基本放大电路.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本放大电路,考试大纲要求：,2 放大电路基础 2.1 掌握基本放大电路、静态工作点、直流负载和交流负载线 2.2 掌握放大电路的基本的分析方法 2.3 了解放大电路的频率特性和主要性能指标 2.4 了解反馈的概念、类型及极性；电压串联型负反馈的分析计算 2.5 了解正负反馈的特点；其它反馈类型的电路分析；不同反馈类型对性能的影响；自激的原因及条件 2.6 了解消除自激的方法，去耦电路,重点知识点：,1.共射极基本放大电路基本结构,2.静态分析：直流通路、工作点估算、图解法,3.动态分析：交流通路、微变等效电路、动态参数计算,4.放大电路的反馈类型及判断方法,1.放大的概念和放大电路的主要性能指标,放大的对象是,变化量,放大的实质是,能量控制和转换,电子电路放大的基本特征是,功率放大,放大的基本要求(前提)：,不失真,放大电路的性能指标,输入电阻 Ri,输出电阻 Ro,放大倍数,定义：,电压放大倍数,电流放大倍数,衡量放大电路的放大能力,输入电阻 R,i,定义：,有效值,衡量放大电路获取信号的能力,输出电阻 R,o,定义：,衡量放大电路带负载的能力,输入电阻和输出电阻对放大能力的影响,通频带,f,bw,f,f,H,上限截止频率,f,L,下限截止频率,f,bw,=f,H,-f,L,A=0.7A,m,衡量放大电路对信号频率的适应能力,非线性失真系数 D,定义：,A,1,基波幅值,A,2,，A,3,，谐波幅值,最大不失真输出电压 U,om,最大输出功率P,om,与效率,负载获得的最大功率,电源消耗的功率,2.基本共射放大电路的工作原理,一.基本放大电路的组成,放大元件,i,C,=,i,B,，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,u,i,u,o,输入,输出,R,B,+,E,C,E,B,R,C,C,1,C,2,T,耦合电容,隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,R,B,+,E,C,E,B,R,C,C,1,C,2,T,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,R,B,+,E,C,E,B,R,C,C,1,C,2,T,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,R,B,+,E,C,E,B,R,C,C,1,C,2,T,R,C,的值一般为几千欧到几十千欧。,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,R,B,+,E,C,E,B,R,C,C,1,C,2,T,R,B,的值一般为几十千欧到几百千欧。,可以省去,电路改进：采用单电源供电,R,B,+,E,C,E,B,R,C,C,1,C,2,T,R,B,需要相应地提高阻值。,+,E,C,R,C,C,1,C,2,T,R,B,参考点,在晶体管电路中，通常将输入电压、输出电压以及电源的公共端称为“地”用,表示，但并不见得真的接到大地，只是以“地”端为零电位，作为电路中各点电位的参考点。换句话说，电路中各点电位的极性和数值，如不特殊注明，都是指该点相对于“地”的电位差。,直流通路与交流通路,直流通路：直流量流经的通路,交流通路：交流信号流经的通路,放大电路的分析：,（1）静态分析；,（2）动态分析。,（1）直流通路,：,直流电流流经的通路，,用于静态分析,。对于直流通路：,电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻,。,（2）交流通路：,交流电流流经的通路，,用于动态分析,。对于交流通路：,大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路,。,思考题：（1）为什么直流通路中“电容视为开路、电感视为短路、信号源视为短路”？,（2）为什么交流通路中“大容量电容视为短路、大容量电感视为开路、直流电源视为短路”？,二.放大电路的静态工作点,放大电路没有输入信号时的工作状态称为,直流工作状态或静止状态,，简称静态。,静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值，I,B,、I,C,和U,CE,。,这些值可以在晶体管特性曲线上确定一个点，称为,静态工作点,，用Q表示，分别记为I,BQ,、I,CQ,和U,CEQ,。,开路,开路,R,B,+,E,C,R,C,C,1,C,2,T,直流通道,R,B,+,E,C,R,C,（1）用直流通路法估算静态工作点,直流通道,R,B,+,E,C,R,C,计算公式如下：,在本放大电路中，电源电压E,C,和集电极电阻R,C,的大小确定后，静态工作点的位置就仅取决于偏置电流I,BQ,的大小。,而I,BQ,E,C,R,B,，因此当R,B,一经选定，I,BQ,也就固定不变，故该电路又称为,固定偏置电路,。,（2）用图解法确定静态工作点,利用晶体管的特性曲线，通过作图来分析放大器基本性能的方法，称为,图解法,。,图解法既可求取放大器的静态工作点，又可分析放大器的动态过程。,晶体管是一非线性元件，即其集电极电流I,C,与集-射电压U,CE,之间不是直线关系，而是图,2-13,所示的输出特性曲线的关系，但U,CE,=E,C,-I,C,R,C,则是一线性方程。,这就要求静态值既要符合非线性元件晶体管T的电压与电流的关系，同时又要符合电路中线性元件上的电压与电流的关系。显然，只有曲线与直线的交点才能同时满足两者要求。这一交点即为,静态工作点,。,I,C,U,CE,根据,U,CE,=,E,C,I,C,R,C,确定横轴上的点N（I,C,=0）和纵轴上的点M（U,CE,=0），直线MN即为直流负载线。,直流通道,R,B,+,E,C,R,C,1）在给出的输出特性曲线上作直流负载线,I,C,U,CE,E,C,Q,直流,负载线,与输出特性的交点就是,Q,点,I,B,M,N,由于它是由直流通路得出的，且与集电极负载电阻Rc有关，故称为,直流负载线,。其斜率为tga=1Rc，Rc愈小直线愈陡。,2）求基极偏流I,B,：I,B,E,C,/R,B,。,3）直流负载线MN与曲线I,B,的交点Q即为放大器的静态工作点，它所对应的值即为静态值I,BQ,、I,CQ,和U,CEQ,。,共射,放大电路的工作原理,U,BE,U,CE,I,B,I,C,设置静态工作点的必要性,当,u,i,u,i,，输入信号,u,i,通过放大器后被放大了，而且放大后没有改变原来的形状，但在相位上相差180,。,交流通路和交流负载线：,实际应用中，放大器总是带负载的，如带下一级放大器，也可能带一个表头或喇叭、显示装置中的偏转板等。,对于低频交流信号，这些负载可简化为一个负载电阻R,L,。放大器带负载时，相当于图2-17(b)中接入了虚线部分。,微变等效电路法进行,共射放大电路的动态分析,u,i,u,o,R,B,R,C,R,L,交流通路,交流负载线：由交流通路可以看到，输出电压u,o,实际上加于 R,L,上，R,L,就是放大器交流通路的等效负载，简称交流负载，为 R,C,/R,L,。,有交流输入时，反应输出回路中总的电压与电流关系的直线称为交流负载线。,I,C,U,CE,E,C,Q,I,B,交流负载线,过,Q,点作一条直线，斜率为：,Q,1,Q,2,比较放大器的直、交流负载线可知：,根据电阻并联的规律知，R,L,tga，因此交流负载线比直流负载线陡。,从输出电压波形看到，带载后，输出交流信号电压u,o,要减小。,在外接负载R,L,趋向于无穷大(相当于开路)时，R,L,R,C,，交、直流负载线重合为同一条直线。,电压放大倍数：,放大器的放大对象是变化量，其放大能力常用电压的放大倍数K,u,来描述。,电压放大倍数是指在不失真的条件下，输出电压的变化量,U,o,与输入电压的变化量,U,i,之比，即,K,u,=,U,o,/,U,i,放大电路的非线性失真：,利用图解法可以在特性曲线上清楚地观察到波形失真的情况。前面说过，对放大电路的基本要求，就是输出信号尽可能不失真。所谓失真，是指输出信号的波形不像输入信号。,引起失真的原因很多，其中最基本的一个，是由于工作点不合适或信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，这种失真通常称为,非线性失真,。非线性失真有两种情况，一种是饱和失真，另一种是截止失真。,a.,Q,点过高，即I,B,偏大，工作点接近饱和区，产生饱和失真。,i,C,u,CE,i,b,输入波形,u,o,输出波形,Q,b.,Q,点过低，即I,B,偏小，工作点接近截止区，信号进入截止区，产生截止失真。,输出波形,i,C,u,CE,u,o,输入波形,i,b,Q,波形非线性失真的分析,图 基本共射放大电路的波形分析,基本共射放大电路的截止失真,波形的失真：,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管,的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，,输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管,的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，,输出电压表现为顶部失真。,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。,放大电路动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：,工作点,Q,要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,要有合适的交流负载线,。,V,om1,V,om2,图2.3.11 最大不失真输出电压,V,om,=min,V,om1,，,V,om2,（2）等效电路法,将晶体管的非线性特性,线性化,，即用线性电路代替晶体管。,1.晶体管的直流模型及静态工作点的估算法,静态工作点的估算,阻容耦合共射放大电路,晶体管共射h参数等效模型,晶体管,线性双口网络,等效电路,简化的h参数等效模型,r,be,的近似表达式,低频小功率管,r,bb,200,共射放大电路动态参数的分析,微变等效电路,R,b,R,c,R,L,R,i,R,o,交流通路,由输入回路,由输出回路,R,b,R,c,R,L,R,i,R,o,R,b,R,c,R,L,R,s,R,i,R,o,4.放大电路静态工作点的稳定,T,（1）静态工作点稳定的必要性,晶体管参数变化,Q,电路动态参数变化,动画：2-8温度对Q点的影响,（2）典型的静态工作点稳定电路,由于晶体管对温度十分敏感，尽管选择的静态工作点在正常温度条件下是合适的，但当温度升高时，集电极反向饱和电流I,CBO,将增大(大约每升高 10，I,CBO,增加一倍)。对于上述固定偏置放大电路，I,CBO,增大又使穿透电流 I,CEO,增大，从而引起Ic的增大、输出特性曲线的上移，最终导致原来设置好的工作点发生偏移，严重时会使原来工作良好的放大器产生非线性失真。因此必须采取措施，提高放大器对温度的稳定性，减小工作点的漂移。,T,U,BE,I,B,I,C,T,、I,CEO,I,C,i,C,u,CE,Q,Q,温度上升时，输出特性曲线上移，造成,Q,点上移。,静态工作点稳定的分压式电流负反馈偏置放大电路，是交流放大器中应用最广泛的基本单元电路。,其中三个偏置元件R,BI,、R,B2,、R,E,起着稳定工作点的作用。,u,o,I,B1,I,B2,I,B,分压式偏置电路,R,B,1,+,E,C,R,C,C,1,C,2,R,B,2,C,E,R,E,R,L,u,i,I,C,I,E,U,E,I,B1,I,B2,I,B,分压式偏置电路,R,B,1,+,E,C,R,C,C,1,C,2,R,B,2,C,E,R,E,R,L,u,i,I,C,I,E,U,E,保持基极对地的静态电位,U,B,基本固定，即,I,B1,I,BQ,发射极保持有足够大的电流负反馈，即,U,E,U,BE,分压式偏置电路能稳定静态工作点的物理过程可表示如下：,T,I,C,I,E,U,E,U,BE,（=U,B,-U,E,）I,B,I,C,即温度T上升导致I,C,上升，而I,E,I,C,也上升；I,E,上升又导致了U,E,上升。但U,B,固定不变，所以U,E,的上升使得U,BE,下降；U,BE,的下降导致I,B,下降，从而使I,C,下降。最终结果使得I,C,趋于稳定，从而稳定了静态工作点。这种减小I,C,变化的方法，称为,电流负反馈,。,根据以上分析，由于要求满足I,B2,I,B,，似乎I,B2,越大越好。其实不然，还要考虑到其它影响。I,B2,不能太大，否则R,B1,和R,B2,就要取得较小，这不但要增加功率损耗，而且从信号源取用较大的电流，使信号源的内阻压降增加，加在放大器输入端的电压 u,i,减小。一般R,B1,和R,B2,为几十千欧。,基极电位U,B,也不能太高，否则U,E,增高将使U,CE,相应地减小(Ec一定)，因而减小了放大电路输出电压的变化范围。一般硅管取I,B2,=(5-10)I,B,和U,B,=(5-10)U,BE,。,接入发射极电阻R,E,，虽然使射极电流的直流分量I,E,通过它，起到了负反馈自动稳定静态工作点的作用；但发射极电流的交流分量i,C,也通过它产生交流压降，产生负反馈作用，使电压放大倍数下降。,为此，可在R,E,两端并联电容C,E,，只要C,E,足够大，即可对交流分量视为短路，对交流信号不起负反馈作用，故C,E,称为发射极交流旁路电容，其值一般取为10100uF。,计算分压式电流负反馈偏置电路的电压放大倍数K,u,、输出电阻r,o,同前面一样，但输入电阻则改为r,i,=R,B1,/R,B2,/r,be,。,另外，静态工作点的求取与固定偏置式电路也不同，分压式偏置放大器应先求出I,EQ,I,CQ,，再计算U,CQ,=E,C,-I,CQ,(R,c,+R,E,)和I,BQ,=I,CQ,/,。,Q点稳定原理:,电路中，满足,I,1,I,BQ,T,Ic(I,E,),U,E,(=I,E,R,e,),U,BE,(=U,B,-U,E,),I,B,将输出量通过一定的方式引回到输入回路,来影响输入量的措施称为,反馈,。,由于反馈的结果使输出量的变化减小，称为,负反馈,。,由于反馈出现在直流通路中，称为,直流负反馈,。,一.静态工作点的估算,二.动态参数的估算,交流等效电路,（有旁路电容）,R,i,=R,b1,R,b2,r,be,R,o,=R,c,动态参数的估算,若无旁路电容，,交流等效电路,（无旁路电容）,R,i,=R,b1,R,b2,r,be,+（1+）Re,R,o,=R,c,5.晶体管单管放大电路的三种基本接法(三种组态),三种基本接法,公共端,输入端,输出端,(交流通路中),共射,CE,E,B,C,共基,CB,B,E,C,共集,CC,C,B,E,V,CE,=,V,CC,I,E,R,e,=,V,CC,I,C,R,e,直流分析(Q点),（1）共,集电极放大电路,交流分析,电压放大倍数,输入电阻,R,i,=,R,b1,/,R,b2,/,r,be,+(1+,),R,L,),R,L,=,R,L,/,R,e,I,e,输出电阻,将输入信号短路，负载开路，由外加的等效输出信号 可以求出输出电流：,例,图示电路,，已知,V,CC,=12V，,R,B,=200k，,R,E,=2k，,R,L,=3k，,R,S,=100，=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,。,解：,（1）用估算法计算静态工作点,2.,共基放大电路,直流分析,(Q点),与共射相同,。,交流分析,电压放大倍数,=,R,L,/,r,be,输入电阻,输出电阻,R,o,R,C,三种接法(组态)的比较,CE,CC,CB,Au Ai Ri Ro,应用,大(反相),1,大(同相),大,大,f,L,，上限频率f,H,f,H,，通频带f,w,f,w,。,本 章 完,