电工电子技术基础之基本放大电路PPT讲稿.ppt
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1、第1页,共58页,编辑于2022年,星期一 了解放大电路的基本概念及结构组成;熟悉低频小信号放大电路及功率放大器的工作原理;理解静态工作点的图解法,掌握其微变等效电路的估算法;熟练掌握分压式偏置的共发射极放大电路静态情况下的特点、动态情况下的特点;理解反馈对放大电路性能的影响。学习目的与要求第2页,共58页,编辑于2022年,星期一7.1 基本放大电路的概念及工作原理 放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。所谓“放大”,是指将一个微弱的电信号,通过某种装置,得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实质是电路对电流、电压或能量的
2、控制作用。扬声器负载扬声器负载扬声器负载扬声器负载输入信号源输入信号源输入信号源输入信号源扩音器中放大电路的组成扩音器中放大电路的组成为为为为放放放放大大大大器器器器提提提提供供供供能能能能量量量量的的的的直直直直流流流流电电电电源源源源R RS S+U US S放大电路放大电路放大电路放大电路+u u0 0i i0 0话筒送来的微弱话筒送来的微弱音频信号音频信号第3页,共58页,编辑于2022年,星期一ui放放大大大大电电路路微弱输入微弱输入小信号小信号u ui iu0幅度大大增强幅度大大增强的输出信号的输出信号u u0 0 放大电路的放大作用,实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输
3、入信号的作用则是控制这种转移,使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。放大电路的核心元件是晶体管,因此,放大电路若要实现对输入小信号的放大作用,必须首先保证晶体管工作在放大区。晶体管工作在放大区的外部偏置条件是:其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源,并配以合适的偏置电路来实现的。第4页,共58页,编辑于2022年,星期一三种基本组态的晶体管放大电路晶体管放大电路一般有三种组态:u u0 0 u ui ibce u u0 0 u ui ibec u u0 0 u ui ibec共发射极放大电路共发射极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路共基极放大
4、电路 无论放大电路的组态如何,其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后,输出时其信号幅度显著增强。必须清楚:幅度得到增强的输出信号,其能量并非来自于晶体管,而是由放大电路中的直流电源提供的。晶体管只是实现了对能量的控制,使之转换成信号能量,并传递给负载。第5页,共58页,编辑于2022年,星期一1.放大电路的组成原则 放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大,单凭晶体管的电流放大作用显然无法完成。必须在放大电路中设置直流电源,使其保证晶体管工作在线性放大区。因此,放大电路的组成原则为:(1)核心元件晶体管必须发射结正偏,集电结反偏;(2)输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电路,以保
5、证晶体管的以小控大作用;(3)输出回路的设置应保证晶体管放大后的电流信号能够转换成负载需要的电压形式;(4)不允许被传输小信号放大后出现失真。第6页,共58页,编辑于2022年,星期一2.共射放大电路的组成及各部分作用 共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式,其电路组成的一般形式为:3DG63DG6管管管管R RB BU UBBBBC C1 1+R RC CU UCCCCC C2 2+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。第7页,共58页,编辑于2022年,星期一 实际应用中,共射放大电路通常采
6、用单电源供电,各部分的作用分别如下:晶体管在放大电路中起以小控大的能量控制作用向放大电路提供能量,并保证晶体管工作在放大区 基极偏置电阻的作用是为放大电路提供合适的静态工作点。有极性电解电容的作用是隔离直流和让输入交流信号顺利通过。有极性电解电容的作用是隔离直流和让放大的交流信号顺利输出。RC的作用是将放大的集电极电流转换成晶体管的输出电压。3DG6管管RBC1+RCC2+UCC第8页,共58页,编辑于2022年,星期一3.共射放大电路的工作原理3DG6RBC1+RCC2+UCCcebuiu0ibiCuCEiBIB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
7、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交直流共存的。uuiitt00输入交流信号电流iiBBtt00IBiiCCtt00ICuuCECEtt00ICRCuu00tt00反相!反相!输入信号电压第9页,共58页,编辑于2022年,星期一 需放大的信号电压 ui通过C1转换为放大电路的输入电流,与基极偏流叠加后加到晶体管的基极,基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用引起集电极电流 iC变化;iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化,即:u uCECE=U UCCCC-i iC CR RC C 放大电路内部各电压、电
8、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。例如:基极电流的直流分量用I IB B表示;交流分量用i ib b表示;总量用i iB B表示。由上式可看出:由上式可看出:当 iC增大时,uCE就减小,所以 uCE的变化正好与 iC相反,这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分,耦合到输出端的交流成分即为输出电压 u0。若电路参数选取适当,u0的幅度将比 ui 幅度大很多,亦即输入的微弱小信号 ui 被放大了,这就是放大电路的工作原理。共射放大电路工作原理第10页,共58页,编辑于20
9、22年,星期一放大电路中放大电路中各电压、电各电压、电流的符号有流的符号有何规定何规定?你会做吗?放大电路的基放大电路的基本概念是什么本概念是什么?放大电路中?放大电路中能量的控制与能量的控制与变换关系如何变换关系如何?说明共发射极电压放大器说明共发射极电压放大器输入电压与输出电压的相位输入电压与输出电压的相位关系如何?关系如何?如果共发射极电压如果共发射极电压放大器中没有集电极放大器中没有集电极电阻电阻RC,能产生电压,能产生电压 放大吗?放大吗?基本放大电路基本放大电路的组成原则是的组成原则是什么?以共射什么?以共射组态基本放大组态基本放大电路为例加以电路为例加以说明说明 第11页,共58
10、页,编辑于2022年,星期一7.2 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“静静态态”。静态分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。C1+C2+ICUBE放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的直直直直流流流流通通通通道道道道UCE3DG6RBRCUCCcebIC=IBUCE=UCCICRCIB=RBUCC-UBE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:IB由图可得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:式中ICRC前面的负号表示输出电压与集电极电流IC反相,即与输入电压反相。1.放大电路静态分析的估算
11、法第12页,共58页,编辑于2022年,星期一ICIEIBUBEUCERBRCUCCceb 已知图示电路中UCC=10V,RB=250K,RC=3K,=50,试求该放大电路的静态工作点Q。IB=37.2A所以静态工作点Q:IC=1.86mAUCE=4.42V注意:注意:计算中一定要弄明白各量的单位,不允许写错!第13页,共58页,编辑于2022年,星期一分析分析UBE(V)IB0.5V 0.7V死区死区死区死区uit0ibt0 0t1t1t2t3t4t3t2t4 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,ib电流波形
12、与ui波形完全不一样了,造成输入信号输入时的“截截止失真止失真”。输入信号电压波形假如不设置静态工作点不设置不设置不设置不设置静态工静态工静态工静态工作点行作点行作点行作点行吗?吗?吗?吗?结论: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。第14页,共58页,编辑于2022年,星期一 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:2.用图解法求解静态工作点(1)(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:描绘出管子的输入、
13、输出特性如下图所示:uBEiBiCuCE第15页,共58页,编辑于2022年,星期一(2)(2)画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。由放大电路的直流通道可得:UCEICIEIBUBERBRCUCCcebUCE=UCCICRC令令UCE=0,可得:IC=UCC/RC令令IC=0 可得:UCE=UCCICUCEUCCRCUCC连接两点作出直流负载线(3)确定静态工作点只有IBQ对应的交点才是Q Q点QIBQ直流负载线上交点有多个第16页,共58页,编辑于2022年,星期一固定偏置的放大电路存在很 温度TQ点ICUCEVCICUCEQ
14、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Q 如果VCIB的小信号条件。C2C1CERC3DG6cbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBV VB BV VB B的大小显然与温度无关。分分压压式式偏偏置置共共射射放放大大电电路路的的直直直直流流流流通通通通道道道道 偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值,使之符合:I1I2IB 的条件。在小信号条件下,IB可近似视为0值。忽略IB时,RB1和RB2可以对UCC进行分压。即:第19页,共58页,编辑于2022年,星期一分压式偏置共射放大电路的静态分析 上述分析步骤,就是分压式偏置的共发射极电压放大电路的估算法。显然,基极电位VB的高
15、低对静态工作点的影响非常大。UBERCcbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBVBIEICUCE第20页,共58页,编辑于2022年,星期一ICUCE 基极电位VB的高低对静态工作点Q 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 Qibu0 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,因此输出电压呈下下削波削波。结论:结论:输入信号波形iCVB值大Q点高,饱和饱和失真!第21页,共58页,编辑于2022年,星期一
16、ICUCE 基极电位VB设置较低时对Q 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 Qib 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下削波。iCu0 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上削波波。结论:结论:VB值小Q点低,截止截止失真!第22页,共58页,编辑于2022年,星期一VB的高低对放大电路的静态工作点影响很大。温度对Q点的影响也不能忽视。分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了负反馈环负反馈环节节,因此当温度升高
17、时,具有自调节能力自调节能力。设放大电路环境温度升高,此时: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I1I2IBVBIE+UCCRERB1RB2RCcbeUBEUCE TI IB BICIEVEVBEIC 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!第23页,共58页,编辑于2022年,星期一 通过分析可知,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,造成传输过程中信号的严重失真;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和截止失真。设置合适的静态工作点显然是放大电路保证传输质量的必要条件,其
18、设置的原则是:保证正常的输入信号不失真的输出且保证静态工作点的相对稳定。分压式偏置的共射放大电路显然可以实现上述原则。通过选择合适的分压电阻RB1和RB2,可获得一个恰当的基极电位V VB B值,以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏。这样,在信号传输的过程中晶体管就会始终工作在放大区,使放大电路正常工作。电路中的反馈电阻R RE E则起到了稳定工作点的作用,从而抑制了由于温度变化对放大电路产生的影响。学习与归纳第24页,共58页,编辑于2022年,星期一放大电路中为什放大电路中为什么要设置静态工么要设置静态工作点?静态工作作点?静态工作点不稳定对放大点不稳定对放大电路有何影响?电路有何影响?你
19、会做吗?放大电路的失真放大电路的失真包括哪些?如何包括哪些?如何消除失真?两种消除失真?两种失真下集电极电失真下集电极电流的波形和输出流的波形和输出电压的波形有何电压的波形有何不同?不同?影响静态工作点稳定的因影响静态工作点稳定的因素有哪些?其中哪个因素影素有哪些?其中哪个因素影响最大?如何防范?响最大?如何防范?静态时耦合电容静态时耦合电容C1、C2两端有无电压?若有,两端有无电压?若有,其电压极性和大小如何其电压极性和大小如何确定?确定?能否说出能否说出RE和和CE在放大在放大电路中所起电路中所起的作用。的作用。第25页,共58页,编辑于2022年,星期一7.3 基本放大电路的动态分析 放
20、大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态时,放大电路输入的是交流微弱小信号;电路内部各电压、电流都是交直流共存的叠加量;放大电路输出的则是被放大的输入信号。求解放大电路的动态输入电阻r ri i、输出电阻r rO O及电压放大倍数A Au u等参量的过程称为动态分析。1.共射放大电路的动态分析CERC+UCCRB1RB1RCcbeRLRB2TRSuSC2C1RE分压式偏置共发射极放大电路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分压式偏置共
21、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。第26页,共58页,编辑于2022年,星期一电容CE在电路中起何作用?+UCCCERERB1RB2C2RCC1Tcbe 电容CE的作用:交流通路中,射极电容将反馈电阻短路,则Au不受影响。如果把射极电如果把射极电容去掉,对电容去掉,对电路会产生何影路会产生何影响?响?如果把射极电容CE去掉,交流通道反馈电阻RE仍起作用,则IE减小,rbe增大,负载不变情况下,电压放大倍数Au降低。第27页,共58页,编辑于2022年,星期一2.微变等效电路法 微变等效电路法就是在满足小信号条件下,将晶体管线性化,
22、把放大电路等效为一个近似的线性电路,然后应用线性电路的求解方法求出ri、r0、Au的方法。RB1RCcbeRB2T 一般情况下,由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。ibibRB1RCRB2rbe晶体管的微变等效电路。其中rbe是晶体管输入端的等效电阻,受控电流源相当晶体管的集电极电流。显然微变等效电路反映了晶体管电流的以小控大以小控大作用。图中:图中:晶体管交流输入等效电阻第28页,共58页,编辑于2022年,星期一RB1RCRB2rbe共射电压放大器的微变等效电路法ibib晶体管的微变等效电路iiuiu0i0=0iC基极电流集电极电流
23、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,RL此时电路放大倍数:第29页,共58页,编辑于2022年,星期一共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为:式中负号反映了输出电压与输入电压的反相关系显然,放大电路带上负载后,其电压放大倍数将降低。负载越大,RL等效电阻越小,放大倍数下降越多。共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大,因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。共射放大电路的
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