任务二单管音频放大电路的制作

1、任务二单管音频放大电路的制作2.1.1 任务目的知识点：技能：2.2 任务资讯2.2.1 放大电路概述信号放大本质、性能指标2.2.2 三极管构造、符号、分类、特性、电流放大、特性曲线、四种工作状态、主要参数2.2.3 三极管放大电路构造、根本组态、信号失真、静态工作点2.2.4 三极管放大电路的分析方法图解法、微变等效法2.2.5 三极管共集电极放大电路2.2.6 三极管共基极放大电路2.2.1 放大电路概述 一、信号放大的本质 “放大不是能量的增加，而是能量的控制与转换。信号的能量来自直流电源。 二、性能指标衡量放大器性能优劣的主要参数 2.输入电阻 常用参数三、放大电路的分类 按元器件分

2、立元器件三极管和场效应管和 集成放大电路 ； 放大参数电压、电流、功率放大电路； 电路构造单级放大和多级放大； 信号频率直流、低频、高频、选频。2.2.2 三极管一、三极管的构造与符号 三极管又称晶体管、半导体三极管、双极型三极管、BJT。是放大电路的根本元器件之一。BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP型PNP集电极基极发射极CEB常见的三极管外形BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高特点BECNNP基极发射极集电极发射结集电结BECIEIBICNPN型三极管PNP型三极管2.符号BECIEIBIC箭头表示发射结加正向电压时的电流方向。二、

3、三极管的分类 13个区半导体类型：NPN、PNP 2工作频率：低频管、高频管 3功率：小功率管、大功率管 4用处：普通三极管、开关三极管 5半导体材料：硅管、锗管 三、三极管的电特性 1电流放大，即IC=IB 2开关，即三极管饱和时，c、e极相当于开关接通； 三极管截止时，c、e极相当于开关断开。 模拟电子电路中主要利用三极管的电流放大作用四、三极管的电流放大作用 电流放大主要是指在一定条件下流过集电极的电流iC是流过基极电流iB的假设干倍。 下面，通过一个实验来证明此结论。注意：ICmAAVVUCEUBERBIBCBEIE结论:1. IE=IC+IB4.要使晶体管放大,发射结必须正偏,集电结

4、必须反偏。IEIC?IB2.3. IB微小变化会引起IC较大的变化： IC=IB 对于NPN型三极管，uCuBuE 对于PNP型三极管，uCuBuE 1.三极管电流放大的条件内部条件：发射区掺杂浓度较大基区很薄，掺杂少集电区比发射区体积大且掺杂少外部条件：发射结正偏，集电结反偏问题：分析三极管三个极的电压关系？NPN PNP2.共发射极放大电路 为满足电流放大作用的外部条件，一般将电源接成共发射极形式。其电路有两种根本形式：双电源供电电路、单电源供电电路。uiuo输入输出Rb+VCCVBBRcC1C2T+RL+-Rs双电源供电电路可以省去电路改进：采用单电源供电uiuo输入输出+VCCRcC1

5、C2TRbVBB+RL+-RsRb五、三极管特性曲线 三极管电极电流与极间电源之间的关系曲线。优点是能直观、准确地表达三极管在一定状态的特性。 1. 输入特性曲线iB-uBEUCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，硅管，锗管。BECNNP2. 输出特性曲线iC-uCEIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区放大区。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。BECNNP六、三极管的四

6、种工作状态 由输出特性曲线知：三极管在不同的工作电流、电压状态下，具有不同的工作特性。1. 截止IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中 : IB=0,IC0,UBEIC，UCE称为饱和区。BECNNP3. 放大IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区放大区。BECNNP输出特性三个区域的特点: 放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEUBE ， IBIC，UCE (3) 截止区： U

7、BEfT时， 值将小于1，表示三极管已失去放大才能，因此不允许三极管工作在这个频率范围。 一般低频小功率三极管的fT值约为几兆至几十兆赫兹 高频小功率三极管的fT值约为几十兆至几百兆赫兹。3. 极间反向电流1 集-基极反向饱和电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。BECNNP该值越小，三极管性能越好BECNNP2集-射极反向饱和电流ICEOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快。正常的三极管ICEO比较小该值越小，三极管性能越好4. 极限参数 为了保证三极管平安可靠地工作，要求三极管工作时不能超过以下极限参数。1 集电极最大电流

8、ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。 IC不应超过ICM2 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC 流过三极管， 所发出的功率 为：PC =ICUCEPC 应小于PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO平安工作区2.2.3 三极管放大电路一、放大电路的根本构造信号源输入电路 三极管 电流放大电路输出电路负载三极管放大电路1. 输入电路将信号源或上一级电路的输出信号可靠、有效地送达输入回路。2. 电流放大电路将输入信号的微弱变化转换成电信号的较大变化。3. 输出回路将放大电路输出的电压信号可靠、有效地送达下一级电路

9、或负载。三种三极管放大电路共射极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路以共射极放大电路为例讲解工作原理二、三种根本组态的放大电路四、共发射极根本放大电路放大元件iC= iB，工作在放大区，集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点Rb+VCCRcC1C2T+RL+-RsBECNNP1. 组成电源VCC与基极电阻作用：使发射结正偏。uiuo输入输出Rb+VCCRcC1C2T+RL+-RsBECNNP集电极电源，为放大电路提供能量。并且要保证集电结反偏。uiuo输入输出Rb+VCCRcC1C2T+RL+-RsBECNNP集电极电阻，将变化的电流ic转变为变化的电压uo。uiuo输入输出Rb+V

10、CCRcC1C2T+RL+-Rs耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F50F作用：直流电不会影响输入输出端, 而信号可以正常的输入输出.uiuo输入输出Rb+VCCVBBRcC1C2T+RL+-Rs对直流信号电容开路开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通路RB+VCCRCuiuoRL+-Rs2. 原理1根据直流通路估算IBIBUBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+VCC直流通道RBRCBBECCBRUVI-=BCCRV7.0-2根据直流通道估算IC 、 UCEICUCE直流通道RBRCBCII=bCCCCCERIVU-=+VCCIB、IC 、 UCE在三极管的输入、输出特性曲线上确定

11、一个工作点Q，称为静态工作点。例：计算静态工作点。：VCC，RC=4k，RB=300k，。解：请注意电路中IB 和IC 的数量级。mA51040537.IIBC=*=bV -0.7VA40mA04.030012m=BCCBRImA对交流信号(电容短路, 电源短路)短路短路置零RBRCRLuiuo交流通路RB+VCCRCC1C2TuiuoRL+-Rs根据交流通路图，可计算：ib=ui/rbeic= ibuo=-icRL电压放大倍数：Au=uo/uiuo=-icRLui=ibrbeRBRCRLuiuo交流通路ibic直流通路和交流通路 直流通路：在直流电源作用下，直流流经的通路。交流通路：在输入信

12、号的作用下，交流信号流经的通路。分析放大电路时, 可将其分为交流通路和直流通路两局部，便于分析。结 论放大器有两种工作状态：静态和动态。静态时仅有电源为三极管提供直流工作电压与电流，使三极管工作在放大区。动态时输入的交流信号叠加在三极管的静态直流分量上，各极电压、电流是直流分量与交流分量之和。输出电压uo与输入电压ui频率一样，但相位相反。uo的幅度要比ui大得多。符号规定大写字母、大写下标，表示直流量。 如IB、UBE。小写字母、大写下标，表示总瞬时量。如iB、uBE。小写字母、小写下标，表示交流分量。如ib、ube。大写字母、小写下标，表示有效值。如Ib、Ube。四、放大电路的信号失真 静

13、态工作点实际上是给放大交流信号提供一个工作平台，交流信号在此平台上作与输入信号成线性比例的上下变化。工作平台不同，信号上下变化范围不一样，当输入单一频率信号且当其幅度较大时，将产生饱和失真、截止失真、截顶失真。P55 失真图失真原因：三极管特性的非线性。饱和失真：静态工作点靠近饱和区；截止失真：静态工作点靠近截止区；截顶失真：输入信号过大时；不失真：静态工作点在放大区的中点。解决方法：在基极偏置电路中串接一可变电阻器，调节放大器的静态工作点。2.频率失真 在实际信号中，单一频率的信号较少，绝大多数的信号都是多个频率成分的组合体。例如：每个人说话的声音信号中，包含一个根本频率的信号成分基波和根本

14、频率的许多个高倍频率的信号成分谐波。不同的人，根本频率不同，高倍频率的信号成分也不一样。频率失真：放大电路对不同频率信号放大倍数不一样，相位挪动不一样而引起的信号失真。产生原因：电路中存在电抗元件电容、电感五、温度对静态工作点的影响 半导体器件的电气参数都与温度有关，三极管的主要参数都随温度而发生变化。当其温度变化或更换三极管时，静态工作点将发生变动。例如：温度上升时，增大，导致集电极电流ICQ增大，静态工作点Q将沿直流负载线上移。放大器的工作点处于不稳定的状态，严重时导致信号放大失真。解决方法：采用分压式工作点稳定放大电路。六、分压式放大电路1. 电路组成Rb1+VCCRcC1C2Rb2Re

15、RLuiuo基极分压式偏置电路基极分压式偏置电路发射极偏置电阻TUBEIBICUEICI1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE2. 静态工作点稳定的原理I1=I2+IB使 I1IB，I1I2那么：iBuBE2.2.4 放大电路的分析方法主要目的确定静态工作点是否适宜估算主要性能参数分析内容静态分析直流工作状态Q动态分析交流工作状态Au、Ri、Ro一、静态分析1. 画直流通路原那么：电容视为开路 电感视为短路 交流信号源为电压源：视为短路；交流信号源为电流源：视为开路；各信号源内阻保存。2. 估算静态工作点步骤：画出直流通路 根据电路构造，列出计算方程 设硅管、锗管管压降，计算出Q 根据UCE

16、Q大小，判断Q是否适宜Rb1+VCCRcC1C2Rb2ReRLuiuoI1I2IBRb1+VCCRCTRb2Re直流通路I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE直流通路求静态工作点由于二、动态分析1. 画交流通路原那么：电容视为短路 电感视为开路 直流恒压源交流内阻为零，视为短路；直流恒流源交流内阻无穷大，视为开路2. 微变等效电路法三极管的b-e间等效为一个电阻rbec、e间等效为一个受控恒流源，数值为ib，方向同ic正方向微变等效电路法分析步骤：画交流通路将三极管用三极管微变等效电路代换推导出uo、ui与ib的关系式根据Au、Ri、Ro的定义，计算出相应数值Rb1+VCCRcC1C2Rb

17、2ReRLuiuo交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re微变等效电路rbeRcRLReRb交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re微变等效电路rbeRcRLReRb放大倍数很小2.2.5 共集电极放大电路Rb+VCCC1C2ReRLuiuoRb+VCCRe直流通路静态分析IBIERb+VCCRe直流通路动态分析Rb+VCCC1C2RbRLuiuoRbReRLuiuo交流通路共集电极RbReRLuiuo交流通路rbeReRLRb微变等效电路1. 电压放大倍数rbeReRLRb微变等效电路2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称射极跟随器。结论：1.所以因为2. 输入电阻Ri输入电阻较大rbeReRLRbrbeReRLRb3. 输出电阻RoRs3. 输出电阻Ro通常所以输出电阻较小无电压放大才能,输入电阻大,输出电阻小,带负载才能强.共集电极放大电路的特点: 2.2.6 共基电极放大电路I1I2IBRb1+VCCRcTRb2Re直流通路+VCCC1C2ReRLuiuoRcRb1Rb2直流通路与分压式共射电路一样，Q点的求法也一样+VCCC1C2ReRLuiuoRcRb1Rb2ReRLuiuoRc交流通路ReRLuiuoRc交流通路动态分析ReRLuiuoRcrbe微变等效电路三极管放大电