part3基本放大电路s.ppt

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1、放大电路概念及工作原理 基本共射放大电路的工作原理 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点,基本放大电路,基本放大电路的概念及工作原理,“放大”:将一个微弱的电信号，通过某种装置，得到一个波形与该信号相同、但幅值却大很多的信号。,扬声器负载,输入信号源,扩音器中放大电路的组成,为放大器提供能量的直流电源,话筒送来的微弱音频信号,ui,放大电路,微弱输入小信号ui,u0,幅度大大增强的输出信号u0,直流电源作用：给输出信号提供能量。输入信号作用：控制放大电路输出信号按期望规律变化。,放大电路的核心元件是晶体管，须保证其工作在放大区。放大区的外部偏置条件是：其发射结正偏、集电结反偏。,三种基本组态

2、的晶体管放大电路,晶体管放大电路一般有三种组态：,共发射极放大电路,共集电极放大电路,共基极放大电路,无论放大电路的组态如何，外部偏置条件是：其发射结正偏、集电结反偏。,2.共射放大电路的组成及各部分作用,应用最为广泛的放大电路形式,放大电路的核心元件三极管,耦合电容,基极电阻,基极电源,集电极电阻,集电极电源,耦合电容,上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。,极性电容 电解电容阳极铝箔 阴极的电解液电介质阳极铝箔上产生的一层氧化铝膜当电容正接的时候,氧化铝膜会由于电化反应而保持稳定,当反接的时候,氧化铝层会变薄,使电容容易被击穿损坏.所以电解电容在电路中必须注意极性.普通的电容是无极性

3、的.,共射放大电路通常实际采用单电源供电：,晶体管起以小控大的能量控制作用,提供能量，并保证晶体管工作在放大区(集电结反偏/发射结正偏),基极偏置电阻作用是为放大电路提供合适的静态工作点(IB)。,电容的作用是隔直流和通交流信号。,电容的作用是隔直流和通交流。,RC的作用是将集电极电流转换成晶体管的输出电压。,放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采用大写英文字母。例：基极电流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；总量用iB表示。,共射放大电路工作原理,3.共射放大电路的工作原

4、理,基极固定偏置电流,放大后的集电极电流,iC通过RC将放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。,uCE经C2滤掉了直流成分后的输出电压,信号电流和基极固定偏流的叠加,显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。,输入交流信号电流,反相！,输入信号电压,1 需放大的信号电压 ui通过C1转换为放大电路的输入电流2 与基极偏流叠加后加到晶体管的基极3 基极电流iB以小控大引起集电极电流 iC变化4 iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即：uCE=UCC-iCRC,由上式可看出：uCE与 iC反相。uCE经过C2滤掉了直流成分，保留交流成分，即为输出电压 u0。若电路参数选取适当，u0的幅

5、度将比 ui 幅度大很多，亦即输入的微弱小信号 ui 被放大了。,共射放大电路工作原理,基本放大电路的静态分析,输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。静态分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。,静态分析的目的：(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。,基本放大电路的静态分析,UBE,放大电路的直流通道,UCE,ICIB,UCE=UCCICRC,直流下耦合电容C1、C2相当于开路,由直流通道求工作点上的IB：,由图可得,由晶体管放大原理可求得IC：,由图又可求得工作点上UCE：,1.放大电路静态分析的估算法,已知

6、图示电路中UCC=10V，RB=250K，RC=3K，=50，试求该放大电路的静态工作点Q。,解,IB=37.2A,所以静态工作点Q：,IC=1.86mA,UCE=4.42V,例,注意：计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！,例：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由上述两例可知，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：,IE,+UCC,RB,RC,T,+,+,UBE,UCE,IC,IB,分析,t1,t1,t2,t3,t4,t3,t2,t4,此时ui小于死区的部分将无法得到传输，只有大于死区的部分才能转换成电流ib通过晶体管。,由于输入信号大部分无法通过晶体管

7、，ib电流波形与ui波形完全不一样了，造成输入信号输入时的“截止失真”。,输入信号电压波形,假如不设置静态工作点,不设置静态工作点行吗？,结论：为保证传输信号不失真地输入到放大器中得到放大，必须在放大电路中设置静态工作点。,利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法称为图解法。其分析步骤一般为：,用图解法求解静态工作点,(1)按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：,(2)画出直流负载线。求静态工作点的关键。,由放大电路的直流通道可得：,UCE=UCCICRC,UCC,连接两点作出直流负载线,(3)估算IB，确定静态工作点,只有IB对应的

8、交点才是Q点,IBQ,直流负载线上交点有多个,温度TQ点ICUCEVC,若 温度上升，将造成输出特性曲线上移。,静态工作点Q随之上移,如果VCVB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。,分析,哪些不足？,例如当晶体管所处环境温度升高时,，晶体管内部载流子运动加剧，因此将,造成放大电路中的各参量将随之发生变化。,为不失真地传输信号，分压式偏置，,可通过反馈环节有效,地抑制温度对静态工作点的影响。,分压式偏置,对固定偏置的放大电路进行改造。,RB,RB1,分压电阻,射极反馈电阻,射极旁路滤波电容,为稳定工作点Q而添加的负反馈环节,分压电阻,由于设置了反馈环节，因

9、此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。,分压式偏置共射放大电路的静态分析,静态分析时，需满足I1I2IB的小信号条件。,VB,VB的大小显然与温度无关。,分压式偏置共射放大电路的直流通道,偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合小信号条件，IB可近似视为0值。,忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：,分压式偏置共射放大电路的静态分析,显然，基极电位VB的高低对静态工作点的影响非常大。,UBE,UCE,分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了负反馈环节，因此当温度升高时，具有自调节能力。,设放大电路环境温度升高，此

10、时:,由于电路具有对温度变化的自调节能力，因此集电极电流通常恒定，即:,温度变化IC基本不受影响,T,IB,IC,IE,VE,VBE,IC,只要基极电位和射极反馈电阻不变，集电极电流始终维持不变！,基极电位VB的高低对静态工作点Q的影响,设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位VB选择偏高或偏低时，Q点随之上移或下行。设VB较高时：,Q,u0,Q点的上移造成放大过程中信号的一部分进入饱和区，发生饱和失真，集电极电流上削波。,放大电路输出电压同样产生饱和失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈下削波。,结论：,输入信号波形,iC,VB值大Q点高，饱和失真！,基极电位VB设置较

11、低时对Q点的影响,VB设置的高低，取决于两个基极偏置电阻的数值选择，当RB1太大时，VB值就会较低，引起静态工作点Q下行：,Q,输入信号波形,Q点下行造成放大过程中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，集电极电流呈下削波。,iC,u0,放大电路输出电压同样产生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈现上削波。,结论：,VB值小Q点低，截止失真！,交流放大电路中如果不设置静态工作点，输入的交流信号就无法全部通过放大电路，造成信号的严重失真；若静态工作点设置不合适，同样会发生传输过程中的饱和失真(过)和截止失真（不及）。过犹不及！,静态工作点设置原则是：保证输入信号不失真的输出且保证静

12、态工作点的相对稳定。,解决方法分压式偏置的共射放大电路。选择合适的分压电阻RB1和RB2，可获得恰当的基极电位VB值，以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏，确保始终工作在放大区。电路中的反馈电阻RE则起到了抑制由于温度变化对放大电路影响。,学习与归纳,电容CE在电路中起何作用？,电容CE的作用：交流通路中，射极电容将反馈电阻短路，输入电阻变小，则输入电压变小，电压放大倍数增大。,如果把射极电容去掉，对电路会产生何影响？,如果射极电容CE不存在，交流通道反馈电阻RE起作用，输入电阻变大，则负载不变情况下，电压放大倍数降低。,基本放大电路的动态分析,放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态

13、时，输入交流微弱小信号；输出被放大的输入信号动态分析求解电路的动态输入/输出电阻及电压放大倍数等参量。,1.共射放大电路的动态分析,分压式偏置共发射极放大电路,输入信号源,放大电路负载,电源为0时可视为“地”,电容相当于“交流短路”,RB1相当于接于基极与“地”之间,RC相当于接于集电极与“地”之间,分压式偏置共发射极放大电路的交流通道,由于发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共发射极组态的放大电路。,晶体管的微变等效电路法动态电路的基本分析方法,在满足小信号条件下，将晶体管线性化，等效为一个近似的线性电路，然后求出ri（输入电阻）、rbe(晶体管输入电阻)，Au（电压放大倍数）。,晶

14、体管的微变等效电路。rbe是晶体管输入等效电阻，受控电流源相当集电极电流。,图中：晶体管交流输入等效电阻,共射电压放大器的微变等效电路法,晶体管的微变等效电路,基极电流,集电极电流,放大电路的输入电压和电流,放大电路的输出电压和电流,电路交流等效输入电阻：,ri=rbe/RB1/RB2,由于小信号电路有RB1和RB2 rbe，所以 ri rbe,显然交流等效输出电阻：r0=RC,电路中电压放大倍数：,若电路接入负载，,此时电路放大倍数：,共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为：,负号反映了输出电压与输入电压的反相关系,放大电路带上负载后，其电压放大倍数将降低,共发射极放大电路的主要任务

15、是对输入的小信号进行电压放大，因此电压放大倍数Au是主要指标之一。共射放大电路的电压放大倍数随着带上负载后下降，说明这种放大电路的带负载能力不强。,微变等效电路,动态分析：,显然电路中加了交流反馈电阻Re后，电路中的电压放大倍数进一步降低了。,共射放大电路中含有交流反馈电阻的动态分析,输入电阻ri：为降低信号源内阻RS的影响，总希望ri，使放大电路获得较强的输入电压。在共射放大电路中，ri近似等于rbe，一般只有几百欧至几千欧，阻值比较低，输入电阻不理想。,对负载而言，希望放大电路的输出电阻r0越小越好。r0 负载电阻RL变化对输出电压的影响 电路带负载能力共射放大电路的r0在通常只有几千欧至

16、几十千欧，输出电阻也不理想。,电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数、动态输入电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由计算式可看出，当rbe 和RL一定时，Au与成正比。,说一说下图所示各电路能否有效放大交流信号？,不能！,不能！,VB=UCC，饱和失真,NPN管的电路，电容极性接反且无反馈环节。,已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,（1）用估算法计算静态工作点,例,解,(2)用微变等效电路法计算电压放大倍数Au及输入、输出电阻,共集电极放大电路,共集电极放大电路特点：晶

17、体管的集电极直接与直流电源UCC相接负载接在发射极电阻两端。显然，电路输入极仍为基极，输出极却是发射极。,共集电极?,共集电极放大电路,直流通道,IB,IC,IE,UBE,动态分析,RE,集电极为输入、输出回路共同的交流“地”端，因此称之为共集电极放大电路。,共集电极放大电路,直流通道,IB,IC,IE,静态分析,UBE,动态分析,RE,微变等效电路,求电路的电压放大倍数Au,通常(1+)RLrbe，故式中分子小于约等于分母，即共集电极放大电路的Au小于和约等于1。,因Au为正值，说明ui与u0相位相同；又因ui u0，说明电路中的电压并没有被放大。但电路中ie=(1+)ib，说明电路仍有电流

18、放大和功率放大作用。此外，u0是由射极输出的，共集电极放大电路又称为“射极输出器”。,求电路的输入电阻ri,求电路的输出电阻r0,射极输出器的Ri较大，通常可达几十千欧至几百千欧。,显然，射极输出器的r0较小，仅为几十欧至几百欧。,射极输出器的用途,电压放大倍数小于1约等于1，即u0跟随ui变化。输入电阻较高。输出电阻较低。,归纳射极输出器电路特点,最突出的优点有较高的输入电阻和较低的输出电阻。射极跟随器常用于多级放大器的输入级或最末级。作输入级时，其高输入电阻可提高放大器的输入电压。作输出级时，其低输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响。,了解放大电路的基本概念及结构组成理解静态工作点的图解法、估算法掌握其微变等效电路的估算法熟练掌握分压式偏置共发射极放大电路静态情况、动态情况下的特点,学习目的与要求,检验学习结果,本章学习结束 Goodbye!,