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(jí)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(shuō)，凡是需要將微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行放大的場(chǎng)合，都離不開(kāi)放大電路 對(duì)于放大電路的要求有兩個(gè)方面;一方面放大倍數(shù)要大，因?yàn)樵诳偟姆糯蟊稊?shù)一定的情況下，每一級(jí)的放大倍數(shù)越大，電子設(shè)備的級(jí)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(hào)放大，但在放大信號(hào)的同時(shí)，還必須

2、盡可能地保持原來(lái)信號(hào)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(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路1.電路組成 圖7-1是一個(gè)共射級(jí)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(shí)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(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路 3.放大電路的直流量和交流量 當(dāng)放大電路沒(méi)有輸入電壓信號(hào)時(shí)，即ui=0，電路中的電壓、電流都是不變的直流量，稱(chēng)電路為靜止?fàn)顟B(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)“靜態(tài)”。用晶體管的lB 、lC 、UCE表示，叫做“靜態(tài)工作

3、點(diǎn)”值。 以基極電流為例，在交流信號(hào)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(hào)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(dòng)態(tài)交流量疊加的結(jié)果。在具體分析問(wèn)題時(shí)，常常把“靜態(tài)”和“動(dòng)態(tài)”分開(kāi)來(lái)研究?！办o態(tài)”提供了正常放大的必備條件。表7-1列出廠(chǎng)放大電路中常用的各種符號(hào)及其意義。下一頁(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路4.放大電路的動(dòng)態(tài)分析 動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后分析信號(hào)的傳輸情況。圖解法和微變等效電路法是動(dòng)態(tài)分析的兩種基本方法。 由于動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路是在直

4、流電源UCC和交流輸入信號(hào)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(gè)分量。交流通路為ui單獨(dú)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(duì)應(yīng)圖7-2的交流通路。如圖7-4所示。下一頁(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路4.放大電路的動(dòng)態(tài)分析 (1)圖解法 用圖解法對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)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(diǎn)Q。 根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB 作交流負(fù)載線(xiàn)。 由輸出特性曲線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)求iC和uCE下一頁(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)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(xiàn)性元件晶體管線(xiàn)性化，使放大電路等效為一個(gè)線(xiàn)性電路。 三極管的微變等效電路 對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的關(guān)鍵是對(duì)三極管的處理。在圖7-7 (a)所示的低頻小信號(hào)電路中，從輸入端看，三極管就是一個(gè)普通的PN結(jié)，因此可用一個(gè)電阻rbe表示，常用下式計(jì)算: 放大電路的微變等效電路畫(huà)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(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路用微變等效電路求動(dòng)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(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路5.放大電路的靜態(tài)分析 (1)求解靜態(tài)值實(shí)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(diǎn)(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(duì)放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析分四個(gè)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(xiàn)中找到對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn) 作直流負(fù)載線(xiàn) 求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并確定ICQ、UCEQ的值下一頁(yè)上一頁(yè)第一節(jié) 共射極放大電路二、共射級(jí)放大電路 直流通路法 在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)電路中只有直流量，而沒(méi)有交流量，此時(shí)禍合電容C1、C2相當(dāng)于開(kāi)路，這樣畫(huà)出的電

7、路，稱(chēng)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(diǎn)的穩(wěn)定 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置直接關(guān)系到放大電路能否正常工作(放大信號(hào))，因此靜態(tài)工作點(diǎn)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?zhàn)饔茫谕饨缫蛩刈兓瘯r(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作點(diǎn)的位置，使靜態(tài)工作點(diǎn)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(yè)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(duì)交流信號(hào)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(gè)電路稱(chēng)為共集電極放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)共集放大器，又稱(chēng)

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(jì)算圖7-13 ( a)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。下一頁(yè)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(diǎn)下一頁(yè)上一頁(yè)第二節(jié) 共集電極電路二、共集電極放大電路分析1.動(dòng)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(yè)返 回第三節(jié) 多級(jí)放大電路 多級(jí)放大電路由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成，多級(jí)放大電路的方框圖如圖7 -14所示，輸出級(jí)一般是大信號(hào)放大器，我們只討論由輸入級(jí)到中間級(jí)組成的多級(jí)小信號(hào)放大器。下一頁(yè)第三節(jié) 多級(jí)放大電路一、多

9、級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式 在多級(jí)放大電路中，每?jī)蓚€(gè)單級(jí)放大電路之間的連接稱(chēng)為耦合。 (1)直接耦合 前后級(jí)間直接連接，因此各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互有影響 (2)變壓器耦合 前后級(jí)間采用變壓器連接，因此各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立計(jì)算，改變變壓器匝數(shù)比，可進(jìn)行最佳阻抗匹配，得到最大輸出功率。常用在功率放大的場(chǎng)合或者需要電壓隔離的場(chǎng)合。 (3)阻容耦合 所謂阻容耦合方式是指信號(hào)源與放大電路之間、多級(jí)放大電路的各級(jí)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(yè)上一頁(yè)第三節(jié) 多級(jí)放大電路二、直接耦合 為了避免電容對(duì)緩慢變化的信號(hào)在傳輸過(guò)程中帶來(lái)的不良影響，也可以把級(jí)與級(jí)之間直接用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)，這種連接

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

11、而重，不便于集成。同時(shí)頻率特性差，也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號(hào)。下一頁(yè)上一頁(yè)第三節(jié) 多級(jí)放大電路四、阻容耦合多級(jí)放大電路的分析 由兩級(jí)共射放大電路采用阻容耦合組成的多級(jí)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(diǎn): (1)優(yōu)點(diǎn) 因電容具有“隔直”作用，所以各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)廠(chǎng)很大的方便。此外，還具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。 (2)缺點(diǎn) 因電容對(duì)交流信號(hào)具有一定的容抗，在信號(hào)傳輸過(guò)程中，會(huì)受到一定的衰減。尤其對(duì)于變化緩慢的信號(hào)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(jí)

12、放大電路不便于集成。上一頁(yè)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(hào)的電壓或電流的幅度。功率放大電路在多級(jí)放大電路中處于最后一級(jí)，又稱(chēng)輸出級(jí)，而功率放大器的任務(wù)是在信號(hào)失真允許的范圍內(nèi)，盡可能輸出足夠大的信號(hào)功率去馭動(dòng)負(fù)載，如揚(yáng)聲器、伺服電機(jī)、指示表頭、記錄器等。下一頁(yè)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(hào)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(yè)上一頁(yè)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(chǎng)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(chēng)為管耗，即4.非線(xiàn)性失真 由于在功率放大電路中，三極管的工作點(diǎn)在大范圍內(nèi)變動(dòng)，輸出波形的非線(xiàn)性失真比小信號(hào)放大電路要嚴(yán)重得多。在實(shí)際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求來(lái)規(guī)定允許的信號(hào)失真范圍。下一頁(yè)上一頁(yè)第四節(jié) 功率放大電路二、功率放大電路的分類(lèi) 根據(jù)晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不同，放大電路通常可有以下三種工作狀態(tài)，如圖7 -20所示。 1.甲類(lèi)功放 甲類(lèi)功放的三極管其靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū)的中間，所以在輸入信號(hào)的整個(gè)周期

14、內(nèi)，管子中都有電流流過(guò)。 2.乙類(lèi)功放 乙類(lèi)功放的三極管其靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū)與截止區(qū)的交線(xiàn)上，在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，管子只在半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)。下一頁(yè)上一頁(yè)第四節(jié) 功率放大電路二、功率放大電路的分類(lèi)3.甲乙類(lèi)功放 甲乙類(lèi)功放的三極管其靜態(tài)工作點(diǎn)在靠近截止線(xiàn)的放大區(qū)內(nèi)，在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，管子有半個(gè)多周期內(nèi)有電流流過(guò)。 在這三類(lèi)功放中，甲類(lèi)功放電路的優(yōu)點(diǎn)是失真波形小，缺點(diǎn)是靜態(tài)工作點(diǎn)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(lèi)和甲乙類(lèi)放大電路的優(yōu)點(diǎn)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(shí)際電路中，均采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽電路來(lái)減小失真和增大輸出功率。

15、下一頁(yè)上一頁(yè)第四節(jié) 功率放大電路三、乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路 乙類(lèi)功率放大電路雖然減小了管耗，提高了效率，但輸入信號(hào)的半個(gè)波形被削掉了。圖7-21 (b)為乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放。實(shí)際上是由兩個(gè)射極輸出器組合而成。由于有信號(hào)時(shí)兩管輪流導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)推挽工作方式，故稱(chēng)為互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，又稱(chēng)為無(wú)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(hào)ui=0時(shí)，兩三極管都工作在截止區(qū)，此時(shí)IBQ、ICQ、IEQ均為零，負(fù)載上無(wú)電流通過(guò)，輸出電壓uo=0下一頁(yè)上一頁(yè)第四節(jié) 功率放大電路三、乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路 (2)動(dòng)態(tài)分析 當(dāng)

16、輸入信號(hào)為正半周時(shí)，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(guò)負(fù)載，在RL上形成正半周愉出電壓，uo0 當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，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(guò)負(fù)載，在RL上形成負(fù)半周輸出電壓，uo0下一頁(yè)上一頁(yè)第四節(jié) 功率放大電路三、乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路2.分析計(jì)算 (1)輸出功率Po 功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱(chēng)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(chēng)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(yè)上一頁(yè)第四節(jié) 功率

17、放大電路四、甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)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(gè)1000 Hz正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出端的信號(hào)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(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)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(mén)檻電壓即可。如圖7-23所示就是一種工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)的利用二極管進(jìn)行偏置的OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。上一頁(yè)返 回第五節(jié) 差分放大電路 在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于頻率較高的交流信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，常采用阻容耦合或變壓器耦合。但是，在生產(chǎn)實(shí)際中，需要放大的

18、信號(hào)往往是變化非常緩慢的信號(hào)，甚至是直流信號(hào)。對(duì)于這樣的信號(hào)，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(jí)放大器中采用直接禍合存在兩個(gè)特殊問(wèn)題必須加以解決。一是級(jí)間直流量的相互影響問(wèn)題，二是零點(diǎn)漂移問(wèn)題。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，在實(shí)踐中，可用兩只特性相同的三極管組成完全對(duì)稱(chēng)的電路，即差分放大電路。下一頁(yè)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(gè)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(lái)抑制輸出端零漂的。顯然，兩邊電路的對(duì)稱(chēng)性將直接影響這種抵消的效果。電路對(duì)稱(chēng)性越好，這種抵消效果越好，對(duì)零漂的抑制能力越強(qiáng)。為了

19、減小零漂，應(yīng)盡量提高電路的對(duì)稱(chēng)程度。在集成運(yùn)放等集成電路中，其輸入級(jí)采用差分放大形式，由于集成工藝上可實(shí)現(xiàn)很高的電路對(duì)稱(chēng)性，因而其抑制零漂的能力都很強(qiáng)。下一頁(yè)上一頁(yè)第五節(jié) 差分放大電路二、共模信號(hào)與差模信號(hào) 差分放大器的輸入信號(hào)可以分為兩種，即共模信號(hào)和差模信號(hào)。在放大器的兩輸入端分別輸入大小相等、極性相同的信號(hào)即Ui1=Ui2時(shí)，這種輸入方式稱(chēng)為共模輸入，所輸入的信號(hào)稱(chēng)為共模(輸入)信號(hào)。共模(輸入)信號(hào)常用Uic來(lái)表示，即Uic=Ui1=Ui2。在共模輸入時(shí)，輸出電壓與輸入共模電壓之比稱(chēng)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(hào)，即Ui1=Ui2時(shí)，

20、這種輸入方式稱(chēng)為差模輸入，所輸入的信號(hào)稱(chēng)為差模輸入信號(hào)。差模輸入信號(hào)常用Uid來(lái)表示，即下一頁(yè)上一頁(yè)第五節(jié) 差分放大電路二、共模信號(hào)與差模信號(hào) 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(hào)時(shí)，由于電路對(duì)稱(chēng)，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(hào)(Ui1=1/2Uid, Ui2=1/2Uid)時(shí)，由于電路對(duì)稱(chēng)，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(yè)上一頁(yè)第五節(jié) 差分放大電路二、共模信號(hào)與差模信號(hào) 設(shè)兩管的電壓放大倍數(shù)均為A(兩管對(duì)稱(chēng)，參數(shù)相同)，則兩管輸出端電位