《讲课模拟电子电路》PPT课件

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,*,*,*,攀,钢集团长钢公司技师及高级技师培训班,电工部分学习指导,10/7/2024,1,第三单元,模拟,电子电路,一、基本放大电路,二、,集成运算放大器,三、直流稳压电源,10/7/2024,2,第,5,章 基本放大电路,5.1,基本放大电路的组成,5.2,放大电路的静态分析,5.4,静态工作点的稳定,5.8,互补对称功率放大电路,5.6,射极输出器,5.9,场效应管及其放大电路,5.3,放大电路的动态分析,5.5,放大电路中的频率特性,5.7,差,分,放大电路,10/7/2024,3,本章要求：,1.,理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、,共集电极放大电路的性能特点。,掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等,效电路分析法。,3.,了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，,了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的,工作原理。,4.,理解反馈的概念，了解负反馈对放大电路性能的,影响。,5.,了解差动放大电路的工作原理和性能特点。,6.,了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。,第,5,章 基本放大电路,10/7/2024,4,放大的概念,:,放大的目的是将微弱的,变化信号,放大成较大的信号。,放大的实质,:,用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求 ：,1.,要有足够的放大倍数,(,电压、电流、功率,),。,2.,尽可能小的波形失真。,另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。,10/7/2024,5,5.1,基本放大电路的组成,5,.,1.1,共发射极基本放大,电路组成,共发射极基本电路,E,C,R,S,e,s,R,B,E,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,+,+,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,10/7/2024,6,5.1,基本放大电路的组成,5,.,1.2,基本放大电路各元件作用,晶体管,T,-,放大元件,i,C,=,i,B,。,要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源,E,B,与基极电阻,R,B,-,使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,E,C,R,S,e,s,R,B,E,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,+,+,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,10/7/2024,7,5.1,基本放大电路的组成,5,.,1.2,基本放大,电路各元件作用,集电极电源,E,C,-,为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻,R,C,-,将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容,C,1,、,C,2,-,隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,共发射极基本电路,E,C,R,S,e,s,R,B,E,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,+,+,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,10/7/2024,8,5.1,基本放大电路的组成,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,+U,CC,R,S,e,s,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,E,C,R,S,e,s,R,B,E,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,+,+,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,10/7/2024,9,5,.,1,.,3,共射放大电路的电压放大作用,U,BE,I,B,I,C,U,CE,无输入信号,(,u,i,= 0),时,:,u,o,=,0,u,BE,=,U,BE,u,CE,=,U,CE,+,U,CC,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,u,BE,t,O,i,B,t,O,i,C,t,O,u,CE,t,O,10/7/2024,10,I,C,U,CE,O,I,B,U,BE,O,结论：,(1),无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的,电压和电流,:,I,B,、,U,BE,和,I,C,、,U,CE,。,(,I,B,、,U,BE,),和,(,I,C,、,U,CE,),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,I,B,U,BE,Q,U,CE,I,C,10/7/2024,11,U,BE,I,B,无输入信号,(,u,i,= 0),时,:,u,o,= 0,u,BE,=,U,BE,u,CE,=,U,CE,？,有输入信号,(,u,i, 0),时,u,CE,= U,CC,i,C,R,C,u,o,0,u,BE,=,U,BE,+,u,i,u,CE,=,U,CE,+,u,o,I,C,5,.,1,.,3.,共射放大电路的电压放大作用,+,U,CC,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,u,BE,t,O,i,B,t,O,i,C,t,O,u,CE,t,O,u,i,t,O,U,CE,u,o,t,O,10/7/2024,12,结论：,(2),加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大,小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了,一个交流量，但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,i,C,t,O,i,C,t,I,C,O,i,C,t,i,c,O,静态分析,10/7/2024,13,结论：,(3),若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，,即电路具有电压放大作用。,(4),输出电压与输入电压在相位上相差,180,，,即共发射极电路具有反相作用。,u,i,t,O,u,o,t,O,10/7/2024,14,1.,实现放大的条件,(1),晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集,电结反偏。,(2),正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大,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，经电容耦合只输出交流信号。,10/7/2024,15,2.,直、流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：,无信号时电流（直流电流）的通路，,用来计算静态工作点。,交流通路：,有信号时交流分量（变化量）的通路，,用来计算电压放大倍数、输入电阻、,输出电阻等动态参数。,10/7/2024,16,例：,画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点,Q,(,I,B,、,I,C,、,U,CE,),对直流信号电容,C,可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,+,U,CC,R,B,R,C,T,+,+,U,BE,U,CE,I,C,I,B,I,E,+U,CC,R,S,e,s,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,10/7/2024,17,R,B,R,C,u,i,u,O,R,L,R,S,e,s,+,+,+,对交流信号,(,有输入信号,u,i,时的交流分量,),X,C, 0,，,C,可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,+U,CC,R,S,e,s,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,10/7/2024,18,5.2,放大电路的静态分析,静态：,放大电路无信号输入（,u,i,=,0,）,时的工作状态。,分析方法：,估算法、图解法。,分析对象：,各极电压电流的直流分量。,所用电路：,放大电路的直流通路。,设置,Q,点的目的：,(1),使放大电路的放大信号不失真；,(,2),使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。,静态工作点,Q,：,I,B,、,I,C,、,U,CE,。,静态分析：,确定放大电路的静态值。,10/7/2024,19,5.2.1,用估算法确定静态值,1.,直流通路估算,I,B,根据电流放大作用,2.,由直流通路估算,U,CE,、,I,C,当,U,BE,10/7/2024,67,反馈放大电路的三个环节：,基本放大电路,比较环节,反馈放大电路的方框图,反馈电路,输出信号,输入信号,反馈信号,反馈系数,净输入信号,放大倍数,反馈,电路,F,基本放大,电路,A,+,10/7/2024,68,反馈放大电路的方框图,净输入信号,若三者同相，则,X,d,=,X,i,X,f,可见,X,d,X,i,，,即反馈信号起了削弱净输入信号的作用（负反馈）。,反馈,电路,F,基本放大,电路,A,+,10/7/2024,69,直流反馈：,反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。,负反馈：,反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。,在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。,交流反馈：,反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。,在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。,正反馈：,反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。,引入交流负反馈的目的：,改善放大电路的性能,引入直流 负反馈的目的：,稳定静态工作点,1.,反馈的分类,10/7/2024,70,2.,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。,电流负反馈,具有,稳定输出电流,、增大输出电阻的作用。,电压负反馈,具有,稳定输出电压,、减小输出电阻的作用。,如果反馈信号取自输出电压，叫,电压反馈,。如果反馈信号取自输出电流，叫,电流反馈,。,10/7/2024,71,2),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，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为,串联反馈,。,反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为,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。,10/7/2024,72,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,负反馈的类型,稳定静态工作点,10/7/2024,73,3.,负反馈类型的判别步骤,3),判别是否负反馈？,2),判别是交流反馈还是直流反馈？,4),是负反馈！判断是何种类型的负反馈？,1),找出反馈网络（一般是电阻、电容）。,10/7/2024,74,1),判别反馈元件,（一般是电阻、电容）,(1),连接在输入与输出之间的元件。,(2),为输入回路与输出回路所共有的元件。,发射极电阻,R,E,为,输入回路与输出,回路所共有，所,以,R,E,是反馈元件。,例,1：,R,B1,R,C,C,1,C,2,R,B2,R,E,R,L,+,+,+,U,CC,u,i,u,o,+,+,R,S,e,S,+,10/7/2024,75,R,B1,R,C,C,1,C,2,R,B2,R,E,R,L,+,+,+,U,CC,u,i,u,o,+,+,R,S,e,S,+,2),判断是交流反馈还是直流反馈,交、直流分量的信,号均可通过,R,E,，,所以,R,E,引入的是交、直流反馈。,如果有发射极旁路电容，,R,E,中仅有直流分量的信号通过,，,这时,R,E,引入的则是直流反馈。,E,例,1：,10/7/2024,76,例,1：,3),判断反馈类型,净输入信号：,u,i,与,u,f,串联,以电压形式比较,串联反馈,u,i,正半周时,u,f,也是正半周,即两者同相,负反馈,u,f,正比于输出电流,电流反馈,串联电流负反馈,+,u,f,+,R,B1,R,C,C,1,C,2,R,B2,R,E,R,L,+,+,+,U,CC,u,i,u,o,+,+,R,S,e,S,+,i,e,u,be,u,be,=,u,i,-,u,f,u,f,=,i,e,R,E,U,be,=,U,i,-,U,f,可见,U,be,U,i,反馈电压,U,f,削弱了净输入电压,i,c,R,C,10/7/2024,77,结论：,反馈过程：,电流负反馈具有稳定输出电流的作用,反馈类型,串联电流负反馈,R,B1,R,C,C,1,C,2,R,B2,R,E,R,L,+,+,+,U,CC,u,i,u,o,+,+,R,S,e,S,+,I,c,U,f,U,be,i,b,I,c,u,f,i,c,R,C,+,u,f,+,u,be,U,be,=,U,i,-,U,f,10/7/2024,78,电阻,R,F,连接在输入与输出之间，所以,R,F,是反馈元件,。,2),判断是交流反馈还是直流反馈,交、直流分量的信号均可通过,R,F,，,所以,R,F,引入的是交、直流反馈。,例2：,1),判反馈元件,+,U,CC,R,C,C,1,R,F,+,+,R,S,+,C,2,+,+,R,L,e,S,u,i,u,o,10/7/2024,79,3),判断反馈类型,例,2,：,净输入信号：,i,i,与,i,f,并联，以电流形式比较,并联反馈,i,i,正半周时，,i,f,也是正半周，即两者同相,负反馈,i,f,正比于输出电压,电压反馈,i,f,与,u,o,反相,并联电压负反馈,+,U,CC,R,C,C,1,R,F,+,+,R,S,+,C,2,+,+,R,L,e,S,u,i,u,o,i,i,i,b,i,f,i,b,=,i,i,-,i,f,I,b,=,I,i,-,I,f,可见,I,b,1,，,称为,深度负反馈,，此时：,在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。,10/7/2024,95,例,：,|,A,|=300,，,|,F,|=0.01,。,10/7/2024,96,3.,改善波形失真,A,u,i,u,f,u,d,加反馈前,加反馈后,u,o,大,略小,略大,略小,略大,负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。,u,o,A,F,小,接近正弦波,正弦波,u,i,10/7/2024,97,4.,展宽通频带,引入负反馈使电路的通频带宽度增加,无负反馈,有负反馈,BW,f,BW,f,|,A,u,|,O,10/7/2024,98,例：,中频放大倍数,|,A,0,| =10,，,反馈系数,|,F,| = 0.01,在原上限、下限频率处,说明加入负反馈后，原上限、下限频率仍在通频带内，即通频带加宽了。,10/7/2024,99,u,i,u,be,i,b,+,+,5.,对输入电阻的影响,在同样的,i,b,下,，,u,i,=,u,be,+,u,f,u,be,，,所以,r,if,提高,。,1),串联负反馈,无负反馈时：,有负反馈时：,u,f,+,使电路的输入电阻提高,10/7/2024,100,i,f,无负反馈时：,有负反馈时：,在同样的,u,be,下，,i,i,=,i,b,+,i,f,i,b,，,所以,r,if,降低。,2),并联负反馈,使电路的输入电阻降低,i,i,i,b,u,be,+,10/7/2024,101,电压负反馈具有稳定输出电压的作用，,即有恒压输出特性，故输出电阻降低。,电流负反馈具有稳定输出电流的作用，,即有恒流输出特性，故输出电阻提高。,1),电压负反馈使电路的输出电阻降低,2),电流负反馈使电路的输出电阻提高,6.,对输出电阻的影响,10/7/2024,102,5.5,放大电路的频率特性,阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。,频率特性,幅频特性：,电压放大倍数的模,|,A,u,|,与频率,f,的关系,相频特性：,输出电压相对于输入电压的,相位移,与频率,f,的关系,跳过,10/7/2024,103,通频带,f,|A,u,|,0.707,|,A,u,o,|,f,L,f,H,|,A,u,o,|,幅频特性,下限截止频率,上限截止频率,耦合、旁路电容造成。,三极管结电容、,造成,f,270,180,90,相频特性,O,10/7/2024,104,在中频段,所以,，,在中频段可认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。,(,前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入电压的相位移均是指中频段的,),三极管的极间电容和导线的分布电容很小，可认为它们的等效电容,C,O,与负载并联。由于,C,O,的电容量很小，它对中频段信号的容抗很大，可视作开路。,由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，故对,中频段信号的容抗很小，可视作短路,。,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,+,-,10/7/2024,105,由于信号的频率较低，耦合电容和发射极旁路电容的容抗较大，其分压作用不能忽略。以至实际送到三极管输入端的电压,比输入信号,要小，故放大倍数降低，并使 产生越前的相位移（相对于中频段）。,在低频段：,所以，在低频段放大倍数降低和相位移越前的主要原因是耦合电容和发射极旁路电容的影响。,C,O,的容抗比中频段还大，仍可视作开路。,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,+,-,C,1,C,2,10/7/2024,106,由于信号的频率较高，耦合电容和发射极旁路电容的容抗比中频段还小，仍可视作短路。,在高频段：,所以，在高频段放大倍数降低和相位移滞后的主要原因是三极管电流放大系数,、,极间电容和导线的分布电容的影响。,C,O,的容抗将减小，它与负载并联，使总负载阻抗减小，在高频时三极管的电流放大系数,也,下降，因而使输出电压减小，电压放大倍数降低，并使 产生滞后的相位移（相对于中频段）。,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,C,o,10/7/2024,107,耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。,常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。,动态,:,传送信号,减少压降损失,静态：保证各级有合适的,Q,点,波形不失真,第二级,推动级,输入级,输出级,输入,输出,多级放大电路的框图,对耦合电路的要求,10/7/2024,108,第一级,第二级,负载,信号源,两级之间通过耦合电容,C,2,与下级输入电阻连接,R,B1,R,C1,C,1,C,2,R,B2,C,E1,R,E1,+,+,+,+,+,R,S,+,R,C2,C,3,C,E2,R,E2,R,L,+,+,+,U,CC,+,T,1,T,2,10/7/2024,109,1.,静态分析,由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，,每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算,。,两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。,R,B1,R,C1,C,1,C,2,R,B2,C,E1,R,E1,+,+,+,+,+,R,S,+,R,C2,C,3,C,E2,R,E2,R,L,+,+,+,U,CC,+,T,1,T,2,10/7/2024,110,2.,动态分析,微变等效电路,第一级,第二级,r,be,R,B2,R,C1,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,r,be,R,C2,R,L,E,B,C,+,-,R,B1,10/7/2024,111,例2:,如图所示的两级电压放大电路，,已知,1,=,2,=50, T,1,和,T,2,均为,3DG8D,。,(1),计算前、后级放大电路的静态值,(,U,BE,=0.6V);,(2),求放大电路的输入电阻和输出电阻；,(3),求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。,R,B1,C,1,C,2,R,E1