汽車電工電子技術(shù) - 吉林大學(xué)_5659.ppt

1、第六章 基本放大電路,第一節(jié) 基本交流放大電路的組成 第二節(jié) 放大電路的圖解法 第三節(jié) 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 第四節(jié) 微變等效電路法 第五節(jié) 共集電極放大電路 第六節(jié) 阻容耦合多級(jí)放大電路與 功率放大電路,RS,ri,Ui,ro,RL,Uo,6.1 基本交流放大電路的組成,6.1.1 放大電路的基本概念,信號(hào)源,放大電路,負(fù)載,返回,RS,RB,+UCC,RC,C1,C2,T,ui,uo,正電源,基極電阻,集電極電阻,輸入耦合電容,輸出耦合電容,輸入電壓,輸出電壓,負(fù)載電阻,三極管,+,+,US,6.1.2 基本交流放大電路的組成,*靜態(tài)分析就是求靜態(tài)工作點(diǎn)(靜態(tài)指直流，因此求靜態(tài)工作點(diǎn)要在放大電

2、路的直流通路中求。) *直流通路是指直流電流所流過的路徑。 畫法：視電容為開路，畫出電路其余部分。,6.2 放大電路的圖解法,6.2.1 放大電路的靜態(tài)分析,返回,靜態(tài)工作點(diǎn)：電路處于靜態(tài)時(shí)的IB、UBE、UCE在晶體管特性曲線上決定的一點(diǎn)Q，叫靜態(tài)工作點(diǎn)。,1靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法,對(duì)直流通路列寫電壓方程 輸入回路：,（ 硅=0.7V, 鍺=0.3V）,輸出回路：,2. 用圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn),UCE=UCCICRC,直流負(fù)載線,與IB所決定的那一條輸出特性曲線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn),IB,靜態(tài)UCE,靜態(tài)IC,uCE怎么變化,？,假設(shè)uBE靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上有一微小的變化 ui,Q,1. 動(dòng)態(tài)分析的過

3、程,6.2.2 用圖解法對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,ic,uCE的變化沿一條線 交流負(fù)載線（當(dāng)無負(fù)載電阻RL時(shí)，交流負(fù)載線就是直流負(fù)載線）,Q,t,uo比ui幅度放大且相位相反,2. 動(dòng)態(tài)分析的結(jié)論：,* 共射放大電路：uo比ui幅度放大，但相位相反。 * 兩種成份(直流成份、交流成份) 兩個(gè)通路(直流通路、交流通路),可輸出的最大不失真信號(hào),t,t,Q,1. 靜態(tài)設(shè)置合適，輸出電壓不失真,6.2.3 非線性失真,iC,uCE,uo,2. Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū),t,t,t,截止失真,Q,ic,uo,3. Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū),飽和失真,IC,iC,t,t,t,Q,雙向失真：既使Q點(diǎn)合適，但

4、輸入信號(hào)過大，可能同 時(shí)產(chǎn)生截止和飽和失真,小結(jié)：,上述失真針對(duì)NPN型三極管放大電路而言，PNP型管 子結(jié)論恰好相反。,(2) 改善辦法：,(3) 非線性失真：包括飽和失真、截止失真、雙向失真。,6.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,6.3.1 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,固定偏置放大電路能設(shè)置靜點(diǎn)，但不能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。, 溫度 ,ICBO, ,UBE,IC, ,溫度上升，工作點(diǎn)Q上移，易發(fā)生飽和失真； 溫度下降，工作點(diǎn)Q下移，易發(fā)生截止失真。,返回,(ICEO),靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共發(fā)射極放大器,I2=（510）IB I1= I2 + IB I2,IE = IC +IB IC,分壓式偏置電路,RE射極直流

5、負(fù)反饋電阻,CE 交流旁路電容,靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過程,UB,UBE=UB-UE =UB - IE RE,UB被認(rèn)為較穩(wěn)定,本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程,直流通路及靜態(tài)工作點(diǎn)估算,IB=IC/,UCE = UCC - ICRC - IERE,IC IE =UE/RE = （UB- UBE）/ RE,UBE 0.7V,電容開路,畫出直流通路,uBE,6.4 微變等效電路法,6.4.1 晶體管的微變等效電路,返回,相當(dāng)于一個(gè) 受控的恒流源,等效的實(shí)質(zhì)：將晶體管等效為線性元件的電路。 等效條件：信號(hào)變化范圍小(微變)。,1.兩個(gè)短路(電容、電源) 畫出放大電路的交流通路。,2.將交

6、流通路中的晶體三極管用微變等效電路來代替。,6.4.2 放大電路的微變等效電路,B,C,例：畫微變等效電路。,B,C,E,B,C,E,6.4.3 放大器的性能分析,1. 放大倍數(shù),2. 輸入電阻ri,3. 輸出電阻ro,ro可在輸入電壓為零，負(fù)載開路的條件下求得。,* 一般希望ro小好,小結(jié)：關(guān)于ri、 ro、 Au的討論,(1) ri的討論,* 涉及放大(信號(hào))的電阻,* 體現(xiàn)了本級(jí)放大與信號(hào) 源的聯(lián)系,*,* 一般希望ri大好,* 涉及放大(信號(hào))的電阻,* 體現(xiàn)了本級(jí)放大與負(fù)載 的聯(lián)系,*,* 在分壓式偏置的共射放大電路中，若無旁路電容CE：,(3) Au的討論,* 在適當(dāng)范圍內(nèi)，增大、

7、RC可提高Au。,* 空載(RL開路)時(shí)的 最大。,* Au表達(dá)式中的負(fù)號(hào)表示共射放大電路的輸出電壓與輸入電壓反相。,RL,* 考慮信號(hào)源內(nèi)阻的放大倍數(shù),RB,RC,+,+,uo,UCC,RS,uS,ui,例1、電路如圖，=40，計(jì)算放大倍數(shù)。(UBE=0),解：（1）確定Q,（2）求rbe,若上例中含RS=500,則 ？,（3）求,例2、 一個(gè)固定偏置電路,要求 100 ,晶體管為3DG6 ,=20,IC =1mA,UCC=12V,確定RC、RB,并求UCE。設(shè)UBE=0。,解：,uo,例3、,已知：RB1=40k , RB2=20k , RC=2.5k, RE=2k , UCC=12V ,

8、 UBE=0.7V , =40, RL=5k。試計(jì)算Q、Au、Ri、Ro。,RB1,RB2,RE,RC,+UCC,Rs,RL,us,解：,解題步驟,UB, UE,IE,IC ,IB,UCE,= 4V,UE = UBUBE = 4V0.7V = 3.3V,= 1.65mA,IC IE = 1.65mA,= 41A,UCE, UCCIC( RC+RE ),= 12V1.65(2+2.5)V,= 4.575 V,A,=0.846k,6.5.1 共集電極放大電路的分析,1、靜態(tài)分析,2、 動(dòng)態(tài)分析,作微變等效電路，C1、C2、UCC短路。,6.5 共集電極放大電路,返回,rbe,ib,1. 放大倍數(shù),

9、2. 輸入電阻ri,ri 越大，電源電阻RS 分壓越小，對(duì)信號(hào)衰減越小。,3. 輸出電阻ro,ro 越小，帶負(fù)載后輸出電壓變化越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。,1. 射隨器特點(diǎn),輸出電阻低,輸出電壓與輸入電壓相同,輸入電阻高,6.5.2 共集電極放大電路的特點(diǎn)及應(yīng)用,用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí) 輸入電阻高，減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)，凈輸入電 壓高。 用于多級(jí)放大電路的輸出級(jí) 輸出電阻低，提高帶負(fù)載能力。 用于多級(jí)放大電路的中間級(jí) 由于ri相當(dāng)于前一級(jí)負(fù)載電阻；ro相當(dāng)于后 一級(jí)信號(hào)源內(nèi)阻，因此起一種阻抗變換與 緩沖的作用。,2. 射隨器的應(yīng)用,例、已知射隨器RS=2k,RB=150k,RE=2k，RL2k，UCC=

10、 +12V，50，rbe=846，求:靜態(tài)工作點(diǎn)Q、Au、Aus 、ri 。(UBE0),6.6 阻容耦合多級(jí)放大電路與功率放大電路,第一級(jí)的輸出通過C2、ri2送到第二級(jí)輸入端，稱這種通過電容和下一級(jí)輸入電阻連接起來的方式叫阻容耦合。,二 級(jí),一 級(jí),各級(jí)之間的靜態(tài)工作點(diǎn)是獨(dú)立的，互不干涉。 前級(jí)的負(fù)載為下一級(jí)的輸入電阻。,6.6.1 阻容耦合放大電路,返回,放大器的輸入電阻為一級(jí)的輸入電阻，放大器的輸出電 阻為末級(jí)的輸出電阻。 總放大倍數(shù)為各級(jí)放大倍數(shù)之積。 不宜放大直流及變化緩慢的信號(hào)。,RS,RB1,RB2,RC1,RE1,RB3,RB4,RC2,RE2,C1,C2,CE1,CE2,C

11、3,+UCC,RL,VT1,VT2,通頻帶,Au0,0.707Au0,fL0,fH0,fL0 下限截止頻率,fH0 上限截止頻率,幅頻特性,兩級(jí)阻容耦合放大電路的頻率特性,Au,0.707Au,fL,fH,通頻帶,兩級(jí)放大電路的放大倍數(shù)增加，通頻帶變窄。,O,放大電路的電壓放大倍數(shù) 對(duì)不同頻率的正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱為頻率響應(yīng)。它分為幅頻特性與相頻特性。放大電路的放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系稱為幅頻特性。,fL fL0 fH fH0,1. 功率放大電路的基本要求,功率放大電路主要作用是向負(fù)載提供功率的 放大電路。,(1) 功率放大器的特點(diǎn),輸出功率大。,轉(zhuǎn)換功率高。,輸出信號(hào)幅值大，易產(chǎn)生非線性失真。,

12、信號(hào)幅值大，需用圖解法分析。,6.6.2 功率放大電路,2. 功率放大器的工作狀態(tài),甲類工作狀態(tài),Q點(diǎn)設(shè)置在特性曲線的中點(diǎn)，放大管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。 工作在甲類狀態(tài)的放大器靜態(tài)管耗大，效率較低，主要用于電壓放大器。,iC,uCE,O,O,O,t,t,甲乙類工作狀態(tài),Q點(diǎn)設(shè)置在IC0、 IC0處，放大管在大半個(gè)周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 工作在甲乙類狀態(tài)的放大器靜態(tài)管耗很小，效率較高，但有波形失真，主要用于功率放大器。,乙類工作狀態(tài),Q點(diǎn)設(shè)置在IC0處，放大管只在半個(gè)周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 工作在乙類狀態(tài)的放大器靜態(tài)管耗為0，效率較高，但有波形失真，主要用于功率放大器。,3. OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

13、,VT1、VT2在正、負(fù)半周交替導(dǎo)通，互相補(bǔ)充。,電路分析,導(dǎo)通,截止,VT1,VT2,導(dǎo)通,截止,uo,t,交越失真,由于發(fā)射結(jié)存在“死區(qū)”，當(dāng)ui低于某一數(shù)值時(shí)，iC1、 iC2基本為零，輸出出現(xiàn)一段死區(qū)，這種現(xiàn)象稱為交越失真。,交越失真,交越失真產(chǎn)生的原因 由于晶體管發(fā)射結(jié)存在死區(qū)； ui 死區(qū)電壓，兩個(gè)晶體管都截止。,t,R3,調(diào)節(jié)R1 以產(chǎn)生不大的偏流，使晶體管工作于甲乙類狀態(tài)，可以克服交越失真。,R1,R2,uo,uoUCC,小結(jié)1：定性判斷電路能否放大,(1) 看直流： 供電極性對(duì)不對(duì)， 基極直流到?jīng)]到。,(2) 看交流： 輸入ui能否送入， 輸出u0能否形成。,小結(jié)2：定量判斷

14、電路能否放大,Y,Y,N,N,以 NPN 管 為 例,例1：S分別接在A、B、C上時(shí)，判斷電路能否放大，50，,設(shè)正常工作時(shí)UBE0.7,當(dāng)S接于C時(shí)： 因?yàn)閁B0， 發(fā)射結(jié)反偏， 三極管截止。 電路不放大,接于B：UBUE 有基極電流,若放大則：ICIB5.65mA UCE6V5.652V5.3V,晶體管為飽和狀態(tài)，電路不放大,接于A： UBUE,若ICIB1.325mA UCE6V1.3252V3.35V0.7 晶體管為放大狀態(tài),電路能放大。,例2：圖示電路中，發(fā)現(xiàn)輸出波形嚴(yán)重失真，若測得UCEUCC，分析晶體管處于什么狀態(tài)？怎 樣改善？ 若UCEUBE，分析放大電路處于什么狀態(tài)？怎樣改善

15、？,RS,RB,RC,+,+,uS,uo,UCC,若UCEUCC URc0 ，即IC0 則電路處于截止?fàn)顟B(tài) 應(yīng)增大IB，減小RB。 若UCEUBE 則電路處于飽和狀態(tài) 應(yīng)減小IB，增大RB。,例3：某放大電路不帶負(fù)載時(shí)，開路電壓Uo1.5V，而帶上5.1k負(fù)載，開路電壓Uo1V，求輸出電阻ro ？,Eo,RL,ro,+,Uo,S,開路時(shí) EoUo1.5V,帶上負(fù)載,1.55.1= ro + 5.1,ro = 2.55k,例4：某放大電路若RL從6k變?yōu)?k時(shí)，輸出電壓Uo從3V變?yōu)?.4V，求輸出電阻ro ？若RL開路，求Uo？,Eo,RL,ro,+,Uo,S,RL6k,RL3k,得 ro =

16、 2k Eo= 4V,若RL開路， UoEo4V,50A,畫直流負(fù)載線： 過點(diǎn)(0，4)、(12，0) IB= 50A，得Q 則IC2mA，UCE6V,例5：電路如圖，=40，估算靜態(tài)工作點(diǎn)Q，依曲線求靜態(tài)工作點(diǎn)；靜態(tài)時(shí)電容上電壓為多少，標(biāo)出極性；畫微變等效電路；求Au、ri、ro。,UC1UBE0.7V UC2UCE6V,RE,例6：已知=50,畫出微變等效電路；計(jì)算Q、Au、Ri、Ro。,RB1,RB2,RC,+12V,Rs,RL,us,20k,10k,2k,2k,2k,V= 4V,UE =UBUBE =4V0.7V = 3.3V,= 1.65mA,= 33A,UCE, UCCIC( RC+RE ),= 12V1.65(2+2)V,= 5.4 V,+,+,+,uo,=1k,RL,RB1,Rs,RB2,例7：已知RB1=33k , RB2=8.2k , RC= 10k, RF=390 , RE=3k , UCC=20V , =40，RL=10k。試