第2章交流放大电路ppt.ppt

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1、第二章 交流放大电路,2.1 基本放大电路的组成,2.4 工作点稳定的放大电路,2.5 阻容耦合多级放大电路及其频率特性,2.6 射极输出器,2.7 功率放大电路,2.8 场效应管放大电路,第2章 目录,2.2 放大电路的静态分析,2.3 放大电路的动态分析,C,E,B,EB,UCC,省去一个直流电源,2.1 基本放大电路的组成,共发射极接法放大电路,第2章 2.1,RC,RB,T,+VCC,RB,RC,C1,C2,T,耦合电容,基本交流放大电路的组成,第2章 2.1,C1,T,信号源,负载,C1 用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路；C2用 来隔断放大电路与负载之间的直流通路。同时又起到

2、耦合交流的作用，其电容值应足够大，以保证在一定 的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略 不计，即对交流信号可视为短路。,耦合电容的作用：,第2章 2.1,RC,RB,VCC,C2,2.2 放大电路的静态分析,静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静 态值（直流值）UBE、IB、 IC 和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。,ui =0,第2章 2.2,C1,T,RC,RB,VCC,C2,2.2.1 估算法,画出直流通路,UCE = VCC - IC RC,硅管的UBE 约为 0.6V,锗管的UBE约为 0.2V,第2章 2.2,ui

3、 =0,C1,T,RC,RB,VCC,C2,2.2.2 图解法,例：在基本交流放大电路中，已知 VCC = 12V, RC = 4k， RB =280k，三极管的特性曲线如图所示，试求静态值。,解： 先估算 IB,将方程 UCE = VCC - IC RC所表示的直线画在三极管输出特性曲线的坐标平面上,直线上的两点:,N点 : IC = VCC / RC = 3mA , UCE =0,M点 : IC = 0 , UCE = VCC = 12V,第2章 2.2,0,IB = 0 A,20A,40 A,60 A,80 A,1,2,3,1.5,2,4,6,8,10,12,求得静态值为 : IC =

4、1.5mA , UCE = 6V , IB = 40A,图解过程:,第2章 2.2,IC / mA,UCE /V,0,IB = 4 0 A,60,80,1,2,3,Q,2,4,6,8,10,12,0,M,2.2.3. 静态工作点与电路参数的关系,第2章 2.2,IC / mA,UCE /V,VCC,0,IB = 4 0 A,20,60,80,1,2,3,1.5,2,4,6,8,10,12,0,M,Q,Q,第2章 2.2,IC / mA,UCE /V,VCC,0,20,60,80,1,2,3,VCC,2,4,6,8,10,12,0,M,Q,3、Rc和RB不变, Vcc减小为Vcc时,M,IB =

5、 4 0 A,第2章 2.2,IC / mA,UCE /V,2.3 放大电路的动态分析,放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是 在静态值确定后,分析信号的传输情况。加入输入信号 后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量。,1. 输出端开路,例：已知 VCC = 12V, RC = 4k, RB =280k，C1 =C2 =50F，三极管的特性曲线如图所示。输入信号 ui = Uim sin t = 0.02sin t (v),2.3.1 图解法,第2章 2.3,VCC,RB,RC,C1,C2,T,uBE,uCE,iB,iC,ui,UC1,UC2,uo,+,+,uBE 的波

6、形,注意各种符号的不同含义,直流分量,交流分量,交直流总量,根据输入回路的KVL方程：,第2章 2.3,0,uBE/V,Q1,Q,Q2,60,40,20,0,0,60,40,20,IB,0.58,0.6,0.62,UBE,t,t,在输入特性上作图,ube,uBE/V,第2章 2.3,0,IB = 4 0 A,20,60,80,3,Q,1. 5,6,12,N,0,M,t,0,0,2.25,0.75,2.25,1.5,0.75,IC,UCE,3,9,uCE /V,uCE /V,t,3,6,9,在输出特性上作图,输出端开路时交、直流负载线重合,第2章 2.3,iC / mA,iC / mA,T,VC

7、C 对交流可视为短路,2.输出端接负载,+,+,画出交流通路,第2章 2.3,C1,RC,RB,VCC,C2,us,uo,RS,RL,由基本放大电路的交流通路可以得出:,iC与uCE仍为直线关系,且该直线通过静态工作点,将其称为交流负载线 ,因为RL IB , I2 IB , 可以,认为 I1 I2,则,电路组成,第2章 2.4,RB1,uo,RS,us,IB,温度升高 IC IE VE UBE ,IC ,2 .静态分析和动态分析,要求：（1）计算静态值 IB 、 IC 和 UCE ；,C1 = C2 = 20F ,三极管的 = 50。,RB2 = 10K, RC =4K, RE =2.2K,

8、 RL =4K, CE = 100F ,例：在分压式偏置电路中，已知：VCC =12V，RB1= 30K,第2章 2.4,UCE,解：（1）可用估算法求静态值,IC IE,UCE = VCCICRCICRE,= 121.09(4+2.2)=5.24V,直流通路,（2）动态分析,画出微变等效电路,第2章 2.4,分压式偏置电路的微变等效电路,第2章 2.4,RC,RL,RB2,RB1,rbe,T,+,第2章 2.4,uo,RC,RS,us,C1,C2,RL,RB2,RB1,RE1,RE2,VCC,rbe,画出微变等效电路,RE1使Au减小， ri增加。,Ib,第2章 2.4,RC,RL,RB2,

9、RB1,RE1,2.5 阻容耦合多级放大电路及其频率特性,2.5.1 阻容耦合多级放大电路,以两级阻容耦合放大电路为例,第2章 2.5,两级阻容耦合放大电路的微变等效电路,1. 电压放大倍数,rbe1,RC1,RL,RB1,RS,RB3,rbe2,RB2,RC2,ri2,2. 输入电阻,ri = ri1 = RB1 / RB2 / rbe1,3. 输出电阻,ro = ro2 = RC2,第2章 2.5,2.5.2 阻容耦合放大电路的频率特性,T,+,+,1. 单级放大电路的频率特性,放大电路放大倍数的幅值随频率变化的关系称为幅频特性；输出信号与输入信号的相位差 随频率变化的关系称为相频特性。,

10、第2章 2.5,C1,RC,RB,VCC,C2,uo,RL,ui,E,所以 C1 、 C2可视为短路, CO可视为开路。,(1) 中频段,在中频段这段频率范围内，满足： XC1 RL,电压放大倍数的幅值与相位均与不随频率变化。,中频段的微变等效电路,第2章 2.5,C1,C2,RB,RC,RL,rbe,C1、 C2 可视为短路, CO的分流作用不可忽视，同时 随频率升高而下降，引起电压放大倍数的幅值下降，由 -180向 -270变化。,(3) 高频段,电压放大倍数的幅值下降， 由 -180向 -90变化。,C1 、C2不可视为短路, CO可视为开路。,(2) 低频段,低频段的微变等效电路,第2

11、章 2.5,E,RB,RC,rbe,fL,fL,fH,fH,f,f,Au,Auo,0.707Auo,0,90, 180, 270,单级放大电路的频率特性,0,高频段,低频段,第2章 2.5,Au1,Auo1,0.707Auo1,0,fL1,fH1,Auo2,0.707Auo2,0,fL2,fH2,Au2,Au,0.707Auo,0.5Auo,Auo,0,fL1,fL,fH1,fH,中频段两级阻容耦合放大 电路总电压放大倍数:,在下限频率 fL1 = fL2 处,总电压放大倍数下降为,故通频带变窄了,2. 多级放大电路的频率特性,f,f,f,第2章 2.5,T,+,+,2.6 射极输出器,从发射

12、极和地之间取输出电压。,2.6.1 静态分析,UCE = VCC IERE,IE =(1+ ) IB,第2章 2.6,ui,uo,RS,C1,RB,C2,RE,RL,VCC,射极输出器的交流通路,由交流通路可以看出，对交流信号而言，集电极C接地，集电极是输入、输出电路的公共端，所以射极输出器是共集电极放大电路。,2.6.2 动态分析,第2章 2.6,T,us,uo,RC,RB,RL,RS,B,E,C,射极输出器的微变等效电路,rbe,E,B,C,RE,RL,RB,RS,ri,1. 电压放大倍数,2. 输入电阻,ri =RB /rbe + (1+)(RE/RL),第2章 2.6,3. 输出电阻,

13、第2章 2.6,射极输出器的特点：,（1） 电压放大倍数小于1，但近似等于1。,（2） 输出电压与输入电压同相，具有跟随作用。,（3） 输入电阻高。,（4） 输出电阻低。,2.4.3 射极输出器的应用,可以用射极输出器作多级放大电路的输入级、输出级或中间级。,用射极输出器作输入级时，因其输入电阻高，可以减小放大电路对信号源的影响；作输出级时，利用它输出电阻低的特点，可以稳定输出电压，提高带负载能力；将射极输出器接在两级共发射级放大电路之间，可以起阻抗变换作用，改善整个放大电路的性能。,第2章 2.6,例：在图(a)所示电路中，已知 1=50，rbe1= 0.96k，（1）当负载RL变化50%，

14、即由3k变为1.5 k 时，试计算电压放大倍数的相对变化量；（2）如果在这个放大电路和负载之间加一级射极输出器作输出级，如图（b）所示，并已知：三极管T2的2 =50， rbe2=1k，再计算RL变化50%时，总电压放大倍数的相对变化量。,第2章 2.6,VCC,RB1,RC,C1,C2,T1,RL,uo,RB2,RE1,+,CE,+,+,RB3,RE2,C3,+,T2,27k,12k,3k,2k,300k,3k,ui,+15V,（b）,解：,当 RL =3k 时,当 RL =1.5k 时,（1）只有第一级:,第2章 2.6,(2) 画出两级放大电路的微变等效电路,电压放大倍数的相对变化量,当

15、RL =3k 时,ri2 =RB3 /rbe2 + (1+2)(RE2/RL),=300/1+(1+50)(3/3) =61.6 k ,第2章 2.6,=( 149)0.987= 147,当RL =1.5k 时,ri2 =300/1+(1+50)(3/1.5) =44.3 k ,第2章 2.6,电压放大倍数的相对变化量,可见在负载变化相同的情况下，接入射极输出器作输出级后，电压放大倍数的稳定性明显提高了。尽管射极输出器本身的电压放大倍数近似等于1，但由于它的输入电阻高，提高了第一级的电压放大倍数，因而总电压放大倍数比单独用第一级时也提高了很多。,射极输出器是一个深度电压串联负反馈放大电路(见3

16、.5节)。,第2章 2.6,2.7 功率放大电路,在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级，对功率放大电路的基本要求是：,(1) 输出功率尽可能大,(2) 效率要高,(3) 非线性失真要小,通常采用互补对称式功率放大电路，分为无输出电容和有输出电容两种方式。,效率定义为,第2章 2.7,2.7.1功率放大电路的三种工作状态,(3)乙类工作状态,(2)甲乙类工作状态,(1)甲类工作状态,第2章 2.7,t,t,ui,iL,0,0,2.7.2 互补对称功率放大电路,1.无输出电容的互补对称功率放大电路(OCL电路),(1) 原理电路,在ui正半周, T1导通, T2截止, T1的集电极电流ic1流

17、过负载RL,在ui负半周, T1截止, T2导通, T2的集电极电流ic2流过负载RL,第2章 2.7,iB,iB1,iB2,uBE2,o,t,t,交越失真的产生,o,o,t1,t4,t1,t2,t2,t3,t3,t4,由于三极管T1 、 T2没有静态偏压，在发射结电压小于死区电压时，产生交越失真。,uBE1,第2章 2.7,uBE2,uBE1,+ Vcc1,Vcc2,uo,T1,T2,RL,B1,B2,ui,(2) 设置静态偏置消除交越失真,偏置电路由二极管D1 、 D2电阻R1 、 R2和电位器RP组成。,第2章 2.7,iC2,iC1,VCC,RB1,RC,C,C3,T3,RL,RB2,

18、RE,+,CE,+,T1,T2,UC,iC2,B1,B2,E1,E2,uC3,2. 有输出电容的互补对称功率放大电路,(1) 原理电路,为了保证负载电流正负半周对称，在静态时，必须通过调节T3的静态工作点，使电容C上的电压UC等于VCC/2。,iL,第2章 2.7,iC1,t,iL,o,t,t,ui,uC3,o,o,UC3,电路中各点的静态值为,VB1= VB2 = VC3 = VCC /2,VE1= VE2 = UC = VCC /2,在ui正半周, 交直流总量uC3减小，即uC3 UGS时,UDS = VDD ID ( RD + RS ),第2章 2.8,2. 动态分析,(1) 场效应管的

19、小信号简化模型,由场效应管的特性曲线可知，当信号幅度较小时，跨导gm 可视为常数,因而可用一个线性的电压控制电流源来等效代替场效应管,即是场效应管的小信号简化模型。,第2章 2.8,画出分压式自偏压共源极放大电路的微变等效电路,RD,RL,RG1,RG2,G,D,S,RG,(2) 电压放大倍数,ri =RG + RG1 / RG2,(3) 输入电阻,(4) 输出电阻,第2章 2.8,2.8.2 场效应管源极输出器,+VDD,C1,RL,RG2,RS,+,ui,RG1,RG,S,G,D,+,C2,它是一个共漏极放大电路，静态值的估算方法与共源极放大电路相同。,动态分析：,第2章 2.8,源极输出器的微变等效电路,1、电压放大倍数,ri =RG + RG1 / RG2,2、输入电阻,第2章 2.8,3、输出电阻,计算输出电阻的电路,第2章 2.8,