注册电气工程师考试学习资料基本放大电路.ppt

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1、基本放大电路,考试大纲要求： 2 放大电路基础 2.1 掌握基本放大电路、静态工作点、直流负载和交流负载线 2.2 掌握放大电路的基本的分析方法 2.3 了解放大电路的频率特性和主要性能指标 2.4 了解反馈的概念、类型及极性；电压串联型负反馈的分析计算 2.5 了解正负反馈的特点；其它反馈类型的电路分析；不同反馈类型对性能的影响；自激的原因及条件 2.6 了解消除自激的方法，去耦电路,重点知识点：1.共射极基本放大电路基本结构2.静态分析：直流通路、工作点估算、图解法3.动态分析：交流通路、微变等效电路、动态参数计算4.放大电路的反馈类型及判断方法,1. 放大的概念和放大电路的主要性能指标,

2、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,放大的基本要求(前提)：不失真,放大电路的性能指标,输入电阻 Ri,输出电阻 Ro, 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, 输入电阻 Ri,定义：,有效值,衡量放大电路获取信号的能力, 输出电阻 Ro,定义：,衡量放大电路带负载的能力,输入电阻和输出电阻对放大能力的影响,通频带 fbw,f,fH 上限截止频率,fL 下限截止频率,fbw=fH-fL,A=0.7Am,衡量放大电路对信号频率的适应能力,非线性失真系数 D,定义：,A1 基波幅值A2，A3 ， 谐波幅值, 最大不失真输

3、出电压 Uom, 最大输出功率Pom与效率,负载获得的最大功率,电源消耗的功率,2. 基本共射放大电路的工作原理,一. 基本放大电路的组成,放大元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,耦合电容,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。,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，将变化的电流转变为变化的电压。,RC的值一般为几千欧到几十千欧。,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,RB的值一般为几十千欧到几百千欧。,可以省去,电路改进：采用单电源供电,RB需要相应地提高阻值。,在晶体管电路中，通常将输入电

4、压、输出电压以及电源的公共端称为“地”用表示，但并不见得真的接到大地，只是以“地”端为零电位，作为电路中各点电位的参考点。换句话说，电路中各点电位的极性和数值，如不特殊注明，都是指该点相对于“地”的电位差。,直流通路与交流通路,直流通路：直流量流经的通路,交流通路：交流信号流经的通路,放大电路的分析：（1）静态分析； （2）动态分析。,（1）直流通路：直流电流流经的通路，用于静态分析。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。,（2）交流通路：交流电流流经的通路，用于动态分析。对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视

5、为短路。,思考题：（1）为什么直流通路中“电容视为开路、电感视为短路、信号源视为短路” ？ （2）为什么交流通路中“大容量电容视为短路、大容量电感视为开路、直流电源视为短路” ？,二. 放大电路的静态工作点,放大电路没有输入信号时的工作状态称为直流工作状态或静止状态，简称静态。 静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值，IB、IC和UCE。 这些值可以在晶体管特性曲线上确定一个点，称为静态工作点，用Q表示，分别记为IBQ、ICQ和UCEQ。,（1） 用直流通路法估算静态工作点,直流通道,计算公式如下：,在本放大电路中，电源电压EC和集电极电阻RC的大小确定后，静态工作点的位置就仅取决于偏

6、置电流IBQ的大小。 而IBQECRB，因此当RB一经选定，IBQ也就固定不变，故该电路又称为固定偏置电路。,（2） 用图解法确定静态工作点 利用晶体管的特性曲线，通过作图来分析放大器基本性能的方法，称为图解法。 图解法既可求取放大器的静态工作点，又可分析放大器的动态过程。,晶体管是一非线性元件，即其集电极电流IC与集-射电压UCE之间不是直线关系，而是图2-13所示的输出特性曲线的关系，但UCE=EC-ICRC则是一线性方程。 这就要求静态值既要符合非线性元件晶体管T的电压与电流的关系，同时又要符合电路中线性元件上的电压与电流的关系。显然，只有曲线与直线的交点才能同时满足两者要求。这一交点即

7、为静态工作点。,IC,UCE,根据UCE=ECICRC 确定横轴上的点N（IC=0）和纵轴上的点M（UCE=0），直线MN即为直流负载线。,1）在给出的输出特性曲线上作直流负载线,由于它是由直流通路得出的，且与集电极负载电阻Rc有关，故称为直流负载线。其斜率为tga=1Rc，Rc愈小直线愈陡。2）求基极偏流IB：IBEC/RB。 3）直流负载线MN与曲线IB的交点Q即为放大器的静态工作点，它所对应的值即为静态值IBQ、ICQ和UCEQ。, 共射放大电路的工作原理,UBE,UCE,IB,IC, 设置静态工作点的必要性,当ui ui，输入信号ui通过放大器后被放大了，而且放大后没有改变原来的形状，

8、但在相位上相差180。, 交流通路和交流负载线： 实际应用中，放大器总是带负载的，如带下一级放大器，也可能带一个表头或喇叭、显示装置中的偏转板等。 对于低频交流信号，这些负载可简化为一个负载电阻RL。放大器带负载时，相当于图2-17(b)中接入了虚线部分。,微变等效电路法进行共射放大电路的动态分析,交流负载线：由交流通路可以看到，输出电压uo实际上加于 RL上， RL就是放大器交流通路的等效负载，简称交流负载，为 RC/RL。 有交流输入时，反应输出回路中总的电压与电流关系的直线称为交流负载线。,比较放大器的直、交流负载线可知：根据电阻并联的规律知，RLtga，因此交流负载线比直流负载线陡。从

9、输出电压波形看到，带载后，输出交流信号电压uo要减小。在外接负载RL趋向于无穷大(相当于开路)时，RLRC，交、直流负载线重合为同一条直线。,电压放大倍数： 放大器的放大对象是变化量，其放大能力常用电压的放大倍数Ku来描述。 电压放大倍数是指在不失真的条件下，输出电压的变化量Uo与输入电压的变化量Ui之比，即 Ku= Uo/ Ui, 放大电路的非线性失真： 利用图解法可以在特性曲线上清楚地观察到波形失真的情况。前面说过，对放大电路的基本要求，就是输出信号尽可能不失真。所谓失真，是指输出信号的波形不像输入信号。 引起失真的原因很多，其中最基本的一个，是由于工作点不合适或信号太大，使放大电路的工作

10、范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，这种失真通常称为非线性失真。非线性失真有两种情况，一种是饱和失真，另一种是截止失真。,a. Q点过高，即IB偏大，工作点接近饱和区，产生饱和失真。,Q,b. Q点过低，即IB偏小，工作点接近截止区，信号进入截止区，产生截止失真。,波形非线性失真的分析,图 基本共射放大电路的波形分析,基本共射放大电路的截止失真,波形的失真：,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。,注意：对于PNP

11、管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,放大电路动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求： 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； 要有合适的交流负载线。,Vom=minVom1， Vom2,（2） 等效电路法,将晶体管的非线性特性线性化，即用线性电路代替晶体管。,1.晶体管的直流模型及静态工作点的估算法,静态工作点的估算,阻容耦合共射放大电路,晶体管共射h参数等效模型,晶体管 线性双口网络 等效电路, 简化的h参数等效模型, rbe的近似表达式,低频小功率管 rbb200, 共射放大电路动态参数的分析,微变等效电路,交流通路,由输入回路,由输出回路,Rb

12、,Rc,RL,Rs,Ri,Ro,4. 放大电路静态工作点的稳定,T,（1）静态工作点稳定的必要性,晶体管参数变化,Q,电路动态参数变化,动画：2-8温度对Q点的影响,（2）典型的静态工作点稳定电路,由于晶体管对温度十分敏感，尽管选择的静态工作点在正常温度条件下是合适的，但当温度升高时，集电极反向饱和电流ICBO将增大(大约每升高 10， ICBO增加一倍)。对于上述固定偏置放大电路， ICBO增大又使穿透电流 ICEO增大，从而引起Ic的增大、输出特性曲线的上移，最终导致原来设置好的工作点发生偏移，严重时会使原来工作良好的放大器产生非线性失真。因此必须采取措施，提高放大器对温度的稳定性，减小工

13、作点的漂移。,静态工作点稳定的分压式电流负反馈偏置放大电路，是交流放大器中应用最广泛的基本单元电路。 其中三个偏置元件RBI、RB2、RE起着稳定工作点的作用。,uo,保持基极对地的静态电位UB基本固定，即IB1IBQ,发射极保持有足够大的电流负反馈，即UEUBE,分压式偏置电路能稳定静态工作点的物理过程可表示如下： TICIEUEUBE（=UB-UE）IB IC 即温度T上升导致IC上升，而IEIC也上升；IE上升又导致了UE上升。但UB固定不变，所以UE的上升使得UBE下降；UBE的下降导致IB下降，从而使IC下降。最终结果使得IC趋于稳定，从而稳定了静态工作点。这种减小IC变化的方法，称

14、为电流负反馈。,根据以上分析，由于要求满足IB2IB，似乎IB2越大越好。其实不然，还要考虑到其它影响。IB2不能太大，否则RB1和RB2就要取得较小，这不但要增加功率损耗，而且从信号源取用较大的电流，使信号源的内阻压降增加，加在放大器输入端的电压 ui减小。一般RB1和RB2为几十千欧。 基极电位UB也不能太高，否则UE增高将使UCE相应地减小(Ec一定)，因而减小了放大电路输出电压的变化范围。一般硅管取IB2=(5-10)IB和UB=(5-10)UBE。,接入发射极电阻RE，虽然使射极电流的直流分量IE通过它，起到了负反馈自动稳定静态工作点的作用；但发射极电流的交流分量iC也通过它产生交流

15、压降，产生负反馈作用，使电压放大倍数下降。 为此，可在RE两端并联电容CE，只要CE足够大，即可对交流分量视为短路，对交流信号不起负反馈作用，故CE称为发射极交流旁路电容，其值一般取为10100uF。,计算分压式电流负反馈偏置电路的电压放大倍数Ku、输出电阻ro同前面一样，但输入电阻则改为ri=RB1/RB2/rbe。 另外，静态工作点的求取与固定偏置式电路也不同，分压式偏置放大器应先求出IEQICQ，再计算UCQ=EC-ICQ(Rc+RE)和IBQ=ICQ/。,Q点稳定原理:电路中，满足 I1IBQ,T,Ic(IE),UE (=IERe),UBE (=UB-UE),IB ,将输出量通过一定的

16、方式引回到输入回路来影响输入量的措施称为反馈。由于反馈的结果使输出量的变化减小，称为负反馈。由于反馈出现在直流通路中，称为直流负反馈。,一.静态工作点的估算,二.动态参数的估算,交流等效电路,（有旁路电容）,Ri=Rb1Rb2 rbe,Ro=Rc,动态参数的估算,若无旁路电容，交流等效电路,（无旁路电容）,Ri=Rb1Rb2 rbe+（1+）Re,Ro=Rc,5.晶体管单管放大电路的三种基本接法(三种组态),三种基本接法,VCE= VCCIERe= VCCICRe,直流分析(Q点),（1）共集电极放大电路,交流分析,电压放大倍数,输入电阻 Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+)RL ) RL = RL / Re, 输出电阻,将输入信号短路，负载开路，由外加的等效输出信号 可以求出输出电流：,例 图示电路，已知VCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）用估算法计算静态工作点,2.共基放大电路,直流分析(Q点) 与共射相同。,交流分析,三种接法(组态)的比较,CECCCB,Au Ai Ri Ro,应用,大(反相)1大(同相),大大fL，上限频率fHfH，通频带fwfw。,本 章 完,