第12章--基本放大电路.ppt
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1、第12章 基本放大电路,12.1 基本放大电路的组成,12.2 放大电路的直流通路和静态分析,12.4 静态工作点的稳定,12.5 射极输出器,12.7 互补对称功率放大电路,12.3 放大电路的交流通路和动态分析,12.6 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; 理解放大电路输入、输出电阻,理解互补功率放 大电路的工作原理; 4. 理解差动放大电路的工作原理和性能特点;,第12章 基本放大电路,重点: 放大电路静态值的计算,微变等效电路分析方法,分压式偏置电路,射级输
2、出器的特点和用途。 难点:微变等效电路的分析。,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。,12.1 基本放大电路的组成,微弱信号,放大:,放大的两个要求:信号增强、波形不失真,12.1 基本放大电路的组成,一、共发射极基本放大电路组成,共发射极基本电路,二、基本放大电路各元
3、件作用,晶体管V-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,二、基本放大电路各元件作用,集电极电源UCC -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,信号源的两种形式,电压源:,电流源:,理想电压源与内阻相串联。,理想电流源与内阻相并联。,符号规定,三、放大电路中静态和动态分析,直流分量IB,交流分量 ib,iB,t,瞬
4、时值 iB,0,12.2 放大电路的直流通路和静态分析,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。,12.2.1 用估算法确定静态值,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,,由KVL: UCC = IB RB+ UBE,由KVL: UCC =
5、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,12.2.2 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,12.2.2 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,求例1(图解法),分析UCEQ对电路的Q的影响:,UCEQ太大,截止区,UC
6、EQ太小,饱和区,分析RB对电路的Q的影响:,RB 太大,截止区,RB 太小,饱和区,12.3 放大电路的交流通路和动态分析,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。,12.3.1 交流通路,交流通路画法: ( Cb1、Cb2 、 VCC 短路),共发射极基本电路,12.3.2 动态分析,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
7、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。,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。,(小信号模型法),1.微变等效电路法,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) 三极管的微变等效电路,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
8、间)可用rbe等效代替,即由rbe来确定ube和 ib之间的关系,rbe是一个对交流信号而言的动态电阻。,(2) 输出回路,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,(3) 三极管的微变等效模型,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。,复习:受控源,独立电源:指电压源的电压或电流源的电流不受 外电路的控制而独立存
9、在的电源。,受控源的特点:当控制电压或电流消失或等于零时, 受控源的电压或电流也将为零。,受控电源:指电压源的电压或电流源的电流受电路中 其它部分的电流或电压控制的电源。,四种理想受控电源的模型,电压控制电压源,电流控制电压源,电压控制电流源,电流控制电流源,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。,(1)
10、电压放大倍数Au,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。 (P41例题12.2略),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:,(2)放大电路输入电阻ri,定义:,ri是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。,ri,越好,优点:(1)ri 从信号源吸取电流;(2) ri 电压;(3) ri 多级放大中提高前级的Au。,例1:,定义:,ro是表明放大电路带负载能力的参数。,ro,越好,(3)放大电路输入电阻ro,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
11、: (1) 断开负载RL,(2) 令 或,(课堂练习)综合例题:已知 VCC=12V,Rc=3K,Rb=470K ,=100 , 试求:,(1)静态工作点,(2)Au,(3)ri、ro,(4)接RL2K,后的Au,+,+,(1)静态工作点,(2)Au,rbe,Rb,Rc,(3)ri、ro,ri,rO,(4)接RL2K 后的Au,交 流 通 路,2 . 图解法,D,C,1) 交流负载线,交流负载线反映 iC和uCE的变化关系。,交流负载线斜率,动态分析作图应在交流负载线上进行!,2) 分析过程,RL=,2) 图解分析,(1) 交流的传输情况: ui(即ube) ib ic uo(即uce) (2
12、) 电压和电流都含有交流和直流分量。 (3) uO和ui相位相反. (4) 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,RL,交流负载 线愈陡,Au 。,3) 非线性失真,Q不合适( Q 或Q ) 或 ui ,原因:,失真uo不能复现ui 。,饱和区:饱和失真,截止区:截止失真,当动态范围进入非线性区,(1) 饱和失真,a.原因:Q ,或 ui ,Q1进入饱和区, iC 、 uo失真,uo负半周削平(下削平),b.如何消除饱和失真?,须使Q ,则,调 Rb ,(2)截止失真,a.原因:Q ,或 ui ,动态范围进入截止区, iB 、 iC 、 uo 失真,uo 正半周削平(
13、上削平),b.如何消除截止失真?,须使Q ,则,调 Rb ,(3) 若信号 ui太大(10mV变成50mV), 出现截止、饱和失真,饱和失真,调 Rb ,截止失真,调 Rb ,饱和、截止失真,调 ui ,例:通过uo波形分析失真(NPN管),注意:对于PNP管,由于是负电源供电,失真的表现形式,与NPN管正好相反。,放大电路分析步骤 画直流通路,计算静态工作点Q(IB、IC、UCE) 画交流通路 画微变等效电路 计算 rbe 计算电压放大倍数 Au 计算输入电阻 ri 计算输出电阻 ro,1. 温度变化对静态工作点的影响,12.4 静态工作点的稳定,所谓Q点稳定,是指ICQ和UCEQ在温度变化
14、时基本不变,这是靠IBQ的变化得来的。,若温度升高时要Q回到Q,则只有减小IBQ,12.4.2 分压式偏置电路,1. 稳定Q点的原理,基极电位基本恒定,不随温度变化。,VB,12.4.2 分压式偏置电路,1. 稳定Q点的原理,VB,集电极电流基本恒定,不随温度变化。,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,发射极交流旁路电容CE :隔直通交。,偏置电阻RB1 、 RB2 : 固定基极电位VB 。 (几十千 ),发射极电阻RE:与 RB1 、 RB2共同稳Q。 (几百 几千 ),Q点稳定的过程,
15、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. 静态工作点的计算,估算法:,VB,3. 动态分析,对交流:旁路电容 CE 将RE 短路, RE不起作用, Au,ri,ro与固定偏置电路相同。,旁路电容,Ro=Rc,3. 动态分析,去掉CE后的 微变等效电路,如果去掉CE , Au,ri,ro ?,无旁路电容CE,有旁路电容CE,Au减小,分压式偏置电路,ri 提高,ro不变,例1:,(例12.4.2)在图示放大电路中,已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300, RE2= 2.7
16、k, 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。,12.5 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。,共集电极电路,求Q点:,1. 静态分析,直流通路,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
17、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,外加,3) 输出电阻,射极输出器的ro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. 输出电阻低; 4. 输出与输入同相。,例1:,.,在图示放大电路中,已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k, RL= 2k ,晶体管=60, UBE=0.6V, 信号源内阻RS= 100,试求: (1) 静态工作点 IB、IE 及 UCE; (2) 画出微变等效电路; (3) Au、ri 和 ro 。,解:,(1)由直流通路
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