电工电子技术教学PPT三极管放大电路.ppt
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1、电工电子技术,清华大学出版社,第6章 三极管放大电路,项目一 三极管放大电路分析 项目二 稳压电源的认识及应用,项目一 三极管放大电路分析,任务一 学习单管放大电路 任务二 学习放大电路的主要性能指标 任务三 学习放大电路的图解分析法 任务四 学习微变等效电路分析法动手做 单管交流放大电路任务五 学习多级放大电路,(a)扩音机的功能框图,(b)扩音机的结构框图,(c)最简单的放大器,图6-1 扩音机的功能、结构框图和简单放大器,扩音机典型的信号放大电子设备常用的三极管放大电路还有哪些?是怎样实现信号放大的?,项目引入,由一个晶体三极管实现,任务一 学习单管放大电路,1放大电路的组成 2放大电路
2、中电压和电流符号的规定 3放大电路的工作原理,单管放大电路,(a)放大电路方框图,(b)电路原理图,图6-2 单管放大电路,1放大电路的组成,(1)输入回路给放大电路的输入端(三极管的发射结)提供一定频率和幅度的交流电压信号ubeui。电容C1:隔直通交。基极电源UBB和基极偏置电阻RB:给发射结提供正向偏置电压和偏置电流IB,使三极管有合适的静态工作点。(2)输出回路:电源UCC:为输出信号提供能量;并通过RC给集电结提供反向偏置电压,使三极管处于放大状态。集电极电阻RC可将集电极电流的变化变换为电压的变化,以实现放大电路的电压放大。耦合电容C2与C1相似。负载RL为扬声器、继电器线圈等的交
3、流阻抗,一般为几百至几千欧。,(3)三极管:放大电路的核心,具有电流放大作用.,图6-3 简化的单管放大电路,(a)信号直接输入输出,(b)变压器耦合信号输入输出,图6-4 信号输入输出的其他形式,2 放大电路中电压和电流符号的规定,表6-1 放大电路中电压和电流的符号,3放大电路的工作原理,若RB、RC和VCC取合适的值,可使三极管工作在放大区域。发射结正偏,集电结反偏。,无输入信号,即ui0时放大器的工作状态称为静态,此时电路中只有直流分量。静态工作点:IBQ、ICQ、UCEQ,图6-5 放大器的直流通路,(1)静态工作情况分析,根据基尔霍夫定律IBQ(VCCUBEQ)RB VCCRB U
4、CEQ VCC ICQRC 由三极管的放大特性可知 ICQ IBQ 由静态值(UCEQ,IBQ)和(UCEQ,ICQ)可分别在输入特性曲线和输出特性曲线上确定出相应的静态工作点。,硅管0.7V,锗管0.3V,图6-6 放大电路各极电流电压波形,(2)动态工作情况分析有交流信号输入,uiUimsint,uBEUBEQUimsint,iBIBEQIbmsint,iCICQIcmsint,uCE VCCICRC VCC(ICQic)RC(VCCICQ RC)icRC UCEQ icRC,因uCE UCEQ uce 故uouce icRC,uoIcmRCsin(t),ibIbmsint,icIcmsi
5、nt,由于C2隔直通交作用,uCE中的直流不能输出,则负载电阻RL上只有放大后的交流信号uce,即输出电压uo,即 uo uceicRCIcmRCsin(t),输入ui时,iB、iC、uBE和uCE都是由静态直流分量和交流分量叠加而成。共射极放大电路的倒相作用ib、ic与ui 相位相同;uo与ui的相位相反。放大电路工作原理实质用微弱的信号电压ui通过三极管的基极控制三极管ic,ic在RL上形成压降作为输出电压,而ICQ是直流电源UCC提供的。三极管的输出功率实际上是利用三极管的控制作用,把直流电能转化成交流电能的功率。,结论:,想一想:晶体管工作在放大区时,发射结电压和集电结电压偏置情况怎样
6、?,任务二 学习放大电路的主要性能指标,(1)放大倍数(2)输入电阻(3)输出电阻(4)通频带,图6-7 放大电路二端口网络示意图,放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标,其值为输出量与输入量之比,用A表示。电压放大倍数Au UoUi电流放大倍数AiIoIi;功率放大倍数ApPoPi。,(1)放大倍数,有效值,输入电阻ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻,定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值Ii之比ri越大,表明放大电路从信号源索取的电流越小,放大电路所得到的输入电压Ui越接近信号源电压Us,即信号源内阻上的电压越小,信号电压损失越小。如果信号源内阻RC为一常量,为了使输入电流大些
7、,则应使ri小一些。因此,放大电路输入电阻的大小要视需要而定。,(2)输入电阻,任何放大电路的输出电路都可以等效成一个有内阻的电压源,从放大电路输出端看进去的等效内阻称为输出电阻ro。ro的测量方法与求电池内阻的方法相同,空载时测得输出电压为Uo,接入负载时的输出电压为Uo,则有 可求得 当采用恒压源时,放大器的输出电阻越小越好,就如希望电池的内阻越小越好一样,可以增加输出电压的稳定性,即改善负荷性能。,(3)输出电阻,因为放大器中有电容元件,故对不同频率的交流信号有着不同的放大倍数。通常频率太高或太低放大倍数都要下降,只有对某一频率段放大倍数才较高且保持不变。,图6-8 放大器通频带,(4)
8、通频带,下限频率,上限频率,通频带,任务三 学习放大电路的图解分析法,在三极管特性曲线上,用作图的方法来分析放大电路的工作情况,称为图解法。利用图解法分析电路的优点是直观且物理意义清楚。1静态工作情况分析2动态工作情况分析3非线性失真,1静态工作情况分析,由静态值(UBEQ,IBQ)和(UCEQ,ICQ)可分别在输入特性曲线和输出特性曲线上确定出相应的静态工作点Q。,(a)放大电路,(b)静态工作点,图6-9 放大电路直流图解分析,直流负载线找出两个特殊点M(0,VCC)和N(VCC/RC,0),连接M、N。直流负载线的斜率为静态工作点Q:IBQ(VCCUBEQ)RB VCCRB 在输出特性曲
9、线上,确定IBIBQ的一条曲线、与直线M、N的交点为静态工作点Q,对应的静态值ICQ、IBQ、UCEQ即求出。交流负载线反映动态时电流与电压的变化关系。交流负载线斜率为 当输入信号为零时,放大电路仍应工作在静态工作点Q,可见交流负载线也要通过Q点。,直流负载线,反映静态时电流IC与电压UCE的变化关系,比直流负载线陡,例6.1求静态工作点,设50 RL18k,解:(1)作直流负载线 当IC0时,UCEVCC12V,即M(0,12);当UCE0时,ICVCC/RC 3.3mA 即N(3.3,0);将M、N连接,直线MN即为直流负载线。(2)求静态电流IBQ40A的输出特性曲线与直流负载线MN交与
10、Q(6,2),即静态值为IBQ40A,ICQ2mA,UCEQ6V。,2动态工作情况分析,设输入信号ui0.02sint V,则晶体三极管发射结上的总电压uBEUBEQui(0.70.02sint)在0.680.72V之间变化。由于晶体三极管工作在输入特性曲线的线性区,随着uBE的变化,工作点沿着QQ1QQ2Q往复变化,故iB随ui按正弦规律变化,变化范围为2060A之间,即ib20sint A,(1)由输入特性曲线找ib的变化规律,当iB在2060A之间变化时,在输出特性上,三极管即工作在2060A之间。输出端开路时,晶体三极管外部电路iC与uCE的关系为uCEVCCiCRC,其变化轨迹与直流
11、负载线重合。,(2)由输出特性曲线找ic和uCE的变化规律,在iB20A时,三极管工作于Q2点,iB60A时,工作于Q1点。随着ui的变化,工作点仍沿着QQ1QQ2Q的轨迹往复变化,这就找到了iC与uCE的变化规律。,iC在13mA间变化,iC在13mA之间变化 icsint mA,Q1到Q2 之间为动态工作范围,icsint mAuce在39V之间变化uo uce3sin(t)此时,放大电路对输入信号ui的电压放大倍数为,(2)由输出特性曲线找ic和uCE的变化规律,图6-10 三极管交流图解分析,3非线性失真,非线性失真当电路静态工作点设置不合适或者信号太大,超出了晶体管特性曲线上的线性范
12、围时,电路出现失真现象。Q1为静态工作点“截止失真”:由于其位置过低,即使输入的是正弦电压,但在它的负半周,晶体管进入截止区工作,iB的负半周和uCE 的正半周被削平,出现失真。因为这是晶体管的截止引起的,Q2为静态工作点“饱和失真”因其位置太高,ui在的正半周期,晶体管进入饱和区工作,此时iB虽然正常,但iC的正半周和uCE的负半周出现失真。这种失真是因为三极管进入饱和引起的,任务四 学习微变等效电路分析法,当输入交流信号足够小时,通常用微变等效电路法进行分析。1三极管微变等效电路2放大电路的微变等效电路,(1)输入端等效如果输入信号很小,可认为三极管在静态工作点附近的工作段是线性的uCE为
13、常数的条件下,当晶体管在静态工作点上叠加一个交流信号时,有输入电压的微小变化量uBE以及相应的基极电流变化量iB。从B、E看进去三极管就是一个线性电阻即为晶体管的交流(或动态)输入电阻rbe低频小功率管的输入电阻,1三极管微变等效电路,射极静态电流,温度电压当量,(2)输出端等效在小范围内,可以认为曲线间相互平行、间隔均匀,且与轴线平行。uCE为常数的条件下,当基极电流有一增量iB时,由于iB对iC的控制作用,iC必产生更大的增量 iC1iB 表明,从晶体管输出端C、E看进去的电路可以用一个大小为iB或ib的受控源来等效。其中,rce为晶体管输出电阻,有,rce是由于输出特性曲线不平坦所致,即
14、uCE增大时iC也稍有增大。当输出特性曲线较平坦时,rce很大,可认为是,可将图6-13(b)中的rce开路。,图6-13 三极管的微变等效电路,根据放大电路的交流通路和三极管的微变等效,可以得放大电路的微变等效电路。,(a)交流通路,(b)微变等效电路,图6-14 基本放大电路的交流通路及微变等效电路,2放大电路的微变等效电路,假设在输入端输入正弦信号,图中电压表示为 式中当负载开路时,(1)放大电路电压放大倍数,放大电路对于信号源来说,是一个负载,可以用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻ri,即(3)放大电路的输出电阻输出电阻是由输出端向放大电路看进去
15、的动态电阻,因rbe远大于RC,所以 roRCrceRC,(2)放大电路的输入电阻,例6.2在如图6-15(a)所示的电路中,若50,UBE0.7V。试求:(1)静态工作点参数IBQ、ICQ、UCEQ、UO的值;(2)计算动态指标Au、ri、rO的值。,解:(1)求静态工作点参数,画出微变等效电路,(2)计算动态指标,想一想:交流放大电路中为什么要设置静态工作点?通常希望放大电路的输入电阻大一些还是小一些?为什么?输出电阻呢?为什么?,动手做 单管交流放大电路,*预习要求(1)理解静态工作点的概念、电路参数对静态工作点的影响、静态工作点与波形失真的关系。(2)回顾单管放大电路静态工作点的计算和
16、分析方法;分析图6-16所示单管放大电路的工作原理,指出各元件的作用并说明元件值大小对放大器特性的影响。(3)令=100,计算图6-16所示单管放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。(4)分析电压放大倍数Au、输出电压Uo、负载RL的关系。,一、实训目的(1)训练电子电路布线、安装等基本技能,能正确使用仪表对放大电路静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等进行测量;(2)通过实训,进一步加深对单管交流放大电路工作原理的理解;(3)观察静态工作点对放大电路工作性能的影响,熟悉放大电路静态工作点的调整与测试方法。(4)测量交流放大电路的电压放大倍数,观察负载电阻变化时对电压
17、放大倍数的影响。二、实训仪器与器件,三、实训内容,1.静态工作点的调整2.测量电压放大倍数Au,并观察负载RL对Au的影响3.观察静态工作的位置与波形失真的关系,四、注意事项(1)检查各元器件的参数是否正确,测量三极管的值。(2)按图6-16所示电路,在插座板上接线;安装完毕后,应认真检查接线是否正确、牢固。(3)测静态工作点电压要用万用表直流挡。五、实训报告要求(1)整理测试数据,分析静态工作点Au、ri、ro的测量值与理论估算值存在差异的原因。(2)回答下列问题:静态工作点是否仅与RW有关?还与哪些参数和因素有关?负载电阻RL对Au有何影响?还有其他因素影响Au吗?改善波形失真可采取什么措
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