第8章交流放大电路.ppt

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1、,第8章 交流放大电路,8.1 基本交流电压放大电路8.2 基本交流电压放大电路分析8.3 分压式偏置放大电路8.4 多级放大电路8.5 放大电路中的负反馈8.6 互补对称功率放大电路,8.1 基本交流电压放大电路,共射极基本放大电路如图8-1所示。三极管 VT为放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。电源UCC使集电结反偏，UBB使三极管的发射结正偏，三极管处在放大状态。,8.2 基本交流电压放大电路分析,一、共射极基本放大电路的静态分析 静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ。静态分析主要是确定放

2、大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。1.估算法计算静态工作点,2.图解法求静态工作点,（1）用估算法求出基极偏置电流IB（如40A）。（2）根据IB值在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线，根据集电极电流IC与集射极电压UCE的关系式 可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为-1/RC，由于该直线是通过直流通路得出的，又与集电极负载电阻RC有关，故称为直流负载线。,（4）求静态工作点Q并确定ICQ、UCEQ的值。三极管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40A的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而三极管必然工作在它们的交点Q，该点就是

3、静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。【例8-1】如图8-2所示电路，已知UCC=12 V，RB=300 k，RC=3 k，RL=3 k，RS=3 k，=50，试求放大电路的静态工作点。解:求静态工作点:,二、共射极基本放大电路的动态分析,动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号做相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。1.图解法进行动态性能分析（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性曲线上求uBE和iB，如图8-6（a）所示。,（

4、3）作交流负载线。交流负载线反映动态时电流ic和电压uce的变化关系。由于可将交流信号直流电源及电容C1、C2视为短路，RL与RC并联，得到集电极交流电流ic与集射极交流电压uce的关系为 uce=-ic（RCRL）（4）设输入端加入中频电压，则可得到三极管各极相关电压与电流的波 形如图8-6所示。由输出特性曲线和交流负载线求ic和uce。,由图解分析波形可得到以下几点结论:交流信号的传输情况为:ui（即ube）ibicuo（即uce）。电压和电流都含有直流分量和交流分量。由于C2的隔直作用，集射极的直流分量不能传递到输出端，只有交流分量构成输出电压uo。输入电压信号ui与输出电压信号uo相位

5、相反，即实现了倒相放大。从图8-6中可以计算出电压放大倍数Au，其值等于输出交流电压的幅值与输入交流 电压的幅值之比。显然RL阻值越小，交流负载线越陡，电压放大倍数越小。静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，在输入信号的正半周，Q进入饱和区，造成iC和uCE的波形与iB（或ui）的波形不一致。,输出电压uo 的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真，如图8-7（a）所示;若Q点偏低，则输出电压uo 的正半周出现平顶畸变，称为截止失真，如图8-7（b）所示。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。,2.微变等效电路法,微变等效电路法是解决放大元件非线性问题的另一种常用的方法，其

6、实质是在信号变化范围很小（微变）的前提下，可认为三极管电压、电流之间的关系基本上是线性的，这样就 可用一个线性等效电路来代替非线性的三极管，将放大电路转化成线性电路。（1）三极管的微变等效电路 所谓等效，就是替代前后电路的伏安关系不变。三极管的输入端、输出端的伏安关系可用其输入、输出特性曲线来表示。设Q点设置在放大区，在输入特性的Q点附近，特性基本上是一段直线，即iB与uBE成正比，故在三极管的 B、E间可用一等效电阻rbe来代替。rbe的近似值为,（2）放大电路的微变等效电路,（3）电压放大倍数的计算 输入的信号为,（4）输入电阻,输入电阻ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）

7、的大小。为了减轻信号源的负担，总希望ri越大越好。（5）输出电阻 输出电阻ro的计算方法是:信号源 短路，断开负载RL，在输出端加电压，求出由 产生的电流，则输出电阻为 对于负载而言，放大器的输出电阻ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，,【例8-2】如图8-2所示电路，已知UCC=12 V，RB=300 k，RC=3 k，RL=3 k，RS=3 k，=50，试求:（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数Au;（2）输入电阻ri和输出电阻ro;（3）输出端开路时的电源电压放大倍数AuS。,解:例8-1中已求出电路的静态工作点，再求三极管的动态输入

8、电阻为（1）RL接入时的电压放大倍数Au为,RL断开时的电压放大倍数Au为,（2）输入电阻ri为=3000.963=0.96 k 输出电阻ro 为 ro=RC=3 k（3）,三、射极输出器,射极输出器如图8-9（a）所示，它是共集电极放大电路，该电路具有如下特点:（1）电压放大倍数小于1，但约等于1，即电压跟随;（2）输入电阻较高;（3）输出电阻较低。,【例8-3】如图8-9（a）所示电路，已知UCC=12 V，RB=200 k，RE=2 k，RL=3 k，RS=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 根据图8-9（a）绘制射

9、极输出器的直流通路，如图8-9（b）所示。根据 KVL定律，基极回路的方程式为 UCC=IBQRB+UBEQ+URE式中 URE=IEQRE=（1+）IBQRE=0.0374 mA=37.4A ICQ=IBQ=500.0374=1.87 mAUCEQUCC-ICQRE=12-1.872=8.26 V,（2）求电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro,=47.4 k=RBRS=200103100=100,=RERL=23=1.2 k,8.3 分压式偏置放大电路,一、三极管分压式偏置放大电路 温度tICIEUE（=IERE）UBE（=UB-IERE）I BIC通过上述调节达到稳定静态工作点的目

10、的。,【例8-4】如图8-10所示电路，已知UCC=12 V，RB1=20 k，RB2=10 k，RC=3 k，RE=2 k，RL=3 k，=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 V ICQIEQ=1.65 mA IBQ=mA=33AUCEQ=UCC-ICQ（RC+RE）=12-1.65（3+2）=3.75 V,（2）求电压放大倍数,其微变等效电路与共射极放大电路的微变等效电路相似（如图 8-8所示），在输入回路中增加了并联电阻。（3）求输入电阻和输出电阻 ri=RB1RB2rbe=20101.1=0.944 kro=RC=3 k,二

11、、场效应管偏置放大电路,UGS=UG-US=-IDRS,【例8-5】如图8-13所示电路，已知UDD=20 V，RD=5 k，RS=5 k，RL=5 k，RG=1261 M，RG1=300 k，RG2=100 k，gm=5 mA/V。求静态工作点及电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。,解:静态工作点为=5 V 1 mAUDS=UDD-ID（RD+RS）=20-1（5+5）=10 V,电压放大倍数为=RDRL=55=2.5 kAu=-gm=-52.5=-12.5输入电阻为 ri=RG+RG1RG2=1000+300100=1075 k输出电阻为 ro=RD=5 k,8.4 多级放大电路

12、,一、阻容耦合多级放大电路1.静态工作点分析 各级单独计算。,2.动态分析,（1）电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即（2）输入电阻就是第一级的输入电阻。（3）输出电阻就是最后一级的输出电阻。,二、直接耦合多级放大电路,值得注意的是，各级静态工作点互相影响，且由于温度影响等因素，放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo出现缓慢、不规则波动的现象，这种现象称做零点漂移。抑制零点漂移的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。,电路输入电压:ui=ui1-ui2电路输出电压:uo=uo1-uo2 当两输入端加的信号大小相

13、等、极性相反时，输入信号为差模信号，设两输入信号为 因两侧电路对称，放大倍数相等，电压放大倍数用Ad表示，则输出电压为 uo1=Adui1，uo2=Adui2uo=uo1-uo2=Ad（ui1-ui2）=Adui 由上式可得差模电压放大倍数为,当两输入端加的信号大小相等、极性相同时，输入信号为共模信号，设两输入信号为 ui1=ui2=ui则输出电压为 uo1=uo2=Auui，uo=uo1-uo2=0可得共模电压放大倍数为,定义:共模抑制比，共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。,三、变压器耦合多级放大电路,变压器耦合的优点是:各级直流通路相互独立，变压器通过磁路，把初

14、级线圈的交流信号传到次级线圈，直流电压或电流无法通过变压器传给次级。变压器在传递信号的同时，能实现阻抗变换。,8.5 放大电路中的负反馈,一、反馈的基本概念 反馈是指把放大电路输出回路中某个电量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的电路形式（反馈网络）送回到放大电路的输入回路，并同输入信号一起参与控制作用，以使放大电路的某些性能获得改善的过程。,二、反馈的极性和类型,1.反馈的极性 不同极性的反馈对放大电路性能的影响截然不同，因此在分析具体反馈电路时，首先必须正确地判断出电路中反馈的极性。判断反馈极性的简便方法是瞬时极性法，具体做法如下:（1）不考虑电路中所有电抗元件的影响;（2）用正负号（

15、或箭头）表示电路中各点电压的瞬时极性（或瞬时变化）;（3）假定输入电压ui的极性，看ui经过放大和反馈后得到的反馈信号（uf或if）的极性是增强还是减弱有效输入信号（或）。使有效输入信号减弱的反馈就是负反馈，使有效输入信号增强的反馈就是正反馈。,【例8-6】放大电路如图8-21所示。说明该电路中有无反馈，如果有反馈，是正反馈还是负反馈。,解:判断一个电路中是否存在反馈，就是要看电路中有无联系输出回路和输入回路的元件。图8-21中Rf就是起这种联系作用的元件，因此Rf就是反馈元件，它构成反馈网络。判断反馈极性利用瞬时极性法。假定ui的极性为“+”（对地），则经一级共射电路放大后，uo1的极性为“

16、-”，再经一级共集电极电路放大后，uo2的极性为“-”，通过Rf的反馈电流的瞬时流向由其两端的瞬时电压极性决定。如图8-21所示，由于if的分流作用，使得放大电路的有效输入信号=iB=ii-if减弱，故为负反馈。,2.反馈的类型,（1）根据输入端采样对象的不同可以将反馈分为并联反馈和串联反馈。（2）根据输出端反馈采样对象的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反馈。,三、放大电路的负反馈,为了突出反馈的实质，忽略次要因素，简化分析过程，通常又假定:（1）信号从输入端到输出端的传输只通过基本放大电路，而不通过反馈网络;（2）信号从输出端反馈到输入端只通过反馈网络而不通过基本放大电路。也就是说，信号传

17、输具有单向性。实践表明，这种假定是合理而有效的，符合这种假定的方框图称为理想方框图。对图8-20所示单一环路反馈的理想方框图有如下关系:,由此可得反馈放大电路的闭环放大倍数为 式中（1+AF）称为反馈深度，用D表示，负反馈对放大电路性能改善的程度均与D有关。当|1+AF|1时，有 这种情况称为深度负反馈。此时，闭环放大倍数仅与反馈系数有关。,1.对放大倍数的影响,（1）负反馈使放大倍数下降。放大倍数的一般表达式为（2）负反馈能提高放大倍数的稳定性。用相对变化量来表示，即 2.减小非线性失真 负反馈可以使输出波形的失真得到一定的改善。3.扩展频带 放大电路都有一定的频带宽度，超过这个范围的信号，

18、增益将显著下降。一般将增益下降3 dB时所对应的频率范围叫做放大电路的通频带，也称为带宽，用 BW表示。,4.负反馈对输入电阻的影响,负反馈对输入电阻的影响只取决于反馈电路在输入端的连接方式，即取决于是串联反 馈还是并联反馈。（1）串联反馈使输入电阻提高，即rif=（1+FA）ri。（2）并联反馈使输入电阻下降，即rif=ri/（1+FA）。5.负反馈对输出电阻的影响 负反馈对输出电阻的影响只取决于反馈电路在输出端的连接方式，即取决于是电压反馈还是电流反馈。（1）电压反馈使输出电阻降低，即rof=ro/（1+FA）。（2）电流反馈使输出电阻提高，即rof=（1+FA）ro。,8.6 互补对称功率放大电路,一、功率放大电路的特点及类型1.功率放大电路的特点 功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率，这就要求功率放大电路不仅要有较高的输出电压，还要有较大的输出电流。因此功率放大电路中的三极管通常工作在高电压大电流状态，三极管的功耗也比较大。功率放大电路从电源取用的功率较大，为提高电源的利用率，必须尽可能提高功率放大电路的效率。放大电路的效率是指负载得到的交流信号功率与直流电源供出功率的比值。,2.功率放大电路的类型,二、互补对称功率放大电路,1.OCL功率放大电路,2.OTL功率放大电路,