第16章基本放大电路1.ppt

电子技术,第16章 基本放大电路,电工学,2.1 概论 2.2 放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 静态工作点的稳定 2.5 射极输出器 2.6 放大电路中的负反馈 2.7 阻容耦合多级放大电路*2.8 差动放大电路*2.9 场效应管放大电路,第16章 基本放大电路,2.1.1 放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,Au,2.1 概论,2.1.2 放大电路的性能指标,一、电压放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,二、输入电阻ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,如何确定电路的输出电阻ro？,步骤：,1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。,2.加压求流法。,方法一：计算。,方法二：测量。,1.测量开路电压。,2.测量接入负载后的输出电压。,步骤：,3.计算。,四、通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,2.1.3 符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,2.2 基本放大电路的组成,一、基本放大电路的组成,输入,输出,T,+UCC,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,参考点,一、基本放大电路的组成,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,1.各元件的作用,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,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。,可以省去,2.电路的改进：,各点波形,二、基本放大电路的工作原理,实现放大的条件:,晶体管是一个电流控制元件。,2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。,晶体管放大作用的实质:,1.晶体管的发射结正偏，集电结反偏。,用较小的基极电流控制较大的集电极电流。,能量是守恒的，不能放大。,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,2.3 放大电路的分析方法,2.3.1 直流通路和交流通路,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。,例：,对直流信号（只有+UCC）,对交流信号(输入信号ui),由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,关于静态工作点,2.3.2 静态分析,IBQ,ICQ,(ICQ,UCEQ),(IBQ,UBEQ),(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,一、估算法：,（1）根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（2）根据直流通路估算UCE、IB,IC,UCE,例：用估算法计算静态工作点。,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,1.直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1.三极管的输出特性。,2.UCE=ECICRC。,直流负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,二、图解法：,2.方法,先估算 IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,2.3.3 动态分析:,一、微变等效电路法,输入回路:,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,1、三极管的微变等效电路,输出回路,所以：,(1)输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,(2)考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,rce很大，一般忽略。,三极管的微变等效电路,c,b,e,2、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,3、电压放大倍数的计算,负载电阻越小，放大倍数越小。,负号表示输入与输出反相,4、输入电阻的计算,对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,5、输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,(1)所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,(2)所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,二、图解法,其中：,iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系,所以：,这条直线通过Q点，称为交流负载线。,1.交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,IB,uCE怎么变化,？,假设uBE有一微小的变化,2、信号的传输情况,uCE的变化沿一条直线,uce相位如何,？,uce与ui反相！,3.各点波形,3.失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,uo,1.Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生截止失真,2.Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生饱和失真,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO 决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,T,UBE,ICEO,Q,2.4 静态工作点的稳定,一、温度对UBE的影响,二、温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,小结：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,分压式偏置电路,可以认为与温度无关。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,用戴维南定理求静态值,用估算法求静态值,问题：如果去掉CE，放大倍数怎样？,去掉 CE 后的微变等效电路,将RE折算到基极,2.5 射极输出器,一、静态分析,二、动态分析,1.电压放大倍数,二、动态分析,1.,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,2.输入电阻,输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。,3.输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,射极输出器的使用,1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2.将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能力。,3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。,2.6.1 负反馈的概念2.6.2 负反馈的类型及分析方法2.6.3 负反馈对放大电路的影响,2.6放大电路中的负反馈,2.6.1 负反馈的概念,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。,反馈电路的三个环节：,放大：,反馈：,叠加：,反馈框图：,例：,Rf、RE1组成反馈网络，反馈系数：,2.6.2 负反馈的类型及分析方法,1.负反馈的类型,一、电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。,电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。,根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,电压反馈采样的两种形式：,电流反馈采样的两种形式：,根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。,并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。,串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。,二、串联反馈和并联反馈。,ib=i-if,并联反馈,ube=ui-uf,串联反馈,三、交流反馈与直流反馈,交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。,若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。,在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。,有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。,增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。,注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。,增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。,负反馈,交流反馈,直流反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,稳定静态工作点,负反馈的分类小结,