《基本放大電路》PPT課件.ppt

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1、電路與電子學(xué)基礎(chǔ) 8.1 三極管放大電路 8.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 8.3 三種基本組態(tài)放大電路 8.4 放大電路的頻率特性 8.6 多極放大電路 8.7 功率放大電路 8.8 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 了解放大電路的基本概念及結(jié)構(gòu)組成； 熟悉低頻小信號(hào)放大電路、功率放大器的 工作原理；掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法；理 解反饋對(duì)放大電路性能的影響。 學(xué)習(xí)目的與要求 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.1 三極管放大電路 放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛的一種單元電路。 所謂“放大”，是指將一個(gè)微弱的電信號(hào)，通過(guò)某種裝置

2、 ， 得到一個(gè)波形與該微弱信號(hào)相同、但幅值卻大很多的信號(hào)輸 出。這個(gè)裝置就是晶體管放大電路。 “放大”作用的實(shí)質(zhì)是 電 路對(duì)電流、電壓或能量的控制作用 。 揚(yáng)聲器負(fù)載 輸入信號(hào)源 擴(kuò)音器中放大電路的組成 為 放 大 器 提 供 能 量 的 直 流 電 源 RS + US 放大電路 + u0 i0 話筒送來(lái)的微 弱音頻信號(hào) 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 ui 放 大 電 路 微弱輸入 小信號(hào) ui u 0 幅度大大增強(qiáng) 的輸出信號(hào) u0 放大電路的放大作用，實(shí)質(zhì)是把直流電源 UCC的能量轉(zhuǎn)移 給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用則是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大電 路輸

3、出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化。 放大電路的核心元件是晶體管，因此，放大電路若要實(shí)現(xiàn) 對(duì)輸入小信號(hào)的放大作用，必須首先保證晶體管工作在放大 區(qū)。 晶體管工作在放大區(qū)的外部偏置條件是：其 發(fā)射結(jié)正向偏 置、集電結(jié)反向偏置 。此條件是通過(guò)外接直流電源，并配以 合適的偏置電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 電子技術(shù)中以晶體管為核心元件，利用晶體管的以小控 大作用，可組成各種形式的放大電路，基本放大電路的形 式分以下三種組態(tài)： u0 ui b c e u0 ui b e c u0 u

4、i b e c 共射組態(tài)放大電路 共集電組態(tài)放大電路 共基組態(tài)放大電路 無(wú)論放大電路的組態(tài)如何，其 目的都是讓輸入的微弱小信號(hào) 通過(guò)放大電路后，輸出時(shí)其信號(hào)幅度顯著增強(qiáng)。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 基本放大電路的核心元件是晶體管， 放大電路的作用是實(shí) 現(xiàn)對(duì)微弱小信號(hào)的幅度放大，單憑晶體管的電流放大作用顯 然無(wú)法完成。必須在放大電路中設(shè)置直流電源，并保證晶體 管工作在線性放大區(qū)。因此，放大電路必須具備的條件是： 核心元件晶體管必須 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 ； 輸入回路的設(shè)置應(yīng)使輸入信號(hào)耦合到晶體管輸入電 路，以 保證晶體管的以小控大作用

5、； 輸出回路的設(shè)置應(yīng)保證晶體管放大后的電流信號(hào)能 夠 轉(zhuǎn)換成負(fù)載需要的電壓形式 ； 不允許 被傳輸小信號(hào)放大后 出現(xiàn)失真。 放大電路的組成原則 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 共發(fā)射極放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的放大電 路形式，其電路組成的一般形式為： 3DG6管 RB UBB C1 + RC UCC C2 + 放大電路的核心元 件 三極管 輸入回路 耦合電容 基極電阻 基極電源 集電極電阻 為放大電路 提供能量的 直流電源 輸出回路耦 合電容 上圖所示為雙電源組成的共發(fā)射極基本放大電路。 共射放大電路的組成及各部分作用 基本放

6、大電路 第 2章 基本放大電路 實(shí)際應(yīng)用中，共射放大電路通常采用單電源供電，各 部分的作用分別如下： 晶體管的作用是把放大 電路輸入的小電流進(jìn)行 放大，并控制能量轉(zhuǎn)移 向放大電路提供能 量，保證晶體的放 大作用。 基極偏置電阻的 作用是為放大電路 提供合適的靜態(tài)工 作點(diǎn)，保證晶體管 工作在放大區(qū)。 輸入耦合電容的作用是通 交隔直。一方面防止放大 電路內(nèi)直流部分對(duì)輸入的 影響，另一方面讓輸入交 流信號(hào)順利通過(guò)。 輸出耦合電容的作用 是隔離放大電路內(nèi)部 的直流和讓放大的交 流信號(hào)順利輸出。 集電極電阻的作用是將放大后的集電極 電流轉(zhuǎn)換成電路所需的電壓輸出。 3DG6管 R

7、B C1 + RC C2 + +UCC 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 輸入信號(hào) ui=0、只在直流電源 UCC作用下電路的狀態(tài)稱 “ 靜態(tài) ”。直流分析就是要求出此時(shí)的 IB、 IC和 UCE三數(shù)值。 C1 + C2 + IC UBE 放 大 電 路 的 直 流 通 道 UCE 3DG6 RB RC UCC c e b IC=IB UCE=UCC ICRC IB= R B UCC-UBE 直流下耦合電容 C1、 C2相當(dāng)于開(kāi)路， 由直流通道求工作點(diǎn)上的 IB： IB 由圖可得 由晶體管放大原理可求得 IC： 由圖又可求得工作

8、點(diǎn)上 UCE： 式中 ICRC前面的負(fù)號(hào)表示輸出 電壓與集電極電流 IC反相。 1. 近似計(jì)算即估算法 8.1.2 放大電路的靜態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 UBE(V) IB 0.5V 0.7V 死區(qū) ui t 0 ib t 0 t1 t1 t2 t3 t4 t3 t2 t4 此時(shí) ui小于死區(qū)的部分將無(wú)法得到 傳輸，只有大于死區(qū)的部分才能轉(zhuǎn) 換成電流 ib通過(guò)晶體管。 由于輸入信號(hào)大部分無(wú)法通過(guò) 晶體管， ib電流波形與 ui波形完 全不一樣了，造成輸入信號(hào)輸 入時(shí)的嚴(yán)重“ 截止失真 ”。 輸入信號(hào) 電壓波形 假如不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

9、 行嗎？ 結(jié)論： 為保證傳輸信號(hào)不失真地輸入到放大器中得到放 大，必須在放大電路中設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 IC IE IB UBE UCE RB RC UCC c e b 已知放大電路直流通道中 UCC=10V， RB=250k， RC= 3k， =50，試求該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn) Q。 V42.4386.110 mA86.10 3 7 2.050 A2.37 250 7.010 CCCCE BC B BECC B RiUU II R UU I C IB=37.2A 所以靜態(tài)工作點(diǎn) Q： IC=1.86mA UCE=4.42V 注意：

10、 計(jì)算中一定要弄明白各量的單位，不允許寫錯(cuò)！ 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 利用晶體管的輸入、輸出特性曲線求解靜態(tài)工作點(diǎn)的方法 稱為圖解法。其分析步驟一般為： 2. 圖解法 a.按已選好的管子型號(hào)在手冊(cè)中查找、或從晶體管圖示儀上 描繪出管子的輸入、輸出特性如下圖所示： uBE iB iC uCE 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 b.畫出直流負(fù)載線。此步驟是圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)鍵。 由放大電路的直流通道可得： UCE IC IE IB UBE RB RC UCC c e b UCE=UCC ICRC 令 UCE=0， 可得： IC=UCC/RC 令

11、IC=0 可得： UCE=UCC IC UCE UCC RC UCC 連接兩點(diǎn)作出直流負(fù)載線 c.確定靜態(tài)工作點(diǎn) 只有 I BQ對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)才是 Q點(diǎn) Q IBQ 直流負(fù)載線上交點(diǎn)有多個(gè) 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.2.1 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 由上述分析可知，固定偏置的放大電路存在很大的不足。 這種電路中，當(dāng) 溫度 TQ點(diǎn) ICUCEVC IC UCE Q 若 溫度上升，將造成 輸出特性曲線上移。 靜態(tài)工作點(diǎn) Q 隨之上移 Q 如果 VCIB的小信號(hào)條件下，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，雖 然也要引起 IC的變化，但對(duì)基極電位沒(méi)有多大影響。實(shí)際模 擬電子線路中，設(shè)

12、計(jì)流過(guò) RB1和 RB2支路的電流遠(yuǎn)大于基極電 流 IB，因此可近似把 RB1和 RB2視為串聯(lián)，串聯(lián)可以分壓，根 據(jù)分壓公式即可確定基極電位 VB。 1. 靜態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 直流分析時(shí)，此電路需滿足 I1I2IB的小信號(hào)條件。 C2 C1 CE RC 3DG6 c b e RE +UCC RB2 RB1 I1 I2 IB V B B2B1 B2 CCB RR RUV 顯然 VB的大小 與溫度無(wú)關(guān)。 分 壓 式 偏 置 共 射 放 大 電 路 的 直 流 通 道 偏置電阻 RB1和 RB2應(yīng)選擇適當(dāng) 數(shù)值，使之符合： I1I2

13、IB 的 條件。在小信號(hào)條件下， IB可 近似視為 0值。 忽略 IB時(shí)， RB1和 RB2可以對(duì) UCC進(jìn)行分壓。即： 1. 靜態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 上述分析步驟，就是分壓式偏置的共發(fā)射極電壓放大 電路求解靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法 。顯然，基極電位 VB的高 低對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)影響非常大。 UBE RC c b e RE +UCC RB2 RB1 I1 I2 IB V B B2B1 B2 CCB RR RUV )( ECCCCCE RRIUU IE IC UCE C B II E BEB EC R UVII 基本放大電路 第 2章 基本放大

14、電路 IC UCE 基極電位 VB的高低對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn) Q的影響 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)是對(duì)放大電路的基本要求?；鶚O電 位 VB選擇偏高或偏低時(shí)， Q點(diǎn)隨之上移或下行。設(shè) VB較高時(shí)： Q ib u0 Q點(diǎn)的上移造成放 大過(guò)程中信號(hào)的一 部分進(jìn)入飽和區(qū)， 發(fā)生飽和失真，集 電極電流 上削波 。 放大電路輸出 電壓同樣產(chǎn)生飽 和失真。由于共 射電路輸入、輸 出反相，因此輸 出電壓呈 下削波 。 結(jié)論： 輸入信號(hào)波形 iC VB值大 Q點(diǎn)高， 飽和 失真！ 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 IC UCE 基極電位 VB設(shè)置較低時(shí)對(duì) Q點(diǎn)的影響 VB設(shè)置的高低，取

15、決于兩個(gè)基極偏置電阻的數(shù)值選擇，當(dāng) RB1太大時(shí)， VB值就會(huì)較低，引起靜態(tài)工作點(diǎn) Q下行： Q ib 輸入信號(hào)波形 Q點(diǎn)下行造成放大過(guò)程 中信號(hào)的一部分進(jìn)入截 止區(qū)，發(fā)生截止失真， 集電極電流呈 下削波 。 iC u0 放大電路輸出電壓同樣產(chǎn) 生截止失真。由于共射電 路輸入、輸出反相，因此 輸出電壓呈現(xiàn) 上削波 。 結(jié)論： VB值小 Q點(diǎn)低， 截止 失真！ 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 V4121020 10CC B2B1 B2 B URR RV R s u s + + u i R L + u o + U CC R C C 1

16、C 2 V R B1 R B2 R E C E + + + 圖示電路 ， 已知 UCC=12V， RB1=20k， RB2=10k， RC=3k， RE=2k， RL=3k， =50。 試估算靜態(tài)工作點(diǎn) ， 并求電壓放大倍數(shù) 、 輸入電阻和輸出電阻 。 （ 1） 用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) mA65.12 7.04 E B E QB EQCQ R UUII A33mA5065.1CQBQ II V75.3)23(65.112)( ECCQCCC E Q RRIUU 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 通過(guò)分析可知， 交流放大電路中如果不設(shè) 置靜態(tài)工作點(diǎn)，

17、輸入的交流信號(hào)就無(wú)法全部 通過(guò)放大電路，造成傳輸過(guò)程中信號(hào)的嚴(yán)重 失真；若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合適，同樣會(huì)發(fā) 生傳輸過(guò)程中的 飽和 失真和 截止 失真。 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)顯然是放大電路保證傳輸質(zhì)量的必 要條件，其設(shè)置的原則是：保證正常的輸入信號(hào)不失真的輸 出且保證靜態(tài)工作點(diǎn)的相對(duì)穩(wěn)定。 分壓式偏置的共射放大電路顯然可以實(shí)現(xiàn)上述原則。通過(guò) 選擇合適的分壓電阻 RB1和 RB2，可獲得一個(gè)恰當(dāng)?shù)幕鶚O電位 VB值，以確保晶體管的 發(fā)射結(jié)正偏 和 集電結(jié)反偏 。這樣，在 信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中晶體管就會(huì)始終工作在放大區(qū)，使放大電 路正常工作。電路中的反饋電阻 RE則起到了穩(wěn)定工作點(diǎn)的作 用，從而

18、抑制了由于溫度變化對(duì)放大電路產(chǎn)生的影響。 學(xué)習(xí)與歸納 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 放大電路中各電 壓、電流的符號(hào) 有何規(guī)定 ? 你會(huì)做嗎？ 放大電路的基本概念 是什么？放大電路中 能量的控制與變換關(guān) 系如何？ 說(shuō)明共發(fā)射極電壓放大器 輸入電壓與輸出電壓的相位 關(guān)系如何？ 如果共發(fā)射極電壓 放大器中沒(méi)有集電極 電阻 RC，能產(chǎn)生電壓 放大嗎？ 基本放大電路的組 成原則是什么？以 共射組態(tài)基本放大 電路為例加以說(shuō)明 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 放大電路中為什么要 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？靜 態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定對(duì)放 大電路有何影響？ 你會(huì)做嗎？ 放大電

19、路的失真包括 哪些？如何消除失真 ？?jī)煞N失真下集電極 電流的波形和輸出電 壓的波形有何不同？ 影響靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的因 素有哪些？其中哪個(gè)因素影 響最大？如何防范？ 靜態(tài)時(shí)耦合電容 C1、 C2 兩端有無(wú)電壓？若有， 其電壓極性和大小如何 確定？ 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 2. 動(dòng)態(tài)分析 放大電路加入交流輸入信號(hào)的工作狀態(tài)稱為 動(dòng)態(tài) 。 動(dòng)態(tài)時(shí)， 放大電路輸入的是交流微弱小信號(hào)；電路內(nèi)部各電壓、電流 都是交直流共存的疊加量；放大電路輸出的則是被放大的輸 入信號(hào)。性能指標(biāo)分析就是要 求解有信號(hào)輸入時(shí)放大電路的 輸入電阻 r0、輸出電阻 ri及電壓放大倍數(shù) Au等

20、指標(biāo)。 CE RC +UCC RB1 RB1 RC c b e RL R B2 T RS uS C2 C1 RE 分壓式偏置共發(fā)射極放大電路 輸入信號(hào)源 放大電路 負(fù)載 電源為 0時(shí)可 視為“ 地 ” 電容相當(dāng)于 “ 交流短路 ” RB1相當(dāng)于接 于基極與“ 地 ”之間 RC相當(dāng)于接 于集電極與 “ 地 ”之間 分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的交流通道 由于發(fā)射極為輸入、輸出回路的公共支路，因之而稱為共 發(fā)射極組態(tài)的放大電路。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 電容 CE在電路中起何作用？ +UCC CE RE RB1 RB2 C2 R C

21、 C1 T c b e 電容 CE的作用：交流通路 中，射極電容將反饋電阻短 路，則 Au不受影響。 如果把射極電容去 掉，對(duì)電路會(huì)產(chǎn)生 何影響？ 如果把射極電容 CE去掉，交流 通道反饋電阻 RE仍起作用，則 IE減小， rbe增大，負(fù)載不變情 況下，電壓放大倍數(shù) Au降低。 動(dòng)態(tài)分析的方法通常采用微變等效電路法。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 微變等效電路分析法 微變等效電路法就是在滿足小信號(hào)條件下，將晶體管線性 化，把放大電路等效為一個(gè)近似的線性電路，然后應(yīng)用線性 電路的求解方法求出 ri、 r0、 Au的方法。 RB1 RC c b e

22、RB2 T 一般情況下，由高、低頻小功 率管構(gòu)成的放大電路都符合小信 號(hào)條件。因此其輸入、輸出特性 在小范圍內(nèi)均可視為線性。 ib ib RB1 RC RB2 rbe 晶體管的微變等效電路。其中 rbe是 晶體管輸入端的等效電阻，受控電 流源相當(dāng)晶體管的集電極電流。顯 然微變等效電路反映了晶體管電流 的 以小控大 作用。 圖中： 晶體管交流輸入等效電阻 mA mV26)1(3 0 0 E be Ir 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 RB1 RC RB2 rbe ib ib 晶體管的微變 等效電路 ii ui u0 i0=0 iC 基極電流 集電極電流 放大電路 的輸入電

23、 壓和電流 放大電路 的輸出電 壓和電流 電路交流等效輸入電阻： ri=rbe//RB1//RB2 由于小信號(hào)電路有 RB1和 RB2 rbe ，所以 ri rbe 顯然交流等效輸 出電阻： r0=RC 電路中電壓放大倍數(shù)： be C beb Cb i 0 uA r R ri Ri u u 若電路接入負(fù)載，則電路的電壓放大倍數(shù)： be L be LC u //A r R r RR 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 共發(fā)射極放大電路微變等效電路法的動(dòng)態(tài)分析結(jié)果為： bebeB2B1i //// rrRRi ur i i 式中負(fù)號(hào)反映了 輸出電壓與輸入 電壓的反相關(guān)系

24、 顯然，放大電路帶上負(fù)載 后，其電壓放大倍數(shù)將降 低 。負(fù)載越大， RL等效 電阻越小，放大倍數(shù)下降 越多。 共發(fā)射極放大電路的主要任務(wù)是對(duì)輸入的小信號(hào)進(jìn)行電壓 放大，因此電壓放大倍數(shù) Au是衡量放大電壓性能的主要指標(biāo) 之一。 共射放大電路的電壓放大倍數(shù)隨負(fù)載增大而下降很多，說(shuō) 明這種放大電路的帶負(fù)載能力不強(qiáng)。 A be C u r R C0 Rr // A LCL be L u RRRr R 其中， 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 微 變 等 效 電 路 ib ib RB1 RC RB2 rbe Re 動(dòng)態(tài)分析： ebe L u C0

25、ebeB2B1i )1( A ),//(// Rr R RRRrRRR 顯然電路中加了交流反饋電阻 Re后，電路中的電壓放大倍 數(shù)進(jìn)一步降低了。 共射放大電路中含有交流反饋電阻的動(dòng)態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 輸入電阻 ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源吸取電流 的大小。為減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)，總希望 Ri大些。另外，較 大的輸入電阻 ri，也可降低信號(hào)源內(nèi)阻 RS的影響，使放 大電路獲得較強(qiáng)的輸入電壓。在共發(fā)射極放大電路中， 由于 RB比 rbe大得多， ri近似等于 rbe，一般只有幾百歐至 幾千歐，阻值比較低，即共射放大器 輸入電阻不理想 。 輸

26、入、輸出電阻對(duì)放大器 有何影響？ 對(duì)負(fù)載而言，總希望放大電路的輸出電阻越小越好。因?yàn)榉糯?電路輸出電阻 r0越小，負(fù)載電阻 RL的變化對(duì)輸出電壓的影響就越 小，則放大電路的帶負(fù)載能力就越強(qiáng)。而共射放大電路的輸出電 阻 r0在通常只有幾千歐至幾十千歐，因此 輸出電阻較大也不理想 。 電壓放大倍數(shù)與晶體管的電流放大倍數(shù) 、動(dòng)態(tài)輸入電阻 rbe及集 電極電阻 RC、負(fù)載電阻 RL均有關(guān)。由計(jì)算式可看出，當(dāng) rbe 和 RL 一定時(shí)， Au與 成正比。共發(fā)射極電壓放大器由于自身的 特點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用于多級(jí)放大電路中。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 想想 練練 1、下圖中設(shè)

27、 UCC和 RC為定值，當(dāng)基極電流增加時(shí)， IC能否成 正比地增加？最后接近何值？此時(shí) UCE=？當(dāng)基極電流減 小時(shí)， IC又如何變化？最后達(dá)到何值？這時(shí)的 UCE約等于 多少？ ic(mA) uCE(V) UCE Q UCC Q2 Q1 UCC RC 80A 60A 40A 20A IB=0 0 1V CCCE BC B CE BC B UU II I U II I 值，這時(shí)后接近 倍減小，最仍能成 在放大區(qū)范圍內(nèi)減小時(shí)，當(dāng) 左右，近飽和值，此時(shí) 倍增加，最后接成 內(nèi)增加時(shí)，在放大區(qū)范圍當(dāng) 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 說(shuō)一說(shuō)下圖所示各電路能否放大交流信號(hào)？

28、為什么？ C2 C1 RC T +UCC RB2 ui u0 (a) C2 C1 RC T RE +UCC RB2 RB1 ui u0 (d) C2 C1 RC T +UCC RB1 ui u0 (b) C2 C1 RC T +UCC RB2 RB1 ui u0 (c) 不能！ 不能！ 不能！ 不能！ VB=UCC， 飽和失真 VB=UBE， 截止失真 NPN管的電 路，電容極 性接反。 PNP管的電 路，電源、 電容極性均 接反。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 V4121020 10CC B2B1 B2 B URR RV R s

29、 u s + + u i R L + u o + U CC R C C 1 C 2 V R B1 R B2 R E C E + + + 圖示電路 ， 已知 UCC=12V， RB1=20k， RB2=10k， RC=3k， RE=2k， RL=3k， =50。 靜態(tài)工作點(diǎn)在前面 例題中已經(jīng)解出 ， 試求 Au、 輸入電阻和輸出電阻 。 （ 1） 靜態(tài)工作點(diǎn)求出的結(jié)果為： mA65.12 7.04 E B E QB EQCQ R UUII A33mA5065.1CQBQ II V75.3)23(65.112)( ECCQCCC E Q

30、 RRIUU 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 - 6 81 1033 000 / / 300 0- 5 0r - be L u RA R s u s + + u i R L + u o + U CC R C C 1 C 2 V R B1 R B2 R E C E + + + （ 2） 求解 Au、 ri、 ro 3kco Rr 9 4 412 0 / / 1 0 / / 1 .//// beB2B1i rRRr 1 10 3 1 .6 5 26 5 0)(13 00 2 6m A )(13 00r EQ be

31、I 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.3 三種基本組態(tài)放大電路 8.3.1 共集電極放大電路 T RB RE u0 ui UCC C1 + RL C2 + 觀察左圖，可見(jiàn)共集電極放大 電路的 特點(diǎn) 是： 晶體管的 集電極 直接與直流電源 UCC相接 ， 負(fù)載 接在發(fā)射極電阻兩端 。 顯然，電 路的 輸入極仍為基極 ， 輸出極卻 是發(fā)射極 。 直 流 通 道 T RB RE UCC IB IC IE EBBEBBCC )1( RIURIU UBE 1. 靜態(tài)工作點(diǎn) ECCCCE RIUU BC EB BECC B )1( IIRR UUI ，

32、 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 顯然，集電極為 輸入、輸出回路 共同的交流 “ 地 ” 端 ，因此稱之為 共集電極放大電路 。 T RB RE u0 ui 交流情況下 UCC=0，相當(dāng)于“ 地 ”電 位 C1 + RB C2 + RB相當(dāng)于接在 基極與“地” 之間 耦合電容 C1、 C2相當(dāng)于 短路 微變等效電路 ib ib RL RB rbe RE ui u0 )//()1( LCbo RRiu Lbbeb )1( Ririu i Lbe Lo u )1( )1(A Rr R u u i 求電路的電壓放大倍數(shù) Au 2. 動(dòng)態(tài)分析 基本放大電路

33、第 2章 基本放大電路 Lbe Lo u )1( )1(A Rr R u u i 通常 (1+)RLrbe，故式中分 子小于約等于分母，即共集電極 放大電路的 Au小于和約等于 1。 因 Au為正值，說(shuō)明 ui與 u0相位相同；又因 ui u0，說(shuō)明電路 中的電壓并沒(méi)有被放大。但是，電路中 ie=(1+)ib，說(shuō)明電路 仍有電流放大和功率放大作用。此外， u0是由射極輸出的， 因之共集電極放大電路又稱為“ 射極輸出器 ”。 求電路的輸入電阻 ri )1(// LbeB RrRr i 求電路的輸出電阻 r0 be 0 rr 射極輸出器的 Ri較大 ，通?？蛇_(dá)幾十

34、千歐至幾百千歐。 顯然，射極輸出器的 r0較小 ，僅為幾十歐至幾百歐。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 RB1 RL ui VCC C2 + RB2 C3 + C1 + RS RC RE + u0 + 上圖所示的共基極放大電路中 ，核心元件晶體管的基極 與“地”相接為公共端。電路的輸入和輸出均以基極為公 共 端，故稱為“共基極”放大電路。 共基極放大電路的特點(diǎn)是放大倍數(shù)高、輸入電阻小、輸 出電阻大。 8.3.2 共基極放大電路 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 共基極放大電路采用的也是分壓式偏置電路 ，其靜態(tài)工 作點(diǎn)的求解公式如下：

35、 CC B2B1 B2 BQ VRR RU E BQ E B E QBQ EQCQ R U R UUII UCEQVCC ICQ（ RC+RE） 顯然，共基極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)求解方法與共發(fā)射 極放大電路相同，因此它們的直流通道也是相同的。 1. 靜態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 be Lo u r R u uA i 1 bebeb r i ri i uR ee i i 共基電路具有通頻帶寬、穩(wěn)定性好，且輸出電流恒定等優(yōu) 點(diǎn)，因此多用于高頻和寬頻帶電路中，尤其在聲像及通信技 術(shù)中應(yīng)用較為廣泛。 1. 電壓放大倍數(shù) 共基極放大電路的

36、電壓放大倍數(shù)公式與共射電路一樣，只 是其輸出電壓與輸入電壓 同相 。 2. 輸入電阻 與共射、共集電路相比，共基極放大電路的輸入電阻較小。 3. 輸出電阻 R 0=RC 2. 動(dòng)態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 電路形式 共發(fā)射極 放大電路 共集電極 放大電路 共基極 放大電路 電流放大系數(shù) 較大，例如 200 較大，例如 200 1 電壓放大倍數(shù) 較大，例如 200 1 較大，例如 100 功率放大倍數(shù) 很大，例如 20000 較大，例如 300 較大，例如 200 輸入電阻 中等，例如 5k 較大，例如 50k 較小，例如 50 輸出電阻

37、 較大，例如 10k 較小，例如 100 較大，例如 5k 輸出與輸入 電壓相位 相反 相同 相同 8.3.3 三種基本組態(tài)特性的比較 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.4 放大電路的頻率特性 描寫放大倍數(shù)之模與頻率的關(guān)系曲線稱幅頻特性；而描寫 相位與頻率的關(guān)系曲線稱相頻特性。 共發(fā)射極放大電 路的電壓放大倍數(shù) 通常用復(fù)數(shù)表示， uu AA 式中幅度 Au和相 角 都是頻率 f 的函 數(shù) , 典型的單管共 射放大電路的波特 圖如圖示。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 f A Am 0.7Am fL 下限頻率 fH 上限頻率 通頻帶 B

38、W 工程上規(guī)定，當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻值的 0.707倍時(shí)，所對(duì) 應(yīng)的低頻頻率和高頻頻率分別稱為下限頻率 fL及上限頻率 fH 。 圖中上限頻率 fH和下限頻率 fL之差，稱為通頻帶 BW，即 LH ffBW 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 當(dāng)全面分析頻率響應(yīng)時(shí)，常采用中頻段、低頻段與高頻段 三個(gè)頻段進(jìn)行。 中頻段是指在通頻帶以內(nèi)的頻率范圍 BW區(qū)間。中頻段內(nèi) 各種容抗影響極小，可忽略不計(jì)。此時(shí)電壓放大倍數(shù)基本上 是一個(gè)與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)。除了晶體管的反相作用外，無(wú)其 他附加相移，所以中頻電壓放大倍數(shù)的相角 180 。 低頻段是指 fL與原點(diǎn)之間的頻率范圍。這段頻

39、率范圍內(nèi)耦 合、旁路電容的容抗不可忽略 ,損耗一部分信號(hào) ,使放大倍數(shù) 下降 usL,相移超前 90 。 高頻段是指 fH之右的頻率范圍。引起高頻段放大倍數(shù)下降 的原因有兩個(gè)：一是三極管的極間電容及接線電容起作用， 將信號(hào)旁路掉一部分；二是晶體管的 值也隨頻率升高而減 小，從而使電壓放大倍數(shù)下降，相移滯后 90 。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 3. 頻率失真 當(dāng)輸入信號(hào)包含多次諧波時(shí)，經(jīng)過(guò)放大電路的放大，輸 出波形將產(chǎn)生頻率失真，如上圖所示。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 因放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)不同，因此而產(chǎn) 生的波形失真，稱作 頻率

40、失真 。 因放大電路對(duì)不同頻率的信號(hào)產(chǎn)生的相移不同，因此而 產(chǎn)生的波形失真，稱為 相位失真 。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 頻率失真與非線性失真不同 從現(xiàn)象上看，頻率失真與前面討論的非線性失真相似， 都是輸出信號(hào)波形不能如實(shí)反映輸入信號(hào)的波形，但是： 1. 頻率失真 是由于放大電路頻帶不夠?qū)挘蚨鴮?duì)不同頻率 的信號(hào)響應(yīng)不同而造成的失真，頻率失真屬于線性失真， 這種失真不會(huì)產(chǎn)生新的頻率信號(hào)； 2.非線性失真 則是由于放大電路中的非線性器件的特性所 造成的失真，屬于非線性失真，非線性失真會(huì)產(chǎn)生新的頻 率信號(hào)。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 為什么要

41、 采用多級(jí) 放大電路？ 實(shí)際應(yīng)用工作中對(duì)放大電路有多方面要求。 如：某一放大器要求具有高電壓增益 Au、較大 輸入電阻 Ri、較小輸出電阻 Ro。 僅靠一種電路 很難滿足上述多種要求，為此常選擇將幾種基 本放大電路進(jìn)行適當(dāng)組合，構(gòu)成滿足上述要求 的 多級(jí)放大電路。 8.6 多級(jí)放大電路 實(shí)用中 ， 多級(jí)放大電路對(duì)耦合方式的要求： 1. 靜態(tài)：保證各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn) Q正確設(shè)置； 2. 動(dòng)態(tài) : 傳送信號(hào)要求波形不失真，盡量減少壓降損失 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.6.2 多級(jí)放大電路的組成 多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式通常有直接耦合、阻容耦 合、

42、變壓器耦合和光電耦合幾種方式。 1. 阻容耦合多級(jí)放大電路 電路特點(diǎn)：級(jí)與級(jí)間通過(guò)電容器連接 。 優(yōu)點(diǎn) : 1. 各級(jí) Q點(diǎn)獨(dú)立 2. 中高頻特性好 缺點(diǎn) : 1低頻特性差 2不便于集成 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 2. 直接耦合 電路特點(diǎn)：級(jí)與級(jí)間通過(guò)導(dǎo)線連接 。 優(yōu)點(diǎn) : 1.既可放大交流信號(hào)，也 可放大直流和變化非常緩 慢的信號(hào)，且信號(hào)傳輸效 率高。 2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成化 缺點(diǎn) : 1各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn) Q相互牽制 2存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 3. 變壓器耦合 電路特點(diǎn)：級(jí)與級(jí)間通過(guò)變壓器連接 。 優(yōu)點(diǎn)

43、 : 1.靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立，互不影響 2. 易實(shí)現(xiàn)阻抗變換 缺點(diǎn) : 1體積大而重，不易集成化 2頻率特性較差 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.7 功率放大電路 擴(kuò)音系統(tǒng) 功 率 放 大 電 壓 放 大 信 號(hào) 提 取 被放大后的模擬信號(hào)在推動(dòng)實(shí)際負(fù)載 時(shí)需要較大的功率，能完成此任務(wù)的器件就是功率放大器 。 何謂功率放大器？ 功率放大器的作用： 用作放大電路

44、的輸出級(jí)，以 驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行 機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.7.1 功率放大電路的特點(diǎn)及工作狀態(tài) 功率放大電路的特點(diǎn) 由于功放電路的主要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率，因而 輸出電壓和電流的幅度足夠大； 由于要求輸出信號(hào)幅度大，通常使三極管工作在極限應(yīng)用 狀態(tài)，即三極管工作在接近飽和區(qū)與截止區(qū)的工作狀態(tài)，因 此輸出信號(hào)存在一定程度的失真。 功率放大電路在輸出功率的同時(shí)，三極管消耗的能量

45、也較 大，因此三極管的管耗和散熱問(wèn)題不能忽視。 功率放大電路工作在大信號(hào)運(yùn)用狀態(tài)，因此 只能采用圖解 法 進(jìn)行估算。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 對(duì)功率放大電路的基本要求 （ 1）效率盡可能高 （ 2）具有足夠大的輸出功率 （ 3）非線性失真盡可能小 （ 4）散熱條件要好 功放通常工作在大信號(hào)情況下，所以輸出功率和功耗都較大， 效率問(wèn)題突顯。我們期望在允許的失真范圍內(nèi)盡量減小損耗。 為獲得最大的功率輸出，要求功放管工作在接近“ 極限運(yùn)用 ” 狀 態(tài)。選用時(shí)應(yīng)考慮管子的三個(gè)極限參數(shù) ICM、 PCM和 U(BR)CEO。 處于大信號(hào)工況下的管

46、子不可避免地存在非線性失真。但應(yīng)考 慮在獲得盡可能大的功率輸出下將失真限制在允許范圍內(nèi)。 功放管工作在“極限運(yùn)用”狀態(tài)，因而造成相當(dāng)大的結(jié)溫和管 殼 溫升。散熱問(wèn)題應(yīng)充分重視，應(yīng)采取措施使功放管有效地散熱。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 功率放大電路的工作狀態(tài) 1.甲類放大器： 這種功放的工作原理是輸出器件晶體管始 終工作在傳輸特性曲線的線性部分，在輸入信號(hào)的整個(gè)周 期內(nèi)輸出器件始終有電流連續(xù)流動(dòng)，這種 功放失真小，但 效率低 ，約為 50%，功率損耗大，一般應(yīng)用在家庭的高檔 機(jī)較多。 2.乙類放大器： 兩只晶體管交替工作，每只晶體管在信號(hào) 的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)

47、通，另半個(gè)周期內(nèi)截止。該類功放 效率較 高 ，約為 78%，但缺點(diǎn)是 容易產(chǎn)生交越失真 。 3.甲乙類放大器： 兼有甲類放大器 音質(zhì)好 和乙類放大器 效 率高 的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家庭、專業(yè)、汽車音響系統(tǒng)中。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.7.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 上圖所示為 乙類功率放大電路 VT1 RL u0 VCC - iL + VT2 iC1 -VCC iC2 ui - + ui/V t 0 0.6 -0.6 u0/V t 0 0.6 -0.6 過(guò)零處的 交越 失真 電路中兩個(gè)管子在信號(hào)周期內(nèi) 交替工作，各自產(chǎn)生半個(gè)周期的 信號(hào)波形。

48、 由于兩管工作時(shí)存在死區(qū) 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 交越失真”現(xiàn)象說(shuō)明 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 2.3.4 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（ OCL電路） 圖示電路是典型的雙電 源互補(bǔ)對(duì)稱、無(wú)輸出電容 的功率放大電路，電子技 術(shù)中把這種功放電路簡(jiǎn)稱 為 OCL電路 。 此電路 只要 R1、 R2數(shù)值 選擇適當(dāng)，當(dāng) ui =0時(shí)，可 使 IC3 、 VB2和 VB1達(dá)到所 需大小，為 T1和 T2發(fā)射結(jié) 提供適當(dāng)電壓，以消除過(guò) 零處的交越失真。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 實(shí)用的 OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大電路 差動(dòng)放大級(jí) 反饋級(jí) 偏置電路

49、 共射放大級(jí) UBE 倍增 電路 恒流源 負(fù)載 準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí) 保險(xiǎn)管 負(fù)載 RC 低通 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 2. OTL電路 電路特點(diǎn) 1. 單電源供電 2. 輸出加有大電容 靜態(tài)分析 則 VT1、 VT2 特性對(duì)稱， ,2SCA UU 2SCC UU 2 SC i Uu 令： USC/2 RL ui VT1 VT2 +USC C A UL + - UC 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 OTL電路的工作原理 靜態(tài)時(shí)，調(diào)整功率管 VT2和 VT3的參 數(shù)對(duì)稱，使輸出端發(fā)射極結(jié)點(diǎn)電位為電源 電壓的一半，即 VK=U

50、CC/2，耦合電容 CL兩 端的電壓 UCL=UCC/2，負(fù)載電阻 RL兩端的 電壓 uo=0。 電路輸入端加上信號(hào)后，通過(guò) VT2、 VT3的電流得到放大， K點(diǎn)有交流電壓信 號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)耦合電容 CL，到達(dá)負(fù)載 RL成 為輸出電壓 uo。 在輸入信號(hào)正半周， VT2導(dǎo)通， VT3截止。 VT2以射極輸出器的形式將正向信號(hào)傳送 給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容 CL充電。 在輸入信號(hào)負(fù)半周時(shí)， VT2管截止， VT3管導(dǎo)通。電容 CL放電，充當(dāng) VT3管的直流工作電源，使 VT3管也以射極輸出器形式將輸入信號(hào)傳送 給負(fù)載。這樣，負(fù)載上得到一個(gè)完整的信號(hào)波形。 基本放大電路 第 2章

51、 基本放大電路 OTL電路的工作原理說(shuō)明 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 采用復(fù)合管的 OTL實(shí)用電路 電路中各元器件的作用： VT1為激勵(lì)級(jí)，其基極偏壓取 自于中點(diǎn)電位 UCC/2。 RP1和 R1是 VT1管的偏置電阻， 其作用是引入交直流電壓并聯(lián) 負(fù)反饋。 RP2、 VD1、 VD2為功放復(fù)合 管提供偏壓，其作用是克服交 越失真和提供溫度補(bǔ)償。 R4、 R5的作用是減小復(fù)合管 穿透電流。 R7、 R8為負(fù)反饋電阻，起穩(wěn) 定靜態(tài)工作點(diǎn) Q的作用，以減 小電路失真。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 用場(chǎng)效應(yīng)管作為放大器件組成的放大電路，稱為

52、場(chǎng)效應(yīng) 管放大電路。在場(chǎng)效應(yīng)管的放大電路中，場(chǎng)效應(yīng)管和雙極 型晶體管一樣是電路的核心器件，在電路中起以小控大作 用。但由于場(chǎng)效應(yīng)管 電壓放大倍數(shù)較低，所以在放大電路 中一般只用作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。 根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路輸入、輸出回路公共端選擇的不 同，我們把場(chǎng)效應(yīng)管放大電路分成共源、共漏和共柵三種 基本組態(tài)。由于場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入電阻高的特點(diǎn)，一般很 少將場(chǎng)效應(yīng)管接成共柵組態(tài)的放大電路，所以本節(jié)只簡(jiǎn)單 介紹共源、共漏兩種組態(tài)的電路。 8.8 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 靜態(tài)時(shí) ， 源極電位 VS=IDR。 由于柵極電流為零 ， Rg上

53、沒(méi) 有電壓降 ， 柵極電位 VG=0， 所以柵源偏置電壓 : UGS= VGVS= IDRS 圖中場(chǎng)效應(yīng)管的柵極通過(guò) 電阻 Rg接地，源極通過(guò)電阻 RS接地。這種偏置方式靠 漏極電流 ID在源極電阻 RS上 產(chǎn)生的電壓為柵源極間提供 一個(gè)偏置電壓 VGS，故稱為 自給柵偏壓電路。 8.8.1 自給偏壓電路 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 必須指出的是：自給偏壓電路只能產(chǎn)生反向偏壓，所以只 適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，而不適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。 8.8.2 分壓式偏置共源極放大電路 RL +VDD RD C 2 CS + + + uo C1

54、 + ui RG2 RS G S D RG1 RG3 由圖可知 ， 分壓式偏置共源極放大 電路顯然是在自給柵偏壓電路的基礎(chǔ) 上加接分壓電路后構(gòu)成的 。 此偏置電路為增大輸入電阻 ， 一般 Rg3的數(shù)值取得較大 ， 高達(dá)幾兆歐 。 電路靜態(tài)時(shí) ， 由于柵極電流為零 ， Rg3上沒(méi)有電壓降 ， 所以柵極電位由 Rg2與 Rg1對(duì)電源 VDD分壓得到 。 源極電 位 VS=IDRS。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 可見(jiàn) ， 適當(dāng)選取 Rg1、 Rg2和 RS值 ， 就可得到各類場(chǎng)效應(yīng)管 放大電路所需要的正偏壓 、 負(fù)偏壓或零偏壓 。 RL +VDD RD C

55、 2 CS + + + uo C1 + ui RG2 RS G S D RG1 RG3 g2g1 g2DD G RR RVU SD g2g1 g2DD GS RIRR RVU 調(diào)整電阻的大小可獲得： （ 1） UGS 0； （ 2） UGS=0； （ 3） UGS<0。 柵極電壓： 柵偏電壓： 1. 靜態(tài)分析 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 2. 動(dòng)態(tài)分析 場(chǎng)效應(yīng)管在小信號(hào)條件下 ， 也可用小信號(hào)模型等效 。 與建立雙極型三極管小信號(hào)模型相似 ， 將場(chǎng)效應(yīng)管也看成一 個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò) ， 柵極與源極之間為輸入端口 ， 漏極與源極之 間為輸出端口 。

56、無(wú)論是哪種類型的場(chǎng)效應(yīng)管 ， 均可以認(rèn)為柵 極電流為零 ， 輸入端口視為開(kāi)路 ， 即柵源極間只有電壓存在 。 在輸出端口 ， 漏極電流 id是 ugs和 uds的函數(shù) 。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 8.8.3 源極輸出放大電路 左圖為結(jié)型 MOS管共源放大電路 ， 右圖為絕緣柵型 MOS管 放大電路 。 共源極 MOS管放大電路具有的特點(diǎn)是： 輸入電阻極高 ， 相當(dāng)于開(kāi)路； 輸出電阻由于并聯(lián)一個(gè)電阻 rdS， 因此輸出電阻較小 。 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 源極輸出放大電路的微變等效電路如下圖所示： 電路的輸入電阻 g2g1i RRr //

57、dddso RRrr // dm i O u Rg U UA Ldm i O u RRg U UA // 輸出電阻 電壓放大倍數(shù) 帶負(fù)載后 ， 電壓放大倍數(shù)降低為： 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 共漏極放大電路又稱為源極輸出器 ， 同樣具有輸入電阻 高 、 輸出電阻低和電壓放大倍數(shù)小于 1并接近于 1的特點(diǎn) 。 電路的輸入電阻 輸出電阻 電路的電壓放大倍數(shù) g2g1gi RRRr // m o g 1//Rr Lm Lm i O u 1 Rg Rg U UA 參看課本例 8.12 基本放大電路 第 2章 基本放大電路 認(rèn)真復(fù)習(xí)，加強(qiáng)練習(xí)， 鞏固成果，學(xué)以致用！ Goodbye!