第三章基本放大电路.ppt

一个放大器必须含有一个或多个有源器件 如三极管 场效晶体管等 同时还包含电阻 电容 电感 变压器等无源元件 放大器框图如图所示 3 1放大器概述 2 要具有一定宽度的通频带 3 非线性失真要小 非线性失真 在放大信号的过程中 放大了的信号与原信号相比 波形将产生畸变 这种现象称为非线失真 3 1放大器概述 1 要有足够的放大倍数 放大倍数是衡量放大器放大能力的参数 放大倍数有电压放大倍数 电流放大倍数和功率放大倍数 3 1 1对放大器的基本要求 各参数不随时间变化 无输入时无输出 4 工作要稳定 3 1 2放大器的输入 3 1放大器概述 对输入信号的要求 由信号源提供给放大器的电流 电压及功率都不允许超过放大器的最大允许值 放大器输入端与前级输出端相连接示意图如图所示 对输出信号的要求 由一个放大器输出给下一级电路的电流 电压和功率都不能超过放大器最大允许值 3 1 3放大器的输出 3 1放大器概述 放大器输出端与下级输入端相连接示意图如图所示 三极管基本放大电路如图所示 3 2 1基本放大电路的组成 3 2三极管基本放大电路 电路中各器件的作用如下 4 VCC 集电极直流电源 为集电结提供反向偏压 1 V 放大管 起电流放大作用 3 Rb 基极偏置电阻 一般是几十千欧至几百千欧 2 VBB 基极偏置电源 为发射结提供正向偏压 5 Rc 集电极电阻 一般是几百欧至几千欧 3 2三极管基本放大电路 8 Vs 信号源电压 Rs 信号源内阻 电路中各器件的作用如下 6 C1 C2 输入和输出耦合电容 7 RL 负载电阻 3 2三极管基本放大电路 4 用大写字母带小写下标表示交流分量的有效值 电路中的电压 电流都是由直流成分和交流成分叠加而成 对直流分量和交流分量 作如下规定 3 2 2放大器中电流及电压符号使用规定 1 用大写字母带大写下标表示直流分量 2 用小写字母带小写下标表示交流分量 3 用小写字母带大写下标表示直流分量与交流分量的叠加 3 2三极管基本放大电路 单电源供电的放大电路如图所示 1 静态工作点 3 2 3放大器的静态工作点 3 2三极管基本放大电路 静态 放大器无信号输入时的直流工作状态叫静态 静态工作点 在静态下电流电压共同确定的点叫静态工作点 用Q表示 一般描述静态工作点的量用VBEQ IBQ VCEQ和ICQ表示 一个放大器的静态工作点的设置是否合适 是放大器能否正常工作的重要条件 VBEQ 硅管一般为0 7V 锗管为0 3V 3 2三极管基本放大电路 若Rb阻值适当 使IBQ有合适的数值 则基极的总电流IBQ ib始终是单方向的电流 即它只有大小的变化 没有正负极性的变化 这样就不会使发射结反偏而截止 从而避免了输入电流ib的波形失真 2 静态工作点对放大器工作状态的影响 3 2三极管基本放大电路 1 放大电路 输出 从集电极和发射极之间输出 电路中 vBE iB ic vCE随vi变化 变化作用如下 vi vBE iB iC vCE vo 3 2 4放大原理 输入 从基极和发射极之间输入 放大电路如图所示 3 2三极管基本放大电路 vi的变化将产生变化的基极电流 使基极总电流发生变化 集电极电流在集电极电阻上产生压降 使放大器的集电极电压将随之变化 通过C2耦合 隔断直流 因此输出信号电压vo也随之变化 只要电路参数能使三极管工作在放大区 则vo的变化幅度将比vi的变化幅度大很多倍 2 放大原理 3 2三极管基本放大电路 2 波形 输出电压与输入电压相位相反 又称这种共发射极的单管放大电路为反相放大器 3 2三极管基本放大电路 3 2 5直流通路与交流通路 放大信号中 即有直流成分又有交流成分 1 直流通路的画法 1 定义 放大器的直流电流流通的回路 包括输入直流通路和输出直流通路 3 2三极管基本放大电路 电路直流通路 2 画法 将电容视为开路 其他不变 如图所示 2 画法 将容量较大的电容视为短路 将直流电源视为短路 其他元件照画 上述所示电路的交流通路如图所示 1 定义 放大器的交流信号电流的流通回路 包括输入交流通路和输出交流通路 2 交流通路的画法 3 2三极管基本放大电路 1 放大器常用指标 电流放大倍数Ai 电压放大倍数Av 功率放大倍数Ap 3 2 6基本放大电路的分析方法 1 放大倍数 3 2三极管基本放大电路 电压增益Gv 2 放大器的增益 电流增益Gi 功率增益Gp 增益G 用分贝数表示放大倍数 单位为分贝 dB 3 2三极管基本放大电路 也可视为从输入端看进去的等效电阻 如图所示ri ri越大 放大器要求信号源提供的电流越小 信号源的负担越小 在电压放大器中希望放大器输入电阻大一些 输入电阻ri 输入交流电压vi与输入回路产生的输入电流ii之比 3 输入电阻和输出电阻 3 2三极管基本放大电路 ro表示放大器带负载的能力 输出信号时 自身损耗越小 带负载的能力就越强 所以输出电阻越小越好 输出电阻ro 从放大器输出端 不包括外接负载电阻 看进去的交流等效电阻 如上图所示ro 3 2三极管基本放大电路 中频区 在一定频率范围内 放大器的放大倍数高且稳定 这个频率范围为中频区 如图所示 上限频率fH 信号频率上升到使放大倍数为中频时的0 707所对应的频率 通频带 fL与fH之间的频率范围称为通频带 记作BW 即 BW fH fL 下限截止频率fL 信号频率下降到使放大倍数为中频时的0 707所对应的频率 3 2三极管基本放大电路 放大器在放大不同频率的信号时 其放大倍数是不一样的 放大电路在不同频率下的放大倍数如图所示 4 通频带 2 放大器的估算法 1 静态工作点的估算 解 例3 1 图示的放大器的直流通路中 Vcc 12V 三极管 50 其余元件参数见图 估算静态工作点 A 50 60 A 3mA 12V 3mA 2k 6V 3 2三极管基本放大电路 2 输入电阻和输出电阻的估算零 三极管基极和发射极之间存在一个等效电阻 称为三极管的输入电阻 用表示 在低频小信号时 用下式估算 三极管输入电阻rbe的估算公式 放大器的输入电阻ri和输出电阻ro的估算 一般Rb rbe 所以 ro的估算是从放大器输出端 不包括外接负载电阻 看进去的交流等效电阻 3 2三极管基本放大电路 负号表示输出电压vo的相位与输入电压vi相位相反 放大器输出端外接负载电阻RL时 等效负载电阻 3 放大器放大倍数的估算 3 2三极管基本放大电路 例3 2 图示的电路中 设三极管 50 其余参数见图 试求 1 静态工作点 2 rbe 3 Av 4 ri 5 ro 解 1 求静态工作点 50 44 4 A 2 2mA 12V 2 2mA 3k 5 4V 3 2三极管基本放大电路 2 rbe 3 求电压放大倍数AV 3 2三极管基本放大电路 4 求输入电阻 5 求输出电阻 rO RC 3k 3 2三极管基本放大电路 3 3 1分压式偏置电路的结构及工作原理 1 电路结构 3 3具有稳定工作点的放大电路 Ce 发射极旁路电容 Re 发射极电阻 由此 VBQ的大小与三极管的参数无关 基极电压VBQ由Rb1和Rb2分压后得到 即 Rb2 下偏流电阻 Rb1 上偏流电阻 2 工作原理 其中Ce的作用是提供交流信号的通道 减少信号的损耗 使放大器的交流信号放大能力不因而降低 温度变化时 三极管的参数将发生变化 导致工作点偏移 分压式偏置电路稳定工作点的过程可表示为 3 3具有稳定工作点的放大电路 分压式偏置电路 ICQ先计算 再算IBQ最后算VCEQ 3 3 2静态工作点的计算 3 3具有稳定工作点的放大电路 例3 3 在图所示的两个放大电路中 已知三极管 50 VBEQ 0 7V 电路其他参数所图所示 1 试求两个电路的静态工作点 2 若两个三极管的 100 则各自的工作点怎样变化 3 3具有稳定工作点的放大电路 图 a 为固定偏置电路 解 1 先计算两个电路的静态工作点 3 3具有稳定工作点的放大电路 图 b 为分压式偏置电路 3 3具有稳定工作点的放大电路 2 两个三极管 100时 可见 增大 导致ICQ增大 使VCEQ降低 在图 b 中 增大一倍 VCEQ不变 IBQ减少一半 3 3具有稳定工作点的放大电路 3 3 3电压放大倍数 输入电阻和输出电阻的计算 例3 4 在图中 已知三极管 50 VBEQ 0 7V 电路其他参数所图所示 试计算 1 静态工作点 2 电压放大倍数AV 输入电阻ri和输出电压ri 3 3具有稳定工作点的放大电路 解 1 计算静态工作点 3 3具有稳定工作点的放大电路 2 计算AV ri ri 2k 3 3具有稳定工作点的放大电路 3 4 1图解分析法简介 直流负载线 根据 VCE VCC ICRC在和的直角坐标图上画出相应的点 连接这些点得到一条直线 由于它代表放大器输出部分直流通路的方程式 所以将这条线称为直流负载线 3 4共射电路图解法 画法 取VCE 0时 称为短路电流点 IC 0时 VCE VCC 12V 称为开路电压点 连接该两点成一条直线 这就是直流负载线 将直流负载线画在晶体管的输出特性曲线坐标内 求出IBQ 就能决定静态工作点 1 用图解法 直流负载线 分析静态工作点 图解分析法 运用晶体管特性曲线 通过作图的方法来分析放大电路的方法称为图解分析法 例3 5 某一放大器电路如图 a 所示 三极管的输出特性曲线由 b 给出 试在输出特性曲线上作出直流负载线 并确定静态工作点 若图 a 中Rc改为2 5k 其他参数保持不变 直流负载线和静态工作点的情况又如何改变 3 4共射电路图解法 解画出放大电路的直流通路如图 c 所示 作出静态工作点Q 改变RC后 静态工作点为 令IC 0 得VCE 20V 即为N点 令VCE 0 得即为M点 确定静态工作点Q 连接M N两点 此直流即为直流负载线 3 4共射电路图解法 在图 b 中找出对应的曲线 此曲线与直流负载线MN的交点即为放大电路的静态工作点Q 在Q处分别作垂线交于横坐标 作水平线交于纵坐标可得 当VCE 0时 IC 8mA IC 0时 VCE 20V 作出直流负载中M1N1所示 由于 此时静态工作点为Q 若 VCC 20V 则可得 3 4共射电路图解法 2 用图解法分析输出端带负载时的放大倍数 1 交流负载线 画交流负载线的步聚如下 在轴上确定辅助点D的位置 并连接D N两点 得到辅助线DN 过静态工作点Q作辅助线DN的平行线M N 即得交流负载线 在输出特性曲线上作出直流负载线MN 并确定静态工作点Q的位置 3 4共射电路图解法 2 输出端带负载时放大倍数的图解分析 如图所示 根据iB的变化范围iB3 iB1 从图中可得出工作点的变化范围Q1 Q2和输出电压的动态范围 VCE1 VCE2所以输出电压的幅值VOm VCE2 VCEQ 若输入信号的幅值为 则放大器的电压放大倍数 3 4共射电路图解法 3 4 2静态工作点对输出波形失真的影响 3 4共射电路图解法 如图所示 如果静态工作点选择不当将会造成失真 静态工作点与波形失真关系图如图所示 1 饱和失真 如果静态工作点Q在交流负载线上位置过高如图中QA点 则在输入信号幅值较大时 管子将进入饱和区 输出电压波形负半周被部分削除 产生 饱和失真 2 截止失真 如果静态工作点Q在交流负载线上位置过低如图中QB点 则在输入信号幅值较大时 管子将进入截止区 输出电压波形正半周被部分削除 产生 截止失真 3 非线性失真 非线性失真是由于三极管的工作状态离开线性放大区 进入非线性的饱和区和截止区而产生的 3 4共射电路图解法 3 5 1共集电极放大电路 3 5共集电极放大电路 图为共集电极及交直流通路 原理直流交流 被放大的信号从发射极输出 所以又称射极输出器 1 电路特点 由以上三个特点 它广泛应用在电路的输入级 多级放大器的输出级或用于两级共射放大电路之间的隔离级 1 输出电压与输入电压同相且略小于输入电压 射极输出器的输出信号电压近似等于输入信号电压 即电压放大倍数约等于1 好似输出电压等值地跟随输入电压而变化 故又称射极跟随器 2 输入电阻大 3 5共集电极放大电路 vI不变 vO几乎不变 3 输出电阻小 2 静态工作点计算 3