电工与电子技术下册基本放大电路

1、1,第15章基本放大电路,授课老师：蒙自明（物理与光电工程学院）Email: Code:cheliang10,2,半导体二极管,单向导电性,3,半导体三极管,放大和开关的作用,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,4,电流分配和放大原理,1. 三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVE 集电结反偏 VCVB,5,1. 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管UBE 0.60.7V PNP型锗管UBE 0.2 0.3V,6,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 ， UCE UCC,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体

2、管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,体现了三极管的开关作用,8,基尔霍夫定律,第一定律又称基尔霍夫电流定律，简记为KCL，是电流的连续性在集总参数电路上的体现，其物理背景是电荷守恒公理。内容：在任一瞬时，流向某一结点的电流之和恒等于由该结点流出的电流之和。第二定律又称基尔霍夫电压定律，简记为KVL，是电场为位场时电位的单值性在集总参数电路上的体现，其物理背景是能量守恒公理。内容：在任一瞬间，沿电路中的任一回路绕行一周，在该回路上电动势之和恒等于各电阻上的电压降之和。,9,15.1 基本放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.3 放大电路的动态分析,15.5 放大电路中的频率特性,本章要点,10,1. 理解单个晶体管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电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

3、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。 5. 了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。,本章要求：,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。,本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。,12,15.1 基本放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.3 放大电路的动态分析,15.5 放大电路中的频率特性,本章要点,13,基本放大电路的组成,共发射极基本放大电路组成,共发射极基本电路,14,共发射极基本放大电路各元件作用,晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,15,集电极电源EC -为电路提

4、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C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,共发射极基本电路,共发射极基本放大电路各元件作用,16,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,1.电压放大倍数：,放大电路的主要技术指标,2. 非线性失真系数：所有的谐波总量与基波成分之比，定义为非线性失真系数。,3.输入电阻,4. 输出电阻,5. 通频带：通常将放大倍数在高频和低频段分别下降为中频段放大倍数的1/ 时，所包括的频率范围。,6. 最大输出功率,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,共发射极放大电路的电压放大作用,结论：,(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。,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

5、 iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,共发射极放大电路的电压放大作用,结论：,(2) 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,23,直流通路和交流通路,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。,结论：,(3) 若参数选取得当，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。,25,实现放大的条件,(1) 晶体管必须工作在放大区。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

6、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。,28,15.1 基本放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.3 放大电路的动态分析,15.5 放大电路中的频率特性,本章要点,29,放大电路的静态分析,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 。,静态分析：确定放大电路的静态值

7、。,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，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：,用图解法确定静态值,用作图的方法确定静态值,步骤：1. 用估算法确定IB,优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。,2. 由输出特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,用图解法确定静态值,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,35,15.1 基本放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.3 放大电路的动态分析,15.5 放大电路中的频率特性,本章

8、要点,36,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,分析方法：微变等效电路法，图解法。 所用电路：放大电路的交流通路。,动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,分析对象：各极电压和电流的交流分量。,目的：找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设计打基础。,放大电路的动态分析,37,微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,微变等效电路法,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,1. 晶体管的微变等效电路,UBE,对于低频小功率三极管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,(1) 输入回路,Q,输入特性,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ub

9、e和 ib之间的关系。,(2) 输出回路,rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib 等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间，在手册中常用hfe表示。,O,ib,晶体管,微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,2. 放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路代替即可得放 大电路的微变等效电 路。,交流通路,微变等效电路,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,微变等效电路,2. 放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路代替即可得放 大电路的微变等效电 路。,3.电压放大倍数的计算,当放大电路输出端开路(未接RL)时，,因rbe与IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1：,3.电压放大倍数的计算,例2：,由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与ib的关系、 uo与ic 的关系。,4.放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。,定义：,输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,例1：,5. 放大电路输出电阻的计算,

《电工与电子技术下册基本放大电路》由会员g****分享，可在线阅读，更多相关《电工与电子技术下册基本放大电路》请在金锄头文库上搜索。