《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第3章 基本放大电路（上）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第3章 基本放大电路（上）（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 基本放大电路 （上）,上海大学 自动化系 林小玲,第三章 基本放大电路,主要内容： 3.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标 3.2 基本共射放大电路的工作原理 3.3 放大电路的分析方法 3.4 放大电路静态工作点的稳定 3.5 放大电路的类型及特点,本章要求,理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极 放大电路的性能特点。 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等 效电路分析法。 3. 了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念， 了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的 工作原理。 4. 了解差动放大电路的工作原理和性能特点。,3.1.1 放大电路的基本概念,放大电路主要用于
2、放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，主要讲电压放大电路。,3.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,放大的概念:,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,放大的实质: 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,放大的对象是变化量,放大的实质是能量控制和转换,电子电路放大的基本特征是功率放大,3.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,3.1.2 放大电路的性能指标,3.1
3、 放大的概念和放大电路的主要性能指标,1.放大倍数,定义：,电压放大倍数,电流放大倍数,衡量放大电路 的放大能力,3.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,2. 输入电阻 Ri,定义：,有效值,衡量放大电路获取 信号的能力,3. 输出电阻 Ro,定义：,由,得,衡量放大电路带 负载的能力,一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。,Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,3.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,4. 通频带 fbw,f,fH 上限截止频率,fL 下限截止频率,fbw=f
4、H-fL,A=0.7Am,衡量放大电路对 信号频率的适应能力,以共射电路为例说明放大电路的组成、电路中各元件的个数及其数量级，重点指出组成放大电路的四条原则： 1.发射结加正向电压 2.集电结加反向电压 3.把信号源加到b-e之间 4.在输入信号作用下得到不失真的输出信号 以上四条是判断三极管放大电路能否放大的依据，四条必须同时满足。,3.2 基本共射放大电路的工作原理,3.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用,共射放大电路结构图,发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。,发射极是两个回路的公共端，称这种接法为共射极接法。,各元件作用：,使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE。,
5、基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容： 电解电容，有极性， 大小为10F50F,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,+,+,各元件作用：,基本放大电路的习惯画法,单电源供电时常用的画法,注 不同书写体字母的含义,UBE、 IB 大写字母，大写下标，表示直流量。,ube、ib小写字母，小写下标，表示交流瞬时值。,uBE 、iB小写字母，大写下标，表示交、直混合量。,Ube 、Ib大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE
6、= UBE uCE = UCE,3.2.2 基本共射放大电路的工作原理,结论：,无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。,3.2.2 基本共射放大电路的工作原理,UBE,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE =
7、 UCE+ uo,3.2.2 基本共射放大电路的工作原理,结论：,(1) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,动画,（2） 因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路， 用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。,(3) 若参数
8、选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。,(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180， 即共发射极电路具有反相作用。,实现放大的条件,(1) 晶体管必须工作在放大状态。发射结正偏，集 电结反偏。 (2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。 (3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。 (4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。,例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,对交流信号(有输入
9、信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,所示各电路能否实现电压放大？若不能，请指出电路中的错误。,图(a)不能实现电压放大。电路中缺少基极偏置电阻，晶体管无法获得偏置电流 图(b)不能实现电压放大。电路缺少集电极电阻，动态时电源相当于短路，输出端没有交流电压信号。 图(c)也不能实现电压放大。电路中晶体管发射结被短接没有直流偏置电压。 图(d)也不能实现电压放大。C1的接法使交流信号被短接 图(e)同样不能实现电压放大。C1的位置不对，电
10、容隔直使晶体管无法获得偏置电流 图(f)不能实现电压放大。晶体管为PNP电源和电容极性接反,检查电路中的晶体管（非线性器件）是否有合适的直流偏置，是否工作在放大状态（线性状态），其次检查信号源、放大器和负载之间的信号传递通道是否畅通，并具有电压放大的能力。,分析思路,基本思想,非线性电路经适当近似后可按线性电路对待， 利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。,分析放大电路的基本思想和方法,直流通路(ui = 0)分析静态。,交流通路(ui 0)分析动态:只考虑变化的电压 和电流。,3.2.3 放大电路的静态特性,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解
11、法。 分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：放大电路的直流通路。,设置Q点的目的： (1) 使放大电路的放大信号不失真； (2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。,静态工作点 Q ：IB、IC、UCE 数据在特性曲线上的点。,静态分析：确定放大电路的静态值。,1. 用估算法确定静态值,（1） 直流通路估算 IB,根据电流放大作用,（2） 由直流通路估算UCE、IC,当UBE UCC时，,由KVL: UCC = IB RB+ UBE,由KVL: UCC = IC RC+ UCE,所以 UCE = UCC IC RC,例1：用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，
12、RC=4k，RB=300k， =37.5。,解：,注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同,例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,由KVL可得：,由KVL可得：,当RL=时,在输入回路,uBE=UBE+ui,uBE波形图,2静态工作点Q 对波形失真的影响的关系,iB的波形图,工作点的移动,uBE波形图,(1) 信号的传递,已知Q,a,b,t,O,O,t,O,a. iB的形成过程,a,b,t,M,N,O,O,t,iB1,iB2,b. 输出波形,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,输出电压uo,O,已知输入信号,
13、小结,输出信号波形,输出电压uo与输入电压ui相位相反,(2) 如果静态工作点Q太低,工作点的移动,uBE波形图,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形图,a. 输入波形,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,输出电压,b. 输出波形,截止失真,t,M,N,O,t,O,t,O,工作点的移动,uBE波形图,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形图,a. 输入波形,(3) 如果静态工作点Q太高,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,b. 输出波形,输出电压,饱和失真,t,M,N,O,思 考 题,若在
14、放大电路中出现截止失真和饱和失真，应如何调节RB（增大还是减小）才能消除失真？,放大电路中出现截止失真说明静态工作点Q太低应减小RB, 即增大IB ；出现饱和失真说明静态工作点Q太高应增大RB, 即减小IB,3.3 放大电路的分析方法, 3.3.1 放大电路图解法分析法 1. 静态图解分析,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,O,动画,例：图(b)示出了图 (a)固定偏流放大电路中三极管的输出特性及交、直流负载线，为直流负载线，可求得电源电压VCC为 ，RB RC 。,交流通路,2. 动态图解分析解法,所以交流负载线比直流负载更陡,当 时，交直流负载
15、重合,动态分析图解法,RL=,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,动态分析图解法,电压放大倍数将减小。,交流负载线及放大电路波形分析,交流负载线的特点,b. 经过静态工作点Qo,a. 斜率为,c. 与横轴的交点为,基本共射极放大电路的波形分析动画演示,可见 ui的幅度过大 ，同样将使工作点进入非线性区而产生非线性失真（饱和失真、截 止失真）。,（忽略 UCES和ICBO）,(5) 放大电路的动态范围,a. 如果UCEQ=ICQRC=VCC/2,iB波形,输出波形,=2ICRC,Uopp=2UCEQ,=VCC,O,t,O,M,N,b. 如果UCEQICQRC,iB波形,输出波形,Uopp=2UCEQ,uo1,uo2,uo3,O,t,O,M,N,c. 如果UCEQICQRC,iB波形,输出波形,Uopp=2ICRC,uo1,uo2,uo3,0
