電工與電子技術(shù)-射極輸出器-課件

9-5射極輸出器9.5.1電路結(jié)構(gòu)電路如圖9-5-1所示，輸入為基極，輸出為發(fā)射極，故稱為射極輸出器其交流通路如圖9-5-2所示，輸入回路輸出回路集電極為公共極，故為共集電極電路1PPT課件9.5.2靜態(tài)分析射極輸出器的直流通路如圖9-5-3所示2PPT課件則射極輸出器的靜態(tài)值為3PPT課件9.5.3動態(tài)分析射極輸出器的微變等效電路如圖9-5-4所示。4PPT課件1.電壓放大倍數(shù)由微變等效電路得其中則由以上分析可知（1）電壓放大倍數(shù)小于1但接近于1,Uo≈Ui，故沒有電壓放大作用，但有電流和功率放大作用；5PPT課件2.輸入電阻(2)輸出電壓和輸入電壓同相位，且Uo≈Ui，輸出電壓跟隨輸入電壓變化，故具有電壓跟隨作用，所以稱為射極跟隨器。由圖9-5-4的微變等效電路得其中6PPT課件故一般（1+β）RE//RL>>rbe，而RB又較大，所以射極輸出器的輸入電阻高，遠大于一般共射電路的輸入電阻，可達幾十千歐甚至幾百千歐。3.輸出電阻利用“加壓求流法”，由微變等效電路，將獨立電源和負載電阻除去，在負載開路兩端加一電壓，則產(chǎn)生一電流如圖9-5-5所示7PPT課件則放大電路的輸出電阻寫成由于8PPT課件則輸出電阻為由于Rs+rbe的值較小，除以（1+β）以后會更小，一般為幾十歐姆。所以射極輸出器的輸出電阻很小，故具有較強的帶負載能力。9PPT課件由于射極輸出器的輸入電阻高，故將射極輸出器放在電路的輸入級，可以提高整個放大電路的輸入電阻。2.由于射極輸出器的輸出電阻低，故將射極輸出器放在電路的輸出級，可以降低整個放大電路的輸出電阻，提高帶負載能力。3.將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用，故也叫緩沖級。9.5.4射極輸出器的應(yīng)用10PPT課件解：①由直流通路得例9.5.1一射極輸出器的電路如圖9-5-6，試求①靜態(tài)值IC、IB和UCE；②、、輸入電阻ri

和輸出電阻ro11PPT課件②由微變等效電路得12PPT課件輸入電阻為輸出電阻為13PPT課件9.6多級放大電路9.6.1多級放大電路的組成及級間耦合在大多數(shù)情況下，放大電路的輸入信號常為毫伏級或微伏級，這樣微弱的信號僅經(jīng)過單級放大，輸出電壓和功率是不能滿足負載要求的。為了得到能推動負載的足夠大的電壓和電流，常把多個單級放大電路連接起來，構(gòu)成多級放大電路，以滿足負載對放大倍數(shù)及其它性能指標的要求。一般多級放大電路的方框圖如圖9-6-1所示。14PPT課件耦合及耦合方式在多級放大電路中，每兩個單級放大電路之間的聯(lián)接方式稱為耦合。常用的耦合有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合。由于變壓器耦合在放大電路中應(yīng)用逐漸減少，本節(jié)只討論前兩種耦合方式。1.阻容耦合阻容耦合放大電路的級與級之間是通過耦合電容及后級輸入電阻連接的。其電路如圖9-6-2所示由于電容具有隔直作用，所以前后級的靜態(tài)工作點各自獨立，可單獨考慮。15PPT課件2.直接耦合注：對于緩慢變化的信號及直流信號，由于容抗很大，將大大衰減甚至隔斷，故不適宜用這種電路放大。直接耦合放大電路的級與級之間是不經(jīng)過任何元件直接相連的，其電路如圖9-6-3所示其主要特點是可以放大直流及緩慢變化的信號，但它的靜態(tài)工作點前、后級相互影響，要綜合考慮，不能單獨計算。16PPT課件9.6.2阻容耦合多級放大電路的計算對于圖9-6-1所示的多級放大電路多級放大電路的輸入電阻為第一級輸入電阻，輸出電阻為最后一級輸出電阻。即17PPT課件多級放大電路不論何種耦合方式，前級的輸出電壓即為后級的輸入電壓，后級的輸入電阻即為前級的負載電阻。即其總的電壓放大倍數(shù)為18PPT課件即多級放大電路的電壓放大倍數(shù)，等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。但要注意在計算每級電壓放大倍數(shù)時，應(yīng)考慮后級的負載效應(yīng)，即后一級的輸入電阻即為前級的負載電阻。19PPT課件例9.6.1在圖9-6-4所示的放大電路中，已知β1=β2=50，每個管子的UBE＝0.6V。求：①計算前、后級放大電路的靜態(tài)工作點；②畫出微變等效電路；③求放大電路的輸入電阻和輸出電阻；④求各級電壓放大倍數(shù)和總的電壓放大倍數(shù)；⑤后級采用射極輸出器有何好處？解：①由于阻容耦合放大電路前后級的直流通路互不牽連，可單獨計算。20PPT課件其直流通路如圖9-6-5所示第一級：21PPT課件第二級：22PPT課件②其微變等效電路如9-6-6圖所示。23PPT課件③放大電路的輸入電阻和輸出電阻24PPT課件④各級電壓放大倍數(shù)和總的電壓放大倍數(shù)第二級的輸入電阻為25PPT課件第一級電壓放大倍數(shù)為第二級的電壓放大倍數(shù)為26PPT課件⑤輸出電阻小，帶負載能力強。總的電壓放大倍數(shù)為27PPT課件9.6.3*單級阻容耦合放大電路的頻率特性我們在討論放大電路的動態(tài)計算時，都是在假定耦合電容、射極旁路電容的容抗均為零，而且電路中不存在其它電抗元件的前提下進行的，因此放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率無關(guān)。但實際情況并非如此。在阻容耦合放大電路中除了存在耦合電容和旁路電容外，還存在三極管極間電容（結(jié)電容）、電路元件和導(dǎo)線對地的分布電容等。這些電容在高低頻時的容抗值不能忽略，且隨隨頻率而變化，導(dǎo)致電壓放大倍數(shù)也隨頻率而變化將放大電路的電壓放大倍數(shù)隨頻率而變化的關(guān)系稱為頻率特性。將電壓放大倍數(shù)的模隨頻率而變化的關(guān)系稱為幅頻特性，電壓放大倍數(shù)的輻角隨頻率而變化的關(guān)系稱為相頻特性，這里討論的是各頻段電壓放大倍數(shù)的幅頻特性28PPT課件對于圖9-6-7所示的單級阻容耦合放大電路其中C1、C2為耦合電容，CE為旁路電容，Ci、Co為三極管的結(jié)電容Cbe

、Cbc和線路分布電容折算到輸入輸出端的綜合值其交流通路如圖9-6-8所示29PPT課件1.中頻段由于電容C1、C2和CE的容值較大，容抗極小，可視為短路；而Ci、Co的容值極小，容抗很大，可視為開路，其等效電路如圖9－6－9所示。30PPT課件中頻段對應(yīng)放大電路的頻率特性圖9-6-10中間平坦部分。前面章節(jié)所討論的微變等效電路及放大倍數(shù)的計算，均是指中頻段的情況故可認為電容不影響交流信號的傳送，放大倍數(shù)與頻率無關(guān)，即常數(shù)中頻段31PPT課件2.低頻段由于信號頻率較低，Ci、Co仍可視為開路，但C1、C2、CE容抗較大，不能再視為短路，其電路如圖9－6－11。故在低頻段時在輸入輸出端由于C1、C2的分壓作用，導(dǎo)致實際三極管上的輸入電壓Ube比輸入信號電壓Ui要小，輸出電壓Uo比Uce要小，故使電壓放大倍數(shù)降低；32PPT課件另外由于CE的容抗增大，使交流負反饋作用增強（參見下節(jié)），也使電壓放大倍數(shù)減小。其頻率特性對應(yīng)圖9－6－10所示的0～fL

段低頻段33PPT課件3.高頻段由于信號頻率較高，C1、C2、CE仍可視為短路，但Ci、Co不能再視為開路，需考慮其影響，其等效電路如圖9－6－13所示。34PPT課件隨著頻率的升高，Ci

、Co

的容抗減小，放大電路的輸入阻抗和輸出阻抗減小，使電壓放大倍數(shù)減小。故放大電路在高頻段的頻率特性下降，即fH～f

段高頻段35PPT課件4.上限頻率、下限頻率及通頻帶將上、下限頻率之間的頻率范圍稱為通頻帶用BW表示，即通頻帶是表明放大電路頻率特性的一個重要指標。在電子技術(shù)中規(guī)定，在低頻段和高頻段，將電壓放大倍數(shù)下降到其中頻段電壓放大倍數(shù)的0.707倍時所對應(yīng)的頻率fL、fH，分別稱為下限頻率和上限頻率36PPT課件9.7放大電路中的負反饋（化工不講）9.7.1反饋的基本概念和分類1.反饋概念：就是將基本放大電路的輸出量（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的反饋電路返送到輸入回路，與輸入信號比較，從而用輸出信號影響放大電路的凈輸入信號，可用圖9-7-1的框圖來表示其中輸入信號輸出信號凈輸入信號反饋信號開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)37PPT課件2.反饋的分類a.正反饋與負反饋:如果反饋信號使凈輸入減小，輸出減小，則為負反饋；相反，如果反饋信號使凈輸入增加，輸出增加，則為正反饋負反饋：加入反饋后，凈輸入信號|Xid|<|Xi|,輸出幅度下降。盡管負反饋使放大電路放大倍數(shù)減小，但其可以改善放大電路的性能，因此在放大電路中廣泛采用負反饋正反饋：加入反饋后，凈輸入信號|Xid|>|Xi|，輸出幅度增加。正反饋易引起電路振蕩，使電路性能不穩(wěn)定，故在放大電路中很少采用，主要用于振蕩電路中。38PPT課件對于圖9-7-2所示的射極輸出器為負反饋＋－＋－39PPT課件對于圖9-7-3所示電路為正反饋＋－－＋40PPT課件b.直流反饋、交流反饋和交直流反饋如果反饋中只包含直流分量，即反饋只存在直流通路中，則為直流反饋；如果反饋中只包含交流分量，反饋只存在交流通路中，則為交流反饋；在許多情況下，反饋中既有直流分量，又有交流分量，也就是反饋即存在于直流通路中，也存在于交流通路中，稱其為交、直流反饋。對于圖9-7-4分壓偏置式放大電路，RE引入的為直流負反饋，目的是穩(wěn)定靜態(tài)工作點41PPT課件對于圖9-7-5所示電路，Rf引入的是交流負反饋交流負反饋可以改善放大電路的性能。如非線性失真、展寬頻帶、輸入電阻和輸出電阻等42PPT課件對于圖9-7-6的Re引入的是交直流負反饋43PPT課件c.電壓反饋和電流反饋從輸出端看，如果反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋；如果反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋。d.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋從輸入端看，反饋信號送回到輸入回路，與輸入信號比較。如果反饋信號是以電壓形式出現(xiàn)，則為串聯(lián)反饋；如果是以電流形式出現(xiàn)，則為并聯(lián)反饋。負反饋可以有四種組態(tài)：串聯(lián)電壓、并聯(lián)電流、串聯(lián)電流、并聯(lián)電壓。e.本級反饋和級間反饋存在于多級放大電路中的某一級反饋，稱為本級反饋；而跨接在幾級或輸入輸出之間的反饋稱為極間反饋44PPT課件9.7.2負反饋的判定在判斷電路連接成何種反饋形式之前，首先要找出反饋元件(電路)。反饋電路是連接在輸出回路和輸入回路之間的電路。有時，在同一個放大電路中，同時存在幾個反饋，構(gòu)成不同的反饋類型，再進一步逐一分析對于圖9-7-7所示電路45PPT課件RE1、RF、CF連在輸入回路和輸出回路之間，故為兩級之間的級間反饋

RE1、RE2構(gòu)成第一級和第二級的本級反饋1.本級反饋和級間反饋本級反饋本級反饋級間反饋46PPT課件2.直流反饋與交流反饋的判斷對于圖9-7-7所示電路RE2構(gòu)成后級的直流反饋，RE1構(gòu)成前級的交、直流反饋，RF構(gòu)成級間的交流反饋直流反饋交流反饋47PPT課件3.正負反饋的判斷通常用瞬時極性法來判斷反饋電路是構(gòu)成正反饋還是負反饋。先假設(shè)放大電路的輸入端信號在某一瞬時對地的極性為(＋)或(－)，然后根據(jù)各級電路輸出端與輸入端信號的關(guān)系（同相或反相），標出電路各點的瞬時極性，再得到反饋端信號的極性，最后通過比較反饋端和輸入端的極性來判斷電路的凈輸入是增加還是削弱。對基本放大電路，假定信號先從輸入到輸出單方向傳送，為正向傳輸；然后從反饋電路，信號從放大電路的輸出到輸入（即從反饋電路的輸入到輸出）單方向傳送，這稱為反向傳輸。若引回的反饋信號使得凈輸入信號減小，為負反饋。否則使得凈輸入信號增加，為正反饋48PPT課件對于9-7-7所示電路且三者同相，有故為負反饋由于49PPT課件4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷當反饋信號與輸入信號在同一個節(jié)點比較，稱為并聯(lián)反饋；若反饋信號與輸入信號不在同一節(jié)點比較，則為串聯(lián)反饋。對于共射電路和共集電路，其輸入端都為基極，當反饋信號引回到基極，則為并聯(lián)反饋；引到發(fā)射極為串聯(lián)反饋，如圖9-7-8所示50PPT課件對于圖9-7-7所示電路RF、RE1構(gòu)成的為串聯(lián)反饋。51PPT課件5.電壓反饋和電流反饋的判斷只要設(shè)輸出電壓uo＝0（即將輸出短路），如果反饋依然存在，則為電流反饋；如果反饋不存在，則為電壓反饋。對于共射電路，若反饋信號是從集電極引回，則為電壓反饋；若從發(fā)射極引回，則為電流反饋，如圖9-7-9所示。電壓負反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，電流負反饋可以穩(wěn)定輸出電流。52PPT課件對于圖9-7-7所示電路RE2－直流電流串聯(lián)負反饋RF、RE1－構(gòu)成級間交流串聯(lián)電壓負反饋RE1－本級交、直流串聯(lián)電流負反饋53PPT課件其穩(wěn)定電壓的過程如下：54PPT課件9.7.3負反饋對放大電路性能的影響直流負反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點。交流負反饋可以改善放大電路的動態(tài)性能1.降低了放大倍數(shù)對于9-7-1所示的帶負反饋的放大電路的方框圖，其未引入反饋時基本放大電路的放大倍數(shù)(即開環(huán)放大倍數(shù))為：將反饋信號與輸出信號之比稱為反饋系數(shù)，即55PPT課件故輸出信號為引入反饋以后的閉環(huán)放大倍數(shù)為由于對于負反饋，、與是同相的，且同是電壓或電流，所以是正實數(shù)。56PPT課件2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性將稱為反饋深度，其值越大，負反饋作用越強，也就越小當外界條件變化時，即使輸入信號不變，仍會引起輸出信號的變化，即引起放大倍數(shù)的變化由上式可知，輸出信號比未引入負反饋時要小，也就是引入負反饋后放大倍數(shù)降低了引入負反饋后會，會如何呢？57PPT課件故則放大倍數(shù)的相對變化量為當引入負反饋后，由于58PPT課件即放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)的相對變化量只有開環(huán)放大倍數(shù)相對變化量的1/(1+AF)，也就是說，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了(1+AF)倍。閉環(huán)放大倍數(shù)的相對變化量閉環(huán)放大倍數(shù)的相對變化量其中59PPT課件上式說明深度負反饋的閉環(huán)放大倍數(shù)只與反饋系數(shù)F有關(guān)，即只與反饋電路有關(guān)，與三極管的特性無關(guān)，基本不受外界因素變化的影響。這時放大電路的工作相當穩(wěn)定。在深度負反饋即(1+AF)>>1時，有60PPT課件3.改善波形失真

圖9-7-10(a)是無反饋的基本放大電路的方框圖。當輸入為正弦波時，由于非線性失真，會出現(xiàn)一個上大下小的失真波形。在電路引入負反饋后(圖9-7-3(b))，反饋信號和輸入信號成正比，是一個上大下小的波形61PPT課件這個波形與輸入信號比較后，得到的凈輸入為上小下大的波形，再經(jīng)過基本放大電路，得到上下大小基本相同的波形。故經(jīng)反饋放大電路后，可在很大程度上減少失真。62PPT課件4.擴展通頻帶

在阻容耦合放大電路中，當信號頻率在低頻段和高頻段時，放大倍數(shù)均要下降。由于負反饋具有穩(wěn)定放大倍數(shù)的作用，迫使放大倍數(shù)在低、高頻段下降的程度減少，使減小，增大，故使通頻帶展寬了,如圖9-7-11所示。

圖9-7-11負反饋對通頻帶的影響63PPT課件5.對輸入電阻的影響負反饋對放大電路輸入電阻的影響與反饋電路在輸入回路的連接方式有關(guān)，即與串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋有關(guān)(1)串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大對于圖9-7-12所示的反饋框圖根據(jù)輸入電阻的定義即引入負反饋使輸入電阻增大（1+AF）倍。64PPT課件(2)并聯(lián)負反饋使輸出電阻降低從圖9-7-13所示的并聯(lián)負反饋可得即并聯(lián)反饋使輸出電阻減小(1+AF)倍。65PPT課件放大電路引入負反饋，會使輸出電阻改變，這與反饋的取樣信號是電壓還是電流有關(guān)。6.對輸出電阻的影響電壓負反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，即具有恒壓輸出的性質(zhì)。恒壓源內(nèi)阻很小，故電壓負反饋使輸出電阻減小。電流負反饋可以穩(wěn)定輸出電流，即具有恒流輸出的性質(zhì)。恒流源內(nèi)阻很大，故電流負反饋可使輸出電阻增大66PPT課件9.8互補對稱功率放大電路a.電壓放大電路的主要作用是在不失真的前提下，盡可能地提高輸出電壓。其工作在小信號狀態(tài)下，可用微變等效電路的方法計算其動態(tài)指標：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等多級放大電路包括電壓放大電路和功率放大電路。它們的區(qū)別為：b.功率放大電路的主要作用是在不失真或輕微失真的前提下，盡可能地對功率進行放大，以推動負載如揚聲器發(fā)聲、電機旋轉(zhuǎn)、繼電器動作、指示儀表偏轉(zhuǎn)等。其工作在大信號狀態(tài)，不能用微變等效電路的方法，一般采用圖解法分析主要性能指標如效率、輸出功率等由于功放電路的輸入為大信號，故對于功率放大電路的分析包含著一些以前沒有出現(xiàn)過的特殊問題。67PPT課件9.8.1對功率放大電路的基本要求1.在不失真的前提下盡可能地輸出較大功率為了得到較大的輸出功率，功率放大管往往工作在極限狀態(tài)，這時要考慮功率放大管的輸出失真問題；同時要考慮功率放大管的安全問題，即極限參數(shù)PCM、ICM、U(BR)CEO和散熱問題。2.功放電路要具有較高的效率由于輸出功率較大，效率問題就尤為突出。效率不高，不僅使電源提供的能量浪費，而且在電路內(nèi)產(chǎn)生熱量，使之溫度升高，造成電路的不穩(wěn)定。所以效率問題是功率放大電路的重要問題。68PPT課件9.8.2提高功率放大電路效率的主要途徑a.甲類工作狀態(tài)：在電壓放大電路中，靜態(tài)工作點設(shè)在交流負載線的中點，如圖9－8－1所示放大電路根據(jù)靜態(tài)工作點的位置有三種工作狀態(tài)其特點是：不論有無輸入信號，電源供給的功率總是不變的，P≈ICUCC。當無信號輸入時，電源功率全部消耗在管子和電阻上，以管子集電極損耗為主。當有輸入信號時，其中一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率。信號越大，輸出功率越大，管子損耗越小。理想情況下的最大效率為50%。69PPT課件b.乙類狀態(tài)工作狀態(tài)：靜態(tài)工作點在截止區(qū)，如圖9-8－2所示，特點是：靜態(tài)集電極電流為零，無靜態(tài)功耗，但輸出波形嚴重失真c.甲乙類狀態(tài)工作狀態(tài)：靜態(tài)工作點在靠近截止區(qū)的放大區(qū)處，如圖9－8－3所示特點是：靜態(tài)集電極電流很小無靜態(tài)功耗小，效率比甲類工作狀態(tài)要高，最高可達78.5%。但輸出波形嚴重失真。70PPT課件9.8.3互補對稱功率放大電路1.無輸出電容的雙電源互補對稱功率放大電路（OCL）原理電路如圖9-8-4所示a.電路結(jié)構(gòu)和特點V1為NPN管，為V2為PNP管，要求兩個三極管V1、V2的特性對稱一致。由于沒有設(shè)置基極偏置電壓，故兩管的IB、IC、、UBE均為零，三極管工作在乙類工作狀態(tài)。從電路形式看，每個三極管接成射極輸出器，具有uo＝ui，輸入電阻高，輸出電阻低的特點。71PPT課件b.工作原理當ui為正半波時，V1導(dǎo)通、V2截止，流過負載RL的電流為ie1，此時uo≈ui

，如圖9-8-5所示。當ui為負半波時，V2導(dǎo)通、V1截止，流過負載RL的電流為ie2

，由于V1、V2對稱，故ie1

=ie2,uo≈ui

。72PPT課件故在輸入信號ui的一個周期內(nèi)，、V1、V2交替導(dǎo)通，互相補足，故稱為互補對稱功率放大電路。電流ie1、ie2以正反不同的方向交替流過負載，在上得到一個完整的輸出信號uo，其波形基本和ui相似。73PPT課件但乙類OCL有個缺點，即uo波形存在失真。如圖9-8-5所示這是因為三極管的輸入特性曲線上有一段死區(qū)電壓，而該電路工作于乙類狀態(tài)，基極偏置為零。當輸入電壓尚小而不足以克服死區(qū)電壓時，三極管基本截止，在這段區(qū)域內(nèi)，ie

=0，uo

=0在正負半波相交的地方出現(xiàn)了失真，稱其為交越失真交越失真為避免交越失真，采用一定的措施，使V1和V2產(chǎn)生一個不大的偏流，使靜態(tài)工作點稍高于截止點，即工作于甲乙類狀態(tài)74PPT課件這種靜態(tài)工作點設(shè)置在甲乙類狀態(tài)的電路即為甲乙類互補對稱功放電路，其原理電路如圖9-8-6所示它是利用R2、D1、D2、R1、R3設(shè)置一個不大的偏流,這些電阻的阻值不宜選的過大。