项目八++基本放大电路.ppt

任务一 基本交流电压放大电路任务二 分压偏置式放大电路任务三 差分放大电路任务四 功率放大电路任务五 单级放大电路实验任务六 放大电路的研究,基本放大电路,任务八,任务一 基本交流电压放大电路,一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用二、放大电路的分析方法,一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,在生产和科研中，经常需要将微弱的电信号进行放大，以便有效地进行观察、测量、控制和调节。,晶体管的主要用途之一是利用其放大作用组成放大电路。,1、电路的组成,共发射极,共集电极,共基极,晶体管电路的三种连接方式：,晶体管放大的条件：发射结正偏、集电结反偏。,基本放大电路（共发射极）,2、放大电路中各元件的作用,晶体管:放大元件。,电源EC：保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，为输出信号提供能量。,集电极电阻RC：将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。,基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。,耦合电容C1和C2：用来隔断直流、耦合交流。电容值应足够大，以保证在一定 的频率范围内，电容上的交流压降可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。,基本思想,非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。,分析三极管电路的基本思想和方法,直流通路(ui=0)分析静态。,画交流通路原则：,（1）固定不变的电压源都视为短路；,（2）固定不变的电流源都视为开路；,（3）视电容对交流信号短路,交流通路(ui 0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。,3、放大电路的分析方法,基本方法,图解法：,在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。,解析法：,根据发射结导通压降估算“Q”。,用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。,1、放大电路的静态分析,静态分析的目的：确定放大电路的静态工作点(直流值)IB Q，ICQ，UCEQ,分析方法：利用直流通路计算放大电路的静态工作点。,静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q。,（1）估算法,静态工作点,例：已知图中UCC=10V，RB=250K，RC=3K，=50，求放大电路的静态工作点Q。,解：,所以，Q=IB=37.2A，IC=1.86mA，UCE=4.42V。,例:在共发射极基本交流放大电路中,已知VCC=12V，RC=4k，RB=300k 试求放大电路的静态工作点。,解：,输入直流负载线方程：,uCE=VCC iC RC,uBE=VBB iBRB,输出直流负载线方程：,115 k,VCC,VCC/RC,O,1 k,2,3,UCEQ,ICQ,iB=20 A,（2）图解法,输出回路图解,输入回路图解,Q,静态工作点,VBB,VBB/RB,UBEQ,IBQ,0.7,20,O,图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。,例:试分别用估算法和图解法求如下图所示放大电路的静态工作点，已知该电路中VCC=12V，三极管=37.5，RB=300k，RC=4k，RL=4k；直流通路、输出特性曲线如图所示。,解：（1）用估算法求静态工作点，得,（2）用图解法求静态工作点，由,UCE=VCC ICRC=12V（1.54）V=6V,ICIB=37.50.04mA=1.5mA,IB mA=0.04mA=40A,uCE=VCC-iCRC=12V-4iC,可知：iC=0时，uCE=VCC=12V，得M点（12，0）；,uCE=0时，iC=VCC/RC=12/4mA=3mA，得N点（0，3）,在输出特性曲线上连接MN两点，直线MN与iB=IB=40A的那条输出特性曲线的相交点，即是静态工作点Q。从曲线上可查出：IB=40A，IC=1.5mA，UCE=6V，与估算法所得结果一致。,（3）电路参数对静态工作点的影响,（1）改变 RB，其他参数不变,R B iB,Q 趋近截止区；,R B iB,Q 趋近饱和区。,（2）改变 RC，其他参数不变,RC Q 趋近饱和区。,iC 0,iC=VCC/RC,例:设 RB=38 k，求 VBB=0 V、3 V 时的 iC、uCE。,解:,当VBB=0 V：,iB 0，,iC 0，,5 V,uCE 5 V,当VBB=3 V：,0.3,uCE 0.3 V 0，,iC 5 mA,三极管的开关等效电路,截止状态,iB 0,uCE 5V,iB,饱和状态,uCE 0,判断是否饱和临界饱和电流 ICS和IBS：,iB IBS，则三极管饱和。,在静态的基础上加入输入信号时的工作状态称为动态。,IBQ,ICQ,UCEQ,UBEQ,2、放大电路的动态分析,放大电路中各参数的定义,A A,A,大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；,A,小写表示电量随时间变化(瞬时值)。,大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；,小写表示交流分量。,总瞬时值,直流量,交流瞬时值,直流量往往在下标中加注Q,A 主要符号；A 下标符号。,uBE=UBE+ube,1.微变等效电路法,动态分析的目的：确定放大电路的电压放大倍数，输入电阻和输入电阻。,分析方法：微变（小信号）等效电路分析法。,从输入端口看进去，相当于电阻 rbe,从输出端口看进去为一个受 ib 控制的电流源,ic=ib,阻值很高，约几十千欧几百千欧，可忽略。,2.共射极放大电路的微变等效电路,微变等效电路是对交流分量而言，先画放大电路的交流通路，将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。,晶体三极管交流分析步骤：,分析直流电路，求出“Q”，计算 rbe。,画电路的交流通路。,在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。,分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。,画交流通路原则：,1.直流电压源视为短路；,2.视电容对交流信号短路。,交流通路,交流通路,微变等效电路,交流通路,基本放大电路,3.放大电路的动态参数计算,（1）电压放大倍数的计算,当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。,电压放大倍数,开路时电压放大倍数,（2）放大器输入电阻的计算,（3）输出电阻的计算,ro RC,RC一般为几千欧，因此，这种基本放大电路的输出电阻较高。,受控源相当于开路。,晶体管的输入电阻rbe比较小，所以基本放大电路的输入电阻不高。,例:=100，uS=10sin t(mV)，求叠加在“Q”点上的各交流量。,12 V,12 V,510,470 k,2.7 k,3.6 k,解:,令 ui=0，求静态电流 IBQ,求“Q”，计算 rbe,ICQ=IBQ=2.4 mA,UCEQ=12 2.4 2.7=5.5(V),交流通路,ube,uce,小信号等效,分析各极交流量,分析各极总电量,uBE=(0.7+0.0072sint)V,iB=(24+5.5sint)A,iC=(2.4+0.55sint)mA,uCE=(5.5 0.85sint)V,例:试用微变等效电路法电路中：（1）动态性能指标Au、Ri、Ro。（2）断开负载RL后，再计算Au、Ri、Ro。,交流通路,小信号等效,分析各级交流量,（2）断开RL后,由此可见：当RL断开后，Ri、Ro不变，但电压放大倍数增大了。,例:在共发射极基本交流放大电路中,已知VCC=12V，RC=RL=4k，RB=300k 试求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,解：,ro RC=4k,放大电路设置了合适的静态工作点，当加入合适的输入信号时，输出信号会随输入信号而变化，不会产生失真。,失真：是指输出信号的波形不像输入信号的波形。,4.放大电路的非线性失真,因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。,（1）“Q”过低引起截止失真,NPN 管：uCE顶部失真为截止失真。,PNP 管：uCE底部失真为截止失真。,交流负载线,不发生截止失真的条件：IBQ Ibm。,ICS,IBS 基极临界饱和电流。,不接负载时，交、直流负载线重合，V CC=VCC,不发生饱和失真的条件：IBQ+I bm IBS,（2）“Q”过高引起饱和失真,NPN 管：底部失真为饱和失真。,PNP 管：顶部失真为饱和失真。,1.温度升高，输入特性曲线向左移。,温度每升高 1C，UBE(2 2.5)mV。,温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。,2.温度升高，输出特性曲线向上移。,T1,T2,温度每升高 1C，(0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大。,O,5.温度变化对放大电路静态工作点的影响,温度升高，静态工作点向上移。,分压式偏置放大电路,VCC(直流电源)：,使发射结正偏，集电结反偏 向负载和各元件提供功率,C1、C2(耦合电容)：隔直流、通交流,RB1、RB2(基极偏置电阻)：提供合适的基极电流,RC(集电极负载电阻):将 IC UC，使电流放大 电压放大,RE(发射极电阻)：稳定静态工作点“Q”,CE(发射极旁路电容)：短路交流，消除 RE 对电压放大倍数的影响,任务二 分压偏置式放大电路,1.静态分析,+UBE,+UCE,IB,I1,IC,IE,要求：,I1(5 10)IB,B(5 10)UBE,稳定“Q”的原理：,T,IC,UE,UBE,IB,IC,直流通路,2.动态分析,交流通路,微变等效电路,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,ro=RC,rbe,Ri,Ro,发射极电阻对放大器性能的影响,交流通路,微变等效电路,ro=RC,RE使放大器输入电阻增大，但放大倍数降低。,信号源内阻对电压放大倍数的影响,源电压放大倍数,例:下图是某扩音机的前置放大器电路，已知晶体管3DG201的电流放大系数=50，RB1=15k，RB2=6.2k，RC=3Kk，RE=2 k，RL=1 k，VCC=12V。求：（1）静态工作点。（2）电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。（3）若换用=100的三极管，重新计算静态工作点和电压放大倍数。,解：（1）求静态工作点,（2）求Au、Ri、Ro,（3）当改用=100的三极管后，其静态工作点为:,可见，在射极偏置电路中，虽然更换了不同的管子，但静态工作点基本上不变。,例:求右图中不接CE时的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,解：,交流通路,微变等效电路,微变等效电路,解:,1)求“Q”,例:=100,RS=1 k,RB1=62 k,RB2=20 k,RC=3 k，RE=1.5 k,RL=5.6 k,VCC=15 V。求：“Q”,ri、ro、,ro=RC=3 k,2)求、ri、ro、,去掉旁路电容 CE 时：,1）静态工作点“Q”不变,ro=RC=3 k,2)求、ri、ro、,多看、多练、多思考,一、零点漂移二、简单差动放大电路三、射极耦合差动放大电路,任务三 差动放大电路,一、功率放大电路的特点二、功率放大电路的类型三、互补对称功率放大电路,任务四 功率放大电路,一、功率放大电路的特点功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率，这就要求：（1）功率放大电路不仅要有较高的输出电压，还要有较大的输出电流。因此功率放大电路中的晶体管通常处于高电压大电流状态，晶体管的功耗也比较大。对晶体管的各项指标必须认真选择，且尽可能使其得到充分利用。因为功率放大电路中的晶体管处在大信号极限运用状态。（2）非线性失真也要比小信号的电压放大电路严重得多。此外，功率放大电路从电源取用的功率较大，为提高电源的利用率。（3）必须尽可能提高功率放大电路的效率。放大电路的效率是指负载得到的交流信号功率与直流电源供出功率的比值。,二、功率放大电路的类型甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点图8-13。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能达到50。乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高。甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。,图8-13 功率放大电路的类型,三、互补对称功率放大电路微课：无输出电容的双电源互补对称功率放大电路1OCL功率放大电路（无输出电容乙类互补对称功率放大电路）电路如图8-14所示，其中V1、V2为导电类型互异（互补）性能参数相同的功放管，每管组成射极输出电路，输出与负载RL直接耦合，双电源供电。静态（ui=0）时，UB=0、UE=0，偏置电压为零，V1、V2均处于截止状态，负载中没有电流，电路工作在乙类状态。动态（ui0）时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载；在ui的负半周V2导通而V1截止，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载。可见在输入信号ui的整个周期内，V1、V2两管轮流交替地工作，互相补充，使负载获得完整的信号波形，故称互补对称电路。由于V1、V2都工作在共集电极接法，输出电阻极小，可与低阻负载RL直接匹配。,图8-14 甲乙类互补放大电路电路及输入输出波形,从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。,为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图所示。图8-15中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已基本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。,图8-15 OCL甲乙类互补对称功率放大电路,2OTL功率放大电路（无输出变压器的甲乙类互补对称功率放大电路）OTL电路的特点是输出端省去了隔直电容，改善了放大电路在低频时的特性，目前得到广泛应用，但这种电路需要用正负双电源供电。因电路对称，静态时两个晶体管发射极连接点电位为电源电压的一半，负载中没有电流。动态时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容C充电；在ui的负半周V2导通而V1截止，电容C通过V2、RL放电，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容C上的电压基本维持在UCC/2不变，因此C的容量必须足够大。,图8-16 OTL甲乙类互补对称功率放大电路,基极电源,7.2.1 电路的组成及工作原理,双电源共发射极单管放大电路,输入回路,输出回路,集电极电阻，约为几至几十欧,NPN型管,耦合电容,耦合电容,基极电阻，约几十至几百千欧,集电极电源，约为几至几十伏,负载电阻,电路中发射极是输入、输出回路的公共支路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发射极电压放大器。,电路各部分作用：,晶体管T：放大器的核心部件，在电路中起电流放大作用；,电源EC：为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态；,电源EB和电阻RB：使管子发射结处于正向偏置，并提供适当的基极电流IB；,耦合电容C1和C2：一般为几微法至几十微法，利用其通交隔直作用，既隔离了放大器与信号源、负载之间的直流干扰，又保证了交流信号的畅通；,电阻RC：将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化，以实现电压放大作用。,1、静态分析,射极输出器,2、动态分析,交流通路,微变等效电路,1.电压放大倍数：,1,2.输入电阻：,3.输出电阻：,射极输出器特点,输入输出同相,ri 高,ro 低,用途：输入级、输出级、中间隔离级。,例:如图所示电路中各元件参数为：VCC=12V，RB=240 k，RE=3.9 k，RS=600，RL=12 k。=60，C1和C2容量足够大，试求：，Ri，Ro。,练习,解：,1)求“Q”,IB=(VCC UBE)/RB+(1+)RE=(12 0.7)/300+121 1 27(A),IE I B=3.2(mA),UCE=VCC IC RE=12 3.2 1=8.8(V),rbe=300+26/0.027 1.28(k),ri=300/(1.28 121)=102.15(k),RL=1/1=0.4(k),2)求、ri、ro,例:=120,RB=300 k,UBE=0.7 VRE=RL=Rs=1 k,，VCC=12V。求：“Q”、ri、ro,7.2.2 电路特点及应用,（1）作多级放大电路的输入级。由于输入电阻高可使输入到放大电路的信号电压基本上等于信号源电压。因此常用在测量电压的电子仪器中作输入级。,（3）作多级放大电路的缓冲级。将射级输出器接在两级放大电路之间，利用其输入电阻高、输出电阻小的特点。可作阻抗变换用，在两级放大电路中间起缓冲作用。,（2）作多级放大电路的输出级。由于输出电阻小提高了放大电路的带负载能力，故常用于负载电阻较小和负载变动较大的放大电路的输出级。,特点：,怎样理解射级输出器做缓冲级的作用？,Go!,7.3 多级放大器,7.3.2 多级放大电路的电路分析,7.3.1 电路结构与耦合方式,直接耦合,电路简单，能放大交、直流信号，“Q”互相影响，零点漂移严重。,阻容耦合,各级“Q”独立，只放大交流信号，信号频率低时耦合电容容抗大。,变压 器耦合,用于选频放大器、功率放大器等。,二、级间耦合方式,输入级,中间级,输出级,一、多级放大电路的组成,7.3.1 电路结构与耦合方式,7.3.2 多级放大电路的电路分析,考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!,ri,ro,1、多级放大电路电压放大倍数的计算,2、多级放大电路输入电阻和输出电阻,ri=ri1,ro=ron,多级放大电路的输入电阻即为第一级放大电路的输入电阻。,多级放大电路的输出电阻即为最后一级（第n级）放大电路的输出电阻。,例:用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示。已知：VCC=12V，1=60，RB1=200k，RE1=2k，RS=100。RC2=2k，RE2=2k，RB1=20k，RB2=10k，RL=6k，2=37.5，试求：(1)前后级放大电路的静态值；(2)放大电路的输入电阻ri和输出电阻ro；(3)各级电压放大倍数 及总电压放大倍数。,解：,(1)第一级静态工作点,第二级静态工作点,(2)放大电路的输入电阻ri和输出电阻ro,(3)各级电压放大倍数 及总电压放大倍数。,