《基本放大電路》PPT課件

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1、2004年10月,制作 曾令琴,主編 曾令琴,共射、共集電極放大器及其負(fù)反饋,,基本放大電路,主要授課內(nèi)容,第二篇,第7章 基本放大電路,7.2 共集電極放大電路(射極跟隨器),7.3 放大電路中的負(fù)反饋,7.1 分壓式偏置共發(fā)射極電壓放大器,第二篇,學(xué)習(xí)基本放大電路,學(xué)習(xí)目的與要求,1. 掌握基本放大電路的組成及工作原理，了解放大電路的一些基本概念； 2. 掌握基本放大電路的圖解分析法和微變等效電路分析法； 3. 熟練掌握分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析及其特點(diǎn)。,第二篇,基極電源,7.1 共發(fā)射極電壓放大器,雙電源共發(fā)射極單管放大電路,輸入回路,輸出回路,集電極電阻，約為幾至

2、幾十歐,NPN型管,耦合電容,耦合電容,基極電阻，約幾十至幾百千歐,集電極電源，約為幾至幾十伏,,,負(fù)載電阻,電路中發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共支路，而且放大的是電壓信號(hào)，因此稱之為共發(fā)射極 電壓放大器。,電路各部分作用：,晶體管T：放大器的核心部件，在電路中起電流放大作用；,電源EC：為放大電路提供能量和保證晶體管工作在放大狀態(tài)；,電源EB和電阻RB：使管子發(fā)射結(jié)處于正向偏置，并提供適當(dāng)?shù)幕鶚O電流IB；,耦合電容C1和C2：一般為幾微法至幾十微法，利用其通交隔直作用，既隔離了放大器與信號(hào)源、負(fù)載之間的直流干擾，又保證了交流信號(hào)的暢通；,電阻RC：將集電極的電流變化變換成集電極的電壓變化，以實(shí)

3、現(xiàn)電壓放大作用。,第2頁(yè),單電源共發(fā)射極單管放大電路,實(shí)用中，一般都采用單電源供電，而且把發(fā)射極的公共端作為“地”點(diǎn)，并按習(xí)慣畫法把集電極電源以電位形式標(biāo)在圖中。,,放大電路的直流通道,晶體管放大電路實(shí)際上是一個(gè)交、直流共存的電路。當(dāng)交流信號(hào)ui=0時(shí)，電路所處的工作狀態(tài)稱為“靜態(tài)”， 靜態(tài)時(shí)等效電路稱為它的直流通道。,,直流通道中耦合電容相當(dāng)于開(kāi)路，電路中的各電壓、電流都是直流量。電路中僅有直流量時(shí)的工作狀態(tài)稱為“靜態(tài)”。,放大電路的直流通道,第2頁(yè),靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。

4、,放大電路的靜態(tài)分析,由直流通道可對(duì)Q點(diǎn)進(jìn)行估算：,,例：已知圖中UCC=10V，RB=250K，RC=3K，=50，求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。,解：,所以，Q=IB=37.2A，IC=1.86mA，UCE=4.42V。,第2頁(yè),由于放大器一般都工作在小信號(hào)狀態(tài)，即工作點(diǎn)在特性曲線上的移動(dòng)范圍很小。因此晶體管雖然工作在非線性狀態(tài)下，但采用它的等效線性模型微變等效電路所分析得出的結(jié)果，與其真實(shí)狀況相比僅有微小誤差，可運(yùn)用線性電路模型分析問(wèn)題則帶給我們極大的方便。,僅有交流信號(hào)作用下，電容相當(dāng)于短路，UCC=0相當(dāng)于“地”電位，因此電路為左圖所示。,放大電路的動(dòng)態(tài)分析（交流通道）,上述微變等效電路

5、中：,第2頁(yè),把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路，這個(gè)線性電路就是放大器的微變等效電路，對(duì)該線性電路進(jìn)行分析的方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號(hào)（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。,,右圖所示為晶體管的輸入特性曲線。在Q點(diǎn)附近的微小范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化UBE時(shí)，基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻，即rbe。,微變等效電路的基本思路,,輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認(rèn)為呈水平線，集電極電流的微小變化IC僅與基極電流的微小變化IB有關(guān)，而與電壓uCE無(wú)關(guān)，故集電極和

6、發(fā)射極之間可等效為一個(gè)受ib控制的電流源，即：,第2頁(yè),電壓放大倍數(shù)：,對(duì)上述微變等效電路進(jìn)行分析：,式中RL=RC//RL,共發(fā)射極放大電路的微變等效電路。,輸入電阻Ri：,當(dāng)RL=（開(kāi)路）時(shí)：,輸出電阻R0：,共射極電壓放大器由于rbe較小而使輸入電阻Ri不大；而輸出電阻R0=RC，顯然不夠小。,第2頁(yè),輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源吸取電流的大小。為了減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號(hào)源內(nèi)阻RS的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在共發(fā)射極放大電路中，由于RB比rbe大得較多，Ri近似等于rbe，一般在在幾百歐至幾千歐，因此是比較低

7、的，即共射放大器輸入電阻不理想。,對(duì)負(fù)載而言，總希望放大電路的輸出電阻越小越好。因?yàn)榉糯笃鞯妮敵鲭娮鑂o越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電壓的影響就越小，使得放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)。共發(fā)射極放大電路中的輸出電阻Ro在幾千歐至幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。,共發(fā)射極電壓放大器的電壓放大倍數(shù)與晶體管的電流放大倍數(shù)、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)入電阻rbe及集電極電阻RC、負(fù)載電阻RL均有關(guān)。由計(jì)算式可看出，當(dāng)rbe 和RL一定時(shí)，Au與成正比。,第2頁(yè),共發(fā)射極單管放大器的電壓放大倍數(shù)較高。,放大電路分析綜合,有交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓隨輸入信號(hào)作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路是在直流電源UCC和交流

8、輸入信號(hào)ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含兩個(gè)分量。,放大電路輸入加ui后，晶體管的UBE就變成了ui+UBE；同時(shí)iB=ib+IB；iC=ic+IC，晶體管輸出電壓uCE=UCC-ICRC;經(jīng)電容C2濾波后得到放大器輸出電壓：u0=UCC-iCRC,由于iCRC是隨ui的增加而增加，因此u0隨ui增加而減小，即輸出、輸入電壓是反相關(guān)系，因此共發(fā)射放大電路也稱為反相器。,第2頁(yè),圖解步驟： （1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點(diǎn)Q。 （2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。 （3）作交流負(fù)載線。 （4）由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC和uCE。,放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的

9、圖解法,第2頁(yè),1. 由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCE被隔開(kāi)，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。 2. 放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載電阻RL也越小，交流負(fù)載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)Au下降。 3. 靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適時(shí)，將對(duì)放大電路的性能造成影響。若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真

10、。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。,從圖解分析過(guò)程中可得出如下重要結(jié)論：,u0上削波出現(xiàn)截止失真,u0下削波出現(xiàn)飽和失真,第2頁(yè),即：,溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,問(wèn)題討論,溫度升高,,UBE減小,ICBO增大,增大,,IC增大,對(duì)于固定偏置式共發(fā)射極放大電路而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO、ICB0決定，這幾個(gè)參數(shù)均隨溫度的變化而發(fā)生變化。,Q變,,ICEO增大,,第2頁(yè),與溫度基本無(wú)關(guān),具有工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路,,條件：I1I2IB,調(diào)節(jié)過(guò)程：,則,第2頁(yè),動(dòng)態(tài)分析：,分壓式偏置共發(fā)射極電壓放大器的分析,靜態(tài)分析：,,,第2頁(yè),,若靜態(tài)工作點(diǎn)Q較高時(shí)，輸出易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出波形將出現(xiàn)下

11、削波；Q點(diǎn)設(shè)置較低時(shí)，輸出又易進(jìn)截止區(qū)，輸出波形則出現(xiàn)上削頂。顯然無(wú)論是上削頂還是下削頂，都造成了輸出波形的失真，為消除這些失真，應(yīng)將Q點(diǎn)下移或上移。上、下削波同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，說(shuō)明靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的比較合理，只是輸入信號(hào)太強(qiáng)不能完全通過(guò)，應(yīng)減小輸入信號(hào)。,,放大電路總是希望輸入電阻高些，Ri越大，流入放大器的信號(hào)電流衰減越小，電路輸入特性越好；放大電路問(wèn)題希望輸出電阻低些，R0越低，負(fù)載對(duì)放大倍數(shù)的影響越小，放大器的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。,,反相！,,第2頁(yè),電容CE的作用：,第2頁(yè),,第2頁(yè),,第2頁(yè),例題：,圖示電路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3

12、k，=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。,（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn),第2頁(yè),（2）求電壓放大倍數(shù),（3）求輸入電阻和輸出電阻,共發(fā)射極電壓放大器的特點(diǎn)可以大致歸納為： 具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，同時(shí)輸入電阻和輸出電阻又比較適中，在對(duì)輸入電阻、輸出電阻和頻率響應(yīng)沒(méi)有特殊要求的場(chǎng)合，一般均可采用。共發(fā)射極電壓放大器是目前應(yīng)用最廣泛的基本放大電路。,第2頁(yè),（1）靜態(tài)分析,7.2 共集電極放大電路（射極輸出器）,第2頁(yè),（2）動(dòng)態(tài)分析,求電壓放大倍數(shù),第2頁(yè),求輸入電阻,求輸出電阻,第2頁(yè),電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。 輸入電阻較高。

13、輸出電阻較低。 射極輸出器的用途： 射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點(diǎn)。射極跟隨器常用作多級(jí)放大器的第一級(jí)或最末級(jí)，也可用于中間隔離級(jí)。用作輸入級(jí)時(shí)，其高的輸入電阻可以減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級(jí)時(shí)，其低的輸出電阻可以減小負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，并易于與低阻負(fù)載相匹配，向負(fù)載傳送盡可能大的功率。,射極輸出器的特點(diǎn)：,第2頁(yè),圖中虛線框內(nèi)為穩(wěn)壓電路。220V交流電壓經(jīng)變壓器變換成所需要的交流電壓，然后經(jīng)橋式整流和電容濾波后，輸出電壓Ui加到穩(wěn)壓電路的輸入端。晶體管接成射極輸出電路，負(fù)載RL接到晶體管的發(fā)射極。穩(wěn)壓管DZ和電阻R1組

14、成基極穩(wěn)壓電路，使晶體管的基極電位穩(wěn)定為UZ。 電路的穩(wěn)壓原理是：假如由于某種原因使輸出電壓U0降低，因VBUZ不變，故UBE增加，使IB和IC均增加，UCE減小。從而使輸出電壓U0UiUCE回升，維持基本不變。整個(gè)過(guò)程可用流程圖表示為： U0(VBVZ)UBEIBICUCE(U0UiUCE)U0 如果U0，調(diào)整過(guò)程與上述相反，同樣可起到穩(wěn)壓作用。,射極輸出器的應(yīng)用實(shí)例,第2頁(yè),7.3 放大電路中的負(fù)反饋,1. 反饋的基本概念,反饋就是指放大電路輸出信號(hào)的一部分或全部，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)（或的）回送到輸入端的過(guò)程。 能使凈輸入信號(hào)增強(qiáng)的反饋稱為正反饋； 使凈輸入信號(hào)削弱的反饋稱為負(fù)反饋。 放大

15、電路中普遍采用的形式是負(fù)反饋。,2. 負(fù)反饋的基本類型及其判別,按照反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸出、輸入端的連接方式不同，負(fù)反饋電路具有4種典型反饋形式： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋； 電壓并聯(lián)負(fù)反饋； 電流串聯(lián)負(fù)反饋； 電流并聯(lián)負(fù)反饋。,第2頁(yè),判斷是電壓反饋還是電流反饋的方法,判斷是電壓反饋還是電流反饋時(shí)，常用“輸出短路法”，即假設(shè)負(fù)載短路（RL=0），使輸出電壓uo=0，看反饋信號(hào)是否還存在。若存在，則說(shuō)明反饋信號(hào)與輸出電壓成比例，是電壓負(fù)反饋；若反饋信號(hào)不存在了，則說(shuō)明反饋信號(hào)不是與輸出電壓成比例，而是和輸出電流成比例，是電流負(fù)反饋。,判斷是串聯(lián)負(fù)反饋還是并聯(lián)負(fù)反饋,判斷是串聯(lián)負(fù)反饋還是并聯(lián)負(fù)反饋主

16、要是根據(jù)反饋信號(hào)、原輸入信號(hào)和凈輸入信號(hào)在電路輸入端的連接方式和特點(diǎn)，判斷方法有兩種：,1.若反饋信號(hào)和輸入信號(hào)是在輸入端以電流方式求和的，則為并聯(lián)負(fù)反饋；若反饋信號(hào)和輸入信號(hào)是在輸入端以電壓方式求和的，即為串聯(lián)負(fù)反饋。 2.將輸入信號(hào)交流短路后，若反饋信號(hào)消失了，則為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。,第2頁(yè),3. 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,電路中引入負(fù)反饋后，一般造成電壓放大倍數(shù)的下降，反饋電壓IeRe越大，電壓放大倍數(shù)下降越多。雖然負(fù)反饋引起Au下降，但換來(lái)的卻是放大電路穩(wěn)定性的提高。提高放大電路的穩(wěn)定性，是放大電路中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。,既然負(fù)反饋具有穩(wěn)定放大電路的作用，當(dāng)然信號(hào)頻率的變化

17、引起的電壓放大倍數(shù)的變化也將減小，即引入負(fù)反饋可擴(kuò)展放大電路的通頻帶。,當(dāng)輸入正弦信號(hào)的幅度較大時(shí)，輸出波形引入負(fù)反饋后，將使放大電路的閉環(huán)電壓傳輸特性曲線變平緩，線性范圍明顯展寬。在深度負(fù)反饋條件下，若反饋網(wǎng)絡(luò)由純電阻構(gòu)成，則閉環(huán)電壓傳輸特性曲線在很寬的范圍內(nèi)接近于直線，即負(fù)反饋可減小放大電路的非線性失真。,負(fù)反饋能抑制反饋環(huán)內(nèi)的噪聲和干擾 。,電壓負(fù)反饋使輸出電阻減?。浑娏髫?fù)反饋使輸出電阻增加。,第2頁(yè),當(dāng)輸入信號(hào)本身已經(jīng)產(chǎn)生了失真，引入負(fù)反饋后可以使失真得到一些改善。 從本質(zhì)上講，采用負(fù)反饋提高放大電路的穩(wěn)定性，實(shí)際上是利用失真的波形來(lái)改善波形的失真，并不能使失真完全消除。,Go!,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果,放大電路引入負(fù)反饋后，對(duì)電路的工作性能帶來(lái)什么改善？如果輸入信號(hào)本身是一個(gè)已產(chǎn)生了失真的信號(hào)，引入負(fù)反饋后能否使失真得到改善？,第2頁(yè),