕩放大器

由四個單級單調諧電路組成,逐級放大,需仔細調節(jié) LC 諧振網絡,否則易引起自激振蕩,調試時常需以犧牲 增益倍數(shù)避免自激振蕩,且每級經過耦合電容都有一定程度的衰減,故放大倍數(shù)與理論值相差較遠。(2、OPA355諧振運放電路如圖 3.2.2 :

圖 3.2.2 – OPA355諧振運放電路

使用高速運放 OPA355構成諧振運算放大器,具有高增益,帶寬選擇性好的特點。通過調節(jié)兩個電感和精調電 阻對信號進行放大。

3.3穩(wěn)壓電源電路設計

電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個系統(tǒng)提供 3.6V 穩(wěn)定直流電壓,確保電路的正常穩(wěn)定工作。

這部分電路比較簡單,都采用三端穩(wěn)壓管實現(xiàn),中間結合 π型濾波器,提供純凈電源;使用 HT7136對整流后的波 進行穩(wěn)壓。其原理圖如圖 3.3

所示: 圖 3.3 穩(wěn)壓電源電路 3.4系統(tǒng)總體電路

系統(tǒng)電路原理圖如圖 3.4所示(不包含電源模塊 :

圖 3.4 系統(tǒng)總體電路

3.5 輸出最大不失真電壓及功耗的設計 輸出最大不失真電壓 :40mv 功耗: 工作電壓 3.6V

工作電流 0.04A 功耗小于 360W ,符合題意 4測試方案與測試結果 4.1測試方法與儀器

1、硬件聯(lián)調

2、測試儀器

測試儀器: 100MHz模擬示波器、直流電源供應器、高頻信號發(fā)生器、掃頻儀

3、測試方法

(1、接上變壓器啟動電源,為系統(tǒng)提供 3.6V 的穩(wěn)定電源;(2、用高頻信號發(fā)生器輸入 5mv 信號進入衰減器;(3、示波器探針探測放大電路各級輸出口,調試各級增益以及諧振頻率,逐級調試,直至完整系統(tǒng)電路最后 輸出口。

(4、改變高頻信號發(fā)生器輸入幅值,調節(jié) AGC 模塊,以調節(jié)電路增益的變化。4.2 測試結果及分析 4.3.1測試結果(數(shù)據(jù) 1.電壓增益測試數(shù)據(jù)

電壓增益測試數(shù)據(jù)如表 1所示: 表 1

2.諧振放大器幅頻特性 幅頻特性測試數(shù)據(jù)如表 2所示: 表 4.3.2測試結果分析與結論

根據(jù)上述測試數(shù)據(jù),可以得出以下結論:

1、輸入信號在 15MHz 左右的時候的增益最大

2、信號通頻帶較窄,基本符合題設要求

綜上所述, 本設計達到基本要求的所有要求和發(fā)揮部分的(2、(3 要求。此外, 系統(tǒng)整體功耗僅 180mW(50mA *3.6V=180mW ,功耗較小,屬發(fā)揮部分(4的要求。

附錄 1 :電路原理圖

附錄 1.1 放大電路原理圖

附錄 1.2 自動增益控制(AGC 原理圖

附錄 1.3 電源模塊原理圖

附錄 1.4 衰減器原理圖 附錄 2:PCB

板

附錄 2.1 放大電路及自動增益控制(AGC PCB 圖

附錄 2.2 電源模塊 PCB 圖

華僑大學廈門工學院 電子信息工程系 2011 年電子設計競賽 內部版 附錄 2.3 衰減器 PCB 圖 10

第五篇：電路基礎知識

1． 集成電路（integrated circuit）

是一種微型電子器件或部件，在電路中用字母“IC”表示。

集成電路按其功能、結構的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/模混合集成電路三大類。

集成電路按制作工藝可分為半導體集成電路和，其中膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。

2．集成電路的封裝

BGA(ball grid array)球形觸點陳列，表面貼裝型封裝之一。

BQFP(quad flat package with bumper)，帶緩沖墊的四側引腳扁平封裝，QFP 封裝之一，引腳數(shù)從84 到196 左右。

C－(ceramic)表示陶瓷封裝的記號。例如，CDIP 表示的是陶瓷DIP。

DIP(dual in-line package)雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側引出，封裝材料有塑料和陶瓷兩種。用低熔點玻璃密封的陶瓷DIP 也稱為cerdip。

Cerdip 用玻璃密封的陶瓷雙列直插式封裝。

FQFP(fine pitch quad flat package)小引腳中心距QFP。通常指引腳中心距小于0.65mm 的QFP

CQFP(quad fiat package with guard ring),帶保護環(huán)的四冊引腳扁平封裝，塑料QFP 之一。

DFP(dual flat package)雙側引腳扁平封裝。

LQFP(low profile quad flat package)薄型QFP。

SOIC(small out-line integrated circuit)

H-(with heat sink)表示帶散熱器的標志，如HSOP，表示待散熱器的SOP PGA(pin grid array)表面貼裝PGA，為插裝型封裝。

P-表示塑料封裝的記號，如PDIP，表示塑料DIP

PLCC（plastic leaded chip carrier）帶引線的塑料芯片載體，表面貼裝型封裝之

一。引腳從封裝的四個側面引出，成丁字形。

QFN（quad flat non-leaded package）四側無引腳扁平封裝，表面貼裝封裝。QFP(quad flat package)四側引腳扁平封裝，表面貼裝型之一，引腳從四個側面引出成海鷗翼（L）型?；挠刑沾桑芰?，金屬三種。

SIP(single in-line package)單列直插式封裝。

SMD（surface mount devices)表面貼裝器件 3． 集成電路板

集成是采用半導體制作工藝，在一塊較小的上制作上許多晶體管及電阻器、電容器等元器件，并按照多層布線或遂道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。它在電路中用字母“IC”（也有用文字符號“N”等）表示。

集成電路板按其功能、結構的不同，可以分為模擬集成電路板和數(shù)字兩大類