15-基本放大电路.ppt
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1、1,基本放大电路,第15章,2,第15章 基本放大电路,3,放大器将输入的信号放大,15.1 共发射极放大电路的组成,一、放大的概念,例如:扩音机电路。,扩音机的主要组成部分是放大器。,电路工作电源,4,放大的对象:变化量 放大的本质:能量的控制 放大的特征:功率放大 放大的基本要求:不失真,5,二、 共射放大电路的组成,共射:发射极E为参考点。,6,各元件作用,集电极电阻: 将变化的电流转变为变化的电压。,放大元件T: 工作在放大区, BE结正偏,BC结反偏。,耦合电容: 隔直流,通交流,耦合电容: 隔直流,通交流,7,单电源供电,RB,EC,EB,RC,C1,C2,T,RL,ui,uo,8
2、,三、 基本放大电路的工作原理及波形分析,交流电压放大器:,输入:交流小信号 ui,输出:交流大信号 uo,正常工作时,直流电源供电,各极的电压、电流为:,iB,uBE,iC,uCE,随输入电压的变化而变化!,9,放大电路有两种工作状态,静态:ui=0的状态。,动态:ui0的状态。,静态时的电压电流为直流: IB , IC(IE), UBE , UCE,动态时的电压电流为直流+交流: iB , iC(iE), uBE , uCE,10,(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点,1. 静态:ui=0,静态工作点,Q,Q,11,静态波形,12,2. 动态: 输入
3、ui,13,ib,iB = IB + ib,uBE = UBE + ube,iC = IC + ic,uCE = UCE + uce,ube,ic,uce,动态波形,基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用,并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。,动态信号驮载在静态之上,14,当ui= 0时,IB=0,IC= IB =0,UCE=VCC,晶体管处于截止状态。,3. 设置静态工作点的必要性,若峰值小于BE结死区电压UT,则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态,输出电压毫无变化。,当ui0时,若信号幅度足够大,晶体管只可能在信号正半周大于UT的时间间隔内导通,导致输
4、出电压严重失真。,15,注意两点!,1、放大器正常工作时,需设置合适的静态工作点,使晶体管在信号的整个周期内始终工作在放大状态,输出信号才不会产生失真。,2、放大器正常工作时,所有的电压、电流均为直流+交流。,16,放大电路的主要性能指标:,电压放大倍数Au;输入电阻ri;输出电阻 ro;通频带 fbw;最大不失真输出电压Uom ;最大输出功率Pom与效率,信号源,信号源内阻,输入电压,输出电压,输入电流,输出电流,四、放大电路的性能指标,17,1、电压放大倍数Au,电压放大倍数反映了放大器的放大能力。,18,从放大电路输入端看进去的等效电阻,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数,
5、ri愈大放大电路从信号源吸取的电流愈小,反之则愈大。,2、输入电阻ri,19,输入电阻大一些好还是小一些好?,若信号源为压源 输入电阻越大,要求信号源提供的电流越小,信号源内阻对输入电压的影响越小。,20,3、输出电阻 ro,负载开路时,从放大电路输出端看进去的等效电阻。,21,输出电阻大一些好还是小一些好?,输出电阻越小,在负载变化时,引起输出电压的变化越小,即输出电压越稳定,所以,输出电阻越小,带负载能力越强!,22,4.通频带,通频带:,fbw=fHfL,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,23,15.23 放大电路的分析,24,一、放大电路的分析方法,分析原则:,静态分析:,估算静
6、态工作点,动态分析:,估算放大倍数;输入输出电阻;通频带;分析失真,估算法,图解法,图解法,微变等效电路法,25,1、直流通路:,信号源视为短路,但应保留其内阻。,在直流电源作用下静态(直流)电流流经的通路。,电容视为开路;,电感线圈视为短路(即忽略线圈电阻),静态分析用直流通路!,估算静态工作点用直流通路,注意!,二、直流通路与交流通路,26,基本共射放大电路,直流通路,27,2、交流通路,容量大的电容(如耦合电容)视为短路;,输入信号作用下交流信号流经的通路,无内阻的直流电源(如+VCC)视为短路。,动态分析用交流通路,注意!,28,交流通路:,RC,C1,C2,RL,uo,ui,+UCC
7、,29,1.估算法:,画出放大电路的直流通路由直流通路列方程求解,三、放大电路的静态分析,30,IC = IB,调整偏置电阻RB ,可调整偏置电流IB 。即调整IC和UCE ,使工作点合适。,31,例1:用估算法计算基本放大电路的静态工作点。,已知:UCC=12V,RC=4k,RB=300k , =37.5。,注意: 电路中IB和IC的数量级! UCE的大小是否合理!,32,2.图解法:,由直流通路列输入输出回路KVL方程,画出放大电路的直流通路,在晶体管的输入输出特性上作直流负载线,特性曲线与直流负载线的交点为静态工作点,三、放大电路的静态分析,33,输入回路,输出回路,UCC,IB,UBE
8、,UCC/RB,输入回路负载线,IB,IC,直流负载线,UCE,34,静态分析小结,1. 用直流通路;,2. 用估算法计算数据简便; 用图解法分析是否合适直观;,3. 基极电流的量级是几十A; 集电极电流的量级是几mA;,4. 合适的静态工作点应在负载线的中间; 即 管压降约为集电极电源的一半。,35,作业题,15.2.4,1. PNP晶体管电源和耦合 电容的极性? 2. 若RB调整到0,现象? 措施?,36,15.2.5,能否放大?,.晶体管是否工作在放大区? 电源极性是否正确?是否设置了工作点?,2. 信号是否能输入?输出? 看交流通路,输入信号是否施加到BE间?输出信号能否加到负载上?,
9、37,四、放大电路的动态分析,利用交流通路估算放大倍数;输入输出电阻; 利用图解法分析失真情况.,方法:,在静态工作点确定后分析信号的传输情况,考虑的只是电流和电压的交流分量。,38,1. 图解法,39,放大电路动态工作时,输出回路的电压uCE、电流iC所遵循的变化规律。,画交流负载线,交流信号,40,交流通路,41,交流负载线,RL,RL= RC / RL,动态信号遵循的负载线。,42,交流负载线,交流负载线的两个特征:,放大电路动态工作时,输出回路的电压uCE,电流iC沿交流负载线变化。,43,当 输入ui时,在静态工作点上叠加一个交流信号:,44,直流负载线和交流负载线,空载时,交、直流
10、负载线重合。,45,图解法的作用:分析非线形失真,IBQ,Q,0,ICQ,UCEQ,合适的工作点在负载线的中间。正常工作时不会产生失真。,46,Q,Q,0,基本共射放大电路的截止失真,Q点过低,信号进入截止区。,产生截止失真的原因:,47,Q,Q,0,消除截止失真的方法,工作点上移: -减小Rb,48,Q,0,Q,基本共射放大电路的饱和失真,Q点过高,信号进入饱和区。,产生饱和失真的原因:,49,消除饱和失真的方法,工作点下移: -增大Rb,Q,50,归纳:,Q点过低(IB小,IC小,UCE大),产生截止失真;输出波形被削掉正半周;,Q点过高(IB大,IC大,UCE小),产生饱和失真;输出波形
11、被削掉负半周;,调: Rb IB IC Q点,调: Rb IB IC Q点,调整工作点通过调整Rb实现!,注意!,51,因信号幅度太大而产生的饱和截止失真,IBQ,Q,0,Q 点合适,输入信号过大,饱和截止失真同时出现。,解决方法:减小输入信号。,52,画出放大电路的交流通路,在晶体管的输出特性上做交流负载线,在图中分析:电压放大倍数及失真情况,图解法的步骤,53,图解法的适用范围,图解法在实际应用中,多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压和失真情况。,图解法的特点:,必须实测所用管的特性曲线,定量分析时误差大。,直观形象的反映晶体管的工作情况;, 晶体管的特性曲线只能反映信号频率较低时的电压
12、、电流关系。,54,(1)当静态工作点从Q1移到Q2 、从Q2移到Q3 、从Q3移到Q4 时,分别是因为电路的哪个参数变化造成的?这些参数是如何变化的?,(2)当电路的静态工作点分别为Q1Q4 时,哪种情况下最易产生截止失真?哪种情况下最易产生饱和失真?,(3)电路的静态工作点为Q4时,集电极电源VCC的值为多少?集电极电阻Rc为多少千欧?,55,()因为Q2与Q1都在一条输出特性上,所以基极静态电流IBQ相同,说明Rb没变;Q2与Q1不在同一条负载线上,说明Rc变化了,由于负载线变陡,所以静态工作点从Q1移到Q2的原因是Rc减小。,因为Q3与Q2都同在一条负载线上,所以Rc没变;而Q3与Q2
13、不在同一条输出特性曲线上,说明Rb产生变化;从图上可知Q3的IBQ(20A)大于Q2的IBQ(10A),因此从Q2移到Q3的原因是Rb减小。,因为Q与Q都同在一条输出特性曲线上,所以输入回路参数没有变化;而Q所在负载线平行于Q所在负载线,说明Rc没变;从负载线与横轴交点可知,从Q移到Q的原因是VCC增大。,解:,56,因为Q4下UCEQ=6V,正居负载线中点,所以其最大不失真电压有效值,()从点在晶体管的输出特性坐标平面中的位置可知,Q2最靠近截止区,因而最易出现截止失真;Q3最靠近饱和区,因而电路最易出现饱和失真; Q4距饱和区和截止区最远,所以在Q4下电路的最大不失真电压最大。,57,2.
14、 微变等效电路法,在一定条件下,将晶体管以它的线性电路等效模型来代替,用电路分析的方法来进行分析计算。,58,晶体管微变等效模型,在放大电路中,在交流小信号作用下, 晶体管的输入输出特性曲线在工作点附近近似为线性,所以可以用线性元件来表示输入、输出的电压与电流的相互关系,得到放大电路的微变等效电路。利用微变等效电路可以进行放大电路的动态分析。,59,输入端近似一电阻。,大小不是常数, 与静态工作点有关!,60,输出端近似一受控恒流源。,很大!,61,62,放大电路的微变等效电路,根据微变等效电路计算电压放大倍数、输入输出电阻。,63,微变等效电路法步骤,1)画出放大电路的 微变等效电路,64,
15、电压放大倍数, |Au| ,RL |Au |,Q rbe |Au| ,输出与输入反相位,2)估算性能指标,65,输入电阻近似为晶体管的输入电阻。,输入电阻计算:,66,输入电阻的测量:,在放大器输入端接上一信号源和电阻测量信号源电压Us 测量放大电路的输入电压Ui 计算Ri,67,输出电阻的计算:,所有独立电源置零,保留受控源, 负载开路,在输出端加电压,加压求流法,68,输出电阻的测量:,负载电阻开路测量输出电压 接上负载电阻测量放大电路的输出电压UO 计算ro,69,在图示电路中,已知VCC=12V,Rb=510k,Rc=3k;晶体管的=80,RL=3k 。 求:电路的 。,画出直流通路估
16、算ICIE,计算rbe,利用微变等效电路计算电压放大倍数,输入输出电阻。,70,解:,画出直流通路计算ICIE,计算rbe。,71,代入数据,画出微变等效电路计算电压放大倍数,输入输出电阻。,72,注意!放大电路的输入电阻与信号源内阻无关! 输出电阻与负载无关!,73,讨论,若所加信号源内阻RS为1k ,求,74,作业: P85 15.2.1, 15.2.2, 15.2.3, 15.3.1, 15.3.2,15.3.3 ,15.3.4,思考:15.2.4,15.2.5,15.3.3,15.3.10,75,15.4 静态工作点的稳定,偏置电阻一定, 静态偏置电流IB一定, -固定偏置, 工作点随
17、温度变化,76,一、温度对静态工作点的影响 二、 静态工作点稳定的典型电路 分压式偏置电路,静态工作点稳定的共射放大电路,77,T,IB , ,ICEO ,Q ,IC ,所谓Q点稳定,是指IC和UCE在温度变化时基本不变,一.温度对静态工作点的影响,78,二.典型的静态工作点稳定电路分压式偏置电路,直流通路,Rb1和Rb2构成偏置电路。,79,因此, I2I1,因而B点电位,B点的电流方程为 I2=I1+IB,为了稳定Q点,参数的选取应满足,I1 IB,基极电位几乎仅决定于Rb1与Rb1对VCC的分压,而与晶体管参数无关,即当温度变化时,UB基本不变。,T(),IC,(IE),UE,UBE,I
18、B,IC,(因为UB基本不变),Q点的稳定,80,1、Re的直流负反馈作用; 2、在I1IB的情况下, UB在温度变化时基本不变。,Q点稳定的原因,在稳定的过程中,RE起着重要作用,当晶体管的输出回路电流IC 变化时,通过发射极电阻RE上产生电压的变化来影响间B-E间电压,从而使IB向相反方向变化,达到稳定Q 点的目的。,81,Re 的作用,Re起直流负反馈作用,其值越大,反馈越强,Q点越稳定。,关于反馈的一些概念: 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈,反之称为正反馈。,Re有上限值吗?,82,
19、静态工作点的估算,由于I1IB,发射极电流,管压降,基极电流,直流通路,83,动态参数的估算,84,微变等效电路(Rb= Rb1/ Rb2),求放大倍数,85,输入电阻,输出电阻,86,若去掉CE,87,求放大倍数,若(1+)Re rbe,且1,则,虽然Re 使 减小了,但由于 仅决定于电阻取值,所以不受环境温度的影响。,88,输入电阻,Ri,Ri,Ro,输出电阻,RE的存在使得放大倍数下降,输入电阻提高,为了既稳定静态工作点又能提高输入电阻,可以将RE分为两段,一段被CE旁路,一段保留,89,90,15.5 共集电极放大电路,一、电路结构,共集: c: 接地端(公共端); b:对地(c)输入
20、; e:对地(c)输出。 射极输出: 负载接在发射极对地 之间 。,射极输出器,91,二、静态分析,92,三、动态分析,微变等效电路,93,1. 电压放大倍数,94,1.,所以,电压放大倍数接近于1,但恒小于1; 输出电流Ie增加了,即仍具有一定的电流放大和功率放大作用。,2.,输入输出同相,输出电压跟随输入电压,故又称射极跟随器。,讨论,95,2. 输入电阻,输入电阻高,对前级有利。,96,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,置0,97,98,一般,所以,射极输出器的输出电阻很小, 具有恒压输出特性,带负载能力强。,99,归纳:,输入、输出以集电极为公共点;,电压放大倍数小于1,近似为
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