单元2++基本放大电路

单元2基本放大电路单元概述本单元从放大器的最基本单元—单管交流电压放大电路入手，对放大倍数、输入电阻输出电阻等定义，静态与动态、直流通路与交流通路、非线性失真等概念进行分析；着重介绍基本放大电路的组成、性能特点、基本工作原理和基本分析方法。单元2基本放大电路学习目标理解放大倍数、输入电阻、输出电阻等定义，静态与动态、直流通路与交流通路、非线性失真等概念；基本放掌握基本放大电路的性能特点及基本分析方法。2.1.1共发射极基本放大电路(1)三极管VT电路中的放大元件，起电流放大的作用。(2)集电极电阻RC能将三极管的电流放大作用转换成电压放大作用。(3)基极偏置电阻RB集电极电源ＵＣＣ确定后，适当选择RB的大小，就能得到合适的基极偏置电流(简称偏流)，确定了放大电路的静态工作点，从而使三极管在合适的直流工作状态下工作。(4)耦合电容Ｃ１、Ｃ２一是隔离直流信号，使放大电路的静态工作点不受信号源与负载的影响；二是传送交流信号。(5)集电极电源ＵＣＣ为整个放大电路提供能量，并通过集电极电阻ＲＣ、基极偏置电阻ＲＢ分别使三极管VT的集电结处于反向偏置，发射结处于正向偏置，从而保证三极管工作在放大状态。2.1.1共发射极基本放大电路图２-1共发射极基本放大电路2.1.2共射极放大电路的静态分析1.直流通路2.静态工作点的图解分析法1.直流通路图２-3三极管放大电路的静态工作点2.静态工作点的图解分析法图２-4静态工作点的图解法2.1.3共射极放大电路的动态分析1.放大电路的电压放大原理2.静态工作点与动态范围之间的关系2.1.3共射极放大电路的动态分析图２-5共射极放大电路中各点的波形1.放大电路的电压放大原理(1)电路中的直流量和交流量叠加成单向脉动电量后，始终使三极管的发射结为正向偏置，集电结为反向偏置，从而保证三极管能满足电流放大的外部条件。(2)共射放大电路具有倒相作用，即输入电压与输出电压反相180°。(3)只要适当选择集电极电阻ＲＣ的大小，就可使Ｕｏ＞＞Ｕｉ，将三极管的电流放大作用转变为电压放大，实现交流电压放大的目的。2.静态工作点与动态范围之间的关系(1)设置静态工作点的目的若设置了合适的静态工作点，即放大电路如图2-1中的各参数均选择适当，三极管具有一定的基极直流电流ＩＢＥＱ和直流电压ＵＢＥＱ，当加入正弦交流输入信号“ｕｉ”后，其合成单向脉动基极电压ｕＢＥ、电流ｉＢ的波形如图2-6b所示。图２-6输入回路图解分析2.静态工作点与动态范围之间的关系(2)静态工作点设置不合适的情况如图2-7a所示，若基极静态电流ＩＢＥＱ选得太小，集电极静态电流ＩＣＥＱ也就小，则静态工作点Ｑ偏低。图２-7静态工作点选择不当引起的失真2.静态工作点与动态范围之间的关系图２-8输入信号过大出现的失真现象(3)静态工作点设置合适而出现的失真情况即使有合适的静态工作2.静态工作点与动态范围之间的关系点，但在实际输入信号的幅值超过放大电路规定的动态范围时，输出信号也可能会相继产生饱和与截止失真，如图2-8所示，必须引起注意。(4)电路参数对静态工作点的影响及调整电路参数ＲＢ、ＲＣ和ＵＣＣ的改变都能使Ｑ点的位置发生变化。2.1.4放大电路的微变等效电路分析法1.三极管的线性简化电路2.共射极放大电路的微变等效简化电路1.三极管的线性简化电路(1)输入电阻的概念在输入小信号的条件下，现分别从三极管的输入与输出特性曲线入手来分析其线性电路。图２-9三极管输入1.三极管的线性简化电路图２-10输入小信号时三极管(2)受控恒流源的概念三极管输出特性曲线在静态工作点Q附近区1.三极管的线性简化电路域的曲线近似为一组与横轴平行的直线，如图2-4所示。2.共射极放大电路的微变等效简化电路图２-11三极管放大电路的微变分析过程(1)电压放大倍数的估算2.共射极放大电路的微变等效简化电路1)带负载运行时的电压放大倍数Ａｕ：由图2-11c微变等效简化电路可知2)空载时的电压放大倍数Aｕ′：放大电路空载指的是输出端不带负载，可视为ＲＬ=∞,故Δuｏ=－ΔiｃＲＣ，于是得(2)输入电阻与输出电阻图２-12共射极放大电路的2.共射极放大电路的微变等效简化电路1)输入电阻ｒｉ：显而易见，图2-12中所示的输入电阻ｒｉ就等于从图2-11c的输入端(A、B两点)看进去的等效电阻，即2)输出电阻ｒｏ：根据电工学中电流源与电压源等效互换的方法，显而易见，图2-12所示的输出电阻ｒｏ就等于从图2-11c的输出端(C、D两点)看进去的等效电阻，即(2)由式(2-12)和式(2-14)可得(3)由式(2-10)和式(2-11)可得图２-13电压串联负反馈电路2.2.1射极输出器的特性1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻2.2.2射极输出器的应用射极输出器的应用很广泛，虽然它的放大倍数等于1，但由于它具有输入电阻高和输出电阻低的特点，所以常作阻抗变换器使用。例如，测量仪器里的放大器，要求有高输入电阻，以减小它对被测电路的影响，提高测量仪器的精度，因此常用射极输出器作为其放大器的输入级来获得高输入电阻。由于它的输出电阻低，当作为放大器的输出级时，可提高其带负载的能力，即负载增大时，输出电压下降较小。在多级放大器中，射极输出器常作为中间隔离级（或称缓冲级），对前级放大电路而言，它的高输入电阻对前级影响甚小，而对后级放大电路而言，它的低输出电阻正好与输入电阻低的共射放大电路相配合，从而提高了整个多级放大器的放大能2.3.1负反馈的基本概念凡通过一定方式将放大电路输出回路中某个电量（电压或电流）的一部分或全部回送到输入回路的过程称为反馈。若反馈信号削弱了原输入信号，则称为负反馈，反之则为正反馈。2.3.2直流负反馈的主要作用1.温度对静态工作点的影响2.分压式偏置的直流电流负反馈放大电路1.温度对静态工作点的影响在放大电路中，若环境温度改变、三极管老化、电路参数改变以及电源波动等，都将引起放大电路的静态工作点不稳定，甚至导致放大电路不能正常工作。2.分压式偏置的直流电流负反馈放大电路图２-15静态工作点稳定的典型放大电路(1)负反馈稳定静态工作点的过程当温度升高时，2.分压式偏置的直流电流负反馈放大电路三极管参数发生变化，使集电极静态电流ＩＣ增大，则发射极电压ＵＥ增大，基极与发射极间的电压ＵＢＥ＝ＵＢ－ＵＥ减小(设基极电位ＵＢ不变)，基极电流ＩＢ必然减小，于是ＩＣ=βＩＢ减小，即ＩＣ随温度升高而增大的部分被抵消。(2)静态工作点稳定的条件以上对直流负反馈稳定静态工作点的作用进行了定性分析。图２-16图2-１５ａ的微变等效电路2.分压式偏置的直流电流负反馈放大电路(2)图2-15a的微变等效电路如图2-16所示。(3)带负载的放大倍数：2.3.3交流负反馈的主要作用1.电流串联负反馈电路2.电压串联负反馈电路1.电流串联负反馈电路图２-17电流串联负反馈电路(1)提高放大倍数的稳定性(2)提高输入电阻1.电流串联负反馈电路图２-18改进后的电流负(2)空载时的放大倍数2.电压串联负反馈电路图２-19多级放大电路的结构框图2.4.1多级放大电路级间的耦合方式及影响1.阻容耦合2.变压器耦合3.直接耦合2.4.1多级放大电路级间的耦合方式及影响图２-20多级放大电路级间的耦合方式ａ）阻容耦合ｂ）变压器耦合ｃ）直接耦合2.4.2电压放大倍数的计算在多级放大电路中，中间级的作用是积累电压放大倍数。为此，级间配合要求尽可能多地将前级信号传输到后级。对于后级是电流控制型器件则要求高输出电阻与低输入电阻配合，使前级电流源的信号尽可能多地传输到后级的支路；对于后级是电压控制型器件则要求低输出电阻与高输入电阻配合，使后级能得到尽可能高的输入电压。2.5.1基本差动式放大电路的结构及抑制零漂的原理图２-21基本差动式电路及差模信号输入方式2.5.2差动放大电路性能分析1.差模输入特性2.共模输入特性3.共模抑制比2.6.1功率放大电路的任务图２-23功率放大电路的常见类型2.6.2功率放大电路的常见类型(1)目的学习如何设置放大器的静态工作点及其调整方法；学习放大器的放大倍数、频率响应、输入电阻和输出电阻的测量方法；掌握放大器电路的设计、安装及调试方法。(2)能力及标准要求学会放大电路的测试原则、内容和方法；学会分析与检测放大电路故障的方法。(3)准备低频信号发生器、晶体管毫伏表、双踪示波器、失真度测量仪、双路稳压电源各1台，数字式(或指针式)万用表1块。(4)步骤(5)注意事项注意测试条件及仪器仪表的选择。2.6.2功率放大电路的常见类型图２-242.6.2功率放大电路的常见类型图２-252.6.2功率放大电路的常见类型图２-262.6.2功率放大电路的常见类型图２-27学习本单元时，应在理解各种基本放大电路的组成与工作原理的基础上，掌握其性能特点。利用三极管的电流控制作用可实现电流的放大，三极管放大器有三种组态。共发射极放大器的电压和电流放大倍数都较大，应用广泛；共集电极放大器的输入电阻高、输出电阻小，电压放大倍数接近1，适用于信号的跟随；共基极放大器适用于高频信号的放大。复习思考题1试判断图2-24中各个电路能不能放大交流信号?为什么?2放大电路的静态和动态各指的是什么状态？静态工作点指的是3放大电路为什么要设置静态工作点？什么叫饱和失真？什么叫4电路如图2-25所示，计算：（1）无输入信号时，基极、发射极及集电极电位；（2）加输入信号时，发射极及集电极电位的5试比较共射放大电路的输入电阻ｒｉ与三极管的输入电阻ｒｂ6某放大器不带负载时，测得其输出端开路电压Ｕｏ′=15V,而带上负载电阻51kΩ时，测得输出电压Ｕｏ=1V，求该放大器得输出电阻ｒｏ=13功率放大电路与电压放大电路的异同点是什么？其常见类型有哪些？复习思考题7电路如图2-25所示，若β=60，ＵＣＣ=12V，ＲＣ=4kΩb=300kΩ，并在Ｒb支路上串一只600kΩ的电位器ＲＰ，试求：（1=7V，ＲＰ的值应该调到多大？（2）欲=2mA8分压式偏置电路的静态工作点的稳定条件是什么?9单管放大电路如图2-26所示，已知三极管的电流放大系数β=50，求：（1）估算Q点；（2）画出简化等效电路；（3）估算三极4）如果输出端接入4kΩ的负载电阻，10=10，Ａｕ２=100，Ａｕ３=501112差动放大电路的结构特点及抑制零点漂移的原理是什么？