分立元件放大电路.ppt

第2章分立元件放大电路 2 1放大系统简介 常见系统举例 放大电路的基本概念 放大的本质是 放大的对象是变化量 放大的前提是不失真 只有在不失真的情况下放大才有意义 对能量的控制和转换 一基本放大电路的组成二直流通道和交流通道三静态和动态四分析方法 2 2基本放大电路 一 基本放大电路的组成 起放大作用 1保证集电结反偏2将交流集电极电流转换为电压输出 保证发射结正偏保证基极有个合适的静态电流 输入耦合电容C1保证交流信号加到发射结 割断信号源与三极管基极的直流通路 输出耦合电容C2保证放大的交流信号输送到负载 而放大电路的直流成分不能加到负载上 各元件的作用 三极管T 集电极负载电路RC和EC 偏置电路EB RB 耦合电容C1 C2 二 直流通道和交流通道 b 交流通道 a 直流通道 即交流信号为0时 直流信号通过的通道 画直流通路时 电容视为开路 电感视为短路 电压源视为短路 电流源视为开路 但保留其内阻 能通过交流信号的电路通道 画交流通路时 耦合电容短路 无内阻的直流电源视为短路 三 静态和动态 静态 当交流输入电压ui 0时 放大电路的工作状态 也称直流工作状态 放大电路建立正确的静态 是保证动态工作的前提 分析放大电路必须要正确地区分静态和动态 动态 当交流输入电压ui 0时 放大电路的工作状态 也称交流工作状态 四 基本放大电路的分析方法 1参数的表示方法2放大电路的静态分析3放大电路的动态分析 以基极电流为例来进行说明 基极电流的直流分量 基极电流的交流分量的瞬时值 基极电流的交流分量的有效值 基极电流的瞬时值 交流分量 直流分量 1 参数的表示方法 简化的电路 电路的简化画法 去掉EB 做出参考地电位 标出EC的电位UCC 2 放大电路的静态分析 静态分析是指无输入交流信号 ui 0 时 求三极管的输入电流 输入电压和输出电流 输出电压的值 即求IB UBE IC UCE 其中 UBE为常数 故只需求三个参数 1 静态工作状态的估算分析法 2 静态工作状态的图解分析法 静态分析有估算法和图解分析法两种 静态工作状态的估算分析法 IB IC和UCE这些量代表的工作状态称为静态工作点 用Q表示 根据直流通道可对放大电路的静态进行计算 列输入回路方程 列输出回路方程 列放大特性方程 例 电路如图所示 已知VCC 12V 管子的 50 UBEQ 0 7V R1 20k R2 4k RC 4k RL 4k 求IB IC UCE 直流等效电路 列输入回路方程 三极管特性方程 解得 列输出回路方程 UCEQ 6V 画直流等效电路 例 电路如图所示 已知VCC 12V 管子的 50 UBEQ 0 7V EB 1 5V 欲使静态时UCEQ 6V 求Rb 3 由输出回路方程UCE UCC ICRC 在输出特性曲线上确定两个特殊点 即可画出直流负载线 列输入回路方程UBE UCC IBRB 求出IB 4 直流负载线与IB对应的那条输出特性曲线的交点 即为要求的静态工作点Q 读出其坐标可得静态参数ICQ和UCEQ 2 在输出特性曲线上 找出对应IBQ的那条输出特性曲线 图解分析法及步骤 UCC UCC Rc 直流 交信号同时存在 交流信号是被放大的信号 直流信号保证三极管不失真的放大交流信号 图解法 小信号模型 3 放大电路的动态分析 放大电路的动态分析是在静态工作点上叠加交流信号 交流电压瞬时值为负仅表现在静态工作点电压基础上减小该电压的瞬时值 总的电压的实际极性仍为静态工作点电压的极性 交流分析 动态分析 的目的是求交流电路中各点的交流信号电流或电压值 进而分析放大器的各种性能 放大原理 三极管放大作用 变化的通过转变为变化的输出 输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结有下列过程 动态分析方法 1 图解法 2 微变等效电路法 1 图解法 交流负载线图解分析步骤 交流电路的图解法是在直流通路图解法的基础上进行的 图解时必须首先建立交流负载线的概念 交流负载线上表示的是实际输入基极信号电流作用下uCE和iC的移动轨迹 交流负载线 交流负载方程 叠加直流后的实际交流负载线方程 画交流负载线 通过输出特性曲线上的Q点做一条直线 斜率为 1 RL Rc 交流负载线是有交流输入信号时实际工作点的运动轨迹 交流负载线与直流负载线相交Q点 图解法分析步骤 交流工作状态的图解分析 Q1 Q2 图解分析法适用范围不受输入信号大小的限制 小信号或大信号放大均可采用图解法对于非电阻性负载或需要考虑三级管结电容时 就不好用图解法 信号很小时作图精度也差 利用图解法来进行讨论 电路参数与静态工作点的关系 波形的非线性失真 饱和失真 截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真 对于NPN管 输出电压表现为底部失真 由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真 对于NPN管 输出电压表现为顶部失真 1 波形的非线性失真 注意 对于PNP管 由于是负电源供电 失真的表现形式 与NPN管正好相反 对NPN管 饱和失真 1 产生饱和失真的原因 Q点靠近饱和区 2 消除饱和失真的方法 使Q点移动到放大区 常常减小IB来消除饱和失真 截止失真 1 产生截止失真的原因 Q点靠近截止区 2 消除截止失真的方法 使Q点移动到放大区 常常增加IB消除截止失真 放大电路的最大不失真输出幅度 1 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位2 要有合适的交流负载线 放大电路要想获得大的不失真输出幅度 需要 2 电路参数与静态工作点的关系 RB对静态工作点Q的影响 偏置电阻RB1减小为RB2 静态工作点由Q1上移至Q2 RC对静态工作点Q的影响 设RC1减小为RC2 静态工作点由Q1右移至Q2 VCC对静态工作点Q的影响 设VCC1减小为VCC2 静态工作点由Q1左偏下移至Q2 2 微变等效电路法 三极管微变等效电路模型的建立放大电路的微变等效电路模型基本放大电路的动态分析 三极管微变等效电路模型的建立 低频小信号变化量 1使用条件 思想 在合适的条件下 将非线性的三极管转变为熟悉的线性器件 电阻 电源 2输入回路 用红线代替黑线 在微变的情况下 所产生的误差工程上是允许的 等效为 输入回路可等效为 3输出回路 等效为 忽略rce等效为 微变等效电路简化模型 rbe Q 200 1 26 IEQ mA 放大电路的微变等效电路模型 微变等效电路 放大电路的动态分析 放大电路的动态分析就是指交流信号单独作用时 求三个交流参数 电压放大倍数 输入电阻Ri Ri Ro 输出电阻Ro 电压放大倍数 增益 电流放大倍数 增益 互阻放大倍数 增益 互导放大倍数 增益 1 放大倍数 放大电路的交流输出量和交流输入量之比 工程上常用分贝表示电压 电流 功率增益 功率放大倍数 增益 输入电阻Ri等于交流输入电压与交流输入电流的比值 即 2 输入电阻 Ri RS 此时为恒压输入 Ri RS 此时为恒流输入 Ri RS 此时输入功率最大 输出电阻Ro为从放大器的输出端看进去的等效电阻 3 输出电阻 首先 令us 0 即电压源短路 或Is 0 电流源开路 保留信号源内阻 输出电阻的计算方法 其次将负载RL去掉 在输出端加一个信号电压U 若输出端电流为I 则输出电阻为 放大器对负载而言 就相当于负载的信号源 而放大器的输出电阻就相当于信号源的内阻 4 通频带 通频带是衡量放大电路对不同频率信号的放大能力 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 Ro Rc 基本放大电路的动态分析 负号表示输出电压与输入电压极性相反 微变等效电路 例题 给定电路如图所示 RS为信号源内阻 其中 50 VBE 0 7V Rs 150 1 计算静态工作点Q 2 计算电压放大倍数A 和源放大倍数A s 解 1 计算静态工作点 2 3静态工作点稳定电路 分压偏置放大电路 固定偏置存在的问题分压偏置放大电路 固定偏置放大电路存在的问题 温度升高时 Ic会增大 使输出特性曲线整体上移 从而使静态工作点上移 改进思路 当温度升高时 IB能自动降低 直流负载线 分压偏置放大电路 工作点稳定 RB1 RB2 分压电阻 保证VB恒定 增加元件的作用 RE 把输出端IC的变化引回输入端 与VB比较 使IB产生相应的变化 CE 保证RE不影响交流参数 T 分压偏置放大电路稳定静态工作点的过程 1 直流计算 方法1 用戴维南定理进行变换后如图所示 方法2 估算法 由于电路设计时 应保证 即RB1和RB2近似串联 则 比较方法1和方法2的结果 你能得出什么结论 方法1 方法2 2 交流计算 输入电阻 电压放大倍数 例 用戴维南法求解三极管的静态工作点 例 求出所示电路的电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro的表达式 例 求有交流射极电阻放大电路的交流参数表达式 输出电阻 输入电阻 电压放大倍数 共射放大电路的特点 1 既能放大电压又能放大电流 常作为放大电路的中间级 2 输入电阻居中 输出电阻较大 2 4共集组态基本放大电路 射极输出器 1 直流分析 直流通道如图 2 交流分析 电压放大倍数 画出放大电路的微变等效电路 输入电阻Ri Rb1 Rb2 rbe 1 Re RL 输出电阻 将输入信号短路 负载开路 在输出端加电压源uo 可以求出输出电流 射极输出器的特点 1 不能放大电压信号2 具有很大的输入电阻 因此可以从电压信号源获得更多的信号 常用在放大电路的输入级 3 具有较小的输出电阻 因此带负载能力较强 常用在放大电路的输出级 4 由于其输入电阻高 输出电阻低常用来连接电路 起到缓冲作用