《常用放大电路》PPT课件.ppt

1,常用放大电路,2,早在1930与1940年代，使用半导体制作固态放大器的想法就持续不绝；第一个有实验结果的放大器是1938年，由波欧(Robert Pohl，18841976)与赫希(Rudolf Hilsch)所做的，使用的是溴化钾晶体与钨丝做成的闸极，尽管其操作频率只有一赫兹，并无实际用途，却证明了类似真空管的固态三端子组件的实用性。二次大战后，美国的贝尔实验室(Bell Lab)，决定要进行一个半导体方面的计划，目标自然是想做出固态放大器，它们在1945年7月，成立了固态物理的研究部门，经理正是萧克莱(William Shockley，19101989)与摩根(Stanley Morgan)。由于使用场效应(field effect)来改变电导的许多实验都失败了，巴丁(John Bardeen，19081991)推定是因为半导体具有表面态(surface state)的关系，为了避开表面态的问题，1947年11月17日，巴丁与布莱登(Walter Brattain 19021987)在硅表面滴上水滴，用涂了蜡的钨丝与硅接触，再加上一伏特的电压，发现流经接点的电流增加了！但若想得到足够的功率放大，相邻两接触点的距离要接近到千分之二英吋以下。12月16日，布莱登用一块三角形塑料，在塑料角上贴上金箔，然后用刀片切开一条细缝，形成了两个距离很近的电极，其中，加正电压的称为射极(emitter)，负电压的称为集极(collector)，塑料下方接触的锗晶体就是基极(base)，构成第一个点接触电晶体(point contact transistor)，1947年12月23日，他们更进一步使用点接触电晶体制作出一个语音放大器，该日因而成为晶体管正式发明的重大日子。,1 起源,3,利用扩音机放大声音，话筒将微弱的声音转换成电信号，经放大电路放大成足够强的电信号后，驱动扬声器，使其发出较原来强得多的声音。扬声器所获得的能量（或输出功率）远大于话筒送出的能量（或输入功率）。可见，放大电路放大的本质是能量的控制和转换；是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。这样，在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如晶体管和场效应管等。放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。晶体管和场效应管是放大电路的核心元件，只有他们工作在合适的区域（晶体管工作在放大区，场效应管工作在恒流区），才能使输出量与输入量始终保持线性关系，即电路不会产生失真。,放大的概念,4,晶体三极管具有放大作用，那么怎样利用这放大作用制成晶体管放大器呢？下图1是一个最简单的基本放大电路。Ec为电源，它是整个放大器的能源。晶体三极管（GB），它是电路中的放大元件。基极偏流电阻（Rb）它是确定放大器的静态工作点的，改变Rb就可以改变三极管基极的直流偏置电流Ib，因而使三极管的Ic和Uec都相应改变。在没有输入讯号时，三极管的直流工作状态（Ib、Ic、Uec等）就叫放大器的静态工作点。所以Rb是一个关健性元件。集电极负载电阻（Rc），它是将集电极变化的电流用电压的形式表现出来展开输出电压。（C1、C2）为耦合电容，它们分别接在放大电路的输入端和输出端，利用电容器不能通过直流电，但能通过交流电的这样一种特性，一方面不使输入端在接有其它电路时使工作点改变，另一方面又保证了交流讯号的顺利通过。电路中有两个直流电路：一个是输入电路，从发射极e到基极b经基极电阻Rb再经电池Ec到发射极e；另一个输出电路，从发射极e到集电极c，经集电极电阻Rc再经电池Ec到发射极e。无讯号输入时，两个电路中各有恒定的直流流通，基极电流Ib，集电极电流Ic都是不变化的直流量，而且集电极电流Ic远大于基极电流Ib。在输入电路中，有讯号电压U入时，则产生基极电流iB。此时的基极电流可看成是两个电流的合成；一个是直流电流Ib，一个是交流iB，如图2所示。,晶体管基本放大电路,5,晶体管基本放大电路（续）,6,因基极电流的变化，而引起集电极电流也跟着变化。同样道理，集电极电流也可以看成是两个电流的合成；一个是直流电流Ic；一个是被放大后的交流电流ic，也称输出交流讯号电流，如图3所示。从图2和图3可知，在输入电路中输入一个讯号ib，在输出电路中就得到一个被放大后的讯号电流ic，这就是放大器的电流放大作用。输出讯号ic与输入讯号ib的变比，叫做放大器的电流放大倍数。晶体管放大器不仅有电流放大作用，而且还有电压放大作用，它是利用集电极负载电阻的压降作用，将集电极电流的变化换为电压的变化，传送出去的。在输入端加一个讯号电压，在输出端就得到一个被放大了的讯号电压，这就是放大器的基本工作原理。输出讯号电压U出与输入讯号U入的比，叫做放大器的电压放大倍数。,晶体管基本放大电路（续）,7,晶体管基本放大电路（续）,8,经上面的分析可以看出，放大电路的一个重要特点就是电路中都存在着直流分量和交流分量两种成分，直流电流和电压决定了晶体管的直流工作状态，交流电流和电压则代表凉讯号的变化情况，各有各的用作二者不能混为一谈。从这样一个特点出发，分析放大器的静态工作点时，必须抓住电路的直流通路，来分析放大器的放大倍数。等涉及变化讯号的问题时又必须抓住电路的交流通路。在分析直流电路时，应把电容器视为断路。在分析交流电路时，应把电容器视为短路。由于电源的内阻一般都很低，对于交流也可以认为是短路。,晶体管基本放大电路（续）,9,在分析交流放大器基本电路时，还应理解和熟记以下三个重要概念：A、在讯号电压的作用下，三极管的各级电压和电流都以静态工作点为中心摆动，因此建立正确的工作点是保证放大器不失真的必要条件。B、输入讯号电压与偏置电压相加后，合成脉动直流输入基极，而输出的集电极电压也是以脉动直流的形式出现的，只是在通过耦合电容后，隔断直流成份，在输出端才获得交流电压。C、输出电压和输入电压是同频率的交流电压，只是幅度被放大了，但当基极电压上升，电流增加，而引起集电极电流增加时，集电极电阻Rc两端的电压降随之加大，三极管上的电压Uec，反而减小，因此输入和输出电压随之加大，三极管上的电压Uec，反而减小。故输入和输出电压在相位上正好相反。所以，放大器一方面把微弱的输入电压加以放大，另一方面还使U入和U出在相位上相差180。,晶体管基本放大电路（续）,10,放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中频和高频；按输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较典型的放大电路。读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析，二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。下面我们介绍几种常见的放大电路：,放大电路的用途和组成,11,低频电压放大器是指工作频率在20赫20千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,12,1共发射极放大电路图1(a)是共发射极放大电路。C1是输入电容，C2是输出电容，三极管VT就是起放大作用的器件，RB是基极偏置电阻，RC是集电极负载电阻。1、3端是输入，2、3端是输出。3端是公共点，通常是接地的，也称“地”端静态时的直流通路见图1(b)，动态时交流通路见图1(c)。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位拥输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,13,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,14,2分压式偏置共发射极放大电路图2比图1多用3个元件。基极电压是由RBl和RB2分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻RE和电容CE，CE称交流旁路电容，对交流是短路的，RE则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2上电压和RE上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,15,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,16,3射极输出器图3(a)是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图3(b)是它的交流通路图，可以看到它是共集电极放大电路。这个图中，晶体管真正的输入是Vl和V的差值，所以这是一个交流负反馈很深的电路，由于很深的负反馈，这个电路的特点是：电压放大倍数小于1而接近1，输出电压和输入电压同相输入阻抗高输出阻抗低，失真小，频带宽，工作稳定.它经常被用作放大器的输入级,输出级或作阻抗匹配之用。,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,17,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,18,4低频放大器的耦合 一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种；RC耦合，见图4(a)。优点是简单、成本低，但性能不是最佳。变压器耦合，见图4(b)。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器制作比较麻烦。(3)直接耦合，见图4(c)。优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,19,放大电路的用途和组成（续）低频电压放大器,20,能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,21,1甲类单管功率放大箱 图5是单管功率放大器，C1是输入电容，T是输出变压器。它的集电极负载电阻Ri是将负载电阻RL通过变压器匝数比折算过来的；负载电阻是低阻抗的扬声器，用变压器可以起阻抗变换作用，使负载得到较大的功率。这个电路不管有没有输入信号，晶体管始终处于导通状态，静态电流比较大，困此集电极损耗较大，效率不高，大约只有35。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合，它的输入方式可以是变压器耦合也可以是RC耦合。,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,22,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,23,2乙类推挽功率放大器 图6是常用的乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相同的晶体管组成对称电路，在没有输入信号时，每个管子都处于截止状态，静态电流几乎是零，只有在有信号输入时管于才导通，这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时，正半周时VTl导通VT2截止，负半周时VT2导通VTl截止。两个管于交替出现的电流在输出变压器中合成，使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。乙类推挽放大器的输出功率较大，失真也小，效率也较高，一般可达60。,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,24,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,25,3OTL功率放大器目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器，简称OTL电路，是一种性能很好的功率放大器。为了易于说明，先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的OTL电路，如图7这个电路使用两个特性相同的晶体管，两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同在静态时，VTI、VT2流过的电流很小，电容C上充有对地为1/2E的直流电压在有输入信号时，正半周时VTI导通，VT2截止，集电板电流方向如图所示，负载RL上得到放大了的正半周输出信号负半周时VTl截止，VT2导通，集电极电流的方向如图所示，RL上得到放大了的负半周输出信号这个电路的关键元件是电容器C，它上面的电压就相当于VT2的供电电压以这个电路为基础，还有用三极管倒相的不用输入变压器的真正OTL电路，用PNP管和NPN管组成的互补对称式OTL电路，以及最新的桥接推挽功率放大器，简称BTL电路等等。,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,26,放大电路的用途和组成（续）功率放大器,27,能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。,放大电路的用途和组成（续）直流放大器,28,1双管直耦放大器 直流放大器不能用RC耦合或变压器耦合，只能用直接耦合方式，图8是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制，电路中在VT2的发射极加电阻RE以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时，由于工作点不稳定引起静态电位缓慢地变化，这种变化被逐级放大，使输出端产生虚假信号放大器级数越多，零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。,放大电路的用途和组成（续）直流放大器,29,2差分放大器 解决零点漂移的办法是采用差分放大器，图9是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源，其中VTl和VT2的特性相同，两组电阻数值也相同，RE有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路，两个Rc和两个管子是四个桥臂，输出电压V。从电桥的对角线上取出。没有输入信号时，因为RCl：RC2和两管特性相同，所以电桥是平衡的，输出是零。由于是接成桥形，零点漂移也很小。差分放大器有良好的稳定性，因此得到广泛的应用。,放大电路的用途和组成（续）直流放大器,30,能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。,放大电路的用途和组成（续）直流放大器,31,集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的，所以叫做运算放大器。它有十多个引脚，一般都用有3个端子的三角形符号表示，如图10。它有两个输入端、1个输出端，上面那个输入端叫做反相输入端，用“一”标记，下面的叫同相输入端，用“+”作标记。集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算，也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有：,放大电路的用途和组成（续）集成运算放大器,32,1带调零的同相输出放大电路 图11是带调零端的同相输出运放电路引脚1、11、12是调零端，调整RP可使输出端(8)在静态时输出电压为零9.6两脚分别按正，负电源输入信号按到同相输入端(5)，因此输出信号和输入，信号同相放大器负反馈经反馈电阻R2接到反相输入端(4)同相输入接法的电压放大倍数总是大于1的。,放大电路的用途和组成（续）集成运算放大器,33,2反相输出运放电路 也可以使输入信号从反相输入端接入，如图12如对电路要求不高，可以不用调零，这时可以把3个调零端短路输入信号从耦合电容C1经R1接人反相输入端，而同相输入端通过电阻R3接地反相输入接法的电压放大倍数可以大于1，等于l或小于1.,放大电路的用途和组成（续）集成运算放大器,34,3同相输出高输入阻抗运放电路图13中没有接入R1，相当于R1阻值无穷大，这时电路的电压放大倍数等于1，输入阻抗可达几百千欧。放大电路读圈要点和举例放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路在拿到一张放大电路图时，首先要把它遂级分解开，然后一级一级分析弄懂它的原理，最后再全面综合。读图时要注意，在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件放大器中使用的辅助元器件很多，如偏置电路中的温度补偿元件，稳压稳流元器件，防止自激振荡的防振元件、去耦元件，保护电路中的保护元件等在分析中最主要和困难的是反馈的分析，要能找出反馈通路，判断反馈的极性和类型，特别是多级放大器，往往以后级将负反馈加到前级，因此更要细致分析一般低频放大器常用RC耦合方式，高频放大器则常常是和LC调谐电路有关的，或是用单调谐或是用双调谐电路，而且电路里使用的电容器容量一般也比较小注意晶体管和电源的极性，放大器中常常使用双电源，这是放大电路的特殊性。,放大电路的用途和组成（续）集成运算放大器,35,放大电路的用途和组成（续）集成运算放大器,36,图14是一个助听器电路，实际上是一个4级低频放大器VTl，VT2之间和VT3，VT4之间采用直接耦合方式，VT2和VT3之间则用RC耦合为了改善音质，VTl和VT3的本级有并联电压负反馈(R2和R7)由于使用高阻抗的耳机，所以可以把耳机直接接在VT4的集电极回路内。R6，C2是去耦电路，C6是电源滤波电容。,例题助听器电路,37,例助听器电路,图15,38,图15是普及型收音机的低放电路。电路共3级，第1级(VTl)前置电压放大，第2级(VT2)是推动级，第3级(VT3，VT4)是推挽功放。VTl和VT2之间采用直接耦合，VT2和VT3，VT4之间用输入变压器(T1)耦合并完成倒相，最后用输出变压器(T2)输出，使用低阻扬声器。此外，VTl本级有并联电压负反馈(R1)，T2次级经R3送回到VT2有串联电压负反馈。电路中C2的作用是增强高音区的负反馈，减弱高音以增强低音。R4、C4为去耦电路，C3为电源的滤波电容整个电路简单明了.,例题收音机低放电路,39,例收音机低放电路,图15,