基本放大电路.ppt.ppt
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1、1,第二章 基本放大电路,2,2.1 概论2.2 放大电路的组成和工作原理2.3 放大电路的分析方法2.4 静态工作点的稳定2.5 射极输出器2.6 场效应管放大电路2.7 多级阻容耦合多级放大电路,3,放大电路的本质是能量的控制和转换: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。电子电路放大的基本特征是功率放大:负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流,或兼而有之。能够控制能量的元件称为有源元件,在放大电路中必须存在有源元件,如晶体管和场效应管等。,2.1 概论,2.1.1 放大的概念,4,放大的前提是不失真,只有在不
2、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,只有它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,即电路不产生失真。,5,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示,如图:,Au,6,2.1.2 放大电路的性能指标,一、放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,Au是复数,反映了输出和输入的幅值比与相位差。,7,二、输入电阻ri,放大电路一定要有前级(信号源)为其提供信号,那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量
3、放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大,从其前级取得的电流越小,对前级的影响越小(信号电压的损失越小)。,定义:,即:ri越大,Ii 就越小,ui就越接近uS,Ri,8,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言,相当于信号源,我们可以将它等效为戴维南等效电路,这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,RL,9,1.测量开路电压Uo。(不接负载时的输出电压),2.测量接入负载后的输出电压Uo。,3.计算。,10,四、通频带,通频带:,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。,11,2.1.3 符号规定,UA,大写字母、大写下
4、标,表示直流量。,uA,小写字母、大写下标,表示全量。,ua,小写字母、小写下标,表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,12,2.2 基本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,13,2.2.1 共射放大电路的基本组成,Rb,VCC,VBB,RC,Vcc要保证集电结反偏,晶体管工作在放大区,IC=IB。,ui=0,放大电路处于静态,基极电源,使UBEUon,基极电阻,与VBB共同决定IB,IB,IC,集电极电阻,电压为ICRC,UCE=VCC-ICRC,UBE,14,2.2.1 共射放大电路的
5、基本组成,输出,Rb,VCC,VBB,RC,IB,IC,ui0,产生动态基极电流ib,ib,ic,输出回路得到动态电流ic,RC将集电极电流的变化转化为电压的变化,使管压降uCE产生变化,uCE的变化量即输出动态电压uo,从而实现电压的放大,为输出提供所需能量,UBE,UCE,15,2.2.2 静态工作点,Rb,VCC,VBB,RC,IB,IC,ui0,交流量与直流量并存,ib,ic,UBE,UCE,uCE,输入信号为0,直流电源单独作用时的IB,IC,UBE,UCE称为放大电路的静态工作点Q,16,Rb,VBB,RC,IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ,输入信号为0,直流电源单独作用时的IB
6、,IC,UBE,UCE称为放大电路的静态工作点Q,硅管:UBEQ=0.7V锗管:UBEQ=0.2V,VCC,17,为什么要设置静态工作点?,去掉基极电源,+VCC负端接地,静态时两端短路,截止状态,A,B,18,当加入输入电压ui时,uABui,若其峰值小于b-e间开启电压Uon,则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态,因而输出电压没变化;即使ui的幅值足够大,晶体管也只可能在信号正半周大于Uon的时间间隔内导通,所以输出电压必然严重失真。,iB,uBE,Uon,ui,t,19,对放大电路的基本要求:一是不失真;二是能够放大失真的放大毫无意义设置合适的静态工作点以保证放大电路不产生失真,
7、20,Rb,VBB,RC,iB,iC,uCE,VCC,各点波形,2.2.3 工作原理及波形分析,21,2.2.3 放大电路组成原则,基本共射放大电路组成放大电路时必须遵循以下几个原则:直流电源要设置合适静态工作点,并做为输出的能源。对于晶体管放大电路,电源的极性和大小应使晶体管基极与发射极之间处于正向偏置,静态电压 大于开启电压Uon;而集电极与基极之间处于反向偏置;即保证晶体管工作在放大区。对于场效管放大电路,电源的极性和大小应为场效管的栅极与源极之间、漏极与源极之间提供合适的电压,从而使之工作在恒流区。电阻取值得当,与电源配合,使放大管有合适的静态工作电流。,22,输入信号必须能够作用于放
8、大管的输入回路。对于晶体管,输入信号必须能够改变基极与发射极之间的电压,产生uBE,或改变基极电流,产生iB。对于场效应管,输入信号必须能够改变栅极与源极之间的电压,产生uGS。这样,才能改变放大管输出回路的电流,从而放大输入信号。当负载接入时,必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载,从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。,23,两种常见共射放大电路,直流耦合共射放大电路,共地:在实用放大电路中,为防止干扰,常要求输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端,即“地”端,称为“共地”。如图所示电路中,将基极电源与集电极电源合二为一,并且为了合理设置静态工作点,在基极回路
9、增加一个电阻。直接耦合:信号源与放大电路,放大电路与负载电阻均直接相连,故称为“直接耦合”。,Rb1是必不可少的。若Rb10,则静态时,由于输入端短路,IBQ0,晶体管将截止,电路不可能正常工作。,24,静态工作点的求法:,令输入信号损失,减小基极与发射极之间的电压,影响放大能力,25,阻容耦合共射放大电路,耦合电容:电容C1用于连 接信号源与放大电路,电容C2用于连接放大电路与负载,这种在电路中起连接作用的电容称为耦合电容。阻容耦合:利用电容连接电路称为阻容耦合。,电路分析:由于电容对直流量的容抗无穷大,所以信号源与放大电路、放大电路与负载之间没有直流量通过。耦合电容的容量应足够大,使其在输
10、入信号频率范围内的容抗很小,可视为短路,所以输入信号几乎无损失地加在放大管的基极与发射极之间。可见,耦合电容的作用是“隔离直流,通过交流”,耦合电容,电容容抗:,26,静态工作点:,电容C1上的电压为UBEQ,电容C2上的电压为UCEQ,方向如图所标注。由于在输入信号作用时,C1上电压基本不变。因此可将其等效成一个电池,等效电路如右图所示。,27,ui=0时,uo=0,C1、C2没有电流流过,却有电压存在。对C1,ui=0,可理解为信号源电压经过为0,信号源接在地及C1之间。三极管静态偏压UBEQ通过信号源内阻向C1充电,C1两端被充电的稳态电压恰好等于静态偏压UBEQ,方向为左负右正。,28
11、,2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,29,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,分别分析放大电路中的交、直流成分,分析基本放大电路的思路和解决方法,直流通路(ui=0)分析静态。,交流通路(ui 0)分析动态,只考虑变化的电压和电流。,能通过直流信号的通道。研究静态工作点,能通过交流信号的电路通道。研究动态参数,若直流电源内阻为零,交流电流流过直流电源时,没有压降。设C1、C2 足够大,对信号而言,其上的交流压降近似为零。在交流通道中,可将直流电源和耦合电容短路。,30,2.3.1 直流通路
12、与交流通路,直流通路:直流电源作用下直流电流流经的通路,+VCC,RS,es,Rb,Rc,C1,C2,T,+,RL,uo,+,+,uBE,iC,iB,iE,电容开路;电感线圈短路;信号源短路,但要保留内阻,画直流通路的方法:,计算静态工作点,31,交流通路:输入信号作用下交流信号流经的通路,交流通路的画法,直流电源视为短路耦合电容视为短路,32,RS,Rc,Rb,+VCC,RL,+uo,iB,iC,T,+uo,+uce,交流通路?,直流电源短路耦合电容短路,直流通路?,交流电源短路耦合电容开路,阻容耦合静态工作点与信号源内阻和负载电阻无关,信号直接加在B、E间,“隔直”,33,交流通路,直流通
13、路,静态工作点与信号源内阻和负载电阻有关,直接耦合共射放大电路的直流通路和交流通路,34,“先静态,后动态”,静态工作点利用直流通路,动态参数利用交流通路。静态工作的合适,动态分析才有意义。,35,2.3.2 图解法,分析交流放大电路的方法,图解法,计算分析法,对于三极管放大电路,图解法是利用三极管的特性曲线和外部电路所确定的负载线为基础,通过作图的方法求解电路的工作情况。,根据电路的工作情况,进行近似计算,36,一、静态工作点分析,输入回路,写出输入回路方程,画输入特性曲线,求两条曲线的交点Q,并读出交点处的坐标,得出IBQ,输入回路负载线,静态工作点,IBQ,UBEQ,Q,uBEVBBiB
14、Rb,37,输出回路,写出输出回路方程,画输出特性曲线,uCEVCCiCRc,求两条曲线的交点Q,并读出交点处的坐标ICQ、UCEQ,输出回路负载线,38,二、电压放大倍数的分析,1.加入输入信号ui,在输入特性曲线中求iB,输入回路方程,uBEVBB ui iBRb,uBE,ui,iB,得到iB,39,2.在输出特性曲线中求uCE,在输出特性中找到对应IBIBQiB的输出特性曲线,得到uCE,即为输出电压uo,放大倍数为:,40,Q点设置对放大倍数的影响,uBE,0,iB,VBB/Rb,VBB,IBQ,UBEQ,Q,VBB+ui/Rb,iB,VBB+ui,iB,输入回路中,VBB不变,Rb的
15、数值越小,Q点越高,负载线越陡,在同样的uI下产生的iB越大,|Au|越大,Q,41,VCC/RC,ICQ,UCEQ,Q,0,IB IBQ,iC,uCE,uCE,uCE,VCC/RC,Rc的数值越小,负载线越陡,在同样的iB下产生的uCE越小,|Au|越小,输出回路中,VCC,42,三、波形非线性失真的分析,1.波形的失真,饱和失真:由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管,输出电压表现为底部失真。,截止失真:由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管,输出电压表现为顶部失真。,43,2.Q点的选取对输出波形的影响,Q点太低,会出现
16、截止失真,Q点太高,会出现饱和失真,Q点取在交流负载线的中点时,输出波形可取得最大动态范围。,44,3.最大不失真电压有效值,Q点取在负载线的中点时,输出波形可取得最大动态范围。,接上负载,45,Q点的设置要求,1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位;2.要有合适的交流负载线。,46,阻容耦合放大电路,静态时电流IC和电压UCE的关系,直流负载线,4.交流负载线,47,接上负载后的输出电压,交流负载线的特征:,(1)经过静态工作点,(2)斜率,动态时电流iC和电压uCE的关系,+ui,交流通路,ui0,48,交流负载线确定方法,(1)在输出特性曲线上画直流负载线,求静态工作点,交流负
17、载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。,(2)通过Q点做交流负载线,其斜率为-1/RL,直流负载线(-1/RC),交流负载线-1/(Rc|RL),ICQ(RC|RL),49,交流工作状态的图解分析,iB,假设uBE有一微小的变化,交流负载线,50,放大电路各点的波形,51,输入特性曲线,输出特性曲线,交流负载线,52,五、图解法的优缺点,优点:能够直观、全面地了解放大电路的工作情况,在曲线上合理安排工作点,了解电路参数对工作点的影响,从而正确选择电路参数,大致估算动态工作范围。,缺点:需要实测输入输出特性曲线,对输入电阻和输出电阻的分析比较困难,误差较大。,辅助分析,53,(1)Q1移到Q2,
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