电工电子技术基础ppt教案7课件

7.1 基本放大电路的概念及工作原理,第7章 基本放大电路,7.2 基本放大电路的静态分析,7.3 基本放大电路的动态分析,7.4 共集电极放大电路,7.5 功率放大器及差动放大电路简介,7.6 放大电路中的负反馈,了解放大电路的基本概念及结构组成；熟悉低频小信号放大电路及功率放大器的工作原理；理解静态工作点的图解法，掌握其微变等效电路的估算法；熟练掌握分压式偏置的共发射极放大电路静态情况下的特点、动态情况下的特点；理解反馈对放大电路性能的影响。,学习目的与要求,7.1 基本放大电路的概念及工作原理,放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。,所谓“放大”，是指将一个微弱的电信号，通过某种装置， 得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输 出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实质是电 路对电流、电压或能量的控制作用。,扬声器负载,输入信号源,扩音器中放大电路的组成,为放大器提供能量的直流电源,话筒送来的微弱音频信号,ui,放 大 电 路,微弱输入小信号ui,u0,幅度大大增强的输出信号u0,放大电路的放大作用，实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输入信号的作用则是控制这种转移，使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。,放大电路的核心元件是晶体管，因此，放大电路若要实现对输入小信号的放大作用，必须首先保证晶体管工作在放大区。 晶体管工作在放大区的外部偏置条件是：其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源，并配以合适的偏置电路来实现的。,三种基本组态的晶体管放大电路,晶体管放大电路一般有三种组态：,共发射极放大电路,共集电极放大电路,共基极放大电路,无论放大电路的组态如何，其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。必须清楚：幅度得到增强的输出信号，其能量并非来自于晶体管，而是由放大电路中的直流电源提供的。晶体管只是实现了对能量的控制，使之转换成信号能量，并传递给负载。,1. 放大电路的组成原则,放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶 体管的电流放大作用显然无法完成。必须在放大电路中设置 直流电源，使其保证晶体管工作在线性放大区。因此，放大 电路的组成原则为：,(1) 核心元件晶体管必须发射结正偏，集电结反偏；,(2) 输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电路， 以保证晶体管的以小控大作用；,(3) 输出回路的设置应保证晶体管放大后的电流信号能够转 换成负载需要的电压形式；,(4) 不允许被传输小信号放大后出现失真。,2. 共射放大电路的组成及各部分作用,共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：,放大电路的核心元件三极管,耦合电容,基极电阻,基极电源,集电极电阻,集电极电源,耦合电容,上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。,实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，各部分的作用分别如下：,晶体管在放大电路中起以小控大的能量控制作用,向放大电路提供能量，并保证晶体管工作在放大区,基极偏置电阻的作用是为放大电路提供合适的静态工作点。,有极性电解电容的作用是隔离直流和让输入交流信号顺利通过。,有极性电解电容的作用是隔离直流和让放大的交流信号顺利输出。,RC的作用是将放大的集电极电流转换成晶体管的输出电压。,3. 共射放大电路的工作原理,基极固定偏置电流,放大后的集电极电流,iC通过RC将放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。,uCE经C2滤掉了直流成分后的输出电压,信号电流和基极固定偏流的叠加,显然，放大电路内部各电流、电压都是交直流共存的。,输入交流信号电流,反相！,输入信号电压,需放大的信号电压 ui通过C1转换为放大电路的输入电流，与基极偏流叠加后加到晶体管的基极，基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用引起集电极电流 iC变化；iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即： uCE=UCC- iCRC,放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分 量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用 小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采 用大写英文字母。例如：基极电流的直流分量用IB表示；交 流分量用ib表示；总量用iB表示。,由上式可看出：当 iC增大时，uCE就减小，所以 uCE的变化正好与 iC相反，这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分，耦合到输出端的交流成分即为输出电压 u0。若电路参数选取适当，u0的幅度将比 ui 幅度大很多，亦即输入的微弱小信号 ui 被放大了，这就是放大电路的工作原理。,共射放大电路工作原理,放大电路中各电压、电流的符号有何规定?,你会做吗？,放大电路的基本概念是什么？放大电路中能量的控制与变换关系如何？,检验学习结果,基本放大电路的组成原则是什么？以共射组态基本放大电路为例加以说明,7.2 基本放大电路的静态分析,输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“静态”。静态分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。,UBE,放大电路的直流通道,UCE,IC=IB,UCE=UCCICRC,直流下耦合电容C1、C2相当于开路,由直流通道求工作点上的IB：,由图可得,由晶体管放大原理可求得IC：,由图又可求得工作点上UCE：,式中ICRC前面的负号表示输出电压与集电极电流IC反相，即与输入电压反相。,1.放大电路静态分析的估算法,已知图示电路中UCC=10V，RB=250K，RC=3K， =50，试求该放大电路的静态工作点Q。,解,IB=37.2A,所以静态工作点Q：,IC=1.86mA,UCE=4.42V,例,注意：计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！,分析,t1,t1,t2,t3,t4,t3,t2,t4,此时ui小于死区的部分将无法得到传输，只有大于死区的部分才能转换成电流ib通过晶体管。,由于输入信号大部分无法通过晶体管，ib电流波形与ui波形完全不一样了，造成输入信号输入时的“截止失真”。,输入信号 电压波形,假如不设置静态工作点,不设置静态工作点行吗？,结论：为保证传输信号不失真地输入到放大器中得到放大，必须在放大电路中设置静态工作点。,利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法 称为图解法。其分析步骤一般为：,2. 用图解法求解静态工作点,(1)按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上 描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：,(2)画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。,由放大电路的直流通道可得：,UCE=UCCICRC,令,UCE=0， 可得：IC=UCC/RC,令,IC=0 可得：UCE=UCC,UCC,连接两点作出直流负载线,(3)确定静态工作点,只有IBQ对应的交点才是Q点,IBQ,直流负载线上交点有多个,固定偏置的放大电路存在很,温度TQ点ICUCEVC,若 温度上升，将造成输出特性曲线上移。,静态工作点Q 随之上移,如果VCVB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。,分析,上述固定偏置共射放大电路有哪些不足？,大的不足。例如当晶体管所处环境温,度升高时，晶体管内部载流子运动加剧，因此将,造成放大电路中的各参量将随之发生变化。,为不失真地传输信号，实用中需对,上述电路进行改造。分压式偏置的共,发射极放大电路可通过反馈环节有效,地抑制温度对静态工作点的影响。,分压式偏置的共发射极放大电路由于设置了反馈环节，因此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。,对固定偏置的放大电路进行改造。,RB,RB1,分压电阻,射极反馈电阻,射极旁路滤波电容,为稳定工作点Q而添加的负反馈环节,分压电阻,此电路就是能够抑制温度影响而引起静态工作点变化的分压式偏置的共发射极电压放大电路。,分压式偏置共射放大电路的静态分析,静态分析时，此电路需满足I1I2IB的小信号条件。,VB,VB的大小显然与温度无关。,分压式偏置共射放大电路的直流通道,偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合：I1I2IB 的条件。在小信号条件下，IB可近似视为0值。,忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：,分压式偏置共射放大电路的静态分析,上述分析步骤，就是分压式偏置的共发射极电压放大 电路的估算法。显然，基极电位VB的高低对静态工作点 的影响非常大。,UBE,UCE,基极电位VB的高低对静态工作点Q的影响,设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位VB选择偏高或偏低时，Q点随之上移或下行。设VB较高时：,Q,u0,Q点的上移造成放大过程中信号的一部分进入饱和区，发生饱和失真，集电极电流上削波。,放大电路输出电压同样产生饱和失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈下削波。,结论：,输入信号波形,iC,VB值大Q点高，饱和失真！,基极电位VB设置较低时对Q点的影响,VB设置的高低，取决于两个基极偏置电阻的数值选择，当RB1太大时， VB值就会较低，引起静态工作点Q下行：,Q,输入信号波形,Q点下行造成放大过程中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，集电极电流呈下削波。,iC,u0,放大电路输出电压同样产生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈现上削波。,结论：,VB值小Q点低，截止失真！,VB的高低对放大电路的静态工作点影响很大。温度对Q点的影响也不能忽视。分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了负反馈环节，因此当温度升高时，具有自调节能力。,设放大电路环境温度升高，此时:,由于电路具有对温度变化的自调节能力，因此集电极电流通常恒定，即:,温度变化IC基本不受影响,T,IB,IC,IE,VE,VBE,IC,只要基极电位和射极反馈电阻不变，集电极电流始终维持不变！,通过分析可知，交流放大电路中如果不设置静态工作点，输入的交流信号就无法全部通过放大电路，造成传输过程中信号的严重失真；若静态工作点设置不合适，同样会发生传输过程中的饱和失真和截止失真。,设置合适的静态工作点显然是放大电路保证传输质量的必要条件，其设置的原则是：保证正常的输入信号不失真的输出且保证静态工作点的相对稳定。,分压式偏置的共射放大电路显然可以实现上述原则。通过选择合适的分压电阻RB1和RB2，可获得一个恰当的基极电位VB值，以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏。这样，在信号传输的过程中晶体管就会始终工作在放大区，使放大电路正常工作。电路中的反馈电阻RE则起到了稳定工作点的作用，从而抑制了由于温度变化对放大电路产生的影响。,学习与归纳,放大电路中为什么要设置静态工作点？静态工作点不稳定对放大电路有何影响？,你会做吗？,放大电路的失真包括哪些？如何消除失真？两种失真下集电极电流的波形和输出电压的波形有何不同？,检验学习结果,能否说出RE和CE在放大电路中所起的作用。,7.3 基本放大电路的动态分析,放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态时，放大电路输入的是交流微弱小信号；电路内部各电压、电流都是交直流共存的叠加量；放大电路输出的则是被放大的输入信号。求解放大电路的动态输入电阻ri、输出电阻rO及电压放大倍数Au等参量的过程称为动态分析。,1.共射放大电路的动态分析,分压式偏置共发射极放大电路,输入信号源,放大电路 负载,电源为0时可视为“地”,电容相当于“交流短路”,RB1相当于接于基极与“地”之间,RC相当于接于集电极与“地”之间,分压式偏置共发射极放大电路的交流通道,由于发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共 发射极组态的放大电路。,电容CE在电路中起何作用？,电容CE的作用：交流通路中，射极电容将反馈电阻短路，则Au不受影响。,如果把射极电容去掉，对电路会产生何影响？,如果把射极电容