电子技术基础资源.ppt

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1、基本放大电路,第2章机械工业出版社同名教材配套电子教案,第2章 基本放大电路,2.1 放大电路基本概念,放大电路基本框图,放大电路性能指标,放大倍数,1）电压放大倍数：,源电压放大倍数Aus：,2）电流放大倍数：,3）功率放大倍数：,输入电阻Ri,输入电阻,输出电阻Ro,2.2 共射基本放大电路,2.2.1 共射基本放大电路概述,电路组成和各元件作用,直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,设,则,共射基本放大电路中的电压电流,在直流成分的基础上叠加了一个交流信号：,输入输入电压隔除直流成分，只有交流成分：,uo中负号表示与ui反相。,2.2.2 共射基本放大电路的分析,图解法,非线性失真,截

2、止失真,放大电路中的三极管有部分时间工作在截止区而引起的失真，称为截止失真。,1）引起截止失真的主要原因：IBQ过小，Q点在截止区或靠近截止区。,2）改善方法：增大IB，即减小RB。,饱和失真,放大电路中的三极管有部分时间工作在饱和区而引起的失真，称为饱和失真。,1）引起饱和失真的主要原因：是Q点在饱和区或靠近饱和区，即UCEQ过小；,2）改善方法：增大RB是最好的方法。,微变等效电路法,三极管h参数等效电路,图2-9 h参数微变等效电路a)三极管等效电路 b)放大电路等效电路,输入电阻计算：,适用范围：交流、低频、小信号。,共射基本放大电路的微变等效电路分析法,1）电压放大倍数：,其中,2）

3、输入电阻：,3）输出电阻：,【例2-2】已知共射基本放大电路如图所示，=80，UBEQ=0.7V，rbb=200，RB=470k，RC=3.9k，RL=6.2k，Rs=3.3k，us=20Sint(mV)，VCC=12V，试求：,IBQ、UCQ、UCEQ；,画微变等效电路；,Au、Aus、Ri、Ro、uo。,解：,微变等效电路,2.2.3 静态工作点稳定电路,温度对三极管参数的影响,温度每升高10，ICBO就增加一倍；,温度每升高1，相对增大0.5%1%；,温度每升高1，|UBE|减小22.5mV。,温度对放大电路静态工作点的影响,温度升高，使三极管三项参数变化，最终结果均使IC增大。,分压式

4、偏置电路,能稳定三极管放大电路的静态工作点。,电路形式,稳定条件：,I1IBQ；,UBQUBEQ。即：RB1RB2不能太大；RE足够大。,工作原理,温度,分析计算,1）静态分析,2）动态分析,微变等效电路：,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,缺点,虽能稳定静态工作点，但电压放大倍数Au大大降低。,改善措施,在RE两端并联一个较大的电容CE（20F100F）。,【例2-3】分压式偏置电路如图2-13a所示，已知VCC=24V，=50，rbb=300，UBEQ=0.6V，Us=1mV，Rs=1k，RB1=82k，RB2=39k，RC=10k，RE1=200，RE2=7.5k，RL=9.1k，

5、C1=C2=10F，CE=47F，试求：,静态工作点；,画微变等效电路；,rbe、Ri、Ro、Au、Aus、Uo。,解：,微变等效电路如图2-13b所示，其中RE2被电容CE交流短路，微变等效电路中不须画出，对动态性能无影响；RE1未被电容CE交流短路，微变等效电路中仍须画出，对动态性能也有影响。,图2-13 例2-3电路a)电路 b)微变等效电路,2.3 共集电极电路和共基极电路,2.3.1 共集电极电路,电路形式,静态分析,动态分析,微变等效电路：,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,主要特点,电压放大倍数小于1，接近于1；,输入输出电压同相；,输入电阻大；,输出电阻小；,具有电流放大

6、和功率放大作用。,主要用途,用作多级放大器输入级。,用作多级放大器的输出级。,用作多级放大器的中间级。,【例2-4】已知共集电极电路如图所示，VCC=24V，=50，rbb=200，UBEQ=0.7V，RB=360k，RE=5.1k，RL=6.2k，C1=C2=10F，试求：,静态工作点；,画微变等效电路；,rbe、Au、Ri、Ro。,解：,微变等效电路,2.3.2 共基极电路,电路形式,静态分析,动态分析,微变等效电路,主要特点,电流放大倍数小于1，接近于1；,输入输出电压同相；,输入电阻小；,输出电阻大；,具有电压放大和功率放大作用。,【例2-5】已知共基极电路如图所示，VCC=12V，=

7、60，rbb=300，UBEQ=0.6V，RB1=47k，RB2=18k，RC=1.3k，RE=2.7k，RL=1.2k，C1=C2=10F，CB=100F，试求：,静态工作点；,画微变等效电路；,rbe、Au、Ri、Ro。,解：,微变等效电路,放大电路三种基本组态比较,表2-1 三种基本组态放大电路的特性比较,2.4 场效应管放大电路,自偏压共源电路,图2-19 自偏压场效应管放大电路a)自偏压电路 b)微变等效电路,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,分压式偏置共源电路,图2-20 分压式偏置场效应管放大电路a)分压式偏置电路 b)微变等效电路,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,

8、源极输出器,图2-21 源极输出器a)源极输出器电路 b)微变等效电路,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,【例2-6】已知源极输出器电路如图2-21a所示，VCC=12V，RG1=2M，RG2=500k，RG3=3.3 M，RS=12k，RL=12k，gm=1.5ms，C1=C2=0.1F，试求Au、Ri、Ro。,解：,2.5 多级放大电路,2.5.1 多级放大电路基本概念,多级放大器的组成,输入级：要求输入电阻高，一般由共集电极电路或场效应管放大电路充任。,中间级：要求有足够的电压放大倍数，一般由共射电路组成。,输出级：有二个要求：一是输出电阻要小，即带负载能力要强；二是要有一定的输出

9、功率。因此一般也由共集电路充任。,级间耦合方式,阻容耦合,主要特点：耦合简单；前后级静态工作点相互独立，互不影响。但不能传输直流信号和变化缓慢的信号；不便于集成。,变压器耦合,主要特点：前后级静态工作点相互独立；变压器具有阻抗变换作用，可调节前后级阻抗匹配，达到最大功率传输。但变压器体大、量重、价贵、有电磁干扰、高频和低频特性均差，且不能集成。,直接耦合,主要特点：是既能放大直流信号，又能放大交流信号；便于集成（集成电路内部均为直接耦合）；但前后级静态工作点不能独立，相互影响，存在零点漂移问题。,光电耦合,主要特点：前后级静态工作点相互独立，互不影响；便于集成。但受温度影响较大。,分析方法,电

10、压放大倍数：,注意事项：计算前级放大器的电压放大倍数时，后级放大器的输入电阻应看作前级放大器的负载电阻；,输入电阻：即输入级的输入电阻。,输出电阻：即输出级的输出电阻。,【例2-7】已知两级放大电路如图2-22a所示，VCC=24V，rbb=300，1=2=50，UBEQ=0.7V，RB1=1M，RB21=82k，RB22=43k，RE1=27k，RE21=510，RE22=7.5k，RC2=10k，Rs=1k，RL=8.2k，C1=C2=C3=10F，CE2=47F，试求：,V1、V2静态工作点；,画微变等效电路；,Ri、Ro、Au；,若Us=1mV，求Uo。,解：,图2-22 两级放大电路

11、a)电路,图2-22 两级放大电路b)微变等效电路,微变等效电路如图2-22b所示。,2.5.2 阻容耦合放大电路的频率特性,幅频特性与相频特性,图2-23 阻容耦合放大电路频率特性a)幅频特性 b)相频特性,阻容耦合放大电路产生频率特性的原因：,在低频段，主要是耦合电容和旁路电容的影响。,在高频段，主要是三极管PN结结电容和线路分布电容的影响。,通频带BW,BW=f H-f L,频率失真,放大电路对不同频率信号的电压放大倍数和相移的不同而引起输出电压波形的失真，分别称为幅频失真和相频失真，并统称为频率失真。,图2-24 放大电路的频率失真a)输入电压波形 b)输出电压波形（不失真）c)幅频失

12、真的输出电压波形 d)相频失真的输出电压波形,2.6 放大电路中的负反馈,2.6.1 反馈的基本概念,电路反馈的定义,将放大电路输出量（电压或电流）中的一部分或全部通过某一电路，引回到输入端，与输入信号叠加，共同控制放大电路，称为反馈。,反馈分类,负反馈和正反馈,若引回的反馈信号削弱输入信号而使放大电路的放大倍数降低，称为负反馈；,若引回的反馈信号增强输入信号而使放大电路的放大倍数提高，称为正反馈。,直流反馈和交流反馈,若反馈信号属直流量（直流电压或直流电流），则称为直流反馈；,若反馈信号属交流量，则称为交流反馈。,电压反馈和电流反馈,若反馈信号属电压量，则称为电压反馈；,若反馈信号属电流量，

13、则称为电流反馈。,串联反馈和并联反馈,若反馈信号与输入信号的叠加方式为串联，则称为串联反馈；,若叠加方式为并联，则称为并联反馈。,放大电路中负反馈的四种组合类型：,电压串联负反馈；,电压并联负反馈；,电流串联负反馈；,电流并联负反馈。,基本负反馈电路,单级电流串联负反馈,单级共射（共源）放大电路在发射极（源极）串接电阻，且电阻两端未并联旁路电容，输出信号从集电极（漏极）输出的均属电流串联负反馈电路。,图2-25 单级电流串联负反馈电路,单级电压串联负反馈,单级共集（共漏）放大电路，在发射极（源极）串接电阻，输出信号从发射极（源极）输出的均属电压串联负反馈电路。,图2-26 单级电压串联负反馈电

14、路,单级共射（共源）放大电路，在集电极与基极间并联电阻（包括电抗元件），均属电压并联负反馈电路。,单级电压并联负反馈,图2-27 单级电压并联负反馈电路,负反馈放大电路的方框图,图2-29 负反馈放大器方框图,开环增益：A=xo/xid,反馈系数：,F=xf/xo,闭环增益：,满足深度负反馈（1+AF）1条件时，,2.6.2 多级负反馈放大电路类型的判别,负反馈类型的具体判别方法,判别有无反馈,根据有否沟通输出回路与输入回路的中间环节，即有否连接两个回路的反馈元件或反馈网络。,判别正、负反馈,用“瞬时极性法”。若反馈信号极性与输入信号极性相同为正反馈，相反为负反馈。,判别电压、电流反馈,根据反

15、馈信号取自于输出电压还是输出电流。,判别串联、并联反馈,根据反馈信号馈入输入回路与输入信号的叠加方式是串联还是并联。,负反馈类型判别举例,【例2-10】已知电路如图2-31所示，试分别判别4个电路的反馈类型。,图2-31 多级反馈放大电路的判别a)电压串联负反馈 b)电压并联负反馈,图2-31 多级反馈放大电路的判别c)电流串联负反馈 d)电流并联负反馈,解：图2-31a为电压串联负反馈电路。,图2-31b为电压并联负反馈电路。,图2-31c为电流串联负反馈电路。,图2-31d为电流并联负反馈电路。,2.6.3 负反馈对放大电路性能的影响,提高电路增益稳定性,减小非线性失真,图2-32 负反馈

16、减小非线性失真无反馈时信号波形 b)引入负反馈时信号波形,扩展通频带,图2-33 负反馈扩展通频带,BWf=(1+AF)BW,放大电路的增益带宽积为一常数：Af BWf=ABW,改变输入输出电阻,串联负反馈使输入电阻增大；,并联负反馈使输入电阻减小；,电压负反馈使输出电阻减小；,电流负反馈使输出电阻增大。,负反馈放大电路的稳定,自激振荡定义：放大电路无外加输入信号时，输出端仍有一定频率和幅度的信号输出。,产生自激振荡的原因：电路形成正反馈,自激振荡条件：,幅值条件：,相位条件：,（n=0，1，2，）,2.7 功率放大电路,2.7.1 功率放大电路的基本概念,功率放大电路的特点和要求,非线性失真

17、要小。,输出功率大。,效率要高。,功放管需要散热和保护。,功率放大电路的工作状态,图2-34 功放电路的工作状态a)甲类 b)乙类,丙类 功放管在整个信号周期内只有小半个周期导通，导通角小于180。,甲类 功放管在整个信号周期全导通，导通角为360。,最大效率在理想情况下50%。,乙类 功放管在整个信号周期内只有半个周期导通，导通角为180。,两个功放管拼接的乙类功放电路最大效率在理想情况下可达/4=78.5%。,丙类状态仅在高频功率放大电路中应用。,提高功放电路效率的关键因素,减小功放管静态电流。,功放电路工作状态的选择,既要提高功放效率，又要减小非线性失真。理想的选择是乙类状态，用二个功放

18、管在正负半周轮流工作，输出二个半波信号组成一个完整信号。,由于三极管存在导通死区，在信号小于死区电压时，会产生截止失真，此种情况主要发生在二个功放管交替工作的瞬间，这种失真称为交越失真。如图2-35所示。,图2-35 交越失真,解决这一问题的方法是给功放管设置一定静态偏流，一般取ICQ=24mA为宜，称为甲乙类工作状态。因其偏向乙类，因此分析时仍用乙类状态的分析方法。,2.7.2 互补对称功放电路,互补对称功放电路由二个类型不同的NPN型和PNP型的功放管（互补）组成，要求该二个功放管参数一致（对称），因此称为互补对称功放电路。,图2-36 互补对称功放原理电路,在负载RL上流过一个完整的正弦

19、波电流信号。,工作原理,静态时，UA=0。,输入信号正半周时，V1导通，V2截止；,输入信号负半周时，V2导通，V1截止。,输出功率,分析计算,最大输出功率：,V1、V2各自工作在乙类状态，两管轮流导通工作。,效率,效率：,最大效率：,功放管管耗,功放管选择,OTL电路,OTL（Output Transformer Less）电路是单电源无输出变压器互补对称功放电路。,图2-37 OTL功放电路,电路分析,1）V1、V2构成互补对称功放电路。,2）V3为推动管（或称激励管），R2为V3管直流负载电阻。,3）R4、VD1、VD2提供V1、V2静态偏置。,VD1、VD2的主要作用：,提供V1、V2

20、静态偏压，消除交越失真。,交流信号耦合，减小不对称失真。,具有温度补偿作用，稳定静态工作点。,R4一般很小，约100左右，用于微调V1、V2管静态电流。,4）R1为电压并联负反馈电阻，为V3管提供静态偏置，同时可调节中点电压UA=VCC/2。,5）输出电容C2的作用：,输出信号耦合隔直。,起到VCC/2等效电源的作用。,图2-38 输出电容C2作用a)信号正半周 b)信号负半周,C2取值：,6）R3C3：,自举电路，使V1管在信号正峰值时有足够的驱动能力。,调节R4可调功放管电流，调节R1可调中点电压UA，但两者互有牵连，反复调节23次，可满足要求。,电路计算,仍属乙类互补对称功放电路。其正负两组电源电压相当于VCC/2，因此互补对称功放电路的计算公式全部适用，但必须用VCC/2代替各式中的VCC。,调试方法,