《電工電子技術(shù)及應(yīng)用》課件-第9章

第9章基本交流放大電路9.1基本放大電路的組成及各元件的作用9.2放大電路的靜態(tài)分析9.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析9.4靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置與穩(wěn)定方法9.5共集電極放大電路9.6多級(jí)放大電路的分析與計(jì)算

第9章基本交流放大電路9.7差動(dòng)放大電路9.8功率放大電路9.9三極管放大電路在電子設(shè)備中的應(yīng)用9.10三極管開(kāi)關(guān)電路在電子設(shè)備中的應(yīng)用習(xí)題9

晶體管工作區(qū)分別為放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)。當(dāng)晶體管工作在放大區(qū)時(shí),主要是利用其組成放大電路,將微弱的電信號(hào)放大成較強(qiáng)的電信號(hào),以便有效地進(jìn)行觀察、測(cè)量或控制較大功率的負(fù)載。

9.1基本放大電路的組成及各元件的作用

9.1.1基本放大電路的組成圖9.1.1是最基本的共射極交流放大電路(又稱放大器)。由晶體管VT、電阻、電容、直流電源等組成。待放大的交流信號(hào)ui(通?？捎靡粋€(gè)理想電壓源eS和電阻RS串聯(lián)表示)。圖9.1.1共射極基本交流放大電路

9.1.2放大電路中各元件的作用

晶體管VT是放大元件,工作在線性放大區(qū)。利用它的放大作用,當(dāng)微小的輸入信號(hào)電壓ui

在基極產(chǎn)生微小的基極電流iB時(shí),晶體管控制電源UCC在輸入回路中產(chǎn)生較大的與基極電流成比例的集電極電流iC,從而在負(fù)載上獲得較大的與輸入電壓成比例的輸出電壓uo。如果從能量傳遞的角度看,輸入信號(hào)的能量較小,而輸出信號(hào)的能量較大,但這不是說(shuō)放大電路將輸入能量放大了。能量是守恒的,不能放大,輸出較大能量是來(lái)自直流電源UCC。

集電極電源電壓UCC有兩個(gè)作用:一個(gè)是保證晶體管集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū);另一個(gè)作用是為電路提供能源。UCC一般為幾伏特到幾十伏特。

集電極電阻RC將集電極電流變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?以實(shí)現(xiàn)電壓放大。RC的阻值一般為幾千歐姆到幾十千歐姆。它可以是一個(gè)純電阻,也可以是繼電器、發(fā)光二極管等,作為執(zhí)行元件或能量轉(zhuǎn)換元件。

基極偏置電阻RB主要作用是與電源UCC配合為晶體管提供合適的靜態(tài)基極電流IB

(也稱為偏置電流),RB的阻值較大,一般為幾十千歐姆到幾百千歐姆。

耦合電容C1、C2的主要作用是“隔直流,通交流”,它們可以有效地構(gòu)成放大電路的交流信號(hào)通路,避免信號(hào)源與放大器之間直流電位的互相影響。在圖9.1.1中,C1左邊與C2右邊只有交流信號(hào),中間部分交直并存。耦合電容多采用電解電容,連接時(shí)注意極性,正極接高電位,一般為幾微法拉至幾十微法拉。

9.1.3放大電路的常用性能指標(biāo)

1.放大倍數(shù)

放大倍數(shù)可分為電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù)。它們用于衡量放大電路對(duì)信號(hào)的放大能力,電壓放大倍數(shù)是最常用的指標(biāo),表達(dá)式為

2.輸入電阻

輸入電阻用來(lái)衡量放大電路從信號(hào)源獲取信號(hào)的能力,是信號(hào)源的負(fù)載,越大越好。它等于輸入信號(hào)的電壓i與輸入信號(hào)的電流i之比,表達(dá)式為

3.輸出電阻

輸出電阻是用來(lái)衡量放大電路帶負(fù)載能力的指標(biāo),其值越小越好,越小帶負(fù)載能力越強(qiáng),即負(fù)載變化時(shí)對(duì)輸出電壓影響越小,表達(dá)式為

9.2放大電路的靜態(tài)分析

放大電路中沒(méi)有交流輸入信號(hào)(ui=0)時(shí),電路中各處的電壓、電流都是不變的直流,稱為靜態(tài)工作狀態(tài)。靜態(tài)工作狀態(tài)下的各電流、電壓值稱為靜態(tài)值,用大寫字母的平標(biāo)和下標(biāo)表示,如基極電流IB、集電極電流IC

、基射極電壓UBE

、集射極電壓UCE

,其中根據(jù)IB、IC

、UCE

的值可以在晶體管特性曲線上確定一點(diǎn),稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)分析的目的就是確定靜態(tài)工作點(diǎn),因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)選取不當(dāng),放大電路的輸出會(huì)失真,甚至不能放大。

9.2.1直流通路法靜態(tài)分析

靜態(tài)值是直流,因此可以用放大電路的直流通路進(jìn)行分析計(jì)算。直流通路是指在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路。畫(huà)直流通路時(shí)電容視為開(kāi)路,電感視為短路,信號(hào)電壓源視為短路,但應(yīng)保留其內(nèi)阻。圖9.2.1所示電路就是圖9.1.1所示電路的直流通路,分析的具體步驟如下。圖9.2.1圖9.1.1所示放大電路的直流通路

例9.2.1在圖9.1.1中,UCC

=12V,RC=4kΩ,

RB

=300kΩ,β=37.5,求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

解根據(jù)圖9.2.1所示的直流通路,按求解步驟可得

9.2.2圖解法靜態(tài)分析

放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)也可以通過(guò)圖解法確定,但考慮到作圖的準(zhǔn)確程度,一般不用圖解法確定具體的靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)值。圖解法主要用于直觀分析和了解電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,以及靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路工作的影響,對(duì)例9.2.1用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)的步驟如下:

(1)作出放大電路中三極管的輸出特性曲線。

在例9.2.1中,IB=40μA,所以IC、UCE的關(guān)系就是三極管對(duì)應(yīng)于IB=40μA的一條輸出特性曲線,如圖9.2.2所示。

(2)作出放大電路中的直流負(fù)載線。

由圖9.2.1所示直流通路可以得到

或圖9.2.2圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)

(3)確定靜態(tài)工作點(diǎn)。

直流負(fù)載線與三極管的某條(由IB決定)輸出特性曲線的交點(diǎn)Q,稱為靜態(tài)工作點(diǎn),由它可以確定靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值。例9.2.1中IB=40μA,所以由圖9.2.2可確定Q點(diǎn),得到

IB=40μA,IC

=1.5mA,UCE=6V。

由圖9.2.2可見(jiàn),IB大小不同,靜態(tài)工作點(diǎn)在直流負(fù)載線上的位置也不同。因此改變IB的大小,就可以調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)的位置,以適應(yīng)不同的工作狀態(tài)的要求。

9.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析

對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)要使用交流通路,所謂交流通路是指交流信號(hào)在放大電路中的傳輸通道。畫(huà)交流通路的原則是:電路中電容視為短路,直流電源視為短路。圖9.3.1所示是圖9.1.1所示放大電路的交流通路。圖9.3.1圖9.1.1所示放大電路的交流通路

9.3.1圖解法動(dòng)態(tài)分析

在進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí),由于要用到較多的電壓、電流名稱,因此進(jìn)行統(tǒng)一約定,以便區(qū)別。對(duì)于靜態(tài)值用大寫斜體字母加大寫正體字母下標(biāo)表示,如基極電流IB、集射極電壓Uce;對(duì)于交流分量的有效值用大寫斜體字母加小寫正體字母下標(biāo)表示,如基極電流Ib、集射極電壓Uce;對(duì)于交流分量的瞬時(shí)值用小寫斜體字母加小寫正體字母下標(biāo)表示,如基極電流ib、集射極電壓uCE;對(duì)于電路中的總電壓或總電流的瞬時(shí)值用小寫斜體字母加大寫正體字母下標(biāo)表示,如基極電流

iB、集射極電壓uCE。

對(duì)例9.2.1進(jìn)行圖解分析,圖解法動(dòng)態(tài)分析的具體步驟:

(1)根據(jù)ui的波形,在三極管輸入特性曲線上求iB。

(2)在輸出特性曲線上作交流負(fù)載線,求iC及uCE波形。

(3)求出放大倍數(shù)(不精確)。

根據(jù)圖9.3.1所示交流通路可得放大電路輸出回路電阻為

類似于直流負(fù)載線,交流負(fù)載線是一條過(guò)Q點(diǎn),斜率為-1/R'L的直線,如圖9.3.2所示。圖9.3.2直流負(fù)載線與交流負(fù)載線

圖9.3.3為放大電路有正弦輸入信號(hào)的圖解分析過(guò)程。由圖解分析,可得如下結(jié)論:圖9.3.3放大信號(hào)有正弦輸入信號(hào)的圖解分析過(guò)程

(1)交流信號(hào)傳輸過(guò)程:ui(ube)→ib→ic→uo(uce)。

(2)交流直流共存,即靜態(tài)的直流分量上都疊加了交流分量:

由于電容C2的隔直作用,只有交流分量uce能通過(guò)電容C2,構(gòu)成輸出電壓uo,輸出明顯大于輸入,體現(xiàn)了放大作用。

(3)輸出與輸入相位相反,即反向電壓放大作用。

圖解法的主要作用是分析放大電路的非線性失真。三極管有三個(gè)工作區(qū),如果靜態(tài)工作點(diǎn)選取不當(dāng),就會(huì)使在一個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi),三極管工作在飽和區(qū)或截止區(qū),而產(chǎn)生波形失

真(非線性失真)。

(1)截止失真。

在圖9.3.4中,靜態(tài)工作點(diǎn)Q2的位置太低,在輸入信號(hào)的負(fù)半周,三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài),輸出電壓正半周被削平,嚴(yán)重失真,稱為截止失真。

(2)飽和失真。

在圖9.3.4中,靜態(tài)工作點(diǎn)Q1的位置太高,在輸入信號(hào)的正半周,三極管進(jìn)入飽和狀態(tài),輸出電壓負(fù)半周被削平,嚴(yán)重失真,稱為飽和失真。圖9.3.4靜態(tài)工作點(diǎn)選取不當(dāng)引起的輸出失真

(3)非線性失真解決辦法。

產(chǎn)生非線性失真的原因是靜態(tài)工作點(diǎn)不合適或者輸入信號(hào)太大,使放大電路的工作范圍超出了三極管的線性范圍引起的。截止失真與飽和失真都是非線性失真。解決的方法是:

①截止失真時(shí),減小RB,使Q點(diǎn)上移。

②飽和失真時(shí),增大RB,使Q點(diǎn)下移。

9.3.2微變等效法動(dòng)態(tài)分析

當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí),可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替,從而對(duì)三極管放大電路進(jìn)行線性化處理,即微變等效變換。圖9.3.5是三極管的微變等效電路。此處省略了變換推導(dǎo)過(guò)程,有興趣的同學(xué)可以參考電子技術(shù)相關(guān)參考書(shū)。三極管微變等效電路中rbe的估算公式為圖9.3.5三極管微變等效電路

1.畫(huà)出放大電路的微變等效電路

進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)首先要畫(huà)出放大電路的交流通路,如圖9.

3.1所示,再將三極管用微變等效電路代替,即得到放大電路的微變等效電路,如圖9.3.6所示。由于輸入是正弦信號(hào),所

以圖9.3.6中的電壓與電流可以是向量形式。

圖9.3.6放大電路的微變等效電路圖

2.電壓放大倍數(shù)計(jì)算

由圖9.3.6可得

其中

因此電壓放大倍數(shù)

3.求輸入電阻

輸入電阻就是從放大器輸入端向內(nèi)看進(jìn)去的等效電阻,由圖9.3.6及式(9.1.2),得

4.求輸出電阻

輸出電阻是從放大器輸出端看進(jìn)去的一個(gè)電阻。求放大器輸出電阻時(shí)應(yīng)將信號(hào)源短路,輸出端開(kāi)路(去掉負(fù)載電阻),并在輸出端加一個(gè)交流電壓,以產(chǎn)生一個(gè)電流。

根據(jù)圖9.3.6及式(9.1.3),得

綜合以上分析,共射極放大電路的特點(diǎn)為:電壓放大倍數(shù)較大,輸入電壓與輸出電壓相位相反,輸入電阻較小,輸出電阻較大。

圖解法與微變等效電路法的對(duì)比如表9.3.1所示。

9.4靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置與穩(wěn)定方法

9.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置在上一節(jié)中說(shuō)過(guò),靜態(tài)工作點(diǎn)位置太高或太低,放大電路都會(huì)產(chǎn)生非線性失真,因此我們一般要求設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)在直流負(fù)載線的中間位置比較好。但是當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置好以后經(jīng)常會(huì)受到工作溫度影響,例如在圖9.3.2中,當(dāng)溫度上升時(shí)IC增大,此時(shí)直流負(fù)載線(-1/RC)和IB(IB≈UCC/RB)均未變化,而靜態(tài)工作點(diǎn)將向上移動(dòng),進(jìn)入飽和區(qū)。

9.4.2常用靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路——分壓式偏置放大電路

圖9.1.1所示放大電路的偏流由RB與UCC確定,一經(jīng)選定就固定不變,所以稱為固定偏置放大電路,它不能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖9.4.1(a)所示電路是分壓式偏置放大電路,它能提供合適的偏流,也能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。該電路有兩個(gè)基極電阻RB1和RB2,多了射極電阻RE及電容CE。圖9.4.1分壓式偏置放大電路及其直流通路

1.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算

先畫(huà)出放大電路的直流通路,如圖9.4.1(b)所示。由圖可得

由此可以看出,UB與三極管參數(shù)無(wú)關(guān),不受溫度影響。由圖9.4.1(b)還可得出

通過(guò)調(diào)整兩個(gè)基極電阻RB1和RB2,可使UB遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UBE,則

當(dāng)RE固定不變時(shí),IC和IE也不變。因此只要適當(dāng)選取RB1和RB2,使I2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IB,UB遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UBE,則UB、IC、IE均與三極管參數(shù)無(wú)關(guān),不受溫度影響,因此靜態(tài)工作點(diǎn)不變。一般RB1和RB2為幾十千歐姆,UB電位不能太高,否則,由于發(fā)射極電位UE(≈UB)增高而使UCE減小,最終會(huì)減小放大電路輸出電壓范圍。因此,對(duì)硅管而言,一般取I2為5到10倍的IB,UB為5到10倍的UBE。對(duì)分壓式偏置放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算過(guò)程歸納如下:

2.動(dòng)態(tài)分析

首先畫(huà)出放大電路的微變等效電路,如圖9.4.2所示。圖9.4.2分壓式偏置放大電路微變等效電路

參見(jiàn)前面推導(dǎo)過(guò)程,得

式(9.4.5)中R'L是等效負(fù)載,其值為RC∥RL。

例9.4.1在圖9.4.1(a)所示的電路中,UCC=12V,RB1=20kΩ,RB2=10kΩ,RC=3kΩ,RE=2kΩ,RL=3kΩ,β=50。計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn),求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

解由式(9.4.1)~式(9.4.4)可得靜態(tài)工作點(diǎn)為

由式(9.4.5)~式(9.4.7)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,得

9.5共集電極放大電路

在晶體管組成的放大電路中,將集電極作為輸入和輸出信號(hào)的公共端,輸入電壓從基極對(duì)地(集電極)之間輸入,輸出電壓從發(fā)射極對(duì)地(集電極)之間取出,這種電路稱為共集電極放大電路,由于輸出電壓取自發(fā)射極,因此也稱射極輸出器,電路如圖9.5.1所示。圖9.5.1共集電極放大電路

1.靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算

圖9.5.2是共集電極放大電路的直流通路,由此可以確定靜態(tài)工作點(diǎn)。由圖可得圖9.5.2共集電極放大電路的直流通路

2.動(dòng)態(tài)分析計(jì)算

圖9.5.3是共集電極放大電路(射極輸出器)的微變等效電路,由此可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析圖9.5.3射極輸出器微變等效電路

1)電壓放大倍數(shù)

由微變等效電路可知

式中,R'L是等效負(fù)載,其值為RC∥RL。

2)輸入電阻

由微變等效電路可以看出

輸入電阻為RB與rbe+(1+β)R'L的并聯(lián),即

射極輸出器輸入電阻很高,可達(dá)幾十千歐姆到幾百千歐姆。圖9.5.4計(jì)算輸出電阻時(shí)的等效電路

3.射極輸出器特點(diǎn)與用途

射極輸出器的特點(diǎn)如下:

(1)電壓放大倍數(shù)小于1,且近似于1,對(duì)輸入電壓無(wú)放大作用。

(2)輸入電阻高,輸出電阻低。

射極輸出器的用途如下:

(1)用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。因其輸入電阻高,使信號(hào)源內(nèi)阻壓降小,利于信號(hào)電壓傳送入放大器。

(2)用于多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。放大電路相對(duì)于負(fù)載而言相當(dāng)于一個(gè)實(shí)際電壓源,輸出電阻低意味著當(dāng)負(fù)載變化時(shí),放大電路輸出電阻上的壓降小,從而保證負(fù)載上的輸出電壓變化小。

9.6多級(jí)放大電路的分析與計(jì)算

在工程應(yīng)用中,由于輸入信號(hào)都比較微弱,所以由一個(gè)三極管組成的單級(jí)放大電路很難滿足要求。在實(shí)際使用時(shí),一般是幾個(gè)單級(jí)放大電路連接起來(lái),使信號(hào)逐級(jí)放大,稱為多級(jí)放大電路。在多級(jí)放大電路中,相鄰兩級(jí)的連接稱為級(jí)間耦合,耦合的目的是將前一級(jí)的信號(hào)送入下一級(jí)。對(duì)級(jí)間耦合的基本要求是:耦合電路對(duì)前后級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)無(wú)影響;不引起信號(hào)失真,盡量減少信號(hào)電壓在耦合電路上的損失。

常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合。多級(jí)放大電路最常采用的耦合方式是阻容耦合,阻容耦合時(shí),前級(jí)與后級(jí)通過(guò)電容連接,電容的隔直作用使前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不相互影響,所以兩級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)可以單獨(dú)計(jì)算。變壓器耦合體積較大不便于集成。直接耦合時(shí),前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響,受溫度影響較大。圖9.6.1所示是一個(gè)阻容耦合多級(jí)放大電路。下面通過(guò)一個(gè)例題來(lái)講述多級(jí)放大電路的分析過(guò)程。圖9.6.1兩級(jí)阻容耦合放大電路

解(1)靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算。

第一級(jí)與第二級(jí)放大電路均為分壓式偏置放大電路,由于是阻容耦合,靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響,因此可以分別單獨(dú)求取(可以參照例9.4.1)。

第一級(jí):

(2)求電壓放大倍數(shù)。

(3)各級(jí)輸入輸出電阻。

第一級(jí)輸入電阻(放大電路總的輸入電阻):

第二級(jí)輸入電阻已經(jīng)求出,為0.94kΩ。

第一級(jí)輸出電阻與第二級(jí)輸出電阻(電路總的輸出電阻)分別為

從例9.6.1中可以看出,通過(guò)兩級(jí)放大后,放大倍數(shù)可以達(dá)數(shù)千倍。為了簡(jiǎn)化電路,提高放大倍數(shù)還可以用復(fù)合管,也稱達(dá)林頓管。

復(fù)合管可以由同型管組成,也可以由不同型管組成。復(fù)合管的類型與第一個(gè)三極管相同,與后級(jí)的三極管無(wú)關(guān),如圖9.6.2所示。復(fù)合管的放大倍數(shù)是兩個(gè)三極管放大倍數(shù)的乘

積,即β=β1β2。由相同類型的三極管組成的復(fù)合管,其總的rbe表達(dá)式如下:

由不同類型的三極管組成的復(fù)合管,其總的rbe

等于第一個(gè)三極管的rbe

。圖9.6.2復(fù)合管

9.7差動(dòng)放大電路

上一節(jié)中提到阻容耦合多級(jí)放大電路,但是在工業(yè)應(yīng)用中有些地方不能使用阻容耦合多級(jí)放大電路,如測(cè)量溫度的系統(tǒng),由于測(cè)量信號(hào)變化緩慢,不適合用電容耦合,因此需要用直接耦合的多級(jí)放大電路,另外直接耦合的多級(jí)放大電路也利于集成。但是直接耦合放大電路最大的問(wèn)題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移,就是當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí),輸出信號(hào)不為零,而是一個(gè)隨時(shí)間漂移不定的信號(hào),簡(jiǎn)稱零漂。零漂嚴(yán)重時(shí)可以淹沒(méi)輸出信號(hào)。

9.7.1差動(dòng)放大電路抑制零漂的原理

圖9.7.1是一個(gè)最基本的差動(dòng)放大電路,電路的結(jié)構(gòu)與元件是左右對(duì)稱的。靜態(tài)時(shí)ui1=ui2=0,由于電路兩邊對(duì)稱,因此集電極電流、電位也相等,所以輸出電壓

當(dāng)溫度升高時(shí),兩管的集電極電流都增大,集電極電位都下降,并且兩邊的變化量相等,即

零點(diǎn)漂移被完全抑制了。圖9.7.1差動(dòng)放大電路

差動(dòng)放大電路對(duì)稱性越好,抑制零漂的作用越強(qiáng)。但是完全對(duì)稱是不可能的,因此引入電位器RP(一般為幾十歐姆,也叫調(diào)零電阻),通過(guò)調(diào)節(jié)電位器使靜態(tài)時(shí)輸出電壓為零。RE的主要作用是進(jìn)一步減小零漂,穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點(diǎn)。但是當(dāng)UCC固定時(shí),過(guò)大的RE會(huì)使集電極電流變小,為此接入電源UEE。當(dāng)溫度上升時(shí),電路抑制零點(diǎn)漂移的過(guò)程如下:

9.7.2差動(dòng)放大電路的工作原理

差動(dòng)放大電路在雙端輸入時(shí)存在以下三種情況。

1.共模信號(hào)

當(dāng)ui1=ui2時(shí),稱為共模輸入信號(hào)。由于差動(dòng)放大電路的對(duì)稱性,因此輸出電壓為零,電路對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。

9.7.3共模抑制比

差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)的比值稱為共模抑制比KCMRR,即

或用對(duì)數(shù)形式表示為

其中,Ad和Ac分別表示差模信號(hào)放大倍數(shù)和共模信號(hào)放大倍數(shù)。顯然,共模抑制比越大,差動(dòng)放大電路分辨所需要的差模信號(hào)的能力越強(qiáng),而受共模信號(hào)影響越小。

9.8功率放大電路

在實(shí)際工程中,往往要利用放大后的信號(hào)去控制某種執(zhí)行機(jī)構(gòu),如揚(yáng)聲器發(fā)聲、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等。為了控制這些負(fù)載,要求放大電路要有較大的輸出電壓和電流,因此最后一級(jí)一般要用功率放大電路。功率放大電路與電壓放大電路并無(wú)本質(zhì)區(qū)別,其不同之處在于:電壓放大電路要求有較高輸出,是工作在小信號(hào)狀態(tài)下;而功率放大電路要求獲得較高輸出功率,是工作在大信號(hào)狀態(tài)下。

集成功率放大器的輸出功率從大到小,有多種規(guī)格系列的產(chǎn)品,可以查閱手冊(cè)選取。作為使用者不必關(guān)心器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理,只需掌握放大器各個(gè)引腳功能和使用方法即可。下面以D2002為例,對(duì)集成功率放大器進(jìn)行介紹,如圖9.8.1所示。圖9.8.1集成功率放大電路應(yīng)用

輸入信號(hào)ui經(jīng)耦合電容C1送入放大器輸入端1;放大后的信號(hào)由輸出端4經(jīng)耦合電容C2送到負(fù)載;5為電源,3為接地端。R3、C4構(gòu)成高通濾波電路,R1、R2、C3構(gòu)成負(fù)反饋電路,提高穩(wěn)定性。該電路不失真輸出功率可達(dá)5W。

9.9三極管放大電路在電子設(shè)備中的應(yīng)用

三極管放大電路在測(cè)量、控制等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。例如在汽車電子控制系統(tǒng)中,任何一個(gè)傳感器輸出的信號(hào)都是微弱的電信號(hào),必須經(jīng)過(guò)放大后才能輸入到汽車電子控制單元中,經(jīng)過(guò)處理后執(zhí)行自動(dòng)控制。在驅(qū)動(dòng)元件時(shí)也要對(duì)功率較小的控制信號(hào)進(jìn)行放大。

9.9.1汽車搭鐵探測(cè)器電路

圖9.9.1所示為汽車搭鐵探測(cè)器電路,其作用是檢測(cè)汽車線路是否有對(duì)車身短路的情況發(fā)生。

當(dāng)汽車出現(xiàn)搭鐵短路時(shí),該電路可以快速查找搭鐵故障點(diǎn)所在位置。其原理如圖9.9.1所示,當(dāng)導(dǎo)線搭鐵后,在搭鐵處的短路電流會(huì)發(fā)出高頻波信號(hào),這個(gè)信號(hào)就被由線圈和鐵芯

構(gòu)成的傳感器接收到,在傳感器中產(chǎn)生交變電信號(hào)。該信號(hào)比較微弱,但經(jīng)過(guò)兩個(gè)三極管構(gòu)成的兩級(jí)放大電路放大后,可以使LED發(fā)光、耳機(jī)發(fā)聲。探測(cè)器離故障點(diǎn)越近,LED越亮,耳機(jī)越響,從而可以快速找到故障點(diǎn)的位置。圖9.9.1汽車搭鐵探測(cè)器電路

9.9.2電動(dòng)機(jī)繞組磁極檢測(cè)電路

圖9.9.2所示為一個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組磁極檢測(cè)電路,可用于電動(dòng)機(jī)定子或轉(zhuǎn)子重繞時(shí)判讀繞組嵌線的正誤以及磁極繞組線圈的首尾端等。

集成電路IC1為運(yùn)算放大器LF351H(運(yùn)算放大器將在下一章介紹,此處的作用是放大輸入信號(hào))。VT1與VT2組成輸入級(jí)差分放大電路,VT3與VT4為輸入級(jí)差分放大電路提供電流,VD3為VT3與VT4提供基準(zhǔn)電壓。圖9.9.2電動(dòng)機(jī)繞組磁極檢測(cè)電路

每相繞組均單獨(dú)檢測(cè)。在進(jìn)行檢測(cè)前,先調(diào)節(jié)RP2使電表指示為零,再將檢測(cè)線圈兩端接上15~20V的直流電壓,然后將磁感應(yīng)傳感器平行放在轉(zhuǎn)子或定子的極相組磁極上。這樣傳感器在通過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組磁場(chǎng)的瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流。根據(jù)電工技術(shù)知識(shí),該感應(yīng)電流的方向與磁力線的方向有關(guān),大小與磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。

傳感器檢測(cè)到的微弱電流分別加到差分放大器的VT1與VT2的基極,經(jīng)差分放大器放大后從集電極輸出,同時(shí)進(jìn)入運(yùn)算放大器,經(jīng)進(jìn)一步放大后,輸出激勵(lì)電流表,電流表會(huì)向

正向或負(fù)向擺動(dòng),由此可以判斷出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或定子磁矩排列順序和強(qiáng)弱是否符合嵌線規(guī)律。

9.10三極管開(kāi)關(guān)電路在電子設(shè)備中的應(yīng)用

由三極管的工作特性可知,當(dāng)三極管在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí),三極管即工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在電子電路中很多時(shí)候要求三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),此時(shí)受控的電子器件一般接在三極管的集電極上,控制信號(hào)加在基極上,當(dāng)基極上有控制信號(hào)來(lái)臨時(shí),三極管就處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合,接在集電極上的電子器件由于得電而工作。

當(dāng)控制信號(hào)與基極斷開(kāi)時(shí),三極管處于截止?fàn)顟B(tài),集電極與基極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi),電子元件的電路被切斷而失電,如圖9.10.1所示。

圖9.10.1三極管開(kāi)關(guān)電路基本應(yīng)用示意圖

在汽車電子電路中,通過(guò)較小的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管開(kāi)關(guān)電路,可以控制噴油器、繼電器、指示燈、點(diǎn)火器等大功率器件的工作。此外,在工業(yè)控制電路中三極管也常被作為開(kāi)關(guān)使用,如常見(jiàn)的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等等。三極管響應(yīng)速度快、沒(méi)有噪聲而且不會(huì)造成機(jī)械磨損,所以在汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域經(jīng)常用三極管取代傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)或繼電器等有觸點(diǎn)的元件

9.10.1H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

圖9.10.2中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。四個(gè)三極管組成H的四條垂直腿,而電機(jī)就是H中的橫杠(注意:圖不是完整的電路圖,其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有畫(huà)出來(lái))。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況,電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī),從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。例如,當(dāng)VT1和VT4導(dǎo)通、VT2和VT3截止時(shí),電流就從電源正極經(jīng)VT1從左至右穿過(guò)電機(jī),然后再經(jīng)VT4回到電源負(fù)極。該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)VT2和VT3導(dǎo)通、VT1和VT4截止時(shí),電流將從右至左流過(guò)電機(jī),該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9.10.2H橋驅(qū)動(dòng)電路

9.10.2噴油控制電路

圖9.10.3所示的電路是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)噴油控制電路。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),各種傳感器的信號(hào)輸入給行車電腦ECU后,電腦根據(jù)計(jì)算和邏輯分析判斷的結(jié)果,發(fā)出脈沖信號(hào)指令到三極管VT的基極控制噴油器工作。當(dāng)脈沖信號(hào)的高電平加到VT的基極時(shí),VT導(dǎo)通,噴油器線圈電流接通,產(chǎn)生電磁吸力將閥門打開(kāi),噴油器開(kāi)始噴油。當(dāng)脈沖信號(hào)的低電平加到