交流放大电路.ppt

2 1 第8章交流放大电路 8 1概论 8 2放大电路的组成和工作原理 8 3放大电路的分析方法 8 4静态工作点的稳定 8 5射极输出器 8 6阻容耦合多级放大电路 2 2 概论 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 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 2 4 uA ua 全量 交流分量 t UA直流分量 2 5 8 1共发射极放大电路 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 6 共射放大电路 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 基本组成 2 7 共射放大电路 集电极电源 为电路提供能量 并保证集电结反偏 2 8 共射放大电路 集电极电阻 将变化的电流转变为变化的电压 2 9 共射放大电路组成 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 IB 2 10 共射放大电路组成 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 2 11 单电源供电 可以省去 2 12 RB 单电源供电 2 13 放大电路的分析方法 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 14 二 直流通道和交流通道 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 这样就有了交流通道 只考虑交流信号的分电路 和直流通道 只考虑直流信号的分电路 不同的信号可以分别在不同的通道分析 2 15 对直流信号 只有 EC 1 直流通路和静态值的计算 2 16 直流通道 2 17 静态值计算 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 18 2 根据直流通道估算UCE IC IC UCE 2 19 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 2 20 对交流信号 输入信号ui 2 交流通路和放大倍数 2 21 交流通道 2 22 由于电源的存在IB 0 IC 0 IBQ ICQ IEQ IBQ ICQ 三 直流分量和交流分量 2 23 直流分量 IBQ ICQ ICQ UCEQ IBQ UBEQ 2 24 交流分量 2 25 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 8 2静态工作点 2 26 直流负载线 IC UCE UCE IC满足什么关系 1 输出特性 2 UCE EC ICRC 2 27 UCE EC ICRC 直流负载线 与输出特性的交点就是Q点 IB 2 28 图解法 例 在基本交流放大电路中 已知VCC 12V RC 4k RB 280k 三极管的特性曲线如图所示 试求静态值 解 先估算IB 将方程UCE VCC ICRC所表示的直线画在三极管输出特性曲线的坐标平面上 直线上的两点 N点 IC VCC RC 3mA UCE 0 M点 IC 0 UCE VCC 12V 第2章2 2 2 29 0 IB 0 A 20 A 40 A 60 A 80 A 1 2 3 1 5 2 4 6 8 10 12 求得静态值为 IC 1 5mA UCE 6V IB 40 A 图解过程 第2章2 2 IC mA UCE V N点 IC VCC RC 3mA UCE 0 M点 IC 0 UCE VCC 12V 2 30 uCE怎么变化 交流放大原理 假设uBE有一微小的变化 2 31 uCE的变化沿一条直线 uCE相位如何 uCE与uBE反相 2 32 失真分析 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 2 33 uo 可输出的最大不失真信号 合适的静态工作点 2 34 uo Q点过低 信号进入截止区 称为截止失真 信号波形 2 35 uo Q点过高 信号进入饱和区 称为饱和失真 信号波形 2 36 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 经电容滤波只输出交流信号 2 37 3 放大电路的组成原则 1 为了不失真的放大交变电压信号 必须给放大电路设置合适的静态工作点 2 在输入回路加入ui应能引起uBE的变化 从而引起iB和ic的变化 3 应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端 课堂讨论题 下面各电路能否放大交流电压信号 2 38 如何判断一个电路是否能实现放大 3 晶体管必须偏置在放大区 发射结正偏 集电结反偏 4 正确设置静态工作点 使整个波形处于放大区 如果已给定电路的参数 则计算静态工作点来判断 如果未给定电路的参数 则假定参数设置正确 1 信号能否输入到放大电路中 2 信号能否输出 与实现放大的条件相对应 判断的过程如下 2 39 图 a 中 没有设置静态偏置 不能放大 图 b 中 有静态偏置 但ui被EB短路 不能引起iB的变化 所以不能放大 2 40 图 c 中 有静态偏置 有变化的iB和ic 但因没有RC 不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端 所以不能放大交流电压信号 2 41 判别下面电路对交流信号有无放大作用 解 对交流无放大作用 因为电源极性不对 解 对交流无放大作用 因为无IB电流 2 42 判别下面电路对交流信号有无放大作用 解 对交流无放大作用 因为信号源被短路 2 43 答案 2 2 44 2 一单管放大电路的输入信号电压ui为正弦波 它的输出电压的波形如图 若要改善输出波形 可采用什么方法 1 增加RB 3 减小RC 2 减小RB 4 增加RC 答案 1 答案 1 答案 4 2 45 5 放大电路如图所示 调整工作点时 如不小心把RB调到零 这时将会使 2 电路进入饱和区 1 电路进入截止区 3 三极管烧坏 答案 3 2 46 二 分压式偏置电路 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 47 温度对UBE的影响 2 48 温度对 值及ICEO的影响 总的效果是 2 49 总之 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 2 50 2 51 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 2 52 本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程 2 53 如果去掉CE 放大倍数怎样 2 54 例 RC 2K RE 1K RL 4K 欲使UCE 6V 问RB1应取多大 在分压式偏置电路中 已知 VCC 12V RB2 3 6K 解 思路 UCE IC IE UE UB I2 I1 RB1 2 55 计算静态值IB IC和UCE RB2 10K RC 3 3K RE 1 5K RL 5 1K 66 RS 0 例 在分压式偏置电路中 已知 VCC 24V RB1 33K VCC RC C1 C2 T RL RB2 RE1 CE RB1 uo RS us RE2 答案 UB 5 58V IC 3 25mA IB 50 A UCE 8 4V 2 56 8 3 微变等效电路分析法 首先考察输入回路 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 一 三极管的微变等效电路 2 57 对于小功率三极管 rbe的量级从几百欧到几千欧 2 58 考察输出回路 所以 输出端相当于一个受ib控制的电流源 输出端还要并联一个大电阻rce 2 59 rce的含义 2 60 rce很大 一般忽略 2 61 弄清楚等效的概念 1 对谁等效 2 怎么等效 e b c b e c 2 62 2 放大电路的微变等效电路 对于交流信号而言 电源和电容均看成短路 T C1 RC RB UCC C2 us uo RS RL 第2章2 3 2 63 2 放大电路的微变等效电路 2 64 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 2 65 1 电压放大倍数的计算 负载电阻越小 放大倍数越小 2 66 2 输入电阻的计算 对于为它提供信号的信号源来说 电路是负载 这个负载的大小可以用输入电阻来表示 输入电阻的定义 输入电阻是动态电阻 2 67 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 2 68 ro RS 放大电路 3 放大电路的输出电阻 对负载而言 放大电路相当于一个具有內阻的信号源 这个信号源的內阻就是放大电路的输出电阻 ro 可用外加电压法求ro RC RB RS rbe 2 69 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 2 70 所以 用加压求流法求输出电阻 2 71 放大器的微变等效电路可以用来计算静态工作点吗 2 72 1 不变 2 减小 3 增大 4 不确定 答案 2 1 放大电路如图所示 CE开焊 则电路电压放大倍数将 答案 3 2 73 8 5射极输出器 2 74 静态分析 2 75 动态分析 1 电压放大倍数 2 76 2 输入输出同相 输出电压跟随输入电压 故称电压跟随器 讨论 输出电压与输入电压近似相等 电压未被放大 但是电流放大了 即输出功率被放大了 Au 2 77 2 输入电阻 输入电阻高 对前级有利 2 78 3 输出电阻 用加压求流法求输出电阻 置0 2020 3 17 79 可编辑 2 80 2 81 2 82 一般 所以 射极输出器的输出电阻很小 带负载能力强 2 83 射极输出器的输出电阻很小 带负载能力强 射极输出器的输入电阻很大 从信号源取得的信号大 讨论 2 84 所谓带负载能力强 是指当负载变化时 放大倍数基本不变 对射极输出器 空载时 Au 0 995RL 5 6k 时 Au 0 990RL 1k 时 Au 0 967 对静态工作点稳定的放大器 共射放大器 空载时 Au 186RL 5k 时 Au 93RL 1k 时 Au 31 2 85 讨论 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 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 86 分别计算Uom 并比较计算结果 说明射极跟随器的作用 例 在图 a b 电路中 已知 uS 5sin tmV UCC 12V RS 2K RL 2K RB 200K RE 4K 70 rbe 1 39K a 答案 对于图 a 2 87 rbe RE RL RB RS ri 对于图 b 由于射极跟随器的输入电阻高 提高了输出电压 2 88 8 5多级阻容耦合放大电路 8 5 1典型电路 8 5 2性能分析 2 89 耦合 耦合方式 直接耦合 阻容耦合 变压器耦合 2 90 设 1 2 50 rbe1 2 9K rbe2 1 7K 8 6 1典型电路 2 91 对耦合电路要求 要求 动态 传送信号 减少压降损失 耦合电路 静态 保证各级Q点设置 波形不失真 2 92 阻容耦合电路的频率特性 耦合电容造成 三极管结电容造成 2 93 关键 考虑级间影响 1 静态 Q点同单级 2 动态性能 方法 ri2 RL1 8 6 2性能分析 2 94 考虑级间影响 1 2 95 解 1 微变等效电路 2 96 2 动态参数 1 ri R1 rbe1 1 RL1 其中RL1 RE1 ri2 RE1 R2 R3 rbe1 RE1 RL1 RE1 ri2 27 1 7 1 7K ri 1000K 2 9 51 1 7 K 82K 2 ro RC2 10K 2 97 3 中频电压放大倍数 其中 2 98 2 99 8 7放大电路中的反馈 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 2 100 反馈框图 一 反馈的概念 2 101 反馈电路的三个环节 放大 反馈 迭加 反馈框图 2 102 例 Rf RE1组成反馈网络 反馈系数 2 103 二 负反馈的类型 1 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 如果反馈信号取自电压信号 叫电压反馈 如果反馈信号取自电流信号 叫电流反馈 电压负反馈具有稳定输出电压 减小输出电阻的作用 电流负反馈具有稳定输出电流 增大输出电阻的作用 2 104 电压反馈采样的两种形式 2 105 电流反馈采样的两种形式 2 106 2 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 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的 叫串联反馈 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的 叫并联反馈 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 2 107 ib i if 并联反馈 ube ui uf 串联反馈 2 108 3 交流反馈与直流反馈 有的反馈只对交流信号起作用 称为交流反馈 有的反馈只对直流起作用 称为直流反馈 有的反馈对交直流均起作用 在反馈网络中串接隔直电容 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 2 109 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 2 110 增加旁路电容C后 Rf只对直流起反馈作用 2 111 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 2 112 负反馈的分析方法 分析步骤 3 是否负反馈 4 是负反馈 那么是何种类型的负反馈 判断反馈的组态 1 找出反馈网络 电阻 2 是交流反馈还是直流反馈 2 113 判断负反馈的方法 瞬时极性法 假设输出端信号有一定极性的瞬时变化 依次经过反馈 比较 放大后 再回到输出端 若输出信号与原输出信号的变化极性相反 则为负反馈 反之为正反馈 如果是电压反馈 则要从输出电压的微小变化开始 如果是电流反馈 则要从输出电流的微小变化开始 判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系 2 114 例 判断Rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 uo uc1 ub2 uc2 uf ube ui uf uc1 ub2 uc2 uo 2 115 例 判断Rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 uc1 ub2 uc2 此电路是电压串联负反馈 对直流不起作用 2 116 分析中用到了三极管的集电极与基极相位相反这一性质 2 117 我们这里分析的是交流信号 不要与直流信号混淆 分析中用到的电压 电流要在电路中标出 并且注意符号的使用规则 如果反馈对交直流均起作用 本题即是 可以用全量 瞬时极性法所判断的也是相位的关系 电路中两个信号的相位不是同相就是反相 因此若两个信号都上升 它们一定同相 若另一个信号下降而另一个上升 它们一定反相 2 118 例 判断Rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 uo if ib i if uo 此电路是电压并联负反馈 对直流也起作用 2 119 三极管的静态工作点如何提供 能否在反馈回路加隔直电容 不能 Rf为三极管提供静态电流 2 120 例 判断Rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 2 121 例 判断Rf是否负反馈 若是 判断反馈的组态 电流并联负反馈 对直流也起作用 可以稳定静态工作点 2 122 例 判断如图电路中RE1 RE2的负反馈作用 对交流信号 RE1 电流串联负反馈 2 123 判断电路中RE1 RE2的直流反馈作用 RE1 RE2对直流均起作用 通过反馈稳定静态工作点 反馈过程 2 124 例 判断如图电路中RE3的负反馈作用 电流串联负反馈 对直流不起作用 2 125 三 负反馈对放大电路的影响 反馈电路的基本方程 2 126 1 对放大倍数的影响 Ao 开环放大倍数 Af 闭环放大倍数 2 127 中 同相 所以 则有 负反馈使放大倍数下降 引入负反馈使电路的稳定性提高 2 128 若 称为深度负反馈 此时 在深度负反馈的情况下 放大倍数只与反馈网络有关 反馈深度 2 129 2 改善波形的失真 加反馈前 加反馈后 2 130 3 对输入 输出电阻的影响 1 串联反馈使电路的输入电阻增加 2 并联反馈使电路的输入电阻减小 3 电压反馈使电路的输出电阻减小 例如 射极输出器 例如 射极输出器 4 电流反馈使电路的输出电阻增加 2 131 4 对通频带的影响 引入负反馈使电路的通频带宽度增加 2 132 2 133 四 正反馈与振荡电路 正反馈电路才能产生自激振荡 2 134 如果 2 135 反馈信号代替了放大电路的输入信号