151基本放大电路静动态分析.ppt
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1、15.1 基本放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.8 多级放大电路及其级间耦合,15.6 放大电路中的负反馈,15.5 射极输出器,15.10 互补对称功率放大电路,15.11 场效应管及其放大电路,15.3 放大电路的动态分析,15.7 放大电路中的频率特性,15.9 差分放大电路,第15章 基本放大电路,本章要求:,基本放大电路,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
2、的 工作原理。4.理解反馈的概念,了解负反馈对放大电路性能的 影响。5.了解差分放大电路的工作原理和性能特点。6.了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。,放大的概念:,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。,放大的概念,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
3、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,放大电路的性能指标,一、电压放大倍数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。,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。,定义:,即:ri越大,Ii 就越小,ui就越接近uS,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。,基本放大电路的
4、组成,共发射极基本放大电路组成,共发射极基本电路,基本放大电路的组成,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,基本放大电路的组成,基本放大电路各元件作用,集电极电源EC-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,基本放大电路的组成,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,共射放
5、大电路的基本组成,放大元件iC=iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。,输入,输出,?,参考点,作用:使发射结正偏,并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容:电解电容,有极性。大小为10F50F,作用:隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使信号顺利输入输出。,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、U
6、CE)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。,UBE,无输入信号(ui=0)时:,uo=0uBE=UBEuCE=UCE,?,有输入信号(ui 0)时,uCE=UCC iC RC,uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uo,共射放大电路的电压放大作用,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
7、反相作用。,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。,如何判断一个电路是否能实现放大?,3.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏,集电结反偏。,4.正确设置静态工作点,使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数,则计算静态工作点来判断;如果未给定电路的参数,则假定参数设置正确。,1.信号能否输入到放大电路中。,2.信号能否输出。,与实现放大的条件相对应,判断的过程如下:,放大电路的分
8、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,2.直、流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大,可以认为它对交流分量不起作用,即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样,交直流所走的通路是不同的。,直流通路:无信号时电流(直流电流)的通路,用来计算静态工作点。,交流通路:有信号时交流分量(变化量)的通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,例:画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流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,对
9、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,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。,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。,用估算法确定静态值,1.直流通路估算 IB,
10、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=IC 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:,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
11、特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,用图解法确定静态值,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,O,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。,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
12、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。,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。,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
13、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是一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源 ic=ib等效代替,即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间,在手册中常用hfe表示。,O,ib,晶体三极管,微变等效电路,1.晶体管的微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,2.放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,交流通路,微变等效电路,分析时假设输入为正弦交流,所以等效电路中
14、的电压与电流可用相量表示。,微变等效电路,2.放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,3.电压放大倍数的计算,当放大电路输出端开路(未接RL)时,,因rbe与IE有关,故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小,放大倍数愈小。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1:,3.电压放大倍数的计算,例2:,由例1、例2可知,当电路不同时,计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与ib的关系、uo与ic 的关系。,例:,如图,UCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5,RL=4k,试求电压放大倍数
15、Au。,解:,由前面得到的,可求得晶体管的输入电阻,故电压放大倍数为,其中,4.放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说,是一个负载,可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。,定义:,输入电阻是对交流信号而言的,是动态电阻。,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大,从信号源取得的电流愈小,因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,例1:,5.放大电路输出电阻的计算,放大电路对负载(或对后级放大电路)来说,是一个信号源,可以将它进行戴维宁等效,等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,定义:,输出电阻是动态电阻
16、,与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小,负载变化时输出电压的变化愈小,因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,如何确定电路的输出电阻ro?,步骤:,1.所有的电源置零(将独立源置零,保留受控源)。,2.加压求流法。,方法一:计算。,方法二:测量。,1.测量开路电压。,2.测量接入负载后的输出电压。,步骤:,3.计算。,共射极放大电路特点:1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.,例3:,求ro的步骤:1)断开负载RL,3)外加电压,4)求,外加,2)令 或,外加,例4:,动态分析图解法,RL=,由uo和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大电路的电压放大倍
17、数。,非线性失真,如果Q设置不合适,晶体管进入截止区或饱和区工作,将造成非线性失真。,若Q设置过高,,晶体管进入饱和区工作,造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,非线性失真,若Q设置过低,,晶体管进入截止区工作,造成截止失真。,适当增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适,信号幅值过大也可产生失真,减小信号幅值可消除失真。,静态工作点的稳定,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固定偏置放大电路,简单、容易调整,但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下,将引起静态工作点的变动,严重时将使放大电路
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- 151 基本 放大 电路 动态 分析
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