part3-基本放大电路-s.ppt
§放大电路概念及工作原理 § 基本共射放大电路的工作原理 §放大电路的分析方法 §放大电路静态工作点,基本放大电路,基本放大电路的概念及工作原理,“放大”:将一个微弱的电信号，通过某种装置，得到一个波形与该信号相同、但幅值却大很多的信号。,扬声器负载,输入信号源,扩音器中放大电路的组成,为放大器提供能量的直流电源,话筒送来的微弱音频信号,ui,放 大 电 路,微弱输入小信号ui,u0,幅度大大增强的输出信号u0,直流电源作用：给输出信号提供能量。 输入信号作用：控制放大电路输出信号按期望规律变化。,放大电路的核心元件是晶体管，须保证其工作在放大区。 放大区的外部偏置条件是：其发射结正偏、集电结反偏。,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：,共发射极放大电路,共集电极放大电路,共基极放大电路,无论放大电路的组态如何， 外部偏置条件是：其发射结正偏、集电结反偏。,2. 共射放大电路的组成及各部分作用,应用最为广泛的放大电路形式,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。,极性电容 电解电容 阳极铝箔 阴极的电解液 电介质阳极铝箔上产生的一层氧化铝膜 当电容正接的时候,氧化铝膜会由于电化反应而保持稳定,当反接的时候,氧化铝层会变薄,使电容容易被击穿损坏. 所以电解电容在电路中必须注意极性. 普通的电容是无极性的.,共射放大电路通常实际采用单电源供电：,晶体管起以小控大的能量控制作用,提供能量，并保证晶体管工作在放大区 (集电结反偏/发射结正偏),基极偏置电阻作用是为放大电路提供合适的静态工作点(IB)。,电容的作用是隔直流和通交流信号。,电容的作用是隔直流和通交流。,RC的作用是将集电极电流转换成晶体管的输出电压。,放大电路内部各电压、电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：基极电流的直流分量用IB表示； 交流分量用ib表示；总量用iB表示。,共射放大电路工作原理,3. 共射放大电路的工作原理,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的。,输入交流信号电流,反相！,输入信号电压,1 需放大的信号电压 ui通过C1转换为放大电路的输入电流 2 与基极偏流叠加后加到晶体管的基极 3 基极电流iB以小控大引起集电极电流 iC变化 4 iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即： uCE=UCC- iCRC,由上式可看出： uCE与 iC反相。 uCE经过C2滤掉了直流成分，保留交流成分，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。,共射放大电路工作原理,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“静态”。 静态分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。,静态分析的目的： (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。,基本放大电路的静态分析,UBE,放大电路的直流通道,UCE,ICIB,UCE=UCCICRC,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：,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：,1.放大电路静态分析的估算法,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。,解,IB=37.2A,所以静态工作点Q：,IC=1.86mA,UCE=4.42V,例,注意：计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！,例：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由上述两例可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,由KVL可得：,由KVL可得：,IE,+UCC,RB,RC,T,+,+,UBE,UCE,IC,IB,分析,t1,t1,t2,t3,t4,t3,t2,t4,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电流波形与ui波形完全不一样了，造成输入信号输入时的“截止失真”。,输入信号 电压波形,假如不设置静态工作点,不设置静态工作点行吗？,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。,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：,用图解法求解静态工作点,(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 描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：,(2)画出直流负载线。求静态工作点的关键。,由放大电路的直流通道可得：,UCE=UCCICRC,UCC,连接两点作出直流负载线,(3)估算IB，确定静态工作点,只有IB对应的交点才是Q点,IBQ,直流负载线上交点有多个,温度TQ点ICUCEVC,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,如果VCVB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。,分析,哪些 不足？,例如当晶体管所处环境温度升高时,，晶体管内部载流子运动加剧，因此将,造成放大电路中的各参量将随之发生变化。,为不失真地传输信号，分压式偏置，,可通过反馈环节有效,地抑制温度对静态工作点的影响。,分压式偏置,对固定偏置的放大电路进行改造。,RB,RB1,分压电阻,射极反馈电阻,射极旁路滤波电容,为稳定工作点Q而添加的负反馈环节,分压电阻,由于设置了反馈环节，因此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。,分压式偏置共射放大电路的静态分析,静态分析时，需满足I1I2IB的小信号条件。,VB,VB的大小显然与温度无关。,分压式偏置共射放大电路的直流通道,偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合小信号条件，IB可近似视为0值。,忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：,分压式偏置共射放大电路的静态分析,显然，基极电位VB的高低对静态工作点的影响非常大。,UBE,UCE,分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了负反馈环节，因此当温度升高时，具有自调节能力。,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,T,IB,IC,IE,VE,VBE,IC,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！,基极电位VB的高低对静态工作点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,u0,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。,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，因此输出电压呈下削波。,结论：,输入信号波形,iC,VB值大Q点高，饱和失真！,基极电位VB设置较低时对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,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。,iC,u0,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波。,结论：,VB值小Q点低，截止失真！,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(过)和截止失真（不及）。过犹不及！,静态工作点设置原则是：保证输入信号不失真的输出且保证静态工作点的相对稳定。,解决方法分压式偏置的共射放大电路。 选择合适的分压电阻RB1和RB2，可获得恰当的基极电位VB值，以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏，确保始终工作在放大区。 电路中的反馈电阻RE则起到了抑制由于温度变化对放大电路影响。,学习与归纳,电容CE在电路中起何作用？,电容CE的作用：交流通路中，射极电容将反馈电阻短路，输入电阻变小，则输入电压变小，电压放大倍数增大。,如果把射极电容去掉，对电路会产生何影响？,如果射极电容CE不存在，交流通道反馈电阻RE起作用，输入电阻变大，则负载不变情况下，电压放大倍数降低。,基本放大电路的动态分析,放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。 动态时，输入交流微弱小信号；输出被放大的输入信号 动态分析求解电路的动态输入/输出电阻及电压放大倍数等参量。,1.共射放大电路的动态分析,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,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。,晶体管的微变等效电路法动态电路的基本分析方法,在满足小信号条件下，将晶体管线性化，等效为一个近似的线性电路，然后求出ri（输入电阻）、 rbe(晶体管输入电阻)， Au（电压放大倍数）。,晶体管的微变等效电路。 rbe是晶体管输入等效电阻， 受控电流源相当集电极电流。,图中：晶体管交流输入等效电阻,共射电压放大器的微变等效电路法,晶体管的微变等效电路,基极电流,集电极电流,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，,此时电路放大倍数：,共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为：,负号反映了输出电压与输入电压的反相关系,放大电路带上负载后，其电压放大倍数将降低,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是主要指标之一。 共射放大电路的电压放大倍数随着带上负载后下降，说 明这种放大电路的带负载能力不强。,微 变 等 效 电 路,动态分析：,显然电路中加了交流反馈电阻Re后，电路中的电压放大倍数进一步降低了。,共射放大电路中含有交流反馈电阻的动态分析,输入电阻ri：为降低信号源内阻RS的影响，总希望ri ，使放大电路获得较强的输入电压。 在共射放大电路中，ri近似等于rbe，一般只有几百欧至几千欧，阻值比较低，输入电阻不理想。,对负载而言，希望放大电路的输出电阻r0越小越好。 r0 负载电阻RL变化对输出电压的影响 电路带负载能力 共射放大电路的r0在通常只有几千欧至几十千欧，输出电阻也不理想。,电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数、动态输入电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由计算式可看出，当rbe 和RL一定时，Au与成正比。,说一说下图所示各电路能否有效放大交流信号？,不能！,不能！,VB=UCC， 饱和失真,NPN管的电路， 电容极性接反 且无反馈环节。,已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,（1）用估算法计算静态工作点,例,解,(2)用微变等效电路法计算电压放大倍数Au及输入、输出电阻,共集电极放大电路,共集电极放大电路特点： 晶体管的集电极直接与直流电源UCC相接 负载接在发射极电阻两端。 显然，电路输入极仍为基极，输出极却是发射极。,共集电极?,共集电极放大电路,直 流 通 道,IB,IC,IE,UBE,动态分析,RE,集电极为输入、输出回路共同的交流“地”端， 因此称之为共集电极放大电路。,共集电极放大电路,直 流 通 道,IB,IC,IE,静态分析,UBE,动态分析,RE,微变等效电路,求电路的电压放大倍数Au,通常(1+)RL'rbe，故式中分子小于约等于分母，即共集电极放大电路的Au小于和约等于1。,因Au为正值，说明ui与u0相位相同；又因ui u0，说明电路中的电压并没有被放大。但电路中ie=(1+)ib，说明电路仍有电流放大和功率放大作用。 此外， u0是由射极输出的，共集电极放大电路又称为“射极输出器”。,求电路的输入电阻ri,求电路的输出电阻r0,射极输出器的Ri较大，通常可达几十千欧至几百千欧。,显然，射极输出器的r0较小，仅为几十欧至几百欧。,射极输出器的用途,电压放大倍数小于1约等于1，即u0跟随ui变化。 输入电阻较高。 输出电阻较低。,归纳射极输出器电路特点,最突出的优点有较高的输入电阻和较低的输出电阻。射极跟随器常用于多级放大器的输入级或最末级。 作输入级时，其高输入电阻可提高放大器的输入电压。 作输出级时，其低输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响。,了解放大电路的基本概念及结构组成 理解静态工作点的图解法、估算法 掌握其微变等效电路的估算法 熟练掌握分压式偏置共发射极放大电路静态情况、动态情况下的特点,学习目的与要求,检验学习结果,本章学习结束 Goodbye!,
