第六章晶体放大电路课件.ppt
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1、本章要求:,1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等 效电路分析法。3.了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念,了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的 工作原理。4.了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。5.掌握负反馈和正反馈的判别方法6.掌握负反馈对放大电路动态性能的影响,第6章 基本放大电路,第6章 晶体放大电路基础,1、概述:放大电路(即放大器)是应用最为广泛的一类电子线路,它的功能是:将输入信号不失真地放大。在通信、自动控制、电子测量及广播、电视等方面和电子设备中,放大器是必不可少的组成部分。,放
2、大的概念:,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用,将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求:1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,本章主要讨论电压放大电路,同时介绍功率放大电路。,2、放大电路的分类:,1.根据非线性元件的数量分:简单放大电路:由一只晶体管(或FET)组成。且有(基本放大电路)共射极、共基极、共集电极、共源极、共漏极等。多级放大电路:由两只以上晶体管(或FET)组成,也可以有多种其他组合电路形式。,2.根据放
3、大信号不同特征来分:直流放大器:其工作信号(被放大的对象)是缓慢变化的信号。音频放大器:其工作信号(被放大的对象)是语言信号的放大器。视频放大器:其工作信号(被放大的对象)是图像信号。高频放大器:其工作信号(被放大的对象)是高频载波信号或已调制的信号。,3.根据工作信号的强弱分:小信号放大器工作信号幅度很小。大信号放大器工作信号幅度很大,常用作功率放大。,三、在这一章里,我们将以几种基本放大电路为例。介绍放大电路的组成原则、工作原理、性能指标、计算分析方法等;在此基础上再扩展到多级放大电路、差分放大电路、集成运算放大电路、功率放大电路等的工作原理及其频率特性。,6.1 基本放大电路的组成,6.
4、1.1 共发射极基本放大电路组成,共发射极基本电路,6.1 基本放大电路的组成,6.1.2 基本放大电路各元件作用,晶体管T-放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏,并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,6.1 基本放大电路的组成,6.1.2 基本放大电路各元件作用,集电极电源EC-为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1、C2-隔离输入、输出与放大电路直流的联系,同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,共发射极基本电路,6.1 基本放大电路的组
5、成,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,1.放大倍数,6.1.3 放大电路的主要技术指标,2.输入电阻,3.输出电阻,4.通频带:通常将放大倍数在高频和低频段分别下降为中频段放大倍数的1/时,所包括的频率范围。,6.1.4 共射放大电路的电压放大作用,无输入信号(ui=0)时:,uo=0uBE=UBEuCE=UCE,结论:,(1)无输入信号电压时,三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE。,(IB、UBE)和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点,称为静态工作点。,结论:,(2)、加上输入信号电压后,各电极电流和电压的大 小均发生了变化,都在直流量
6、的基础上叠加了 一个交流量,但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论:,(3)若参数选取得当,输出电压可比输入电压大,即电路具有电压放大作用。,(4)输出电压与输入电压在相位上相差180,即共发射极电路具有反相作用。,1.实现放大的条件,(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏,集 电结反偏。(2)正确设置静态工作点,使晶体管工作于放大 区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压,经电容耦合只输出交流信号。,6.3.2 放大电路的基本分析方法,三极管的输入特性和输出特性都是非线性的,因此对
7、放大电路进行定量分析时,主要矛盾是如何处理三极管的非线性问题。而要解决这个问题,常用以下两种方法:1.图解法 2.小信号等效电路法(又称微变等效电路法),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,所谓图解法:就是在承认三极管特性为非线性的前提下,在管子的特性曲线上用作图的方法求解。而小信号等效电路法:(又称微变等效电路法)其实质是在静态工作点附近一个比较小的变化范围内,近似地认为三极管的特性是线性的,由此导出三极管的等效电路以及一系列小信号等效参数,从而将非线性问题转化为线性问题,这样我们就可以利用电路原理中学过的有关线性电路的各
8、种规律来求解三极管放大电路。,另一方面,在放大电路中我们要处理的信号通常是交、直流的混合量,故在计算时可以将交直流分开考虑;所谓对放大电路的分析,就是要确定外电路在晶体管或场效应管各极上产生的电压和电流值。因此有两个工作要做:(1)直流分析确定静态Q点;(2)交流分析计算电路的动态性能指标,如Au、Ri、Ro等。,一、直流通路和交流通路,直流通路和交流通路的划分依据:叠加定理。直流通路:在直流电源作用下,直流电流流经的通路 交流通路:在输入信号作用下,交流信号流经的通路 在分析放大电路时,应遵循“先静态、后动态”的原则,即:求解静态工作点时应利用直流通路。求解交流动态参数时应利用交流通路。,直
9、流量与交流量常必须共存于放大电路中,由于电抗元件存在,使直流量与交流量所流经的通路不同,因此为了研究问题方便,将放大电路分为直流通路与交流通路:直流通路用于分析放大电路的静态工作点;交流通路用于分析放大电路的动态参数。,1.直流通路:,直流通路(实际就是放大电路的偏置电路)当输入信号Ui=0时,电路中只有直流量,我们就把Ui=0时形成的电流通路称为直流通路。直流通路画法原则:(举例)对直流来讲,电容视为开路,电感视为短路。令Ui=0(输入信号为0)耦合电容C1、C2等开路,电感等短路 保留直流电压源Vcc或Ec,例1:,对直流信号(只有+EC),例2:画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流
10、通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE),对直流信号电容 C 可看作开路(即将电容断开),断开,断开,直流通路与交流通路,练习:,分析各图所示电路对正弦交流信号有无放大作用。,第一步:画直流通路,判断BJT静态工作点是否在放大区域;,如果未给出具体数值,则即定性判断是否发射结正偏集电结反偏。,如果给出了具体数值,则即定量判断相应的电压和电流是否符合要求。,第二步:画出交流通路,从电路角度分析是否具有放大作用。,练习:(a),第一步:画直流通路;,发射结反偏,不能工作在放大区域。,无放大作用,即使静态时,调整电源使三极管满足放大时的偏置,也无放大作用,因为:,输入的交流信号短路没有加入放大
11、电路中。,练习:(b),如果Rb和Rc满足偏置要求则具有放大作用。,练习:(c),第一步:画直流通路,无放大作用,练习:(d),VCC极性接反,无放大作用,关于临界饱和,1、是饱和状态和放大状态的交界,既可用饱和时的条件又可应用放大时的公式。,2、如果求得实际的电流IB IBS,则工作在放大区域;否则工作在饱和区域。,练习2.2,S接通位置A:,工作在饱和区域。,临界饱和,放大,饱和,IB IBS,IB=IBS,开关处在A,B,C位置,工作在什么状态?并求Ic.,练习2.2,S接通位置B:,工作在放大区域。,临界饱和,放大,饱和,IB IBS,IB=IBS,练习P186 4.2.2,S接通位置
12、C:发射结反偏。,工作在截止区域。,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的=80,Rb=300k,Rc=2k,VCC=+12V,求:,(1)放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域?,(2)当Rb=100k时,放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域?(忽略BJT的饱和压降),解:(1),(2)当Rb=100k时,,静态工作点为Q(40A,3.2mA,5.6V),BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0,即IC的最大电流为:,,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值,,此时,Q(120uA,6mA,0V),,例题,仍设BJT的=80,电路中VCC=+12V,求:,(3)当Rb=3
13、00k时,Rc=5k时放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域?,解:,(3)当Rb=300k时,Rc=5k时,,所以BJT工作在饱和区。,VCE最小为0,,此时,Q(40uA,2.4mA,0V),接上题,?,思 考 题,放大电路如图所示。当测得BJT的VCE 接近VCC的值时,问管子处于什么工作状态?可能的故障原因有哪些?,截止状态,答:,故障原因可能有:,Rb支路可能开路,IB=0,IC=0,VCE=VCC-IC Rc=VCC。,C1可能短路,VBE=0,IB=0,IC=0,VCE=VCC-IC Rc=VCC。,当实际的基极电流,时,三极管才工作在放大区。,如何判断电路中三极管工作在什么区
14、域?,方法1,放大:发射结正偏,集电结反偏,饱和:发射结正偏,集电结正偏,截止:发射结反偏,集电结反偏,倒置:发射结反偏,集电结正偏,方法2,方法3,静态工作点的位置,2.交流通路:,交流通路:在只考虑交流信号作用时,电路中只有交流量,电路为动态的,此时凡是固定不变的量均为零,即恒定电压源视为短路,恒定电流源视为开路。(举例)交流通路画法原则:令Ui0(加入输入信号)电容C1、C2对交流信号短路 直流电压源自身短路,对交流信号(输入信号ui),对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0,C 可看作短路。忽略电源的内阻,电源的端电压恒定,直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,
15、交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,6.2 放大电路的静态分析,静态:放大电路无信号输入(ui=0)时的工作状态。,分析方法:估算法、图解法。分析对象:各极电压电流的直流分量。所用电路:放大电路的直流通路。,设置Q点的目的:(1)使放大电路的放大信号不失真;(2)使放大电路工作在较佳的工作状态,静态是动态的基础。,静态工作点Q:IB、IC、UCE。,静态分析:确定放大电路的静态值。,6.2.1 用估算法确定静态值,1.直流通路估算 IB,根据电流放大作用,2.由直流通路估算UCE、IC,当UBE UCC时,,由KVL:UCC=IB RB+UBE,由KVL:UCC=I
16、C RC+UCE,所以 UCE=UCC IC RC,例1:用估算法计算静态工作点。,已知:UCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5。,解:,注意:电路中IB 和 IC 的数量级不同,例2:用估算法计算图示电路的静态工作点。,由例1、例2可知,当电路不同时,计算静态值的公式也不同。,由KVL可得:,由KVL可得:,12.2.2 用图解法确定静态值,用作图的方法确定静态值,步骤:1.用估算法确定IB,优点:能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路 的影响。,2.由输出特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,6.2.2 用图解法确定静态值,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条
17、输出特性与直流负载线的交点就是Q点,O,6.3 放大电路的动态分析,动态:放大电路有信号输入(ui 0)时的工作状态。,分析方法:微变等效电路法,图解法。所用电路:放大电路的交流通路。,动态分析:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,分析对象:各极电压和电流的交流分量。,目的:找出Au、ri、ro与电路参数的关系,为设计 打基础。,6.3.1 微变等效电路法,微变等效电路:把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化,等效为一个线性元件。,线性化的条件:晶体管在小信号(微变量)情况下工作。因此,在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替
18、。,微变等效电路法:利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时,在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,1.晶体管的微变等效电路,UBE,对于小功率三极管:,rbe一般为几百欧到几千欧。,6.3.1 微变等效电路法,(1)输入回路,Q,输入特性,晶体管的输入电阻,晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替,即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,(2)输出回路,rce愈大,恒流特性愈好因rce阻值很高,一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,输出特性在线性工作区
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- 第六 晶体 放大 电路 课件
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