低頻電路基本放大電路演示文稿當(dāng)前第1頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)1§2.1概論§2.2放大電路的組成和工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定§2.5射極輸出器§2.6

阻容耦合多級放大電路§2.7場效應(yīng)管放大電路第二章基本放大電路當(dāng)前第2頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)22.1.1放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的二端口網(wǎng)絡(luò)表示：uiuoAu§2.1概論當(dāng)前第3頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)32.1.2放大電路的性能指標(biāo)一、電壓放大倍數(shù)AuUi和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。uiuoAuAu是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比與相位差。當(dāng)前第4頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)4二、輸入電阻ri放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。Au~US定義：即：ri越大，ii就越小，ui就越接近uS當(dāng)前第5頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)5三、輸出電阻roAu~US放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~roUS'RLRL從負(fù)載的角度看內(nèi)阻越小越好，說明放大器的帶負(fù)載能力越強(qiáng)當(dāng)前第6頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)6如何確定電路的輸出電阻ro？步驟：1.所有的信號源去掉（保留受控源）。2.加壓求流法。UI方法一：計算。當(dāng)前第7頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)7方法二：測量。Uo1.測量開路電壓。~roUs'2.測量接入負(fù)載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計算。當(dāng)前第8頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)8四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線當(dāng)前第9頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)92.1.3符號規(guī)定UA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。uA小寫字母、大寫下標(biāo)，表示全量。ua小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量當(dāng)前第10頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)10三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理§2.2基本放大電路的組成和工作原理當(dāng)前第11頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)112.2.1共射放大電路的基本組成放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2T當(dāng)前第12頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)12作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T當(dāng)前第13頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)13集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T當(dāng)前第14頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)14集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T當(dāng)前第15頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)15耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F作用：隔離直流，同時能使交流信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T++當(dāng)前第16頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)16可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T++當(dāng)前第17頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)17單電源供電電路+ECRCC1C2TRB問：能否保證放大的偏置條件？如何保證？當(dāng)前第18頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)182.2.2基本放大電路的工作原理ui=0時由于電源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、靜態(tài)工作點(diǎn)RB+ECRCC1C2T當(dāng)前第19頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)19IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T當(dāng)前第20頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)20(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ

)分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ當(dāng)前第21頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)21IBUBEQICUCEuCE怎么變化假設(shè)uBE有一微小的變化ibtibtictuit（毫伏量級）（微安量級）（毫安量級）二。交直流疊加波形的關(guān)系當(dāng)前第22頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)22各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiBuce相位如何uce與ui反相！當(dāng)前第23頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)23實(shí)現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個波形處于放大區(qū)。3.輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號。當(dāng)前第24頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)24如何判斷一個電路是否能實(shí)現(xiàn)放大？3.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個波形處于放大區(qū)。

如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點(diǎn)來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定。1.信號能否輸入到放大電路中。2.信號能否輸出。與實(shí)現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：當(dāng)前第25頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)25放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計算機(jī)仿真§2.3放大電路的分析方法EWB、Pspice等當(dāng)前第26頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)262.3.1直流通道和交流通道放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考慮交流信號的分電路。直流通道：只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。當(dāng)前第27頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)27例：對直流只有+EC開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC當(dāng)前第28頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)28對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路？當(dāng)前第29頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)29一、直流負(fù)載線ICUCEUCE~IC滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB直流通道RB+ECRC2.3.2直流負(fù)載線和交流負(fù)載線Uce當(dāng)前第30頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)30二、交流負(fù)載線ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路交流負(fù)載線的斜率為：當(dāng)前第31頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)31交流負(fù)載線的作法ICUCEECQIB過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：交流負(fù)載線ICUCEictucetQQ1Q2當(dāng)前第32頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)322.3.3靜態(tài)分析一、估算法（1）根據(jù)直流通道估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+EC直流通道RBRC當(dāng)前第33頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)33（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC當(dāng)前第34頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)34二、圖解法先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。ICUCEQEC當(dāng)前第35頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)35例：用估算法計算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級。當(dāng)前第36頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)362.3.4動態(tài)分析一、三極管的微變等效電路1.輸入回路iBuBE當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。uBEiB對輸入的微變信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：首先需將非線性元件近似為線性元件Q當(dāng)前第37頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)372.輸出回路iCuCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻rce。rce的含義iCuCEQ當(dāng)前第38頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)38ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三極管的微變等效電路rbeibibrcerbeibibbce等效cbe注意這種等效只是在工作點(diǎn)附近線性區(qū)里當(dāng)前第39頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)39二、放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL當(dāng)前第40頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)40三、電壓放大倍數(shù)的計算結(jié)論：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL負(fù)載電阻越大負(fù)載越輕負(fù)載電阻越小負(fù)載越重當(dāng)前第41頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)41四、輸入電阻的計算輸入電阻的定義：是動態(tài)電阻。rbeRBRCRL電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望較大的輸入電阻。(RB>>rbe)當(dāng)前第42頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)42五、輸出電阻的計算放大器中輸出電阻的定義：rbeRBRC00首先將信號源去掉，若信號源本身有內(nèi)阻，則短路時內(nèi)阻應(yīng)保留。用加壓求流法求輸出電阻：當(dāng)前第43頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)432.3.5失真分析在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。當(dāng)前第44頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)44ICUCEictucet我們來看一下Q與波形失真的關(guān)系Q因?yàn)镼在放大區(qū)所以波形無失真當(dāng)前第45頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)45iCuCEuo可輸出的最大不失真信號又稱放大器的動態(tài)范圍。選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ibQ當(dāng)前第46頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)46iCuCEuo1.Q點(diǎn)過低，信號進(jìn)入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ib注意截止失真是由于輸入特性的非線性引起的當(dāng)前第47頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)47iCuCE2.Q點(diǎn)過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形注意飽和失真是由于輸出特性的非線性引起的當(dāng)前第48頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)48為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。由于三極管的UBE、和ICEO這三個參數(shù)受溫度影響很大，而前面的電路中靜態(tài)工作點(diǎn)與這些參數(shù)都有關(guān)系，故靜態(tài)工作點(diǎn)會隨著溫度而改變。TUBEICEOQ§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定當(dāng)前第49頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)49溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。當(dāng)前第50頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)50小結(jié)：TIC固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。當(dāng)前第51頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)51分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路RE射極直流負(fù)反饋電阻CE交流旁路電容當(dāng)前第52頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)52TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程。1.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的原理設(shè)計使I2>>IB，于是I1約等于I2，使VB只取決于電阻分壓，不受溫度影響。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路B當(dāng)前第53頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)53I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路2.求靜態(tài)工作點(diǎn)算法一：I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路+EC將電路變換為當(dāng)前第54頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)54I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路+EC方框中部分用戴維南定理等效為：RdESB進(jìn)而，可求出IE、UCE。當(dāng)前第55頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)55I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路算法二：B當(dāng)前第56頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)56可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路當(dāng)前第57頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)57例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一的結(jié)果：算法二的結(jié)果：結(jié)論：兩種算法的結(jié)果近似相等，但算法二的計算過程要簡單得多。當(dāng)前第58頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)58二、動態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路當(dāng)前第59頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)59CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題1：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo當(dāng)前第60頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)60去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RE可見放大倍數(shù)大大降低，但輸入阻抗提高了。當(dāng)前第61頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)61用加壓求流法求輸出電阻。rbeRCRER'BRSro=uo/io=u/i可見ro應(yīng)為Rc并聯(lián)虛線框內(nèi)的等效電阻Rd.但這個電阻極大可忽略.所以可近似有去掉信號源，內(nèi)阻保留。由輸出端外加一個電壓輸出電阻基本不變當(dāng)前第62頁\共有68頁\編于星期五\23點(diǎn)62RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2問題2：如果電路如下