第十一章基本放大电路.pptx
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1、20三月20231图共射基本放大电路(a)共射电路;(b)习惯画法第1页/共76页20三月20232 电路中各元件的作用如下:V:NPN型三极管,起放大作用,是整个放大电路的核心元件。UCC:直流电源。作用有两个方面,一是为放大电路提供能量,二是保证三极管处于放大状态。Rb:基极偏流电阻。电源可通过Rb给三极管发射结加以正向偏置电压。另外,当UCC一定时,通过改变Rb可给基极提供一个合适的基极电流Ib,这个电流通常称为偏置电流,简称偏流。只有具备合适的偏流,输出电压才不会失真。Rc:集电极电阻。它将集电极电流ic的变化转换成集电极-发射极之间电压uCE的变化,实现电压放大。第2页/共76页20
2、三月20233 C1、C2:分别称为输入端和输出端的耦合电容。利用电容对直流阻抗无穷大、对交流阻抗很小的特点,通过C1把交流信号耦合到三极管,同时隔断电路与信号源之间的直流通路;通过C2从三极管集电极把交变输出信号送给负载,同时隔离集电极与负载之间的直流通路。所以,C1、C2的作用是隔离直流,通过交流。对于图(a)所示电路,在实际应用中为了简化电路,在画图时往往省略电源符号,只画出电源电压的端点并标以UCC,这样就得到了图(b)所示的习惯画法。第3页/共76页20三月20234二、放大电路中的电流波形 从以上元件介绍中,我们初步了解到在放大电路中既有直流又有交流。交流就是需要放大的变化信号,直
3、流就是为放大建立条件。当交流信号ui作用于图 电路时,我们以基极电流为例,说明在电路中电流电压的波形及表示符号。(1)直流分量:如图(a)所示的波形,是基极直流电流,用IB表示。(2)交流分量:如图(b)所示的波形,是基极交流电流,用ib表示。第4页/共76页20三月20235图放大电路第5页/共76页20三月20236图信号波形第6页/共76页20三月20237 (3)总变化量:如图(c)所示的波形,是交流电流和直流电流叠加后形成的,用iB表示基极总电流:iB=IB+ib。三、放大电路的工作状态 通过对电路工作状态的分析,可以了解放大电路的工作原理。1.放大电路没有信号输入的情况 放大电路无
4、信号输入时,电路中各处只有直流电流和电压存在。这些直流电流和电压是IB、IC、IE、UBE、UCE,如图所示。其直流电流、电压的波形和图(a)中所示波形相同。第7页/共76页20三月20238图没有输入信号时的放大电路第8页/共76页20三月202392.放大电路有输入信号的情况 当放大电路输入端有交流信号输入时,如图 所示。此时电路各处有交流电流分量ib、ic、ie通过。若输入信号电压为 ui=Umsint时,电路中各处的交流波形和图(b)中所示的相同。这些交流分量分别和没有信号输入时的直流分量电流叠加,即图 中的uBE、iB、iC、uCE等。这些合成后的实际电流波形和图(c)中所示的相同,
5、是单向脉动电流。第9页/共76页20三月202310图有输入信号时的放大电路第10页/共76页20三月202311四、电路中的直流通道和交流通道 图 放大电路中的电流是由直流分量和交流分量叠加而成的。但是,由于电路中有电容元件C1、C2,因而直流分量电流和交流分量电流通过的路径不同。我们把直流分量电流通过的路径叫直流通道(或直流通路),交流分量电流通过的路径叫交流通道(或交流通路)。直流通路如图 所示,电容C1、C2对直流相当于开路。放大电路的交流通路如图(b)所示,电容C1、C2对交流信号可以看成短路。直流电源的内阻很小,对交流信号也可以看成短路。所以图)放大电路中的交流通路可画成图(b)所
6、示的通路。第11页/共76页20三月202312图放大电路的直流通路第12页/共76页20三月202313图放大电路的交流通路第13页/共76页20三月202314 根据三极管的结构,按图(b)交流通路中所示的电流、电压正方向,ui、ib、ic是同相位的。图中输出电压uo的标定正方向和ic标定正方向相反,所以,uo=-icRL,负号表示uo和ic标定正方向相反,亦表明了输出电压uo和输入电压ui是反相位的。综上所述,放大器在工作过程中,电路中同时并存着交流、直流两种分量的电流。直流分量IB、IC、UBE、UCE为放大建立条件,而交流分量ib、ic、ube、uce则反映了交变信号的放大及传输过程
7、。第14页/共76页20三月20231511.2 放大电路的静态分析计算法确定静态工作点 没有输入信号时,放大电路各处的直流电流、直流电压值叫放大器的静态工作点。根据直流通路可以估算出放大器的静态工作点。以图 为例,先估算基极电流IB,再估算其它值。计算公式有第15页/共76页20三月202316图单管放大电路第16页/共76页20三月202317 IC=IB (11.2)UCE=UCC-ICRC (11.3)式中,UBE的估算,对于硅管取0.7V;对锗管取0.3V。在式(11.1)中,当UCC UBE时,UBE可略去不计。例 11.1 试估算图 所示的放大电路的静态工作点。设UCC=12V,
8、RC=3k,RB=300k,(11.111.1)=50=50。第17页/共76页20三月202318第18页/共76页20三月202319图解法确定静态工作点 如图 的放大电路,当无信号输入时(相当于输入端短路),放大电路是直流通路。以AB为分界线,把该放大电路直流通道的输出回路分为两部分,如图:左侧是三极管,电压UCE与电流IC的关系是三极管的输出特性,如图 所示;右侧是直流电源UCC与电阻Rc组成的支路,电流电压关系是一直线方程:UCE=UCC-ICRc;用两点法可画出该直线MN,其中M0,UCCRc,N(UCC 0)。应用三极管的输入、输出特性,通过作图的方法来分析放大电路的工作性能,称
9、作图解法。第19页/共76页20三月202320图放大电路输出回路图解第20页/共76页20三月202321 因左、右侧两部分共同组成了一个整体电路,流过同一电流,即IC=IC;AB端又是同一电压Uce=Uce,将图(b)和图(c)合在一起,构成图(d)。输出特性曲线坐标中的直线MN就称为放大器的直流负载线。直流负载线斜率:|tan|静态工作点的确定:直流负载线MN和IB(=)的交点Q便是静态工作点。静态工作点Q的坐标,即Q(UCE,IC),反映了放大电路无信号输入时的直流值。这与前面用估算法求出的结果接近。第21页/共76页20三月20232211.3 放大电路的动态分析 采用工程估算法计算
10、放大器的交流性能指标,例如放大电路的电压放大倍数等,需要有放大电路的交流等效电路。交流等效电路首先要解决的是三极管的非线性问题。当放大器中的交流信号变化范围很小时,三极管基本上可以看成是在线性范围内工作的。因此可以用一个等效的线性化电路模型来代替三极管。所谓等效,就是从线性化电路模型的三个引出端看进去,电压、电流的变化关系和原来的三极管一样,这样的线性化电路模型也称为三极管的微变等效电路。微变等效电路法微变等效电路法第22页/共76页20三月202323 用线性化电路模型来代替三极管之后,具有非线性元件的放大电路就转化成我们熟悉的线性电路了。1.三极管的线性化电路模型 1)输入回路 当三极管输
11、入回路仅有很小的输入信号时,ib只能在静态工作点附近作微量变化。三极管的输入特性曲线如图 所示,在Q点附近基本上是一段直线。此时三极管输入回路可用一等效电阻代替(如图 所示)。第23页/共76页20三月202324图三极管的输入特性第24页/共76页20三月202325图三极管输入回路模型第25页/共76页20三月202326 图 中的等效电阻rbe称为三极管的输入电阻,它的大小可用下面公式进行估算:rbe=300+(1+)IE是发射极静态电流,单位是mA。对于小功率三极管,当IE=(12)mA时,rbe约为1k。2)输出回路 当三极管输入回路仅有微小的输入信号时,可以认为输出特性曲线是一组互
12、相平行且间距相等的水平线。所谓平行且间距相等,是指变化相同的数值时,输出特性曲线平移相等的距离,如图 所示。第26页/共76页20三月202327图理想的输出特性第27页/共76页20三月202328 在这种情况下,三极管的值是一常数,集电极电流变化量IC与发射极电压uce无关,仅由IB大小决定。所以三极管输出回路相当于一个受控制的恒流源。3)三极管的线性化电路模型 综上所述,三极管的线性化电路模型如图 所示。2.共发射极放大器的小信号等效电路 将放大器的交流通路(图)中的三极管用三极管的线性化电路模型代替后,该电路便是共射放大电路的小信号等效电路,如图 所示。第28页/共76页20三月202
13、329图三极管的线性化电路模型第29页/共76页20三月202330图放大器的小信号等效电路第30页/共76页20三月2023313.交流指标的估算 1)电压放大倍数 因为 Ui=Ibrbe Uo=-IcRL 其中 RL=RLRc 所以 第31页/共76页20三月2023322)放大器的输入电阻ri 放大电路的输入端和信号源相连接。对信号源来说,放大电路相当于信号源的一个负载。该负载可用一等效电阻ri来代替,这个等效电阻ri称为放大器的输入电阻。从可见:ri=Rbrbe一般地,Rb rbe,所以共射放大电路的输入电阻:rirbe 不带负载时第32页/共76页20三月2023333)放大器的输出
14、电阻ro 放大电路的输出端和负载相连。对负载来说,放大电路相当于一个有内阻的信号源。这个信号源的内阻便是放大器的输出电阻。由图可得放大电路的输出电阻:r ro o=R=Rc c 需要注意的是,ri和ro都是放大电路的交流动态电阻,它们是衡量放大电路性能的重要指标。一般情况下,要求输入电阻尽量大一些,以减小对信号源信号的衰减;输出电阻尽量小一些,以提高放大电路的带载能力。第33页/共76页20三月202334例:在图(a)电路中,三极管=50,rbe=1k,Rb=300k,Rc=3k,RL=2k,求:(1)接入RL前、后的电压放大倍数;(2)放大器的输入电阻、输出电阻。解:(1)未接时,RL接入
15、后,RL接入后,第34页/共76页20三月2023352)rirbe1 k,ro=Rc=2 k 该例题表明:接入负载RL后,电压放大倍数下降第35页/共76页20三月202336图解法1.输入回路基极电流ib可根据输入信号电压ui,从管子的输入特性上求得。设 输 入 信 号 电 压 ui=20sint mV,根 据 静 态 时IB=40A,当送入信号后,加在e、b极间的电压是一个在(70020)mV范围内变化的脉动电压。而基极电流ib是一个在2060A 范围内变化的脉动电流,该脉动电流由两个分量组成,即直流分量IB和交流分量ib。交流分量的振幅是20A(见图)。第36页/共76页20三月202
16、337图放大器的图解分析第37页/共76页20三月2023382.不接负载电阻RL时的电压放大倍数 由基极电流ib的变化,便可分析放大电路各量的变化规律,如图 所示。当基极电流在2060A范围内变化时,放大器将在直流负载线上的AB段工作。这时iC与uCE的波形如图 所示,iC和uCE均包含直流分量IC、UCE。uce的振幅为4.5V,ic的振幅为0.9 mA。故放大器的电压放大倍数为第38页/共76页20三月2023393.接入负载电阻RL时的电压放大倍数 从估算法中我们已知道,接入RL后,总负载电阻是Rc与RL并联后的等效电阻RL,这时应该确定新的负载线。新负载线与横轴反方向的夹角是:=ar
17、ctan (RL=RcRL)新的负载线称为“交流负载线”。因为当输入信号为零时,放大电路工作在静态工作点Q上,所以交流负载线必定要通过Q点。根据交流负载线的斜率和一个已知点Q的坐标,我们便可以将交流负载线CD画出。如图 所示。从图中得uce的振幅为2.8V,所以带载后电压放大倍数为第39页/共76页20三月202340图交流负载线第40页/共76页20三月202341比不带载时的值小,这与估算法中的结果一致。第41页/共76页20三月202342静态工作点的设置与稳定一、电路参数对放大器工作的影响 以上分析的放大电路,已假定有一个比较合适的静态工作点,因此,ic、uce的变化规律基本上和ib、
18、ube一致,放大电路的输出信号几乎没有波形失真。若静态工作点设置不合适,将会使输出信号产生严重失真。下面分别分析电路参数Rb、Rc、UCC对放大器电路(见图工作的影响第42页/共76页20三月2023431.Rb的影响在其他条件不变时,如果UCC、Rc不变,则直流负载线不变,改变Rb时,IB=改变,这就使静态工作点Q沿直流负载线上下移动。当Q点过高(Q点)或过低(Q点)时,ic将产生饱和或截止失真。ic失真,uce也对应失真,如图所示。2.Rc的影响若Rb、UCC不变,改变Rc也可得到不同的静态工作点,如图所示。Rc增大,负载线斜率减小,工作点左移;Rc减小,负载线斜率增大,工作点右移。当Rc
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- 第十一 基本 放大 电路
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