电工技术下教学课件第15章基本放大电路.ppt
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1、第15章 基本放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.8 互补对称功率放大电路,15.9 场效晶体管及其放大电路,15.3 放大电路的动态分析,15.5 放大电路中的频率特性,15.7 差分放大电路,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.了解差动放大电路的工作原理和性能特点;5.了解场效晶体管的电
2、流放大作用、主要参数的意义。,第15章 基本放大电路,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。,15.1 基本放大电路的组成,15.1.1 共发射极基本放大电路组成,共发射极基本电路,交流信号源,15.1 基本放大电路的组成,15.1.2 基本放大电路各元件作用,晶体管T-放大元件,iC
3、=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,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,共发射极基本电路,负载,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,2个直流电源,使用起来不方便,需要简化,15.2 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
4、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、UBE。,静态分析:确定放大电路的静态值。,用放大电路的直流通路确定静态值,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,可以忽略不计,则,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
5、量级不同,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,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,15.3 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。,15.3.1 微
6、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。,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。,(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
7、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。,ib,晶体三极管,微变等效电路,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
8、交流,所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,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。例2见P42,负载电阻愈小,放大倍数愈低。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1:,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
9、。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:,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,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。,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 P43,15.3.2 图解法,D,C,1.交流负载线,交流负载线反映动态时电流 iC和电压uCE的变化关系。,交流负载线斜
10、率,2.图解分析,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数。,3.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。,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。,15.4 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、
11、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不能正常工作,其中影响最大的是温度的变化。,15.4.1 温度变化对静态工作点的影响,在固定偏置放大电路中,当温度升高时,IC将增加,使Q点沿负载线上移。,iC,uCE,Q,温度升高时,输出特性曲线上移,O,固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的,为此需要改进偏置电路。当温度升高使 IC 增加时,能够自动减少IB,从而抑制Q点的变化,保持Q点基本稳定。,结论:当温度升高时,IC将增加,使Q点沿负载线上移,容易使晶体管 T进入饱和区造成饱和失真,甚至引起过热烧坏三极管。,15.4.2 分压式偏置电路,1.稳定Q点的
12、原理,基极电位基本恒定,不随温度变化。,VB,VB,集电极电流基本恒定,不随温度变化。,从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但 I2 越大,RB1、RB2必须取得较小,将增加损耗,降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高,在UCC一定时,势必使UCE减小,从而减小放大电路输出电压的动态范围。,在估算时一般选取:I2=(5 10)IB,VB=(5 10)UBE,RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。,参数的选择,VE,VB,Q点稳定的过程,VE,VB,VB 固定,RE:温度补偿电阻 对直流:RE越大,稳定Q点效果越好;对交流:RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。,2.静态工
13、作点的计算,估算法:,VB,例1:,在图示放大电路中,已知UCC=12V,RC=6k,RE1=300,RE2=2.7k,RB1=60k,RB2=20k RL=6k,晶体管=50,UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点 IB、IC 及 UCE;(2)画出微变等效电路;(3)输入电阻ri、ro及 Au。,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。,15.5 放大电路的频率特性,阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等,它们的容抗随频率变化,故当信号频率不同时,放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。,频
14、率特性,幅频特性:电压放大倍数的模|Au|与频率 f 的关系,相频特性:输出电压相对于输入电压的 相位移 与频率 f 的关系,通频带,f,|Au|,fL,fH,|Auo|,幅频特性,下限截止频率,上限截止频率,O,在中频段,所以,在中频段可认为电容不影响交流信号的传送,放大电路的放大倍数与信号频率无关。(前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入电压的相位移均是指中频段的),三极管的极间电容和导线的分布电容很小,可认为它们的等效电容CO与负载并联。由于CO的电容量很小,它对中频段信号的容抗很大,可视作开路。,由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大,故对中频段信号的容抗很小,可视作短路。,由于信号
15、的频率较低,耦合电容和发射极旁路电容的容抗较大,其分压作用不能忽略。以至实际送到三极管输入端的电压 比输入信号 要小,故放大倍数降低,并使 产生越前的相位移(相对于中频段)。,在低频段:,所以,在低频段放大倍数降低和相位移越前的主要原因是耦合电容和发射极旁路电容的影响。,CO的容抗比中频段还大,仍可视作开路。,由于信号的频率较高,耦合电容和发射极旁路电容的容抗比中频段还小,仍可视作短路。,在高频段:,所以,在高频段放大倍数降低和相位移滞后的主要原因是三极管电流放大系数、极间电容和导线的分布电容的影响。,CO的容抗将减小,它与负载并联,使总负载阻抗减小,在高频时三极管的电流放大系数 也下降,因而
16、使输出电压减小,电压放大倍数降低,并使 产生滞后的相位移(相对于中频段)。,15.6 射极输出器,因对交流信号而言,集电极是输入与输出回路的公共端,所以是共集电极放大电路。因从发射极输出,所以称射极输出器。,求Q点:,15.6.1 静态分析,直流通路,15.6.2 动态分析,1.电压放大倍数,电压放大倍数Au1且输入输出同相,输出电压跟随输入电压,故称电压跟随器。,微变等效电路,2.输入电阻,射极输出器的输入电阻高,对前级有利。ri 与负载有关,3.输出电阻,射极输出器的输出电阻很小,带负载能力强。,共集电极放大电路(射极输出器)的特点:,1.电压放大倍数小于1,约等于1;2.输入电阻高;3.
17、输出电阻低;4.输出与输入同相。,射极输出器的应用,主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。,1.因输入电阻高,它常被用在多级放大电路的第一级,可以提高输入电阻,减轻信号源负担。,2.因输出电阻低,它常被用在多级放大电路的末级,可以降低输出电阻,提高带负载能力。,3.利用 ri 大、ro小以及 Au 1 的特点,也可将射极输出器放在放大电路的两级之间,起到阻抗匹配作用,这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,第一级,第二级,负载,信号源,两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接,多级放大电路及其级间耦合方式,(1)静态分析,由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直流通路互不相通,每
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- 电工 技术 教学 课件 15 基本 放大 电路
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