電工實訓第13章課件

1、學習目標【知識目標】 1.能識讀共射放大電路圖，理解共射放大電路的電路結構和主要元件的作用 2.了解小信號放大器的靜態(tài)工作點和性能指標的含義 3.了解溫度對放大器靜態(tài)工作點的影響 4.了解多級放大器的三種級間耦合方式及特點 5.了解負反饋的概念、及對放大電路性能的影響 6.了解集成運放的電路結構、符號、引腳功能及其理想特性在實際中的應用 【技能目標】 1.會使用萬用表調試晶體三極管靜態(tài)工作點 2.會安裝和調試分壓式放大器 主要內容 13.1 基本放大電路 13.1.1 基本共射極放大電路的結構 13.1.2 共射極放大的靜態(tài)分析 13.1.3 共射極放大的動態(tài)分析 13.1.4 放大電路的主要

2、性能指標 13.1.5 分壓式偏置放大電路13.2 多級放大電路 13.2.1 多級放大電路的耦合方式 13.2.2 多級放大電路的主要參數13.3 負反饋放大電路 13.3.1 負反饋的基本概念 13.3.2 負反饋對放大電路性能的影響13.4 集成運算放大器 13.4.1 集成運算放大器的基本特征 13.4.2 集成運算放大器的主要參數及理想特征 13.4.3 集成運算放大器的應用電路13.1 基本放大電路 13.1.1 基本共射極放大電路結構 如圖13-1所示，共射極放大電路主要由以下部分組成： 【晶體管三極管T】 起電流放大作用，通過基極電流iB控制集電極電流iC ，是放大電路核心元件

3、。 【基極偏置電阻Rb】 也稱偏流電阻，電源VCC通過Rb為三極管提供發(fā)射結正向偏壓，并給基極提供一個合適的直流偏置電流Ib，簡稱偏流 【集電極負載電阻Rc】 Rc將集電極電流的變化轉換成集射之間的電壓變化，這個變化的電壓，就是放大器的輸出信號，即通過Rc將三極管的電流放大作用轉換為電壓放大。圖13-1共射極放大電路 【直流電源VCC】 為三極管提供偏置電壓，使三極管處在放大狀態(tài)，同時也是放大電路的能量來源。 【耦合電容C1和C2】 用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放大電路和信號源及負載間直流相互隔離，起隔直作用。13.1.2 共射極放大電路的工作情況 放大電路的工作狀態(tài)分為靜態(tài)和

4、動態(tài)兩種，當放大電路無交流信號輸入（ui=0），僅工作在直流狀態(tài)時，稱為靜態(tài)；當放大電路有信號輸入（ui0），電路中的電壓、電流將隨輸入信號的變化做相應變化，稱為動態(tài)。 【靜態(tài)工作點Q】放大電路靜態(tài)工作時三極管各極電壓和電流UBE、IB、UCE和IC 的數值叫做放大電路的靜態(tài)工作點Q，相應的電壓、電流值記作UBEQ、IBQ、UCEQ和ICQ 。 圖13-2 直流通路 【靜態(tài)分析】即確定放大電路的靜態(tài)工作點UBEQ、IBQ、UCEQ和ICQ 的值，以確定三極管是否滿足放大要求。其中UBEQ基本恒定（硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V）。 為了便于分析和計算，需要畫出放大電路的直流通路（即直流等效

5、電路），如圖13-2所示，將圖13-1中電容C1和C2開路就可以得到共射極放大電路的直流通路。 13.1.3 共射極放大電路的動態(tài)分析 對于共射極放大電路的動態(tài)分析，我們可做如下實驗： 【課堂實驗】共射極放大電路動態(tài)分析 按圖13-3接好電路，由信號發(fā)生器輸入1KHz、10mV的正弦波信號，調試好靜態(tài)工作點后，用示波器觀察輸入、輸出電壓波形幅值和相位情況。圖13-3共射極放大電路動態(tài)分析實驗電路 實驗現象：用示波器觀察可得到如圖13-4所示波形。 實驗結論：由實驗可以看出輸出電壓uo比ui大得多，說明共射極放大電路具有電壓放大作用；且uo和ui反相，說明共射放大電路還具有倒相作用。 圖13-4

6、 共射極放大電路動態(tài)分析各點波形13.1.3 放大器的主要性能指標 【放大倍數】放大倍數是描述放大器放大能力的指標，常用A表示。放大器的框圖如圖13-5所示,左邊是輸入端，外接信號源，ui、ii分別為輸入電壓和輸入電流；右邊是輸出端，外接負載，uo、io分別為輸出電壓和輸出電流。 如圖所示13-5所示電壓放大倍數，即放大電路輸出電壓與輸入電壓之比為： 除電壓放大倍，還有電流放大倍數Ai和功率放大倍數Ap， 三者關系為： 工程上常用對數來表示放大倍數，稱為增益G，單位為分貝(dB)。 電壓增益為： Gu=20lgAv(dB) 圖13-5 放大器的方框圖 【輸入電阻ri】輸入電阻是從放大電路的輸入

7、端向放大器里面看進去的等效電阻，它放大器工作時，向信號源索取電流的本領。ri大，則放大器向信號源索取的電流小；ri小，則放大器向信號源索取的電流大。所以，從放大器的性能來看，放大器的輸入電阻大一些好。 【輸出電阻ro】輸出電阻ro是當放大器不接負載（空載）時，從放大器的輸出端向放大器里面看進去的等效電阻。輸出電阻反映了放大器的帶負載能力， ro小，則帶負載能力強。所以，從放大器的性能來看，放大器的輸出電阻小一些好。13.1.4. 分壓式偏置放大電路 【 溫度對靜態(tài)工作點的影響】 基本共射極放大電路雖然結構簡單，調試方便，電壓放大作用明顯，但其靜態(tài)工作點易受外界條件變化影響，難以保持穩(wěn)定。 引起

8、靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的原因很多，如電源電壓波動、電路參數變化、晶體管老化等，但影響最大的是溫度的變化，例如當溫度升高時，發(fā)射結正向電壓UBEQ減小，電流放大倍數增大，都會使ICQ增大，導致靜態(tài)工作點Q發(fā)生變化，引起放大電路動態(tài)參數發(fā)生變化，甚至造成放大電路不能正常工作。 為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，可以從電路結構上采取措施，分壓式偏置放大器就是典型的Q點穩(wěn)定電路。 【 分壓式偏置放大電路 】 分壓式偏置放大電路如圖13-6所示，圖中Rb1和Rb2分別為上下偏置電阻，組成分壓電路為三極管提供基級偏置電壓UBO。 Re為發(fā)射極電阻，起穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。 Ce為發(fā)射極旁路電容，對交流信號視為短路,它的作用是

9、提供交流信號通路，以減小信號損耗，使放大器的交流放大能力不因Re的存在而降低。 圖13-6 分壓式偏置電路13.2 多級放大電路 13.2.1 多級放大電路的耦合方式 多級放大電路的結構如圖13-7所示，組成多級放大電路的每一個基本放大電路稱為一級，第一級與信號源相連稱為輸入級，最后一級與負載相連稱為輸出級，其余稱為中間級。級與級之間的連接稱為耦合。常見的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。 【直接耦合多級放大電路】 將放大電路前極的輸出端直接連接到后極輸入端的方式，稱為直接耦合。 由于直接耦合多級放大電路各級的直流通路互相連通，所以各級靜態(tài)工作點相互影響，這樣就給電路的分析、設計和調試

10、帶來一定的困難。但直接耦合多級放大電路具有良好的低頻特性，不僅能放大交流信號，也能放大緩慢變化的信號；且體積小，易于集成化。圖13-7 多級放大器組成框圖 【阻容耦合多級放大電路】 將放大電路前級輸出端通過電容C連接到后級輸入端的方式，稱為阻容耦合。 阻容耦合多級放大電路，由于耦合電容的隔直流通交流作用，所以各級靜態(tài)工作點彼此獨立，互不影響，電路的分析、設計和調試簡單易行。但阻容耦合多級放大電路低頻特性差，不能放大緩慢變化的信號，信號頻率越低，電容上衰減越大；且不便于集成化。 【變壓器耦合多級放大電路】 將放大電路前級的輸出信號通過變壓器接到后級的輸入端或負載電阻上的方式，稱為變壓器耦合。 變

11、壓器耦合多級放大前后級靠磁路耦合，變壓器利用電磁感應將交流信號從變壓器的一次側感應到二次側，實現了信號的傳輸。所以與阻容耦合電路一樣，它的各級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立，便于分析、設計和調試。但它的低頻特性差，不能放大緩慢變化的信號，且笨重，更不能集成化。與前兩種多級放大電路比較，其最大的特點是可以實現阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應用。13.2.2 多級放大電路的主要參數 【電壓放大倍數】 在多級放大電路中，由于前級的輸出電壓就是后級的輸入電壓，所以總的電壓放大倍數等于各級放大倍數之積，對于n級放大電路，有 Au= Au1 Au2 Aun 【.輸入電阻】多級放大電路的輸入電

12、阻Ri就是第一級的輸入電阻Ri1，即 Ri = Ri1 【輸出電阻】 多級放大電路的輸出電阻Ro等于第n級（末級）的輸出電阻Ron ，即 Ro = Ron13.3 負反饋放大電路 13.3.1 負反饋的基本概念 【反饋】在電子電路中，如圖13-8所示將放大電路的輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部通過一定的電路形式回送到放大電路輸入回路，用來影響其輸入量（輸入電壓或輸入電流）的措施稱為反饋。反饋到輸入端的信號稱為反饋信號，用于傳輸反饋信號的電路稱為反饋電路或反饋網絡，帶有反饋環(huán)節(jié)的放大電路稱為反饋放大電路。 【負反饋】根據放大電路反饋的效果，反饋可分為正反饋和負反饋兩大類。如果反饋使放大

13、電路凈輸入量增大，則稱為正反饋；如果反饋使放大電路凈輸入量減小，則稱為負反饋。由于負反饋可以改善多項放大器的性能指標，因此在現代工業(yè)產品中所用到的放大器幾乎都帶有反饋。 圖13-8 反饋放大電路框圖13.3.2 負反饋對放大電路性能的影響 放大電路引入負反饋后，能使其多項性能指標得到改善： 【提高放大倍數的穩(wěn)定性】一般來講，放大電路的放大倍數是不穩(wěn)定的，例如，環(huán)境溫度的變化、更換晶體管，負載發(fā)生變化時都會引起放大倍數的變化，引入負反饋后能減小這種變化。 【改變放大電路的輸入、輸出電阻】負反饋對放大電路輸入、輸出電阻的影響與放大電路的反饋類型有關。電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增

14、大；并聯負反饋使輸入電阻減小，串聯負反饋使輸入電阻增大。 【展寬頻帶】通頻帶反映放大電路對輸入信號頻率變化的適應能力，既然放大電路引入負反饋后，由于各種原因引起的放大倍數的變化都將減小，那么，由信號頻率的變化引起的放大倍數的變化也將減小，因此其效果是展寬了通頻帶。 【減小非線性失真】對于理想放大電路，其輸出信號與輸入信號應完全呈線性關系，若輸入正弦信號，則輸出也應是正弦波，不應該產生失真。但是，由于組成放大電路的半導體器件均有非線性特征，所以會引起輸出信號的非線性失真，引入負反饋后可以在一定程度上減小輸出信號的非線性失真。 例如，在圖13-9a所示電路中，在放大電路沒有引入負反饋時，假定輸出電

15、壓的失真波形uo是正半周大,負半周小。當放大電路引入負反饋后，圖13-9b所示（這里以引入電壓串聯負反饋為例，來說明它是如何減小非線性失真的）,由于反饋電壓uf正比于輸出電壓uo，因此反饋電壓uf的波形也為正半周大，負半周小，當其反饋到輸入端與輸入電壓ui疊加后，得到的凈輸入電壓ui=uiuf的波形卻變成正半周小，負半周大，這種失真的波形再經過基本放大電路放大就抵消了原先輸出波形的失真，從而較小了非線性失真，改善了輸出波形。圖13-9 負反饋對非線性失真的改善13.4 集成運算放大器 13.4.1 集成運算放大器的基本特征 1、集成運算放大器的電氣符號 集成運放的電路符號如圖13-11所示，電

16、路抽象為具有兩個輸入端uP、uN,和一個輸出端uo的三端放大器。其中標“+”的為同相輸入端，標“-”的為反相輸入端。 圖13-11 集成運放的常用圖形符號2、集成運算放大器的結構 集成運算實質上是一個具有高放大倍數、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路。它的內部通常包含四個基本組成部分，即輸入級、中間級、輸出級和偏置電路，如圖13-12所示。其中，中間級是主放大器，主要提供足夠的放大倍數；輸出級主要提供足夠的輸出功率；偏置電路主要為各級放大電路建立合適而穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。 13-12 集成運放電路框圖13.4.2 集成運算放大器的主要參數及理想特性 【開環(huán)差模電壓放大倍數 】 是指集成

17、運放無外加反饋時的差模電壓放大倍數，即 。通用型集成運放的 通常在105左右，且 越大，運算精度越高，在理想運放中 。 【差模輸入電阻rid】 rid是指集成運放對輸入差模信號的輸入電阻， rid越大，從信號源索取的電流越小，對信號源的影響也越小，在理想運放中： ，輸出電阻 。 【共模抑制比KCMR 】 KCMR是指差模放大倍數與共模放大倍數之比的絕對值，即 ， KCMR越大，對共模信號抑制能力越強，理想運放中 。 【虛短】由于理想運放的開環(huán)差模電壓放大倍數為 ，可得 ，故有 ，即集成運放同相輸入端和反相輸入端電位相等，相當于短路，但又不是實際電路短路，故稱為虛短 【虛斷】由于理想運放的差模輸入電阻 ，故可認為其兩個輸入端的凈輸入電流為零，即 , 好像電路斷開一樣，但又不是實際斷開電路，故稱為虛斷。 13.4.3 集成運算放大器的應用電路 1.反相比例運算電路 【電路結構】反相比例運算電路如圖13-13所示，輸入電壓uI經電阻R1作用于集成運放的反相輸入端，故輸出電壓uO與輸入電壓uI反相，同相輸入端經電阻R2接地， R2為補償電阻，以保證集成運放輸入級的對稱性，在反相輸入端和輸出端之間接一反饋電阻Rf ，引入反饋。圖13-13 反相比例運算放大電路 【電路功能】根據理想運放“虛斷”的特性，有 ，由圖可知根據理想運放“虛短”的特性，有 =0，可得： 可見，uO與u