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1、2004年10月 制作曾令琴 主编曾令琴 共射 共集电极放大器及其负反馈 基本放大电路 主要授课内容 第二篇 第7章基本放大电路 7 2共集电极放大电路 射极跟随器 7 3放大电路中的负反馈 7 1分压式偏置共发射极电压放大器 第二篇 学习基本放大电路 学习目的与要求 1 掌握基本放大电路的组成及工作原理 了解放大电路的一些基本概念 2 掌握基本放大电路的图解分析法和微变等效电路分析法 3 熟练掌握分压式偏置共发射极放大电路的静态分析和动态分析及其特点 第二篇 基极电源 7 1共发射极电压放大器 双电源共发射极单管放大电路 输入回路 输出回路 集电极电阻 约为几至几十欧 NPN型管 耦合电容
2、耦合电容 基极电阻 约几十至几百千欧 集电极电源 约为几至几十伏 负载电阻 电路中发射极是输入 输出回路的公共支路 而且放大的是电压信号 因此称之为共发射极电压放大器 电路各部分作用 晶体管T 放大器的核心部件 在电路中起电流放大作用 电源EC 为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态 电源EB和电阻RB 使管子发射结处于正向偏置 并提供适当的基极电流IB 耦合电容C1和C2 一般为几微法至几十微法 利用其通交隔直作用 既隔离了放大器与信号源 负载之间的直流干扰 又保证了交流信号的畅通 电阻RC 将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化 以实现电压放大作用 第2页 单电源共发射极单管放大电
3、路 实用中 一般都采用单电源供电 而且把发射极的公共端作为 地 点 并按习惯画法把集电极电源以电位形式标在图中 放大电路的直流通道 晶体管放大电路实际上是一个交 直流共存的电路 当交流信号ui 0时 电路所处的工作状态称为 静态 静态时等效电路称为它的直流通道 直流通道中耦合电容相当于开路 电路中的各电压 电流都是直流量 电路中仅有直流量时的工作状态称为 静态 放大电路的直流通道 第2页 静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q 主要指IBQ ICQ和UCEQ 静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ ICQ和UCEQ 放大电路的静态分析 由直流通道可对Q点进行估算 例 已知图中UCC
4、10V RB 250K RC 3K 50 求放大电路的静态工作点Q 解 所以 Q IB 37 2 A IC 1 86mA UCE 4 42V 第2页 由于放大器一般都工作在小信号状态 即工作点在特性曲线上的移动范围很小 因此晶体管虽然工作在非线性状态下 但采用它的等效线性模型微变等效电路所分析得出的结果 与其真实状况相比仅有微小误差 可运用线性电路模型分析问题则带给我们极大的方便 仅有交流信号作用下 电容相当于短路 UCC 0相当于 地 电位 因此电路为左图所示 放大电路的动态分析 交流通道 上述微变等效电路中 第2页 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路 这个线性电路就是放大
5、器的微变等效电路 对该线性电路进行分析的方法称为微变等效电路分析法 等效的条件是晶体管在小信号 微变量 情况下工作 这样就能在静态工作点附近的小范围内 用直线段近似地代替晶体管的特性曲线 右图所示为晶体管的输入特性曲线 在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的 当uBE有一微小变化 UBE时 基极电流变化 IB 两者的比值称为三极管的动态输入电阻 即rbe 微变等效电路的基本思路 输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线 集电极电流的微小变化 IC仅与基极电流的微小变化 IB有关 而与电压uCE无关 故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源 即 第2页 电压放大倍数 对上述微变等效电路进
6、行分析 式中RL RC RL 共发射极放大电路的微变等效电路 输入电阻Ri 当RL 开路 时 输出电阻R0 共射极电压放大器由于rbe较小而使输入电阻Ri不大 而输出电阻R0 RC 显然不够小 第2页 输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小 为了减轻信号源的负担 总希望Ri越大越好 另外 较大的输入电阻Ri 也可以降低信号源内阻RS的影响 使放大电路获得较高的输入电压 在共发射极放大电路中 由于RB比rbe大得较多 Ri近似等于rbe 一般在在几百欧至几千欧 因此是比较低的 即共射放大器输入电阻不理想 对负载而言 总希望放大电路的输出电阻越小越好 因为放大器的输出电阻Ro越小
7、负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小 使得放大器带负载能力越强 共发射极放大电路中的输出电阻Ro在几千欧至几十千欧 一般认为是较大的 也不理想 共发射极电压放大器的电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数 动态转入电阻rbe及集电极电阻RC 负载电阻RL均有关 由计算式可看出 当rbe和RL一定时 Au与 成正比 第2页 共发射极单管放大器的电压放大倍数较高 放大电路分析综合 有交流信号输入时 电路中的电流 电压随输入信号作相应变化的状态 由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作 电路中的电压uCE 电流iB和iC均包含两个分量 放大电路输入加ui后 晶体管的UBE就
8、变成了ui UBE 同时iB ib IB iC ic IC 晶体管输出电压uCE UCC ICRC 经电容C2滤波后得到放大器输出电压 u0 UCC iCRC 由于iCRC是随ui的增加而增加 因此u0随ui增加而减小 即输出 输入电压是反相关系 因此共发射放大电路也称为反相器 第2页 图解步骤 1 根据静态分析方法 求出静态工作点Q 2 根据ui在输入特性上求uBE和iB 3 作交流负载线 4 由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE 放大电路静态工作点的图解法 第2页 1 由于C2的隔直作用 uCE中的直流分量UCE被隔开 放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce 且与输入电压ui
9、反相 2 放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出 负载电阻RL越小 交流负载电阻RL 也越小 交流负载线就越陡 使Uom减小 电压放大倍数Au下降 3 静态工作点Q设置得不合适时 将对放大电路的性能造成影响 若Q点偏高 当ib按正弦规律变化时 Q 进入饱和区 造成ic和uce的波形与ib 或ui 的波形不一致 输出电压uo的负半周出现平顶畸变 称为饱和失真 若Q点偏低 则Q 进入截止区 输出电压uo的正半周出现平顶畸变 称为截止失真 饱和失真和截止失真统称为非线性失真 从图解分析过程中可得出如下重要结论 u0上削波出现截止失真 u0下削波出现饱和失真 第2页 即 温度对静
10、态工作点的影响 问题讨论 温度升高 UBE减小 ICBO增大 增大 IC增大 对于固定偏置式共发射极放大电路而言 静态工作点由UBE 和ICEO ICB0决定 这几个参数均随温度的变化而发生变化 Q变 ICEO增大 第2页 与温度基本无关 具有工作点稳定的放大电路 条件 I1 I2 IB 调节过程 则 第2页 动态分析 分压式偏置共发射极电压放大器的分析 静态分析 第2页 若静态工作点Q较高时 输出易进入饱和区 输出波形将出现下削波 Q点设置较低时 输出又易进截止区 输出波形则出现上削顶 显然无论是上削顶还是下削顶 都造成了输出波形的失真 为消除这些失真 应将Q点下移或上移 上 下削波同时出现
11、时 说明静态工作点设置的比较合理 只是输入信号太强不能完全通过 应减小输入信号 放大电路总是希望输入电阻高些 Ri越大 流入放大器的信号电流衰减越小 电路输入特性越好 放大电路总是希望输出电阻低些 R0越低 负载对放大倍数的影响越小 放大器的带负载能力越强 反相 第2页 电容CE的作用 第2页 第2页 第2页 例题 图示电路 已知UCC 12V RB1 20k RB2 10k RC 3k RE 2k RL 3k 50 试估算静态工作点 并求电压放大倍数 输入电阻和输出电阻 1 用估算法计算静态工作点 第2页 2 求电压放大倍数 3 求输入电阻和输出电阻 共发射极电压放大器的特点可以大致归纳为
12、具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数 同时输入电阻和输出电阻又比较适中 在对输入电阻 输出电阻和频率响应没有特殊要求的场合 一般均可采用 共发射极电压放大器是目前应用最广泛的基本放大电路 第2页 1 静态分析 7 2共集电极放大电路 射极输出器 第2页 2 动态分析 求电压放大倍数 第2页 求输入电阻 求输出电阻 第2页 电压放大倍数小于1 但约等于1 即电压跟随 输入电阻较高 输出电阻较低 射极输出器的用途 射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻 这是射极跟随器最突出的优点 射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级 也可用于中间隔离级 用作输入级时 其高的输入电阻可以减轻信号源的负担
13、 提高放大器的输入电压 用作输出级时 其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响 并易于与低阻负载相匹配 向负载传送尽可能大的功率 射极输出器的特点 第2页 图中虚线框内为稳压电路 220V交流电压经变压器变换成所需要的交流电压 然后经桥式整流和电容滤波后 输出电压Ui加到稳压电路的输入端 晶体管接成射极输出电路 负载RL接到晶体管的发射极 稳压管DZ和电阻R1组成基极稳压电路 使晶体管的基极电位稳定为UZ 电路的稳压原理是 假如由于某种原因使输出电压U0降低 因VB UZ不变 故UBE增加 使IB和IC均增加 UCE减小 从而使输出电压U0 Ui UCE回升 维持基本不变 整个过程可用流
14、程图表示为 U0 VB VZ UBE IB IC UCE U0 Ui UCE U0 如果U0 调整过程与上述相反 同样可起到稳压作用 射极输出器的应用实例 第2页 7 3放大电路中的负反馈 1 反馈的基本概念 反馈就是指放大电路输出信号的一部分或全部 通过反馈网络 或的 回送到输入端的过程 能使净输入信号增强的反馈称为正反馈 使净输入信号削弱的反馈称为负反馈 放大电路中普遍采用的形式是负反馈 2 负反馈的基本类型及其判别 按照反馈网络与基本放大电路在输出 输入端的连接方式不同 负反馈电路具有4种典型反馈形式 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 第2页 判断是电压反馈
15、还是电流反馈的方法 判断是电压反馈还是电流反馈时 常用 输出短路法 即假设负载短路 RL 0 使输出电压uo 0 看反馈信号是否还存在 若存在 则说明反馈信号与输出电压成比例 是电压负反馈 若反馈信号不存在了 则说明反馈信号不是与输出电压成比例 而是和输出电流成比例 是电流负反馈 判断是串联负反馈还是并联负反馈 判断是串联负反馈还是并联负反馈主要是根据反馈信号 原输入信号和净输入信号在电路输入端的连接方式和特点 判断方法有两种 1 若反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的 则为并联负反馈 若反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和的 即为串联负反馈 2 将输入信号交流短路后 若反馈信号
16、消失了 则为并联反馈 否则为串联反馈 第2页 3 负反馈对放大电路性能的影响 电路中引入负反馈后 一般造成电压放大倍数的下降 反馈电压IeRe越大 电压放大倍数下降越多 虽然负反馈引起Au下降 但换来的却是放大电路稳定性的提高 提高放大电路的稳定性 是放大电路中至关重要的一个环节 既然负反馈具有稳定放大电路的作用 当然信号频率的变化引起的电压放大倍数的变化也将减小 即引入负反馈可扩展放大电路的通频带 当输入正弦信号的幅度较大时 输出波形引入负反馈后 将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓 线性范围明显展宽 在深度负反馈条件下 若反馈网络由纯电阻构成 则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线 即负反馈可减小放大电路的非线性失真 负反馈能抑制反馈环内的噪声和干扰 电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈使输出电阻增加 第2页 当输入信号本身已经产生了失真 引入负反馈后可以使失真得到一些改善 从本质上讲 采用负反馈提高放大电路的稳定性 实际上是利用失真的波形来改善波形的失真 并不能使失真完全消除 Go 检验学习结果 放大电路引入负反馈后 对电路的工作性能带来什么改善 如果输入信号本身是一
