《常用放大电路原理与应用》课件

常用放大电路原理与应用欢迎参加本次关于常用放大电路原理与应用的课程本次课程旨在帮助大家深入理解和掌握各类放大电路的设计、分析和应用我们将从放大电路的基本概念入手，逐步深入到各种具体电路的原理和应用案例通过本课程的学习，你将能够独立设计和分析基本的放大电路，为未来的电子工程实践打下坚实的基础课程目标掌握放大电路的基本原理解各类放大电路的特12理点深入理解信号放大、放大倍数详细了解共射、共集、共基等、增益等基本概念，为后续学基本放大电路的特性，掌握其习打下坚实的基础应用场合能够设计基本放大电路3通过实践案例，掌握放大电路的设计流程和方法，能够独立完成基本电路设计放大电路的基本概念信号放大的定义放大倍数与增益放大电路的输入输出特性信号放大是指将微弱的输入信号经过电放大倍数是指输出信号幅度与输入信号输入特性描述了输入信号对放大电路的路处理，使其幅度增大，从而更容易被幅度的比值，是衡量放大电路性能的重影响，输出特性则描述了放大电路的输检测和利用的过程放大电路是实现信要指标增益通常用分贝（dB）表示，出能力理解这些特性有助于选择合适号放大的关键组件更能直观地反映放大效果的放大电路放大电路的主要性能指标输入阻抗输入阻抗是指从输入端看进去的等效阻抗，反映了放大电路对信号源的影响高输入阻抗有利于减小信号源的负载效应输出阻抗输出阻抗是指从输出端看进去的等效阻抗，反映了放大电路的输出能力低输出阻抗有利于提高带负载能力频率响应频率响应是指放大电路对不同频率信号的放大能力，通常用带宽来衡量宽的带宽意味着放大电路能够处理更广泛的频率范围失真度失真度是指输出信号与输入信号的差异程度，反映了放大电路的保真能力低的失真度意味着输出信号更接近原始信号半导体器件基础二极管特性二极管具有单向导电性，常用于整流、开关等电路中了解其正向导通和反向截止特性至关重要三极管结构三极管是放大电路的核心器件，由两个PN结组成掌握NPN和PNP两种类型三极管的结构特点结原理PNPN结是半导体器件的基础，了解其形成、工作原理以及正向偏置和反向偏置状态下的特性三极管的工作原理型三极管型三极管三极管的符号表示NPN PNPNPN型三极管以电子作PNP型三极管以空穴作掌握NPN和PNP三极管为主要载流子，电流从为主要载流子，电流从的电路符号，能够正确集电极流向发射极，基发射极流向集电极，基识别和分析电路图极电流控制集电极电流极电流控制集电极电流三极管的特性曲线输入特性曲线1描述了基极电流与基极-发射极电压之间的关系，反映了三极管的输入特性输出特性曲线2描述了集电极电流与集电极-发射极电压之间的关系，反映了三极管的输出特性，分为截止区、放大区和饱和区转移特性曲线3描述了集电极电流与基极电流之间的关系，反映了三极管的电流放大能力三极管的主要参数电流放大系数截止频率最大额定值β电流放大系数β是指集电极电流的变化量截止频率是指电流放大系数下降到一定最大额定值是指三极管能够承受的最大与基极电流的变化量之比，是衡量三极程度时的频率，反映了三极管的高频性电压、电流和功率，超过这些值可能会管放大能力的重要参数能高的截止频率意味着三极管能够处损坏三极管在设计电路时必须注意理更高频率的信号放大电路的工作点静态工作点的概念工作点的选择原则12静态工作点是指没有输入信号选择合适的工作点能够保证放时，三极管各极的电压和电流大电路正常工作，通常选择在值，也称为Q点放大区的中心位置，以获得最大的信号放大范围点的稳定性3QQ点的稳定性是指工作点受温度、电源电压等因素影响的变化程度，稳定的Q点能够保证放大电路的性能稳定偏置电路固定偏置分压偏置固定偏置是最简单的偏置方式，分压偏置利用电阻分压网络提供但稳定性较差，容易受温度影响基极电压，稳定性较好，应用广泛自偏置自偏置利用发射极电阻形成负反馈，进一步提高了工作点的稳定性静态工作点稳定措施温度补偿发射极旁路电容偏置电阻的选择利用二极管或热敏电阻发射极旁路电容能够消合理选择偏置电阻的阻等元件的温度特性来补除发射极电阻对交流信值，能够使工作点稳定偿三极管的温度漂移，号的影响，提高放大倍在合适的范围内保证工作点稳定数共射放大电路基本原理电路结构共射放大电路是指输入信号从基极输入，输出信号从集电极输出，发射极接地的放大电路工作原理输入信号通过基极电流控制集电极电流，实现信号放大特点分析具有较高的电压增益和电流增益，但输入阻抗较低，输出阻抗较高，相位反转共射放大电路的直流分析直流通路静态工作点计算温度稳定性分析分析直流工作状态时，电容视为开路，利用KVL和KCL定律，计算三极管各极的分析温度变化对工作点的影响，评估电电感视为短路，只考虑电阻的影响电压和电流值路的稳定性共射放大电路的交流分析交流等效电路电压增益计算12将电容视为短路，电感视为开利用小信号模型，计算电压增路，将直流电源视为接地，得益Av=Vo/Vi到交流等效电路输入输出阻抗3计算输入阻抗Ri和输出阻抗Ro，评估电路的带负载能力共集放大电路电路结构工作原理共集放大电路是指输入信号从基输入信号通过基极电流控制发射极输入，输出信号从发射极输出极电流，输出电压跟随输入电压，集电极接地的放大电路，也称变化为射极跟随器主要特点具有较高的输入阻抗，较低的输出阻抗，电压增益接近1，无相位反转，常用于阻抗匹配共基放大电路电路结构工作原理应用场合共基放大电路是指输入输入信号通过发射极电具有较低的输入阻抗，信号从发射极输入，输流控制集电极电流，实较高的输出阻抗，电压出信号从集电极输出，现信号放大增益较高，无相位反转基极接地的放大电路，常用于高频放大电路三种基本放大电路的比较电压增益1共射放大电路电压增益最高，共集放大电路电压增益接近1，共基放大电路电压增益较高电流增益2共射放大电路电流增益较高，共集放大电路电流增益最高，共基放大电路电流增益接近1输入输出特性3共射放大电路输入阻抗较低，输出阻抗较高；共集放大电路输入阻抗较高，输出阻抗较低；共基放大电路输入阻抗较低，输出阻抗较高相位关系4共射放大电路相位反转，共集放大电路和共基放大电路无相位反转多级放大电路耦合方式总增益计算频率特性多级放大电路通过耦合方式将各级放大多级放大电路的总增益等于各级放大电多级放大电路的频率特性受到各级放大电路连接起来，常见的耦合方式有RC耦路增益的乘积（用分贝表示时，等于各电路的影响，总带宽通常小于单级放大合、变压器耦合和直接耦合级增益之和）电路的带宽耦合放大电路RC电路结构工作原理12RC耦合放大电路利用电阻和电容隔离直流，电阻提供偏置电容进行级间耦合，结构简单，实现信号的传递和放大，成本低廉频率响应3频率响应受到耦合电容和电阻的影响，存在低频截止和高频衰减变压器耦合放大电路优缺点分析应用场合优点是可以实现阻抗匹配，提高常用于功率放大电路中，实现负效率；缺点是体积大，成本高，载与放大电路的阻抗匹配频率响应较差设计要点选择合适的变压器匝数比，保证阻抗匹配，提高效率直接耦合放大电路结构特点应用范围设计考虑直接耦合放大电路直接将各级放大电路连可以放大直流信号和低频信号，常用于直需要考虑零点漂移问题，采取措施进行温接起来，没有耦合元件，结构简单流放大电路和仪表放大电路度补偿差动放大电路原理电路结构差动放大电路有两个输入端和一个或两个输出端，可以放大两个输入信号的差值工作原理利用对称性，抑制共模信号，放大差模信号共模抑制比共模抑制比是指差动放大电路对差模信号的放大倍数与对共模信号的放大倍数之比，是衡量差动放大电路性能的重要指标差动放大电路的应用运算放大器仪表放大器信号处理运算放大器是基于差动放大电路的集成仪表放大器是一种高精度差动放大电路差动放大电路可以用于信号的差分放大电路，具有高增益、高输入阻抗和低输，具有高共模抑制比、高输入阻抗和低、共模抑制和电平转换等信号处理出阻抗等特点，应用广泛输出阻抗等特点，常用于测量微弱信号功率放大电路基础功率放大的概念效率与失真12功率放大电路是指能够提供较效率是指输出功率与输入功率大输出功率的放大电路，主要之比，失真是指输出信号与输用于驱动负载，如扬声器、电入信号的差异程度功率放大机等电路需要兼顾效率和失真散热考虑3功率放大电路通常会产生大量的热量，需要采取散热措施，如散热器、风扇等，以保证电路正常工作类功率放大电路A工作原理效率分析A类功率放大电路是指在整个信效率较低，理论最大效率为50%号周期内，三极管都处于导通状，实际效率通常低于30%态的放大电路应用场合常用于小功率放大电路，对线性度要求较高的场合类功率放大电路B推挽输出交越失真效率计算B类功率放大电路采用存在交越失真，需要采效率较高，理论最大效推挽输出结构，两个三取措施进行消除率为

78.5%极管分别放大正半周和负半周信号类功率放大电路AB工作原理失真改善实际应用AB类功率放大电路是A类和B类功率放与B类功率放大电路相比，大大减小了在音频功率放大器中应用广泛大电路的折中，在静态时有少量电流导交越失真，提高了线性度通，能够减小交越失真场效应管放大电路结构特性基本放大电路JFET MOSFETJFET是结型场效应管，利用栅极电压控MOSFET是金属-氧化物-半导体场效应管场效应管可以构成共源、共栅和共漏三制沟道电流，分为增强型和耗尽型，具有输入阻抗种基本放大电路高、噪声低等优点场效应管共源放大电路电路分析特性计算应用实例123共源放大电路是指输入信号从栅极具有较高的电压增益，输入阻抗高常用于电压放大电路输入，输出信号从漏极输出，源极，输出阻抗较高，相位反转接地的放大电路运算放大器基础理想特性基本参数应用电路理想运算放大器具有无限大的增益、实际运算放大器具有有限的增益、有运算放大器可以构成反相放大器、同无限大的输入阻抗和零输出阻抗限的输入阻抗和非零的输出阻抗，还相放大器、加法器、减法器、积分器有输入偏置电流、输入失调电压等参、微分器等多种应用电路数反馈放大电路原理反馈的概念正负反馈反馈类型反馈是指将输出信号的正反馈是指反馈信号与根据反馈信号的取样方一部分或全部返回到输输入信号同相，会导致式和混合方式，可以分入端，与输入信号进行电路振荡；负反馈是指为电压串联负反馈、电比较，从而影响放大电反馈信号与输入信号反流串联负反馈、电压并路的性能相，能够改善电路的性联负反馈和电流并联负能反馈四种类型负反馈的作用增益稳定性负反馈能够降低放大电路的增益对元件参数变化的敏感度，提高增益的稳定性带宽改善负反馈能够扩展放大电路的带宽，提高电路的频率响应失真减小负反馈能够减小放大电路的失真，提高电路的线性度电压串联负反馈工作原理特性分析实际应用从输出端取样电压信号，与输入信号串能够提高输入阻抗，降低输出阻抗，稳常用于电压放大电路联后进行比较定增益，扩展带宽电流串联负反馈电路结构特性分析12从输出端取样电流信号，与输能够提高输入阻抗，稳定增益入信号串联后进行比较，扩展带宽应用场合3常用于电流放大电路和跨导放大电路电压并联负反馈基本原理特性计算实际电路从输出端取样电压信号，与输入信号能够降低输入阻抗，降低输出阻抗，常用于反相放大电路并联后进行比较稳定增益，扩展带宽电流并联负反馈电路分析特性计算应用实例从输出端取样电流信号能够降低输入阻抗，稳常用于跨阻放大电路，与输入信号并联后进定增益，扩展带宽行比较振荡放大电路振荡条件振荡条件是指在没有外部输入信号的情况下，电路能够产生持续振荡的条件，包括幅度条件和相位条件频率稳定振荡电路的频率稳定性是指振荡频率受温度、电源电压等因素影响的变化程度，高频率稳定性是振荡电路的重要指标应用范围振荡电路广泛应用于信号发生器、时钟电路、通信系统等领域振荡器LC工作原理频率计算实际应用LC振荡器利用电感和电容的储能特性，振荡频率由电感和电容的数值决定，f=常用于高频振荡电路产生振荡信号1/2π√LC振荡器RC电路结构频率特性12RC振荡器利用电阻和电容的振荡频率由电阻和电容的数值充放电特性，产生振荡信号，决定常见的有文氏电桥振荡器和移相振荡器设计要点3需要保证环路增益大于1，且环路相位移为0或2π的整数倍石英晶体振荡器原理特点频率稳定性石英晶体具有压电效应，能够将具有极高的频率稳定性，常用于机械振动转换为电信号，反之亦高精度时钟电路然，因此可以作为振荡电路的谐振元件应用领域广泛应用于计算机、通信设备、仪器仪表等领域选频放大电路基本概念工作原理应用场合选频放大电路是指能够利用谐振电路的选频特常用于通信系统中的高选择特定频率信号进行性，放大特定频率的信频放大电路放大的电路号高频放大电路特殊要求电路结构应用实例需要考虑高频效应，如分布电容、电感常采用共基放大电路或差动放大电路常用于无线通信系统中的射频放大电路等，采取措施进行抑制宽带放大电路带宽要求补偿技术实际应用需要具有较宽的带宽，能够放大较宽频常采用负反馈、频率补偿等技术，扩展常用于视频放大电路、高速数据传输等率范围内的信号带宽领域直流放大电路零点漂移温度补偿12直流放大电路存在零点漂移问需要采取措施进行温度补偿，题，即在没有输入信号时，输减小零点漂移出端也存在电压漂移应用范围3常用于测量微弱的直流信号，如温度、压力等仪表放大电路结构特点性能指标由多个运算放大器组成，具有高共模抑制比、输入阻抗、输出阻输入阻抗、高共模抑制比和低输抗、增益精度等出阻抗等特点应用领域常用于测量微弱信号、传感器信号放大等领域音频放大电路频率特性失真控制实际应用需要满足音频频率范围需要控制失真，保证音常用于音响设备、耳机内的要求，通常为质放大器等领域20Hz-20kHz射频放大电路工作特点工作频率高，需要考虑高频效应，如分布电容、电感等匹配要求需要进行阻抗匹配，保证信号的有效传输应用实例常用于无线通信系统中的射频前端放大电路的温度补偿补偿方法电路设计实际应用利用二极管、热敏电阻等元件的温度特选择合适的补偿元件，设计合理的补偿保证放大电路在不同温度下都能稳定工性，补偿三极管的温度漂移电路作放大电路的频率补偿补偿原理实现方法12利用电容或电感等元件的频率常采用超前补偿、滞后补偿等特性，改变放大电路的频率响方法应效果分析3能够提高放大电路的稳定性，扩展带宽放大电路的故障分析常见故障检测方法无输出、输出失真、增益下降等电压测量、电流测量、电阻测量等维修技巧排除法、替换法等放大电路的测试方法参数测试性能评估测试设备增益、带宽、输入阻抗线性度、失真度、噪声示波器、信号发生器、、输出阻抗等等频谱分析仪等放大电路的设计步骤指标确定增益、带宽、输入阻抗、输出阻抗、电源电压等电路选择共射、共集、共基、差动等元件计算电阻、电容、电感、三极管等设计注意事项PCB布局布线接地技术抗干扰措施合理布局，减少信号线长度，避免信号采用单点接地或多点接地，保证接地良采用屏蔽、滤波等措施，抑制干扰信号线交叉好实用电路实例一前置放大器设计分析12用于放大微弱信号，如麦克风确定增益、带宽、输入阻抗等信号、传感器信号等指标，选择合适的电路结构和元件参数实测结果3测试增益、带宽、失真度等参数，验证设计是否满足要求实用电路实例二功率放大器电路分析用于驱动负载，如扬声器、电机确定输出功率、效率、失真度等等指标，选择合适的电路结构和元件参数性能测试测试输出功率、效率、失真度等参数，验证设计是否满足要求实用电路实例三仪表放大器设计要点应用效果用于放大微弱的差分信选择合适的运算放大器能够有效抑制共模干扰号，具有高共模抑制比，设计合理的反馈网络，提高信号的测量精度和高输入阻抗新型放大器件介绍集成运放集成运算放大器具有体积小、功耗低、性能稳定等优点，应用广泛专用放大器针对特定应用设计的放大器，具有更高的性能和更好的适应性发展趋势集成化、智能化、低功耗放大电路的发展方向集成化智能化低功耗将更多的电路集成到芯片上，减小体积具有自适应、自诊断、自校正等功能，降低功耗，提高能源利用率，延长电池，降低成本提高电路的可靠性和性能使用时间课程总结重点内容回顾设计方法总结12放大电路的基本概念、基本原指标确定、电路选择、元件计理、设计方法、应用实例等算、PCB设计等应用技巧归纳3温度补偿、频率补偿、故障分析、测试方法等思考与练习典型题目解析设计实践要求分析典型题目，掌握解题思路和完成放大电路的设计任务，提高方法实践能力进一步学习建议阅读相关书籍和论文，深入学习放大电路的理论和应用。