任務二 單管音頻放大電路的制作

任務二單管音頻放大電路的制作第一頁，共七十六頁，2022年，8月28日放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號。放大電路一般主要由電壓放大和功率放大兩部分組成，這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網絡表示，如圖：uiuoAu2.1任務描述第二頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.1.1任務目標知識點：1.單管音頻放大電路的組成及性能指標2.三極管的基本知識3.放大電路的組成與分析方法4.固定偏置放大電路的分析方法5.靜態(tài)工作點的分析技能：1.電阻的識別方法2.三極管資料查閱3.常用儀器的使用第三頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.2任務資訊2.2.1放大電路概述（信號放大實質、性能指標）2.2.2三極管（結構、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）2.2.3三極管放大電路（結構、基本組態(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第四頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.2.1放大電路概述一、信號放大的實質

“放大”不是能量的增加，而是能量的控制與轉換。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

1.電壓放大倍數2.輸入電阻（常用參數）3.輸出電阻4.最大輸出幅值5.頻響特性6.電路的穩(wěn)定性第五頁，共七十六頁，2022年，8月28日三、放大電路的分類按元器件——分立元器件（三極管和場效應管）和集成放大電路；放大參數——電壓、電流、功率放大電路；電路結構——單級放大和多級放大；信號頻率——直流、低頻、高頻、選頻。第六頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.2.2三極管一、三極管的結構與符號三極管又稱晶體管、半導體三極管、雙極型三極管、BJT。是放大電路的基本元器件之一。1.結構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第七頁，共七十六頁，2022年，8月28日常見的三極管外形第八頁，共七十六頁，2022年，8月28日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)：摻雜濃度較高特點第九頁，共七十六頁，2022年，8月28日BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結集電結第十頁，共七十六頁，2022年，8月28日BECIEIBICNPN型三極管PNP型三極管2.符號BECIEIBIC箭頭表示發(fā)射結加正向電壓時的電流方向。第十一頁，共七十六頁，2022年，8月28日二、三極管的分類（1）3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）用途：普通三極管、開關三極管（5）半導體材料：硅管、鍺管

第十二頁，共七十六頁，2022年，8月28日三、三極管的電特性（1）電流放大，即IC=βIB（2）開關，即三極管飽和時，c、e極相當于開關接通；三極管截止時，c、e極相當于開關斷開。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的若干倍。下面，通過一個實驗來證明此結論。注意：第十三頁，共七十六頁，2022年，8月28日ICmAAVVUCEUBERBIBCBEIE第十四頁，共七十六頁，2022年，8月28日結論:1.IE=IC+IB4.要使晶體管放大,發(fā)射結必須正偏,集電結必須反偏。IE≈IC》IB2.3.IB微小變化會引起IC較大的變化：IC=βIB第十五頁，共七十六頁，2022年，8月28日

對于NPN型三極管，uC>uB>uE

對于PNP型三極管，uC>uB>uE

1.三極管電流放大的條件內部條件：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)射結正偏，集電結反偏問題：分析三極管三個極的電壓關系？NPN

PNP第十六頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.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。其電路有兩種基本形式：雙電源供電電路、單電源供電電路。uiuo輸入輸出Rb+VCCVBBRcC1C2T++RL+-Rs雙電源供電電路第十七頁，共七十六頁，2022年，8月28日可以省去電路改進：采用單電源供電uiuo輸入輸出+VCCRcC1C2TRbVBB++RL+-RsRb第十八頁，共七十六頁，2022年，8月28日五、三極管特性曲線

三極管電極電流與極間電源之間的關系曲線。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-uBE）UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。BECNNP第十九頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.輸出特性曲線（iC-uCE）IC(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大于一定的數值時，IC只與IB有關，IC=IB。BECNNP第二十頁，共七十六頁，2022年，8月28日六、三極管的四種工作狀態(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,IC≈0,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。BECNNP第二十一頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.飽和IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。BECNNP第二十二頁，共七十六頁，2022年，8月28日3.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第二十三頁，共七十六頁，2022年，8月28日輸出特性三個區(qū)域的特點:放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

BECNNP第二十四頁，共七十六頁，2022年，8月28日七、三極管的主要參數前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數為：1.電流放大倍數和

直流電流放大倍數第二十五頁，共七十六頁，2022年，8月28日例：UCE=6V時：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=第二十六頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.特征頻率fT定義：將值下降到1時的頻率稱為三極管的特征頻率。當f>fT時，值將小于1，表示三極管已失去放大能力，因而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。第二十七頁，共七十六頁，2022年，8月28日3.極間反向電流（1）集-基極反向飽和電流ICBOAICBOICBO是集電結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，三極管性能越好第二十八頁，共七十六頁，2022年，8月28日BECNNP（2）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，三極管性能越好第二十九頁，共七十六頁，2022年，8月28日4.極限參數為了保證三極管安全可靠地工作，要求三極管工作時不能超過以下極限參數。（1）集電極最大電流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ICM第三十頁，共七十六頁，2022年，8月28日（2）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安全工作區(qū)第三十一頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.2.3三極管放大電路一、放大電路的基本結構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或負載。第三十二頁，共七十六頁，2022年，8月28日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、三種基本組態(tài)的放大電路第三十三頁，共七十六頁，2022年，8月28日四、共發(fā)射極基本放大電路放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，集電結反偏，發(fā)射結正偏。uiuo輸入輸出參考點Rb+VCCRcC1C2T++RL+-RsBECNNP1.組成第三十四頁，共七十六頁，2022年，8月28日電源VCC與基極電阻作用：使發(fā)射結正偏。uiuo輸入輸出Rb+VCCRcC1C2T++RL+-RsBECNNP第三十五頁，共七十六頁，2022年，8月28日集電極電源，為放大電路提供能量。并且要保證集電結反偏。uiuo輸入輸出Rb+VCCRcC1C2T++RL+-RsBECNNP第三十六頁，共七十六頁，2022年，8月28日集電極電阻，將變化的電流ic轉變?yōu)樽兓碾妷簎o。uiuo輸入輸出Rb+VCCRcC1C2T++RL+-Rs第三十七頁，共七十六頁，2022年，8月28日耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F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第三十八頁，共七十六頁，2022年，8月28日對直流信號（電容開路）開路開路RB+VCCRCC1C2T直流通路RB+VCCRCuiuoRL+-Rs2.原理第三十九頁，共七十六頁，2022年，8月28日（1）根據直流通路估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+VCC直流通道RBRCBBECCBRUVI-=BCCRV7.0-?第四十頁，共七十六頁，2022年，8月28日（2）根據直流通道估算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一個工作點Q，稱為靜態(tài)工作點。第四十一頁，共七十六頁，2022年，8月28日例：計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12.7V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數量級。mA51040537...IIBC=*==bV-0.7VA40mA04.030012m====BCCBRImA第四十二頁，共七十六頁，2022年，8月28日對交流信號(電容短路,電源短路)短路短路置零RBRCRLuiuo交流通路RB+VCCRCC1C2TuiuoRL+-Rs第四十三頁，共七十六頁，2022年，8月28日根據交流通路圖，可計算：ib=ui/rbeic=ibuo=-icRL’電壓放大倍數：Au=uo/uiuo=-icRL’ui=ibrbeRBRCRLuiuo交流通路ibic第四十四頁，共七十六頁，2022年，8月28日直流通路和交流通路直流通路：在直流電源作用下，直流流經的通路。交流通路：在輸入信號的作用下，交流信號流經的通路。分析放大電路時,可將其分為交流通路和直流通路兩部分，便于分析。第四十五頁，共七十六頁，2022年，8月28日結論①放大器有兩種工作狀態(tài)：靜態(tài)和動態(tài)。②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)。③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。④輸出電壓uo與輸入電壓ui頻率相同，但相位相反。⑤uo的幅度要比ui大得多。第四十六頁，共七十六頁，2022年，8月28日符號規(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。第四十七頁，共七十六頁，2022年，8月28日四、放大電路的信號失真1.幅度失真

靜態(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。解決辦法：在基極偏置電路中串接一可變電阻器，調節(jié)放大器的靜態(tài)工作點。第四十八頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.頻率失真

在實際信號中，單一頻率的信號較少，絕大多數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，包含一個基本頻率的信號成分（基波）和基本頻率的許多個高倍頻率的信號成分（諧波）。不同的人，基本頻率不同，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不一樣，相位移動不一樣而引起的信號失真。產生原因：電路中存在電抗元件（電容、電感）第四十九頁，共七十六頁，2022年，8月28日五、溫度對靜態(tài)工作點的影響

半導體器件的電氣參數都與溫度有關，三極管的主要參數都隨溫度而發(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，β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。解決辦法：采用分壓式工作點穩(wěn)定放大電路。第五十頁，共七十六頁，2022年，8月28日六、分壓式放大電路1.電路組成Rb1+VCCRcC1C2Rb2ReRLuiuo基極分壓式偏置電路基極分壓式偏置電路發(fā)射極偏置電阻第五十一頁，共七十六頁，2022年，8月28日TUBEIBICUEICI1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE2.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理I1=I2+IB使I1?IB，I1≈I2則：iBuBE第五十二頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.2.4放大電路的分析方法主要目的確定靜態(tài)工作點是否合適估算主要性能參數分析內容靜態(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）第五十三頁，共七十六頁，2022年，8月28日一、靜態(tài)分析1.畫直流通路原則：①電容視為開路②電感視為短路③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；各信號源內阻保留。2.估算—靜態(tài)工作點步驟：①畫出直流通路②根據電路結構，列出計算方程③設硅管、鍺管管壓降，計算出Q④根據UCEQ大小，判斷Q是否合適第五十四頁，共七十六頁，2022年，8月28日Rb1+VCCRcC1C2Rb2ReRLuiuoI1I2IBRb1+VCCRCTRb2Re直流通路第五十五頁，共七十六頁，2022年，8月28日I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE直流通路求靜態(tài)工作點由于第五十六頁，共七十六頁，2022年，8月28日二、動態(tài)分析1.畫交流通路原則：①電容視為短路②電感視為開路③直流恒壓源交流內阻為零，視為短路；直流恒流源交流內阻無窮大，視為開路2.微變等效電路法①三極管的b-e間等效為一個電阻rbe②c、e間等效為一個受控恒流源，數值為βib，方向同ic正方向第五十七頁，共七十六頁，2022年，8月28日微變等效電路法分析步驟：①畫交流通路②將三極管用三極管微變等效電路代換③推導出uo、ui與ib的關系式④根據Au、Ri、Ro的定義，計算出相應數值第五十八頁，共七十六頁，2022年，8月28日Rb1+VCCRcC1C2Rb2ReRLuiuo交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re微變等效電路rbeRcRLReR'b第五十九頁，共七十六頁，2022年，8月28日交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re微變等效電路rbeRcRLReR'b放大倍數很小第六十頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.2.5共集電極放大電路Rb+VCCC1C2ReRLuiuoRb+VCCRe直流通路第六十一頁，共七十六頁，2022年，8月28日靜態(tài)分析IBIERb+VCCRe直流通路第六十二頁，共七十六頁，2022年，8月28日動態(tài)分析Rb+VCCC1C2RbRLuiuoRbReRLuiuo交流通路共集電極第六十三頁，共七十六頁，2022年，8月28日RbReRLuiuo交流通路rbeReRLRb微變等效電路第六十四頁，共七十六頁，2022年，8月28日1.電壓放大倍數rbeReRLRb微變等效電路第六十五頁，共七十六頁，2022年，8月28日2.輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸