模电-基本放大电路演示幻灯片.ppt
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1、第二章第二章 基本放大电路基本放大电路1第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标放大的概念和放大电路的主要性能指标2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.5 2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6 2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路2.7 2.7 晶体管基本放大电路的派生电路晶体管基本放大电路的派生电路22.1 2.1 放大的概念和放大电路的主要放大的概念
2、和放大电路的主要 性能指标性能指标2.1.12.1.1放大的概念放大的概念2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标3放大器将输入的信号放大放大器将输入的信号放大扬声器由扬声器由放大后的放大后的信号驱动信号驱动2.1.12.1.1放大的概念放大的概念在生产实践中常常需要将微弱的在生产实践中常常需要将微弱的电信号电信号放大,放大,使之变成较大的信号。使之变成较大的信号。例如:扩音机电路。例如:扩音机电路。扩音机的主要组成部分是放大器。扩音机的主要组成部分是放大器。放放大大器器话筒将声音话筒将声音信号转换成信号转换成微微弱电信号弱电信号电路工作电源电路工作电源4u放大的对象:变化量放大的对象
3、:变化量u放大的本质:能量的控制放大的本质:能量的控制u放大的特征:功率放大放大的特征:功率放大u放大的基本要求:不失真放大的基本要求:不失真判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点52.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标放大电路的主要性能指标:放大电路的主要性能指标:放大倍数放大倍数A;输入电阻;输入电阻Ri;输出电阻;输出电阻 Ro;通频带通频带 fbw;非线形失真系数;非线形失真系数D;最大不失;最大不失真输出电压;最大输出功率真输出电压;最大输出功率Pom与效率与效率 Rs+-+-RL+-放大放大电路电路RiRo+-信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入
4、电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流61.1.电压放大倍数电压放大倍数2.2.电流放大倍数电流放大倍数3.3.电压对电流的放大倍数电压对电流的放大倍数4.4.电流对电压的放大倍数电流对电压的放大倍数Rs+-+-RL+-RiRo+-一、放大倍数一、放大倍数衡量放大电路衡量放大电路的放大能力的放大能力7从放大电路输入端从放大电路输入端看进去的等效电阻看进去的等效电阻Rs+-+-RL+-RiRo+-二、输入电阻二、输入电阻RiRi8输入电阻大一些好还是小一些好?输入电阻大一些好还是小一些好?若信号源是电压源(信号源内阻小),输入电阻越若信号源是电压源(信号源内阻小),输入电阻越大,要
5、求信号源提供的电流越小,信号源内阻对输大,要求信号源提供的电流越小,信号源内阻对输入电压的影响越小。入电压的影响越小。所以,输入电阻越大,对信号源要求越小!所以,输入电阻越大,对信号源要求越小!RssURiiUiI若信号源是电流源(信号源内阻大),输入电阻越若信号源是电流源(信号源内阻大),输入电阻越小,信号源内阻对输入电流的影响越小。小,信号源内阻对输入电流的影响越小。所以,输入电阻越小,信号源内阻上的损失所以,输入电阻越小,信号源内阻上的损失越小!越小!9从放大电路输出端从放大电路输出端看进去的等效电阻看进去的等效电阻Rs+-+-RL+-RiRo+-三、输出电阻三、输出电阻Ro输出电阻是表
6、输出电阻是表明放大电路带明放大电路带负载的能力,负载的能力,Ro大表明放大大表明放大电路带负载的电路带负载的能力差,反之能力差,反之则强。则强。Ro10输出电阻大一些好还是小一些好?输出电阻大一些好还是小一些好?UORosU RL输出电阻越小,在负载变化时,引起输输出电阻越小,在负载变化时,引起输出电压的变化越小,即输出电压越稳定出电压的变化越小,即输出电压越稳定所以,输出电阻越小,带负载能力越强!所以,输出电阻越小,带负载能力越强!11 输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时所产生的影响而引入的参数。放大电路连接时所产生的影响而引入的参数。放大电路
7、II的输入电阻的输入电阻Ri2是放大电路是放大电路I的负载电阻,而放大的负载电阻,而放大电路电路I可看成放大电路可看成放大电路II 的信号源,内阻就是放大的信号源,内阻就是放大电路电路I的输出电阻的输出电阻Ro1。两两个个放放大大电电路路相相连连接接RL放大电路 I+-Ri1RO1+-+-放大电路 IIRi2RO2+-+-后级的输入电阻越大,对前级的放大倍后级的输入电阻越大,对前级的放大倍数影响越小;前级的输出电阻越小,对数影响越小;前级的输出电阻越小,对后级的输入电压影响越小。后级的输入电压影响越小。输入电阻越大,输出电阻越小,前后级输入电阻越大,输出电阻越小,前后级相互影响越小。相互影响越
8、小。12四、通频带四、通频带fbwfL-下限截止频率下限截止频率fH-上限截止频率上限截止频率fbw-通带频率通带频率fLfH高频段高频段0f低频段低频段中频段中频段衡量放大电路对不同频率信号的适应衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。能力。13输出波形中的谐波成分总量与基波成分输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数之比称为非线性失真系数D。A2、A3为谐波幅值为谐波幅值A1为基波幅值为基波幅值五、非线性失真系数五、非线性失真系数D14当输入电压再增大就会使输出波形产当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压有效值。生非线性失真时的输出电压有效值。六、最大不失真
9、输出六、最大不失真输出Uom15七、最大输出功率与效率七、最大输出功率与效率在输出信号不失真的情况下,负载上能在输出信号不失真的情况下,负载上能够获得的最大功率,记为够获得的最大功率,记为Pom。直流电源能量的利用率称为效率直流电源能量的利用率称为效率Pv为电源消耗的功率为电源消耗的功率162.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用基本共射放大电路的组成及各元件的作用 2.2.2 设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析2.2.4 放
10、大电路的组成原则放大电路的组成原则172.2.1 2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用基本共射放大电路的组成及各元件的作用 VBB、Rb:使:使UBE Uon,且有合适的且有合适的IB。VCC:使:使UCEUon,同时作为负,同时作为负载的能源。载的能源。Rc:将:将iC转换成转换成uCE(uo)。VBBuiRbRcVCCT+-+-uo放大元件放大元件T:工作在放工作在放大区,要保证发射结正大区,要保证发射结正偏集电结反偏。偏集电结反偏。共射共射:发射极:发射极e为参考点。为参考点。b对对e输入。输入。c对对e输出。输出。各元件作用各元件作用18静态和动态静态和动态静态静态:ui=
11、0的状态的状态。动态动态:ui 0的状态的状态。放大电路的两种工作状态放大电路的两种工作状态uiiBiCuBEuoVBBuiRbRcVCC+-+-uo 输入电压输入电压ui为零时,晶体管各极的电流、为零时,晶体管各极的电流、b-e间的电压、间的电压、管压降均为直流,记作管压降均为直流,记作IBQ、ICQ(IEQ)、)、UBEQ、UCEQ。19(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性分别对应于输入输出特性曲线上的一个点曲线上的一个点iBuBEQIBQUBEQiCuCEQUCEQICQ静态工作点静态工作点20 输入电压输入电压ui不为零时,晶体管各极的电流、不为零时,晶体
12、管各极的电流、b-e间的电压、管压降随间的电压、管压降随ui的变化而变化。的变化而变化。动态动态uiiBiCuBEuoVBBuiRbRcVCC+-+-uoiBuBEQuiib21输入:交流小信号输入:交流小信号 ui输出:交流大信号输出:交流大信号 uo正常工作时,直流电源供电正常工作时,直流电源供电各极的电压、电流为:各极的电压、电流为:iB,uBE,iC,uCE均为均为直流直流与与交流交流的叠加!的叠加!uiiBiCuBEuoVBBuiRbRcVCC+-+-uo221.当当ui=0时时+VCCui=0IBIC+-UBE+-UCERbRcT+-+-uoIBQ=0,ICQ=IBQ=0,UCEQ
13、=VCC晶体管处于晶体管处于截止截止状态。状态。2.2.2 设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性23若其峰值小于若其峰值小于b-e间的开启电压间的开启电压Uon,则在信号的整则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态,输出电压毫个周期内晶体管始终工作在截止状态,输出电压毫无变化。无变化。uit0Uontuo0VCC2.当当ui0时时+VCCui 0IBIC+-UBE+-UCERbRcT+-+-uo24若信号幅度足够大,晶体管只可能在信号正半周大若信号幅度足够大,晶体管只可能在信号正半周大于于Uon的时间间隔内导通,导致输出电压严重失真。的时间间隔内导通,导致输出电压严重失真。Uont
14、uo0VCCt0ui 对放大电路的基本要求有两对放大电路的基本要求有两个:个:1.不失真;不失真;2.能够放大。能够放大。没有设置合适的静态工没有设置合适的静态工作点作点+VCCui0iBiC+-uBE+-uCERbRcT+-+-uo 只有在信号的整个只有在信号的整个周期内晶体管始终工作周期内晶体管始终工作在放大状态,输出信号在放大状态,输出信号才不会产生失真。这就才不会产生失真。这就必须设置合适的静态工必须设置合适的静态工作点作点。25 输入电压输入电压ui不为零时,晶体管各极的电流、不为零时,晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降随间的电压、管压降随ui的变化而变化。的变化而变化。动态动
15、态uiiBiCuBEuoVBBuiRbRcVCC+-+-uoiBuBEQuiib262.2.3 2.2.3 基本共射放大电路的基本共射放大电路的工作原理及波形分析工作原理及波形分析uiIBIC+-UBE+-UCERbRcVBBVCCT+-+-uouBEtiCtuCEtiBtUBEQICQUCEQIBQubeibuceic动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上272.2.4 2.2.4 放大电路的组成原则放大电路的组成原则、晶体管必须工作在放大区。、晶体管必须工作在放大区。电源极性要正确,工作点要合适。电源极性要正确,工作点要合适。2 2、信号能输入。、信号能输入。输入信号必须能够作用于放
16、大管的输入回路。输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。3 3、信号能输出。、信号能输出。当负载接入时,保证放大管输出回路的动态电当负载接入时,保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载,从而使负载获得比输入信流能够作用于负载,从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。号大得多的信号电流或信号电压。4 4、信号不失真。、信号不失真。要有合适的静态工作点。(可以调整)要有合适的静态工作点。(可以调整)适当的信号幅度。适当的信号幅度。28ecbPNP:NPN:ecb-+-+VC VB VEVC VB IBQ基极电位几乎仅决基极电位几乎仅决定于定于Rb1与与Rb1对对VCC的分压,而与的分
17、压,而与环境温度无关,即环境温度无关,即当温度变化时,当温度变化时,UBQ基本不变。基本不变。UBQ稳定稳定UEQ稳定稳定IEQ稳定。稳定。100Re 的作用的作用T()ICUE UBE(UB基本不变)基本不变)IB IC Re起直流负反馈作用,其值越大,反馈越强,起直流负反馈作用,其值越大,反馈越强,Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念:关于反馈的一些概念:将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈,反之称反馈的
18、结果使输出量的变化减小的称为负反馈,反之称为正反馈。为正反馈。Re有上限值吗?有上限值吗?IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大,反馈的结果使之减小增大,反馈的结果使之减小1011、Re的直流负反馈作用;的直流负反馈作用;2、在、在I1IBQ的情况下,的情况下,UBQ在温在温度变化时基本不变。度变化时基本不变。分压式电流负反馈分压式电流负反馈Q点稳定电路。点稳定电路。Rb2Rb1UBQI2I1BIBQRc+VCCTReIEQICQUEQQ点稳定的原因点稳定的原因102二、静态工作点的估算二、静态工作点的估算已知已知I1IBQ 发射极电流发射极电流由于由于ICQ
19、IEQ,管压降,管压降 基极电流基极电流可以指出,不管电路参数是否满足可以指出,不管电路参数是否满足I1IBQ,Re的反馈作用都存在。的反馈作用都存在。Rb2Rb1UBQI2I1BIBQRc+VCCTReIEQICQUEQ直流通路直流通路103三、动态参数的估算三、动态参数的估算阻容耦合阻容耦合Q点稳定点稳定电路电路Rb2Rc+VCCuiT+-+-uoC1+C2Rb1ReCeP+RL交流通路交流通路Rb2RcT+-+-Rb1RLRb1T+_RcRb2+_RL104微变等效电路微变等效电路(Rb=Rb1/Rb2)+-Rb+-RcRL求放大倍数求放大倍数Rb1T+_RcRb2+_RL105输入电阻
20、输入电阻输出电阻输出电阻RiRo+-Rb+-RcRLRb2Rc+VCCuiT+-+-uoC1+C2Rb1ReCeP+RL由于由于Ce的存的存在,交流性在,交流性能不受影响能不受影响106若去掉若去掉CERb2Rc+VCCuiT+-+-uoC1+C2Rb1ReRL交流通路交流通路Rb2RcT+-+-Rb1RLRb1T+_RcRb2+_RLReRe107微变等效电路微变等效电路(Rb=Rb1/Rb2)+-Rb+-RcRLRe求放大倍数求放大倍数Rb1T+_RcRb2+_RLRe其中,若其中,若(1+)Re rbe,且,且 1,则,则虽然虽然Re 使使 减小了,但由于减小了,但由于仅决定于电阻取值,
21、所以不受环境仅决定于电阻取值,所以不受环境温度的影响。温度的影响。108输入电阻输入电阻RiRiRo输出电阻输出电阻+-Rb+-RcRLReCe的存在使的存在使得放大倍数得放大倍数下降,输入下降,输入电阻提高电阻提高109例例在图示电路中,已知在图示电路中,已知VCC=12V,Rb1=5k,Rb2=15k,Re=2.3k,Rc=5.1k,RL=5.1k ;晶体管的晶体管的rbe=1.5k,=100,UBEQ=0.7V。(1)估算静态工作点)估算静态工作点Q;(2)分别求出有、无)分别求出有、无Ce两种情况下的两种情况下的 和和。Rb2Rc+VCCuiT+-+-uoC1+C2Rb1ReCeP+R
22、L110解解:(1)求解求解点点Rb2Rb1UBQI2I1BIBQRc+VCCTReIEQICQUEQ111(2)求解求解 和和。当有当有Ce时:时:+-Rb+-RcRLRb2Rc+VCCuiT+-+-uoC1+C2Rb1ReCeP+RL112(2)当无当无Ce时,由于时,由于(1+)Re rbe,且,且 1,所以,所以RiRiRo+-Rb+-RcRLReRb2Rc+VCCuiT+-+-uoC1+C2Rb1ReRL113当无当无Ce时,电路的电压放大能力很差,因时,电路的电压放大能力很差,因此在实用电路中常常将此在实用电路中常常将Re分为两部分,只将分为两部分,只将其中一部分接旁路电容。其中一
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