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    第8章交流放大电路.ppt

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    第8章交流放大电路.ppt

    第8章基本放大电路,(下),电工技术与电子技术,返回,第8章 基本放大电路,8.1 基本放大电路的组成,8.2 放大电路的静态分析,8.4 静态工作点的稳定,后一页,返回,8.3 放大电路的动态分析,放大的概念:,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,后一页,前一页,放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用,将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求:1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,返回,Au,本章主要讨论电压放大电路,放大电路可以用有输入端口和输出端口的四端网络表示,如下图。,后一页,前一页,返回,8.1 基本放大电路的组成,1.电路组成,后一页,前一页,返回,参考点,8.1 基本放大电路的组成,2.元件作用,放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使T工作在放大区。,使发射结正偏,并提供适当的基极电流。,基极电源与基极电阻,后一页,前一页,返回,8.1 基本放大电路的组成,2.元件作用,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、输出与放大电路直流的联系,同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,后一页,前一页,返回,单电源供电时常用的画法,后一页,前一页,可以省去,参考点,输入,输出,返回,3.共射放大电路的电压放大作用,后一页,前一页,无输入信号(ui=0)时,uo=0uC1=UBEuC2=UCE,返回,3.共射放大电路的电压放大作用,?,无输入信号时,有输入信号时,uCE=VCC iC RC,跳转,后一页,前一页,uo=0uC1=UBEuC2=UCE,返回,结论:,1)无输入信号电压时,三极管各电极都是恒定 的电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE。,(IB、UBE)和(IC、UCE)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。,后一页,前一页,返回,2)加上输入信号电压后,各电极电流和电压的 大小均发生了变化,都在直流量的基础上叠 加了一个交流量,但方向始终不变。,iC,t,+,集电极电流,直流分量,交流分量,静态分析,动态分析,跳转,后一页,前一页,返回,3)若参数选取得当,输出电压可比输入电压大,即电路具有电压放大作用。,4)输出电压与输入电压在相位上相差180,即 共发射极电路具有反相作用。,后一页,前一页,返回,3.实现放大的条件,1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏,集 电结反偏。2)正确设置静态工作点,使整个波形处于放大 区。3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压,经电容耦合只输出交流信号。,后一页,前一页,返回,4、直流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大,可以认为它对交流分量不起作用,即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样,交直流所走的通路是不同的。,直流通路:无信号时电流(直流电流)的通路,用来计算静态工作点。,交流通路:有信号时交流分量(变化量)的通 路,用来计算电压放大倍数、输入 电阻、输出电阻等动态参数。,后一页,前一页,返回,例:,对直流信号(只有+UCC作用),C可看作开路,直流通路,用来计算静态工作点Q,VT,+,返回,后一页,前一页,返回,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0,C可看作短路。忽略电源的内阻,电源的端电压恒定,直流电源对交流可看作短路。,后一页,前一页,+UCC,返回,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,后一页,前一页,返回,8.2 放大电路的静态分析,静态:放大电路无交流信号输入(ui=0)时的 工作状态。,后一页,前一页,分析方法:估算法、图解法所用电路:放大电路的直流通路,设置Q点的目的:1)使放大电路不失真的放大信号;2)使放大电路工作在较佳的工作状态,静态是动态的基础。,静态工作点Q:IB、IC、UCE。,静态分析:确定放大电路的静态值。,返回,1.估算法:,1)根据直流通路估算 IB,RB,RC,RB称为 偏置电阻,IB 称为 偏置电流。,后一页,前一页,+UCC,返回,RB,RC,+UCC,2)根据直流通道估算UCE、IC,IC,根据电流放大作用,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,例1:用估算法计算静态工作点。,已知:VCC=12V,RC=4K,RB=300K,=37.5。,解:,请注意电路中IB和 IC的数量级,返回,IC,RB,+UCC,RE,例2:用估算法计算图示电路的静态工作点。,跳转,后一页,前一页,返回,8.2.2 图解法:,输入特性曲线上交点Q的坐标(IB、UBE)即为所求静态工作点。,由输入特性确定IB 和UBE,后一页,前一页,用作图的方法确定静态值,IB一般用估算法确定,返回,8.2.2 图解法:,由输出特性确定IC 和VCC。,直流负载线,直流负载线斜率,后一页,前一页,直流负载线方程,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,返回,8.3 放大电路的动态分析,后一页,前一页,动态:放大电路有交流信号输入(ui 0)时的 工作状态。动态分析:计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。对象:各极电压和电流的交流分量。目的:找出它们与电路参数的关系,为设计打 基础。,分析方法:微变等效电路法,图解法(略)所用电路:放大电路的交流通路,返回,8.3.1 微变等效电路法,1)输入回路,当信号很小时,将输入特性在小范围内近似线性。,对输入的小交流信号而言,三极管相当于电阻。rbe称为晶体管输入电阻。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,后一页,前一页,1.三极管的微变等效电路,UBE,返回,2)输出回路,iC,uCE,所以:,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,后一页,前一页,输出端还要并联一个大电阻rce。,rce愈大,恒流特性愈好,rce称为晶体管输出电阻,返回,B,C,E,晶体三极管,微变等效电路,后一页,前一页,rce很大,一般忽略。,返回,2.放大电路的微变等效电路,将交流通路中的三极管用微变等效电路代替,后一页,前一页,分析时假设输入为正弦交流,所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,+,+,-,返回,3.电压放大倍数的计算:,负载电阻越小,放大倍数越小。,跳转1,跳转2,后一页,前一页,返回,3.电压放大倍数的计算,后一页,前一页,返回,4.输入电阻的计算,放大电路对信号源来说,是一个负载,其大小可以用一个输入电阻(等效电阻)来表示。,定义:,输入电阻是动态电阻,后一页,前一页,返回,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。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。,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,返回,5.输出电阻的计算,对于负载而言,放大电路相当于信号源,可以将它进行戴维宁等效,等效电源的内阻就是输出电阻。,后一页,前一页,返回,输出电阻的定义:,输出电阻是动态电阻,与负载无关。,后一页,前一页,将信号源 短路,负载RL开路,返回,RL,rbe,RB,RC,外加,求ro的步骤:1)断开负载RL,2)令Ui=0或ES=0,3)外加电压,4)求,共发射极放大电路输出电阻,共射极放大电路特点:1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.,+,+,-,-,后一页,前一页,返回,8.3.2 非线性失真:,如果Q设置不合适,管子进入截止区或饱和区,将造成非线性失真。,如果Q设置过高,管子工作进入饱和区,造成饱和失真,减小基极电流可消除失真。,如果Q设置过低,管子工作进入截止区,造成截止失真,增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适,信号幅值过大也可产生失真,减小信号幅值可消除失真。,后一页,前一页,跳转,返回,8.4 静态工作点的稳定,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固定偏置放大电路,简单、容易调整,但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下,将引起静态工作点的变动,严重时将使放大电路不能正常工作,其中影响最大的是温度的变化。,跳转,后一页,前一页,返回,8.4.1 温度变化对静态工作点的影响,在固定偏置放大电路中,上式表明,当VCC和 RB一定时,IC与 UBE、以及 ICEO 有关,而这三个参数随温度而变化。,后一页,前一页,返回,温度升高时,输出特性曲线上移,结论:当温度升高时,IC将增加,使Q点沿负载线上移,容易使T进入饱和区造成饱和失真,甚至引起过热烧坏三极管。,固定偏置电路的Q点是不稳定的,为此需要改进偏置电路。当温度升高使 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。,后一页,前一页,返回,8.4.2 分压式偏置电路,1、稳定Q点的原理,基极电位基本恒定,不随温度变化。,后一页,前一页,跳转,返回,集电极电流基本恒定,不随温度变化。,8.4.2 分压式偏置电路,1.稳定Q点的原理,后一页,前一页,返回,参数的选择,从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但 I2 越大,RB1、RB2必须取得较小,将增加损耗,降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高,在UCC一定时,势必使UCE减小,从而减小放大电路输出电压的动态范围。,在估算时一般选取:I2=(5 10)IB,VB=(5 10)UBE,RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。,后一页,前一页,返回,Q点稳定的过程,VB固定,RE:温度补偿电阻 对直流:RE越大稳Q效果越好;对交流:RE越大交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。,后一页,前一页,返回,2.静态工作点的计算,估算法:,后一页,前一页,返回,3.动态分析,如果去掉CE,Au,ri,ro?,跳转,后一页,前一页,I1,I2,IB,VB,+,+,+,RB1,RC,C1,C2,RB2,CE,RE,RL,+UCC,旁路电容,返回,去掉CE后的微变等效电路,如果去掉CE,Au,ri,ro怎样?,+UCC,后一页,前一页,返回,去掉CE后的微变等效电路,Au减小,无旁路电容CE,有旁路电容CE,(1)电压放大倍数,后一页,前一页,返回,ri 提高,无旁路电容CE,有旁路电容CE,ro不变,(2)输入电阻ri 和输出电阻r0,后一页,前一页,返回,无旁路电容CE,有旁路电容CE,Au减小,ri 提高,ro不变,分压式偏置电路,后一页,前一页,返回,后一页,前一页,对信号源电压的放大倍数?,返回,考虑信号源内阻RS时,后一页,前一页,跳转,返回,

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