第3章 基本放大电路.ppt

第三章分立元件基本电路 3 1共发射极放大电路 放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为较强的电信号 放大器实现放大的条件 1 晶体管必须偏置在放大区 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 经电容滤波只输出交流信号 返回 共射极放大电路 1 晶体管T的作用 放大元件满足iC iB T应工作在放大区 即保证集电结反偏 发射结正偏 ib ic ie 返回 2 集电极电源UCC作用 共射极放大电路 集电极电源作用 是为电路提供能量 并保证集电结反偏 返回 3 集电极负载电阻RC作用 共射极放大电路 集电极电阻的作用是将变化的电流转变为变化的电压 返回 4 基极电阻RB的作用 RB 共射极放大电路 基极电阻能提供适当的静态工作点 并保证发射结正偏 返回 5 耦合电容C1和C2作用 1 隔直作用隔离输入 输出与电路的直流通道 2 交流耦合作用能使交流信号顺利通过 共射极放大电路 返回 3 1 2静态分析 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 电路中电容对交 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 交流通道 只考虑交流信号的分电路 直流通道 只考虑直流信号的分电路 不同的信号可以在不同的通道进行分析 3 1放大电路的静态分析 返回 1 直流通道 将电路中的隔直电容C1 C2开路 直流通道的简化电路如图所示 直流通道的简化电路 返回 基极电流 集电极电流 IC IB 集 射极电压 UCE UCC RCIC 2 静态时 当UBE UCC时 返回 IC IB 37 5 0 04 1 5mA 返回 2用图解法确定静态值 电路的工作情况由负载线与非线性元件的伏安特性曲线的交点确定 这个交点称为工作点 RC的直流负载线与晶体管的某条 由IB确定 输出特性曲线的交点Q 称为放大电路的静态工作点 由它确定放大电路的电压和电流的静态值 返回 如图所示 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Q 输入输出特性曲线 1 输入输出特性曲线 返回 UCE UCC ICRC IB 2 直流负载线 返回 IC 0时UCE UCC 可在图上作直流负载线 UCE 0时 根据UCE UCC RCIC 返回 2 求静态值 基极电流 40 A IB 40 AIC 1 5mAUCE 6V 由图中Q点得 集电极电流 发射极电流 IC IB 37 5 40 10 61 1 5mA IE 1 IB 1 5mA 返回 1 微变等效电路法 当输入信号很小时 在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线 对输入的小交流信号而言 三极管相当于电阻rbe 表示输入特性 UBE 1 晶体管的微变等效电路 1 输入特性曲线 Q 3 1 3放大电路的动态分析 返回 对于低频小功率晶体管的输入电阻估算为 式中 IE 发射极电流的静态值 晶体管的放大倍数 rbe 输入电阻 其值一般为几百欧到几千欧 动态电阻 返回 输出端相当于一个受ib控制的电流源 输出端还等效并联一个大电阻rce 2 输出特性曲线 在线性工作区是一族平行直线 ib iC 返回 在小信号的条件下 rce也是一个常数 阻值很高 约为几十到几百k 在后面微变等效电路中 可忽略不计 输出电阻rce 返回 先将交流通道中的三极管用微变等效电路代替 1 三极管的微变等效电路 返回 3 1 3放大电路的动态分析 2 放大电路的微变等效电路 将放大电路交流通道中的三极管用微变等效电路代替 返回 式中 故放大电路的电压放大倍数 输出端开路时 3 电压放大倍数的计算 以上图微变等效电路来计算 显然负载电阻RL越小 放大倍数越低 Au还与 和rBE有关 返回 RL RC RL 2k 返回 4 放大电路输入电阻的计算 放大电路对信号源来说 是一个负载 可用一个电阻等效代替 这个电阻是信号源的负载电阻 也就是放大电路的输入电阻ri 即 输入电阻对交流而言是动态电阻 返回 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输入电阻 返回 5 放大电路输出电阻的计算 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定理等效 等效电路的内阻就是输出电阻 它也是动态电阻 1 将信号源短路 Ui 0 和输出端开路从输出端看进去的电阻 2 将信号源短路 Ui 0 保留受控源 输入端加电压 U0 以产生电流I0 r0 RC 返回 RS ri ro RL 放大电路 放大电路的输入电阻和输出电阻 当输入信号电压加到放大电路的输入端时 放大电路相当于一个负载 对于负载而言 放大电路相当于一个信号源 内阻就是放大电路的输出电阻 解 放大电路对负载来说 是一信号源 可用等效电动势E0和内阻r0表示 等效电源的内阻即为输出电阻 输出端开路时 输出端接上负载电阻时 由上列两式可得出 返回 Q 由图可见 电压和电流都含有直流分量和交流分量 返回 2 图解法 uo Q 合适的静态工作点可输出最大的不失真信号 输出电压与输入信号反相 返回 uo 称为截止失真 3 非线性失真 Q 1 Q点过低 信号进入截止区 返回 uo 称为饱和失真 Q 2 Q点过高 信号进入饱和区 3 非线性失真 返回 结论 1 交流信号的传输情况 ui 即ube ib iC u0 即uce 2 电压和电流都含有直流分量和交流分量 uBE UBE ube uCE UCE uce iB IBE ib iC IC ic 3 输入信号电压ui和输出电压u0相位相反 4 电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输入正弦电压的幅值之比 RL 的阻值愈小 交流负载线愈陡 电压放大倍数下降得也愈多 返回 3 1 4静态工作点的稳定 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 温度的变化会严重影响静态工作点Q 对于固定偏置电路 静态工作点是由UBE 和ICEO决定 这三个参数易随温度而变化 所以温度对静态工作点Q的影响比较大 返回 1 温度对UBE的影响 UBE1 UBE2 显然UBE2 UBE1 IB 返回 2 温度对 值及ICEO的影响 总的效果是 返回 采用分压式偏置电路 VB 1 RB2的作用 VB不受温度变化的影响 返回 RE越大 稳定性越好 但太大将使输出电压降低 一般取几百欧 几k 2 RE的作用 VB VE 返回 3 CE的作用 CE将RE短路 RE对交流不起作用 放大倍数不受影响 返回 无电容CE会有何结果 无电容CE的微变等效电路 A0 返回 将输入电路在 断开 求BO间开路电压UBO 即戴维宁等效电路的EB为 a 直流通路 4V 等效电路的EB 返回 求BO间的等效内阻Rb 将电源短路 EB RBIB UBE REIE RBIB UBE 1 REIB IC IB 37 5 0 04mA 1 5mA UCE UCC RCIC REIE UCC RC RE IC 12 2 2 103 1 5 103V 6V 6 7 103 6 7k 返回 采用微变等效电路分析时 忽略了电容的容抗 并且把负载看作纯电阻 即整个电路看作是由纯电阻和受控源构成的电路 这时 放大倍数与频率无关 实际上 输入信号往往不是单频的 电容所表现出来的容抗就不一样 因而放大电路对不同频率信号的放大倍数和相位移就不一样 使得输出信号不能重现输入信号的波形 造成信号的频率失真 3 1 5放大电路的频率特性 放大电路的放大倍数和相位移随频率变化关系称为放大电路频率特性 频率特性又可以分为幅频特性和相频特性 放大电路的频率范围 30Hz 10000Hz 低频段 由于信号频率较低 而级间耦合电容的容抗值较大 产生压降 使Ube Ui 放大倍数降低 CO的容抗大 可视作开路 中频段 由于耦合电容和发射极电阻旁路的电容的容抗值较大 故对中频段信号来讲其容抗很小 可视作短路 放大倍数与信号频率无关 高频段 由于信号频率较高 耦合电容和发射极电阻旁路电容的容抗比中频段更小 故皆可视作短路 但CO的容抗将减少 它与输出端的电阻并联后 使总阻抗减小 电压放大倍数降低 返回 2 放大器的通频带 放大器的通频带 f21 f2 f1 返回 共发射极放大电路的相频特性 3 2共集电极放大电路 uCE uBE 放大电路是从发射极输出 在接法上是一个共集电极电路 UCC对交流信号相当于短路 返回 3 2 1静态分析 IB T UCE UBE 返回 1 电压放大倍数 3 2 2动态分析 1 返回 2 输入电阻 输入电阻高 返回 rbe RE Rs 3 输出电阻 用加压求流法求输出电阻r0 将信号源置0 求各支路电流 返回 其中 返回 通常 故 射极输出器的输出电阻很低 带负载能力强 说明具有恒压输出特性 返回 结论 1 将射极输出器放在电路的首级 可以提高放大器的输入电阻 减少对前级的影响 2 将射极输出器放在电路的末级 可以降低放大器的输出电阻 提高带负载能力 3 将射极输出器放在电路的两级之间 可以起到电路的阻抗变换作用 这一级称为缓冲级或中间隔离级 返回 3 4分立元件门电路 1 门电路的基本概念 门 不满足条件的电信号 能够通过 门 不能够通过 门 满足条件的电信号 用电路做成这种开关称为 门电路 结论 门电路输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系 返回目录 门电路 门电路的输入和输出信号都是用电位 或叫电平 高低表示 高电平用 1 表示低电平用 0 表示 高电平用 0 表示低电平用 1 表示 返回目录 1 与 门 与 逻辑 A B C都满足一定条件时 事件Y才发生 Y A B C 灯Y亮的条件 A 与 B 与 C同时接通 A 1 B 1 C 1 A B C有一个为0 逻辑乘逻辑与 返回目录 与门的逻辑符号 A B C Y 返回目录 2 或 门 或 逻辑 A B C只要有一个满足条件时 事件Y就发生 灯Y亮的条件 A 或 B 或 C只要有一个接通 A 1 或 B 1 或 C 1 A B C都为0 Y A B C 逻辑加逻辑或 返回目录 A B C Y 或门的逻辑符号 返回目录 3 非 门 非 逻辑 A满足条件时 事件Y不发生A不满足条件时 事件Y发生 灯Y亮的条件 A不接通 A 0 A 1 灯Y不亮的条件 A接通 逻辑非 返回目录 非门的逻辑符号 1 返回目录 3 4 1二极管 与 门电路 Y DA DB A B U 12V DC 输出端 二极管 返回目录