模拟电子技术与实训

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,书名：模拟电子技术与实训,ISBN,：,978-7-111-36407-8,出版社：机械工业出版社,本书配有电子课件,模拟电子技术与实训,ppt,课件,1,第2章放大电路基础,2.1放大电路的基本概念,2.2共发射极基本放大电路,2.3其他组态放大电路,2.4场效应晶体管放大电路,2.5多级放大电路,2.6功率放大电路,2.7放大电路技能训练,模拟电子技术与实训,ppt,课件,2,2.1放大电路的基本概念,2.1.1放大电路概述,放大电路是电子设备中应用最普遍的基本单元电路，无论是日常使用的收音机、电视机、音响设备，还是精密测试仪器、自动控制系统，其中都有各种各样的放大电路。,1) 必须有直流电源，并保证晶体管处于放大状态。,2) 必须设置合理的信号通道，保证信号由输入端经过放大后传送到输出端。,3) 必须合理设置静态工作点，保证信号不失真放大，并满足性能指标要求。,模拟电子技术与实训,ppt,课件,3,2.1放大电路的基本概念,3.功率放大倍数,2.1.2放大电路的主要性能指标,1.电压放大倍数,2.电流放大倍数,4.输入电阻,Ri,放大电路输入端看进去的交流等效电阻,5.输出电阻,R,o,放大电路输出端看进去的交流等效电阻,模拟电子技术与实训,ppt,课件,4,2.2共发射极基本放大电路,2.2.1共发射极偏置放大电路的工作原理,单管放大电路是由一个晶体管构成的放大电路。,图2-2共发射极放大电路原理图,模拟电子技术与实训,ppt,课件,5,2.2共发射极基本放大电路,1.电路的组成,(1) 晶体管为NPN型管,具有放大功能，是放大电路的核心器件。,(2) 直流电源,U,CC,它是放大电路的能源，为发射结提供正向偏置电压，为集电结提供反向偏置电压，使晶体管工作在放大状态。,(3) 基极偏置电阻,R,b,它使发射结正向偏置，并向基极提供合适的基极电流(常称偏流)。,(4) 集电极负载电阻,R,c,它将集电极电流的变化转换成集电极、发射极之间电压的变化，以实现电压放大。,(5) 耦合电容,C,1,、,C,2,又称隔直电容。,模拟电子技术与实训,ppt,课件,6,2.2共发射极基本放大电路,2.放大电路的工作情况,(1) 静态分析静态是指放大电路没有交流输入信号(,u,i,=0)时的直流工作状态。,1) 直流通路静态时，电路中只有直流电源,U,CC,作用，晶体管各极电流和极间电压都是直流值，电容,C,1,、,C,2,相当于开路，共发射极放大电路的等效电路如图2-3所示，该电路称为直流通路。,2) 静态工作点的估算。,或,模拟电子技术与实训,ppt,课件,7,2.2共发射极基本放大电路,图2-4共发射极放大电路交流通路,图2-3共发射极放大电路的直流通路,(2) 动态分析放大电路在有交流输入信号时(,u,i,0)的工作状态称为动态。,1) 交流通路。,模拟电子技术与实训,ppt,课件,8,2.2共发射极基本放大电路,图2-5共发射极放大电路动态分析,2) 放大电路中的电压电流波形。,模拟电子技术与实训,ppt,课件,9,2.2共发射极基本放大电路,表2-1放大电路中电流和电压符号的意义,2.2.2放大电路的分析方法及静态工作点的稳定,1.图解法,(1)静态工作点的图解分析图解分析静态工作点的主要目的是确定静态时的,I,CQ,和,U,CEQ,的值，基极电流,I,BQ,则可用式(2-9)来估算。,1) 估算基极电流,I,BQ,，根据式(2-9)可得,2)作直流负载线。,3) 求静态工作点。,模拟电子技术与实训,ppt,课件,10,2.2共发射极基本放大电路,图2-6图解法确定静态工作点,模拟电子技术与实训,ppt,课件,11,2.2共发射极基本放大电路,(2)动态过程的图解分析动态过程图解分析的主要目的是分析放大电路输入和输出电压、电流的波形。,1) 输入回路,u,BE,和,i,B,的波形。,图2-7和的波形,12,2.2共发射极基本放大电路,2)输出回路,i,C,和,u,CE,的波形。,图2-8和波形,13,2.2共发射极基本放大电路,(3) 放大电路非线性失真分析实践表明，若静态工作点,Q,设置不当，在放大电路中将会出现输出电压,u,o,和输入电压,u,i,波形不一致的现象，即非线性失真，如图2-9所示。,1) 饱和失真。,2)截止失真。,图2-9非线性失真,14,2.2共发射极基本放大电路,根据以上分析，可得出如下结论：, 在交流输入的情况下，晶体管各极之间电压和电流，都是直流分量和交流分量的叠加。,共发射极放大电路的输出电压,u,o,和输入电压,u,i,相位相反，即电路具有倒相作用。,共发射极放大电路的输出电压,u,o,比输入电压,u,i,大得多，表明电路具有电压放大能力。,静态工作点设置不合适时，将出现非线性失真。,15,2.2共发射极基本放大电路,图2-10晶体管微变等效电路,1) 输入回路的微变等效电路。,2.微变等效电路法,(1)晶体管的微变等效电路,2)输出回路的微变等效电路。,16,2.2共发射极基本放大电路,(2)用微变等效电路法分析共发射极放大电路,1) 用微变等效电路法分析放大电路的步骤:,根据直流通路求静态工作点，估算输入电阻,r,be,。,将交流通路中的晶体管用微变等效电路替代，得到放大电路的微变等效电路。,利用线性电路的分析方法，计算放大电路的主要性能指标。,图2-11共发射极放大电路微变等效电路,17,2)共发射极放大电路动态性能指标分析:, 电压放大倍数,A,u,输入电阻,R,i,。根据图2-11所示电路，共发射极放大电路的输入电阻为,输出电阻,R,o,。根据图2-11所示电路，共发射极放大电路的输出电阻为,2.2共发射极基本放大电路,R,i=,R,b/,r,be,R,o,R,c,18,2.2共发射极基本放大电路,3.静态工作点稳定的分压式偏置电路,图2-12分压式共发射极偏置电路,19,2.2共发射极基本放大电路,(1)静态工作点稳定的原理,1) 利用,R,b1,、,R,b2,固定基极电位。,2)利用,R,e,稳定集电极电流,I,C,。,由于,V,B,、,R,e,不受温度影响，因此,I,C,稳定。,静态工作点的调节过程与,R,e,有关，,R,e,越大，调节效果越明显。当温度升高，引起集电极电流,I,C,增大时，电阻,R,e,稳定静态工作点的过程如下：,20,2.2共发射极基本放大电路,(2)电压放大倍数估算画出图2-12所示分压式共发射极偏置电路的交流通路和微变等效电路如图2-13所示。,图2-13分压式共发射极偏置电路的交流通路和微变等效电路,21,2.2共发射极基本放大电路,图2-14并联旁路电容,22,2.3其他组态放大电路,2.3.1共集电极放大电路,共集电极放大电路的电路结构如图215a所示，晶体管的集电极直接接电源,U,CC,，发射极接射极电阻,R,e,。,图2-15共集电极放大电路,23,2.3其他组态放大电路,1.静态分析,在直流通路中：,24,2.3其他组态放大电路,2.动态分析,(1) 电压放大倍数,(2) 输入电阻,(3) 输出电阻,25,2.3其他组态放大电路,2.3.2共基极放大电路,1.静态分析,在图,2-16,（,a,）所示的共基极放大电路中，如果忽略,I,BQ,对,R,b1,、,R,b2,分压电路中电流的分流作用，则可确定静态工作点参数为：,26,2.3其他组态放大电路,27,2.3其他组态放大电路,2.动态分析,(1) 放大倍数,(2) 输入电阻,当不考虑,Re,的并联支路时,当考虑,Re,时,(3) 输出电阻,28,2.3其他组态放大电路,表2-2三种基本组态放大电路的特点,2.3.3三种组态放大电路的特点,。,29,2.4场效应晶体管放大电路,2.4.1场效应晶体管放大电路的组成,根据前面讲的场效应晶体管的结构和工作原理，和晶体管(即双极型晶体管)比较可知，场效应晶体管具有放大作用，它的三个极和晶体管的三个极存在着对应关系，即：,2.4.2场效应晶体管放大电路的分析,1.静态工作分析,(1) 共源极放大电路图2-17a所示为共源极放大电路，也称为自给偏压偏置电路。,1)图解法。,由漏极回路写出方程：,U,DS,=,U,DD,I,D,(,R,D,+,R,S,),由此在输出特性曲线上做出直流负载线,AB,，将此直流负载线逐点转到,u,GS,i,D,坐标，得到对应直流负载线的转移特性曲线,CD,，再由,U,GS=,I,D,R,S,在转移特性坐标中作另一条直线，两线的交点即为,Q,点。,30,2.4场效应晶体管放大电路,图2-17共源极放大电路及图解法分析电路图解法分析,31,2.4场效应晶体管放大电路,2)计算法,图2-18图解法确定工作点,【,例,2.3】,电路如,2-17,（,a,）图，场效应管为,3DJG,，其输出特性曲线如图,2-18,所示，已知,R,D,=2k,，,R,S,=1.2k,，,U,DD,=15V,，试用图解法确定该放大器的静态工作点。,解：写出输出回路的电压电流方程，即直流负载线方程,设,U,DS,=0V,时，可以得到：,按所述方法，可查得,Q,点值为：,I,D,=2.5mA,U,GS,=3V,U,DS,=7V,32,2.4场效应晶体管放大电路,图2-19分压式偏置电路,(2) 分压式偏置电路,分压式偏置电路也是一种常用的偏置电路，适用于所有类型的场效应管，如下图所示，为了不使分压电阻,R1,、,R2,对放大电路的输入电阻影响太大，故通过,R,G,与栅极相连，如图,2-19,所示。,33,2)计算法。,1)图解法。同于共源极放大电路，,不过,I,D,=0,，,U,GS,不等于,0,，而为：,2.4场效应晶体管放大电路,34,2.4场效应晶体管放大电路,2.动态工作分析,图2-20场效应晶体管共源极放大电路,电压放大倍数,输入电阻,(3) 输出电阻,35,2.5多级放大电路,2.5.1多级放大电路的组成与耦合方式,实际应用中，放大电路的输入信号都是很微弱的，一般为毫伏级或微伏级。,1.多级放大电路的组成,图2-21多级放大电路的组成框图,36,2.5多级放大电路,图2-22阻容耦合多级放大,阻容耦合结构简单，价格低廉，在多级分立元件交流放大电路中获得广泛应用。但阻容耦合放大电路不能放大直流和缓变信号，并且集成电路中制造大电容也比较困难，使阻容耦合的应用又具有很大的局限性。,2.多级放大电路的级间耦合方式及特点,(1) 阻容耦合阻容耦合多级放大电路如图2-22所示。,37,2.5多级放大电路,图2-23变压器耦合电路,(2) 变压器耦合,变压器对直流无感应作用，因而各级静态工作点互不影响，而交流信号则可以通过变压器的互感作用，从前级传送到后级。变压器耦合的最大特点是能够进行阻抗变换，实现负载与放大电路之间的阻抗匹配，使负载获得最大功率。,由于变压器具有体积大、笨重和频率特性差的缺点，同时也不能放大直流和缓变信号，因此应用较少。,38,2.5多级放大电路,图2-24直接耦合多级放大电路,(3) 直接耦合直接耦合多级放大电路如图2-24所示。,直接耦合的多级放大电路具有良好的频率特性，不但能放大交流，还能放大直流和缓变信号，所以又称,“,直流放大电路,”,。但由于前级与后级直接相连，因此需要解决以下两个问题。,39,2.5多级放大电路,抬高后级发射极电位。在图2-24a中，若在VT,2,的发射极接电阻或二极管、稳压管，则VT,2,的发射极和VT,1,的集电极电位被抬高，只要元器件参数选择适当，放大电路就可以得到合适的工作点。,用PNP型和NPN型管配合实现电平移动。上述电路中，VT,2,的发射极电位抬高时，其集电极电位相应抬高，从而使输出电压的动态范围减小。为降低输出端的直流电位，可在后级采用PNP型管，因为PNP型管的集电极电位低于基极电位，如图2-24b所示。,1) 静态工作点相互牵制。,40,2.5多级放大电路,图2-25零点漂移,2) 零点漂移现象。,即输入电压为零时，其输出端出现偏离静态值的缓慢无规则变化输出电压的现象。零点漂移测试电路及漂移电压波形如图,2-25,所示。,图,2-25,零点漂移,41,2.5多级放大电路,图2-26光电耦合电路,(4) 光电耦合,由发光二极管和光电晶体管封装在同一管壳内组成。前级输出信号使发光二极管发光，光电晶体管接受光照后，产生光电流。光电流的大小随输入端信号的增加而增大。光电耦合器以光为媒介，实现电信号从前级向后级传输，它的输入端和输出端在电气上绝缘，具有抗干扰、隔噪声等特点，已得到越来越广泛的应用。,42,2.5多级放大电路,2.5.2多级放大电路的分析和动态参数计算,多级放大电路中的电压放大级属于小信号工作状态，可以用微变等效电路来分析其动态参数。,图2-27两级放大电路,43,2.5多级放大电路,图2-28两级放大电路框图,1.电压放大倍数,增益表示为：,2.输入电阻,3.输出电阻,44,2.6功率放大电路,2.6.1功率放大电路的基本概念,功率放大电路是多级放大电路的最后一级，其任务是输出足够大的功率，推动负载工作，例如扬声器发声、继电器动作、电动机旋转等。,功率放大电路应满足以下要求：,1) 输出功率足够大。,2) 效率高。,3) 非线性失真小。,图2-29功率放大电路工作状态类别,45,2.6功率放大电路,(1) 甲类功率放大电路如图2-29a所示，静态工作点,Q,选在负载线线性段中间，在整个信号周期内都有电流,i,C,，导通角为360。,(2) 乙类功率放大电路如图2-29b所示，若静态工作点,Q,往下移，移到晶体管的截止区，则,i,C,仅在半个信号周期内存在，导通角为180，其输出波形被削掉一半。,(3) 甲乙类功率放大电路如图2-29c所示，在一周期内，有半个周期以上存在电流,i,C,，导通角在180360之间。,2.6.2互补对称功率放大电路,通过前面的分析可知，甲类功率放大电路由于其静态工作点选得过高使得功率小，损耗大，效率低；故可以将晶体管静态工作点Q下降，使得集电极静态电流,I,CQ,=0，整个电路无静态损耗，效率高，但输出波形将产生严重失真。,按工作状态的不同，功放分为三种类型：,46,2.6功率放大电路,1.双电源互补对称功率放大电路,(1) 基本电路双电源互补对称功率放大电路简称OCL电路，图2-30所示是它的基本电路组成输入输出波形。,图2-30双电源互补对称功率放大电路的,基本电路组成及输入输出波形,47,2.6功率放大电路,(2) 工作原理,1) 静态工作分析。,2) 动态工作分析。,(3) 消除交越失真的互补对称功率放大电路在上述乙类互补对称功率放大电路中，VT,1,和VT,2,的基极都未加偏置电压，静态时,U,BE,=0。,图2-31消除交越失真OCL电路,48,2.6功率放大电路,(4) 准互补对称功率放大电路为了使输出信号不失真，要求功率管VT,1,和VT,2,的特性参数对称，但不同类型的大功率管,很难做到对称，因此实际应用中，常采用复合管（又称达林顿管）作为大功率管，如图,2-32,所示，称为准互补对称功率放大电路。,图2-32准互补对称功率放大电路,49,2.6功率放大电路,2.单电源互补对称功率放大电路,图2-33单电源互补对称功率放大电路,50,2.7放大电路技能训练,2.7.1技能训练综述,本次技能训练以设计安装扩音机放大电路为主题，扩音机放大电路是最为常见的电子电路，它包含了最基本的放大电路，其原理框图如图234所示。,图2-34扩音机放大电路原理框图,51,2.7放大电路技能训练,图2-35扩音机放大电路原理图,52,2.7放大电路技能训练,) 利用万用表等仪器对各种基本元器件性能进行检测。,) 了解设计制作扩音机电路板过程(本项目也可以采用面包板安装)。,) 熟练掌握焊接扩音机放大电路的操作规范。,) 利用示波器等仪器对焊接安装好的扩音机进行调试及故障排除。,) 熟练掌握扩音放大电路等典型放大电路的工作原理。,2.7.3扩音机放大电路的工作原理,1.电路工作过程,2.功率放大级电路,3.前置放大级电路,2.7.2技能训练目的,53,2.7放大电路技能训练,2.7.4扩音机放大电路的制作,.晶体管的选用,.二极管的选用,.其他元件的选用,54,2.7放大电路技能训练,表2-3扩音机电路元件选用参数,55,2.7放大电路技能训练,表2-3扩音机电路元件选用参数,.元器件检测,.电路板焊接(或面包板插接),56,2.7放大电路技能训练,图2-36扩音机印制电路板,1)外形以焊接导线为中心，匀称、成裙形拉开。,57,2.7放大电路技能训练,2) 焊料的连接面呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平滑，接触角尽可能小。,3)表面有光泽且平滑。,4) 无裂纹、针孔和夹渣等。,6.调试,(1)静态调整,)测直流供电电压：用万用表的直流电压挡测量,C,7,两端电压，在无信号时，测得电源整流输出的直流电压应为24V。,)输出端中点直流电位调整：先用一根导线短接图2-35中的A、B两点，将万用表置于直流50V电压挡，黑表笔接公共地端，红表笔接功放输出端中点O。,58,2.7放大电路技能训练,)功率放大级静态工作电流调整：拆掉A、B两点间的短接线，确认,R,7,的阻值处于最小值(0)。,(2)动态调整静态调整完成后，便可接上扬声器和音质良好的音源进行动态调整。,)功率放大电路增益调整：首先将音量控制电位器放在最小的位置，然后打开功率放大电路电源开关，慢慢旋大音量，看看功率放大电路的增益是否合适。,)放音音质调整：播放一段音乐，聆听功率放大电路的放音音质，分别测试在小信号输入和大信号输入时，功率放大电路发音有没有出现明显失真。,2.7.5扩音机常见故障的分析与排除,59,2.7放大电路技能训练,初学者制作的扩音机，往往因元器件质量不好或焊接装配错误而不能正常工作，这时必须先排除故障，然后才可进行下一步的整机调试及投入使用。,.完全无声,1) 功率放大电路无供电电压，即直流电源无输出电压。,2) 功率放大电路输出端中点无电压。,3)信号传输中断，即从信号源电路到功率放大级之间的某一部分电路出现开路故障使信号中断。,.声音小,.输出端中点直流电压失常,1) 重调放大电路的静态工作点，使中点的直流电压恢复正常。,2)更换电路元器件。,60,2.7放大电路技能训练,.元器件发热,(1)电阻发热或冒烟,)电阻的功率不够。,)因元器件损坏而出现大电流。,)因功率放大电路自激而产生大电流。,)因晶体管连接错误而产生大电流。,(2) 散热器发烫功率放大电路工作时，其功率放大级晶体管的散热器发热是正常现象，只要温度不高，一般不会影响功率放大电路的性能和安全。,)功率放大级静态电流过大。,)输出级晶体管临界击穿。,)散热条件不良。,61,2.7放大电路技能训练,.声音故障,(1)音质不好“音质不好”是个很抽象的概念，对于功率放大电路是指声音经功率放大电路放大并重放出来后产生了失真，如我们平时所指的声音发破、发硬、发沙、发闷以及层次不清等现象。,)低频效果差。,)高频响应差，声音不清晰。,)声音频率特性不均匀，声音发闷、发散等。,(2)噪声大功率放大电路工作时不可避免地存在噪声，但当放大电路输出的噪音比较大时，就会影响正常的信号输出，导致信号的信噪比下降，影响正常的听音，这种现象就是噪声大。,)信号中夹杂着不规则的连续“沙沙”声。,62,2.7放大电路技能训练,)间断的“噼呖啪啦”的爆裂声。,)低沉、单调的“嗡嗡”声。,)较刺耳的交流声。,(3)自激啸叫 啸叫故障从广义上讲是一种特殊的噪声故障，因其表现为单一频率的叫声，信号幅度很大，对功率放大电路的安全构成威胁，且在自制功率放大电路中容易出现，所以单独列出进行分析。,产生自激啸叫的原因主要有以下几点：,)消振元件开路,)退耦不良,3,）,集成电路自激,63,