中職電工電子技術(shù)及應(yīng)用第七章 基本放大電路教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電工電子技術(shù)及應(yīng)用第七章 基本放大電路教學(xué)課件第七章 基本放大電路第一節(jié) 共射極放大電路第二節(jié) 共集電極電路第三節(jié) 多級放大電路第四節(jié) 功率放大電路第五節(jié) 差分放大電路第一節(jié) 共射極放大電路一、什么是放大電路 放大電路是模擬電路中一種最常用、最基本的典型電路?？梢哉f，凡是需要將微弱的模擬信號進行放大的場合，都離不開放大電路 對于放大電路的要求有兩個方面;一方面放大倍數(shù)要大，因為在總的放大倍數(shù)一定的情況下，每一級的放大倍數(shù)越大，電子設(shè)備的級數(shù)就可以越少，設(shè)備可以做得體積小、質(zhì)量輕、耗電量小;另一方面是失真要小，放大電路的首要任務(wù)是把信號放大，但在放大信號的同時，還必須

2、盡可能地保持原來信號的波形不變，即輸出波形和輸入波形盡可能地保持一致下一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路1.電路組成 圖7-1是一個共射級接法的交流放大器，它是最基本的交流放大電路2.工作原理 在放大電路中，一般采用單電源供電，如圖7-2所示的共發(fā)射極放大電路的實用電路只要適當(dāng)調(diào)整RB的阻值，仍可保證發(fā)射結(jié)正向偏置，產(chǎn)生合適的基極偏置電流lB下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路 3.放大電路的直流量和交流量 當(dāng)放大電路沒有輸入電壓信號時，即ui=0，電路中的電壓、電流都是不變的直流量，稱電路為靜止?fàn)顟B(tài)，簡稱“靜態(tài)”。用晶體管的lB 、lC 、UCE表示，叫做“靜態(tài)工作

3、點”值。 以基極電流為例，在交流信號ui的作用下，可以得到圖7 -3所示的三極管基極電流波形，圖7-3(a)、(b)、(c)分別表示三極管基極電流直流分量、交流分量、總變化量，符號分別為IB、ib、iB 顯然，放大電路中的電壓、電流是其靜態(tài)直流量與動態(tài)交流量疊加的結(jié)果。在具體分析問題時，常常把“靜態(tài)”和“動態(tài)”分開來研究。“靜態(tài)”提供了正常放大的必備條件。表7-1列出廠放大電路中常用的各種符號及其意義。下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路4.放大電路的動態(tài)分析 動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后分析信號的傳輸情況。圖解法和微變等效電路法是動態(tài)分析的兩種基本方法。 由于動態(tài)時放大電路是在直

4、流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE電流iB和iC均包含兩個分量。交流通路為ui單獨作用下的電路，由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零(相當(dāng)于短路)，直流電源UCC去掉(短接)，對應(yīng)圖7-2的交流通路。如圖7-4所示。下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路4.放大電路的動態(tài)分析 (1)圖解法 用圖解法對放大電路進行動態(tài)分析，如圖7-5 (a)、 (b)所示，其步驟為: 根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。 根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB 作交流負(fù)載線。 由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC和uCE下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路

5、(2)微變等效電路法 放大電路的微變等效電路，就是把非線性元件晶體管線性化，使放大電路等效為一個線性電路。 三極管的微變等效電路 對放大電路進行動態(tài)分析的關(guān)鍵是對三極管的處理。在圖7-7 (a)所示的低頻小信號電路中，從輸入端看，三極管就是一個普通的PN結(jié)，因此可用一個電阻rbe表示，常用下式計算: 放大電路的微變等效電路畫出放大電路的交流通路，用三極管的微變等效電路代替其中的三極管，可得出放大電路的微變等效電路，如圖7-8(a)、(b)所示基本放大電路的交流通路及微變等效電路。下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路用微變等效電路求動態(tài)指標(biāo) 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻ri 輸出電

6、阻ro下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路5.放大電路的靜態(tài)分析 (1)求解靜態(tài)值實際上，靜態(tài)分析的日的就是要求出晶體管的靜態(tài)工作點(IBQ、ICQ、UCEQ)值，從而判斷晶體管是否工作在放大區(qū)。常用的方法是直流通路法和圖解法 圖解法 用圖解法分析對放大電路進行靜態(tài)分析分四個步驟，如圖7-10所示 用估算法求出基極電流IBQ 根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應(yīng)的曲線 作直流負(fù)載線 求靜態(tài)工作點Q，并確定ICQ、UCEQ的值下一頁上一頁第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級放大電路 直流通路法 在無輸入信號時電路中只有直流量，而沒有交流量，此時禍合電容C1、C2相當(dāng)于開路，這樣畫出的電

7、路，稱為直流通路。共射極放大電路的直流通路如圖7-11(b)所示。 (2)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 靜態(tài)工作點的設(shè)置直接關(guān)系到放大電路能否正常工作(放大信號)，因此靜態(tài)工作點的穩(wěn)定就顯得十分重要。 分壓偏置共射極放大電路如圖7-12 (a)所示，發(fā)射極電阻RE起直流負(fù)反饋作用，在外界因素變化時，自動調(diào)節(jié)工作點的位置，使靜態(tài)工作點穩(wěn)定。 分壓偏置共射極放大電路的直流通路如圖7-12 (b)所示電路上一頁返 回第二節(jié) 共集電極電路一、共集電極放大電路的組成 如圖7-13 (a)所示，由于直流電源對交流信號相當(dāng)于短路，集電極便成為輸入與輸出回路的公共端，因此這個電路稱為共集電極放大電路，簡稱共集放大器，又稱

8、射極輸出器它的直流通路如圖7-13 ( b)所示，交流通路如圖7-13 (c)所示。 下面計算圖7-13 ( a)電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。下一頁第二節(jié) 共集電極電路二、共集電極放大電路分析1.靜態(tài)分析 由 ，可求出靜態(tài)工作點下一頁上一頁第二節(jié) 共集電極電路二、共集電極放大電路分析1.動態(tài)分析(1)壓放大倍數(shù)Au(2)輸入電阻ri(3)輸出電阻ro上一頁返 回第三節(jié) 多級放大電路 多級放大電路由輸入級、中間級和輸出級組成，多級放大電路的方框圖如圖7 -14所示，輸出級一般是大信號放大器，我們只討論由輸入級到中間級組成的多級小信號放大器。下一頁第三節(jié) 多級放大電路一、多

9、級放大電路的級間耦合方式 在多級放大電路中，每兩個單級放大電路之間的連接稱為耦合。 (1)直接耦合 前后級間直接連接，因此各級的靜態(tài)工作點相互有影響 (2)變壓器耦合 前后級間采用變壓器連接，因此各級的靜態(tài)工作點彼此獨立計算，改變變壓器匝數(shù)比，可進行最佳阻抗匹配，得到最大輸出功率。常用在功率放大的場合或者需要電壓隔離的場合。 (3)阻容耦合 所謂阻容耦合方式是指信號源與放大電路之間、多級放大電路的各級之間及放大電路與負(fù)載之間由電阻、電容連接的方式。下一頁上一頁第三節(jié) 多級放大電路二、直接耦合 為了避免電容對緩慢變化的信號在傳輸過程中帶來的不良影響，也可以把級與級之間直接用導(dǎo)線連接起來，這種連接

10、方式稱為直接耦合，其電路如圖7-15所示。 直接耦合的特點: (1)優(yōu)點:既可以放大交流信號，也可以放大直流和變化非常緩慢的信號。電路簡單、便于集成，所以集成電路中多采用這種耦合方式。 (2)缺點:存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題下一頁上一頁第三節(jié) 多級放大電路三、變壓器耦合 我們把級與級之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合。其電路如圖7-16所示。 變壓器耦合的特點: (1)優(yōu)點 因變壓器不能傳輸直流信號，只能傳輸交流信號和進行阻抗變換，所以，各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。改變變壓器的匝數(shù)比，容易實現(xiàn)阻抗變換，因而容易獲得較大的輸出功率。 (2)缺點 變壓器體積大

11、而重，不便于集成。同時頻率特性差，也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號。下一頁上一頁第三節(jié) 多級放大電路四、阻容耦合多級放大電路的分析 由兩級共射放大電路采用阻容耦合組成的多級放大電路如圖7-17所示。 由圖7-17可得阻容耦合放大電路的特點: (1)優(yōu)點 因電容具有“隔直”作用，所以各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來廠很大的方便。此外，還具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點。 (2)缺點 因電容對交流信號具有一定的容抗，在信號傳輸過程中，會受到一定的衰減。尤其對于變化緩慢的信號容抗很大，不便于傳輸。此外，在集成電路中，制造大容量的電容很困難，所以這種禍合方式下的多級

12、放大電路不便于集成。上一頁返 回第四節(jié) 功率放大電路 電子設(shè)備中的放大器一般由前置放大器和功率放大器組成，如圖7 -19所示。前置放大器的主要任務(wù)是不失真地提高輸入信號的電壓或電流的幅度。功率放大電路在多級放大電路中處于最后一級，又稱輸出級，而功率放大器的任務(wù)是在信號失真允許的范圍內(nèi)，盡可能輸出足夠大的信號功率去馭動負(fù)載，如揚聲器、伺服電機、指示表頭、記錄器等。下一頁第四節(jié) 功率放大電路一、功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.輸出功率 功放電路根據(jù)負(fù)載要求向負(fù)載提供的有用信號功率 最大輸出功率: 2.效率 放大電路提供給負(fù)載的功率是由直流電源提供的。放大電路的效率定義為放大電路輸出給負(fù)載的功率與直流

13、電源所提供的功率之比。即:下一頁上一頁第四節(jié) 功率放大電路一、功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)3.管耗 功放電路中直流電源提供的功率除廠供給負(fù)載外，其他部分主要被功率管所消耗，這部分功率稱為管耗，即4.非線性失真 由于在功率放大電路中，三極管的工作點在大范圍內(nèi)變動，輸出波形的非線性失真比小信號放大電路要嚴(yán)重得多。在實際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求來規(guī)定允許的信號失真范圍。下一頁上一頁第四節(jié) 功率放大電路二、功率放大電路的分類 根據(jù)晶體管靜態(tài)工作點設(shè)置的不同，放大電路通?？捎幸韵氯N工作狀態(tài)，如圖7 -20所示。 1.甲類功放 甲類功放的三極管其靜態(tài)工作點在放大區(qū)的中間，所以在輸入信號的整個周期

14、內(nèi)，管子中都有電流流過。 2.乙類功放 乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點在放大區(qū)與截止區(qū)的交線上，在輸入信號的一個周期內(nèi)，管子只在半個周期內(nèi)有電流流過。下一頁上一頁第四節(jié) 功率放大電路二、功率放大電路的分類3.甲乙類功放 甲乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點在靠近截止線的放大區(qū)內(nèi)，在信號的一個周期內(nèi)，管子有半個多周期內(nèi)有電流流過。 在這三類功放中，甲類功放電路的優(yōu)點是失真波形小，缺點是靜態(tài)工作點電流大，管耗大，放大電路效率低，它主要用于小功率放大電路中。乙類和甲乙類放大電路的優(yōu)點是管耗小，放大電路效率高，故在功率放大電路中得到廣泛應(yīng)用。在實際電路中，均采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽電路來減小失真和增大輸出功率。

15、下一頁上一頁第四節(jié) 功率放大電路三、乙類互補對稱功率放大電路 乙類功率放大電路雖然減小了管耗，提高了效率，但輸入信號的半個波形被削掉了。圖7-21 (b)為乙類雙電源互補對稱功放。實際上是由兩個射極輸出器組合而成。由于有信號時兩管輪流導(dǎo)通，實現(xiàn)推挽工作方式，故稱為互補對稱功率放大電路，又稱為無輸出電容的功率放大電路，即OCL(Output Capacitor Less)電路1.工作原理 (1)靜態(tài)分析 當(dāng)輸入信號ui=0時，兩三極管都工作在截止區(qū)，此時IBQ、ICQ、IEQ均為零，負(fù)載上無電流通過，輸出電壓uo=0下一頁上一頁第四節(jié) 功率放大電路三、乙類互補對稱功率放大電路 (2)動態(tài)分析 當(dāng)

16、輸入信號為正半周時，ui 0，三極管VT1導(dǎo)通，VT2截止，VT1管的射極電流如經(jīng)+UCC自上而下流過負(fù)載，在RL上形成正半周愉出電壓，uo0 當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時，ui0，三極管VT2導(dǎo)通，VT1截止，VT2管的射極電流ie2經(jīng)-UCC自下而上流過負(fù)載，在RL上形成負(fù)半周輸出電壓，uo0下一頁上一頁第四節(jié) 功率放大電路三、乙類互補對稱功率放大電路2.分析計算 (1)輸出功率Po 功率放大電路提供給負(fù)載的信號功率稱為輸出功率 (2)轉(zhuǎn)換效率 功率放大電路的交流輸出功率與電源所提供的平均功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。電源提供的功率是直流功率，其值等于電源輸出電流平均值與其電壓乘積下一頁上一頁第四節(jié) 功率

17、放大電路四、甲乙類互補對稱功率放大電路 1.交越失真 演示電路如圖7-22 (a)所示，在放大器的輸入端加入一個1000 Hz正弦信號，用示波器觀察輸出端的信號波形，發(fā)現(xiàn)輸出波形在正、負(fù)半周的交界處發(fā)生了失真，觀察到的輸出波形如圖7-22 (b)所示 2.甲乙類互補對稱電路 為了解決交越失真，可給三極管加適當(dāng)?shù)幕鶚O偏置電壓，偏置電壓只要稍大于功率放大管的門檻電壓即可。如圖7-23所示就是一種工作在甲乙類狀態(tài)的利用二極管進行偏置的OCL互補對稱功率放大電路。上一頁返 回第五節(jié) 差分放大電路 在實際應(yīng)用中，對于頻率較高的交流信號進行放大時，常采用阻容耦合或變壓器耦合。但是，在生產(chǎn)實際中，需要放大的

18、信號往往是變化非常緩慢的信號，甚至是直流信號。對于這樣的信號，不能采用阻容耦合或變壓器耦合，而只能采用直接耦合方式。 然而，在多級放大器中采用直接禍合存在兩個特殊問題必須加以解決。一是級間直流量的相互影響問題，二是零點漂移問題。為了解決這兩個問題，在實踐中，可用兩只特性相同的三極管組成完全對稱的電路，即差分放大電路。下一頁第五節(jié) 差分放大電路一、工作原理 圖7-24是基本的差分放大器，它由兩個完全相同的單管放大器組成 差分放大電路是利用兩邊電路相同的零漂互相抵消的辦法來抑制輸出端零漂的。顯然，兩邊電路的對稱性將直接影響這種抵消的效果。電路對稱性越好，這種抵消效果越好，對零漂的抑制能力越強。為了

19、減小零漂，應(yīng)盡量提高電路的對稱程度。在集成運放等集成電路中，其輸入級采用差分放大形式，由于集成工藝上可實現(xiàn)很高的電路對稱性，因而其抑制零漂的能力都很強。下一頁上一頁第五節(jié) 差分放大電路二、共模信號與差模信號 差分放大器的輸入信號可以分為兩種，即共模信號和差模信號。在放大器的兩輸入端分別輸入大小相等、極性相同的信號即Ui1=Ui2時，這種輸入方式稱為共模輸入，所輸入的信號稱為共模(輸入)信號。共模(輸入)信號常用Uic來表示，即Uic=Ui1=Ui2。在共模輸入時，輸出電壓與輸入共模電壓之比稱為共模電壓放大倍數(shù)，用Ac表示。在放大器的兩輸入端分別輸入大小相等、極性相反的信號，即Ui1=Ui2時，

20、這種輸入方式稱為差模輸入，所輸入的信號稱為差模輸入信號。差模輸入信號常用Uid來表示，即下一頁上一頁第五節(jié) 差分放大電路二、共模信號與差模信號 差分放大器的兩種輸入如圖7 -25所示。 由圖7 -25 ( a)可以看出，當(dāng)差分放大器輸入共模信號時，由于電路對稱，其輸出端的電位Uc1和Uc2的變化也是大小相等、極性相同，因而輸出電壓Uoc保持為零。 由圖7-25(b)可以看出，當(dāng)差分放大器輸入差模信號(Ui1=1/2Uid, Ui2=1/2Uid)時，由于電路對稱，其兩管輸出端電位Uc1和Uc2的變化也是大小相等、極性相反下一頁上一頁第五節(jié) 差分放大電路二、共模信號與差模信號 設(shè)兩管的電壓放大倍數(shù)均為A(兩管對稱，參數(shù)相同)，則兩管輸出端電位