任務二單管音頻放大電路的制作

1、任務二單管音頻放大電路的制作2.1.1 任務目的知識點：技能：2.2 任務資訊2.2.1 放大電路概述信號放大本質(zhì)、性能指標2.2.2 三極管構(gòu)造、符號、分類、特性、電流放大、特性曲線、四種工作狀態(tài)、主要參數(shù)2.2.3 三極管放大電路構(gòu)造、根本組態(tài)、信號失真、靜態(tài)工作點2.2.4 三極管放大電路的分析方法圖解法、微變等效法2.2.5 三極管共集電極放大電路2.2.6 三極管共基極放大電路2.2.1 放大電路概述 一、信號放大的本質(zhì) “放大不是能量的增加，而是能量的控制與轉(zhuǎn)換。信號的能量來自直流電源。 二、性能指標衡量放大器性能優(yōu)劣的主要參數(shù) 2.輸入電阻 常用參數(shù)三、放大電路的分類 按元器件分

2、立元器件三極管和場效應管和 集成放大電路 ； 放大參數(shù)電壓、電流、功率放大電路； 電路構(gòu)造單級放大和多級放大； 信號頻率直流、低頻、高頻、選頻。2.2.2 三極管一、三極管的構(gòu)造與符號 三極管又稱晶體管、半導體三極管、雙極型三極管、BJT。是放大電路的根本元器件之一。BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP型PNP集電極基極發(fā)射極CEB常見的三極管外形BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高特點BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECIEIBICNPN型三極管PNP型三極管2.符號BECIEIBIC箭頭表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向。二、

3、三極管的分類 13個區(qū)半導體類型：NPN、PNP 2工作頻率：低頻管、高頻管 3功率：小功率管、大功率管 4用處：普通三極管、開關(guān)三極管 5半導體材料：硅管、鍺管 三、三極管的電特性 1電流放大，即IC=IB 2開關(guān)，即三極管飽和時，c、e極相當于開關(guān)接通； 三極管截止時，c、e極相當于開關(guān)斷開。 模擬電子電路中主要利用三極管的電流放大作用四、三極管的電流放大作用 電流放大主要是指在一定條件下流過集電極的電流iC是流過基極電流iB的假設(shè)干倍。 下面，通過一個實驗來證明此結(jié)論。注意：ICmAAVVUCEUBERBIBCBEIE結(jié)論:1. IE=IC+IB4.要使晶體管放大,發(fā)射結(jié)必須正偏,集電結(jié)

4、必須反偏。IEIC?IB2.3. IB微小變化會引起IC較大的變化： IC=IB 對于NPN型三極管，uCuBuE 對于PNP型三極管，uCuBuE 1.三極管電流放大的條件內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)摻雜濃度較大基區(qū)很薄，摻雜少集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏問題：分析三極管三個極的電壓關(guān)系？NPN PNP2.共發(fā)射極放大電路 為滿足電流放大作用的外部條件，一般將電源接成共發(fā)射極形式。其電路有兩種根本形式：雙電源供電電路、單電源供電電路。uiuo輸入輸出Rb+VCCVBBRcC1C2T+RL+-Rs雙電源供電電路可以省去電路改進：采用單電源供電uiuo輸入輸出+VCCRcC1

5、C2TRbVBB+RL+-RsRb五、三極管特性曲線 三極管電極電流與極間電源之間的關(guān)系曲線。優(yōu)點是能直觀、準確地表達三極管在一定狀態(tài)的特性。 1. 輸入特性曲線iB-uBEUCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅管，鍺管。BECNNP2. 輸出特性曲線iC-uCEIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)放大區(qū)。當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。BECNNP六、三極管的四

6、種工作狀態(tài) 由輸出特性曲線知：三極管在不同的工作電流、電壓狀態(tài)下，具有不同的工作特性。1. 截止IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中 : IB=0,IC0,UBEIC，UCE稱為飽和區(qū)。BECNNP3. 放大IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)放大區(qū)。BECNNP輸出特性三個區(qū)域的特點: 放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 即：UCEUBE ， IBIC，UCE (3) 截止區(qū)： U

7、BEfT時， 值將小于1，表示三極管已失去放大才能，因此不允許三極管工作在這個頻率范圍。 一般低頻小功率三極管的fT值約為幾兆至幾十兆赫茲 高頻小功率三極管的fT值約為幾十兆至幾百兆赫茲。3. 極間反向電流1 集-基極反向飽和電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。BECNNP該值越小，三極管性能越好BECNNP2集-射極反向飽和電流ICEOICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快。正常的三極管ICEO比較小該值越小，三極管性能越好4. 極限參數(shù) 為了保證三極管平安可靠地工作，要求三極管工作時不能超過以下極限參數(shù)。1 集電極最大電流

8、ICM集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。 IC不應超過ICM2 集電極最大允許功耗PCM 集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的功率 為：PC =ICUCEPC 應小于PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO平安工作區(qū)2.2.3 三極管放大電路一、放大電路的根本構(gòu)造信號源輸入電路 三極管 電流放大電路輸出電路負載三極管放大電路1. 輸入電路將信號源或上一級電路的輸出信號可靠、有效地送達輸入回路。2. 電流放大電路將輸入信號的微弱變化轉(zhuǎn)換成電信號的較大變化。3. 輸出回路將放大電路輸出的電壓信號可靠、有效地送達下一級電路

9、或負載。三種三極管放大電路共射極放大電路共基極放大電路共集電極放大電路以共射極放大電路為例講解工作原理二、三種根本組態(tài)的放大電路四、共發(fā)射極根本放大電路放大元件iC= iB，工作在放大區(qū)，集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點Rb+VCCRcC1C2T+RL+-RsBECNNP1. 組成電源VCC與基極電阻作用：使發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出Rb+VCCRcC1C2T+RL+-RsBECNNP集電極電源，為放大電路提供能量。并且要保證集電結(jié)反偏。uiuo輸入輸出Rb+VCCRcC1C2T+RL+-RsBECNNP集電極電阻，將變化的電流ic轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷簎o。uiuo輸入輸出Rb+V

10、CCRcC1C2T+RL+-Rs耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F50F作用：直流電不會影響輸入輸出端, 而信號可以正常的輸入輸出.uiuo輸入輸出Rb+VCCVBBRcC1C2T+RL+-Rs對直流信號電容開路開路開路RB+VCCRCC1C2T直流通路RB+VCCRCuiuoRL+-Rs2. 原理1根據(jù)直流通路估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+VCC直流通道RBRCBBECCBRUVI-=BCCRV7.0-2根據(jù)直流通道估算IC 、 UCEICUCE直流通道RBRCBCII=bCCCCCERIVU-=+VCCIB、IC 、 UCE在三極管的輸入、輸出特性曲線上確定

11、一個工作點Q，稱為靜態(tài)工作點。例：計算靜態(tài)工作點。：VCC，RC=4k，RB=300k，。解：請注意電路中IB 和IC 的數(shù)量級。mA51040537.IIBC=*=bV -0.7VA40mA04.030012m=BCCBRImA對交流信號(電容短路, 電源短路)短路短路置零RBRCRLuiuo交流通路RB+VCCRCC1C2TuiuoRL+-Rs根據(jù)交流通路圖，可計算：ib=ui/rbeic= ibuo=-icRL電壓放大倍數(shù)：Au=uo/uiuo=-icRLui=ibrbeRBRCRLuiuo交流通路ibic直流通路和交流通路 直流通路：在直流電源作用下，直流流經(jīng)的通路。交流通路：在輸入信

12、號的作用下，交流信號流經(jīng)的通路。分析放大電路時, 可將其分為交流通路和直流通路兩局部，便于分析。結(jié) 論放大器有兩種工作狀態(tài)：靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)時僅有電源為三極管提供直流工作電壓與電流，使三極管工作在放大區(qū)。動態(tài)時輸入的交流信號疊加在三極管的靜態(tài)直流分量上，各極電壓、電流是直流分量與交流分量之和。輸出電壓uo與輸入電壓ui頻率一樣，但相位相反。uo的幅度要比ui大得多。符號規(guī)定大寫字母、大寫下標，表示直流量。 如IB、UBE。小寫字母、大寫下標，表示總瞬時量。如iB、uBE。小寫字母、小寫下標，表示交流分量。如ib、ube。大寫字母、小寫下標，表示有效值。如Ib、Ube。四、放大電路的信號失真 靜

13、態(tài)工作點實際上是給放大交流信號提供一個工作平臺，交流信號在此平臺上作與輸入信號成線性比例的上下變化。工作平臺不同，信號上下變化范圍不一樣，當輸入單一頻率信號且當其幅度較大時，將產(chǎn)生飽和失真、截止失真、截頂失真。P55 失真圖失真原因：三極管特性的非線性。飽和失真：靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)；截止失真：靜態(tài)工作點靠近截止區(qū)；截頂失真：輸入信號過大時；不失真：靜態(tài)工作點在放大區(qū)的中點。解決方法：在基極偏置電路中串接一可變電阻器，調(diào)節(jié)放大器的靜態(tài)工作點。2.頻率失真 在實際信號中，單一頻率的信號較少，絕大多數(shù)的信號都是多個頻率成分的組合體。例如：每個人說話的聲音信號中，包含一個根本頻率的信號成分基波和根本

14、頻率的許多個高倍頻率的信號成分諧波。不同的人，根本頻率不同，高倍頻率的信號成分也不一樣。頻率失真：放大電路對不同頻率信號放大倍數(shù)不一樣，相位挪動不一樣而引起的信號失真。產(chǎn)生原因：電路中存在電抗元件電容、電感五、溫度對靜態(tài)工作點的影響 半導體器件的電氣參數(shù)都與溫度有關(guān)，三極管的主要參數(shù)都隨溫度而發(fā)生變化。當其溫度變化或更換三極管時，靜態(tài)工作點將發(fā)生變動。例如：溫度上升時，增大，導致集電極電流ICQ增大，靜態(tài)工作點Q將沿直流負載線上移。放大器的工作點處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，嚴重時導致信號放大失真。解決方法：采用分壓式工作點穩(wěn)定放大電路。六、分壓式放大電路1. 電路組成Rb1+VCCRcC1C2Rb2Re

15、RLuiuo基極分壓式偏置電路基極分壓式偏置電路發(fā)射極偏置電阻TUBEIBICUEICI1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE2. 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理I1=I2+IB使 I1IB，I1I2那么：iBuBE2.2.4 放大電路的分析方法主要目的確定靜態(tài)工作點是否適宜估算主要性能參數(shù)分析內(nèi)容靜態(tài)分析直流工作狀態(tài)Q動態(tài)分析交流工作狀態(tài)Au、Ri、Ro一、靜態(tài)分析1. 畫直流通路原那么：電容視為開路 電感視為短路 交流信號源為電壓源：視為短路；交流信號源為電流源：視為開路；各信號源內(nèi)阻保存。2. 估算靜態(tài)工作點步驟：畫出直流通路 根據(jù)電路構(gòu)造，列出計算方程 設(shè)硅管、鍺管管壓降，計算出Q 根據(jù)UCE

16、Q大小，判斷Q是否適宜Rb1+VCCRcC1C2Rb2ReRLuiuoI1I2IBRb1+VCCRCTRb2Re直流通路I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE直流通路求靜態(tài)工作點由于二、動態(tài)分析1. 畫交流通路原那么：電容視為短路 電感視為開路 直流恒壓源交流內(nèi)阻為零，視為短路；直流恒流源交流內(nèi)阻無窮大，視為開路2. 微變等效電路法三極管的b-e間等效為一個電阻rbec、e間等效為一個受控恒流源，數(shù)值為ib，方向同ic正方向微變等效電路法分析步驟：畫交流通路將三極管用三極管微變等效電路代換推導出uo、ui與ib的關(guān)系式根據(jù)Au、Ri、Ro的定義，計算出相應數(shù)值Rb1+VCCRcC1C2Rb

17、2ReRLuiuo交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re微變等效電路rbeRcRLReRb交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re微變等效電路rbeRcRLReRb放大倍數(shù)很小2.2.5 共集電極放大電路Rb+VCCC1C2ReRLuiuoRb+VCCRe直流通路靜態(tài)分析IBIERb+VCCRe直流通路動態(tài)分析Rb+VCCC1C2RbRLuiuoRbReRLuiuo交流通路共集電極RbReRLuiuo交流通路rbeReRLRb微變等效電路1. 電壓放大倍數(shù)rbeReRLRb微變等效電路2.輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱射極跟隨器。結(jié)論：1.所以因為2. 輸入電阻Ri輸入電阻較大rbeReRLRbrbeReRLRb3. 輸出電阻RoRs3. 輸出電阻Ro通常所以輸出電阻較小無電壓放大才能,輸入電阻大,輸出電阻小,帶負載才能強.共集電極放大電路的特點: 2.2.6 共基電極放大電路I1I2IBRb1+VCCRcTRb2Re直流通路+VCCC1C2ReRLuiuoRcRb1Rb2直流通路與分壓式共射電路一樣，Q點的求法也一樣+VCCC1C2ReRLuiuoRcRb1Rb2ReRLuiuoRc交流通路ReRLuiuoRc交流通路動態(tài)分析ReRLuiuoRcrbe微變等效電路三極管放大電