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文檔簡介
半導體三極管和放大電路本章基本要求深入理解三極管的電流放大作用,輸入輸出特性曲線。掌握直流通路、交流通路的畫法,熟悉直流分量、交流分量的表示方法。3.深入理解靜態工作點的含義,及其與失真的關系。4.掌握微變等效電路的畫法。掌握分壓式偏置電路、共射極電路、射極輸出器的電路分析及特點。初步掌握多級放大電路的分析方法。7.了解放大電路中反饋的概念。常見三極管實物圖半導體三極管又稱晶體三極管,簡稱三極管或晶體管三極管內部有三層半導體,根據排列方式不同,分為NPN型和PNP型;中間一層稱為基區,兩邊分別為發射區和集電區。三層半導體形成兩個PN結。發射極與基極之間的PN結稱發射結,集電極與基極之間的PN結稱集電結。NNPPPNNNPPPN基區發射區集電區集電結發射結三極管的基本結構BECNNP基極發射極集電極發射結集電結BECPPN基極發射極集電極發射結集電結從三個區引出的電極分別稱為發射極(E),基極(B),集電極(C)NPN型PNP型BECIBIEICBECIBIEIC三極管的符號表示箭頭方向為發射結正向偏置時電流方向BECNNPPNPCEB國產三極管的命名規則3:三極管D:NPN型硅材料G:高頻小功率100:序號C:規格號3DG100C3:三極管A:PNP型鍺材料D:低頻大功率50:序號A:規格號3AD50A電流分配和放大原理2)對NPN型硅管,發射結施加正向電壓
(正向偏置),集電結施加反向電壓(反向偏置)1)把晶體管接成兩個電路:基極電路和集電極電路,發射極是公共端,稱
為:晶體管的共發射極接法RBIBECEBmAICIE_++_CEBAmA晶體管中的電流電流分配集-基極反向截止電流ICBO集-射極反向截止電流ICEOICBO是集電結反偏的反向電流,受溫度的變化影響。EBEcBECNNPRBICBOIBE++--ICEOIEIBIC實驗結論IB(mA)00.010.020.030.040.05IC(mA)0.050.441.101.772.453.20IE(mA)0.050.451.121.82.493.251)觀察每列:IE=IB+IC,符合KCL,且IEIC2)
IC,IE比IB大得多,第3列:IC/IB=1.1/0.02=64晶體管有電流放大作用IC=IB3)
基極電流得少量變化,引起集電極電流的較大變化,IC/IB=(3.20-2.45)/(0.05-0.04)=75將IC與IB的比值稱靜態電流放大系數:=IC/IB將IC與IB的比值稱動態電流放大系數:=IC/IB
三極管的特性曲線晶體管的特性曲線用來表示該晶體管各極電壓和電流之間的相互關系,它反映晶體管的特性,是分析放大電路的重要依據。特性曲線可用晶體管特性圖示儀直觀顯示。UCEUBEEBV測量晶體管特性的實驗數據V+_+_RBIBECEBICIE_++_CEB1.輸入特性曲線:指當集射極電壓UCE為常數時,輸入端電壓UBE與電流IB的關系。IB=f(UBE)|UCE=常數IB(A)204060800.40.8UCE1VUBE(V)UCE增大,曲線族右移,當UCE>=1,曲線基本重合.通常只畫出UCE>=1時一條曲線輸入特性曲線是非線性的,有一段“死區”,硅管約0.5V,鍺管約0.1V輸出特性曲線輸出特性曲線指當基極電流IB為常數時,輸出電路(集電極電路)集電極電流IC與集–射極電壓UCE之間的關系曲線。IC=f(UCE)|IB=常數飽和區IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A1.52.3Q1Q2放大區截止區放大區曲線是以IB為參變量的曲線族,曲線族分為三個區域:飽和區:當UCE較小時3)放大區:在曲線的水平段2)截止區:IB=0曲線以下的區域UCE變化,IC變化較小,當IB不變,IC基本不變,且IC=IB,具有恒流特性UCE較小的變化,IC有較大的變化
ICIB,
飽和壓降UCE=0.3VIB=0時,集電極仍有很小的電流,稱穿透電流ICEO。飽和區12UCE(V)IB=020A40A60A80A100AQ1Q2936
2
1.5
2.3
1
3
4IC(mA)截止區欲使三極管起放大作用,必須使其工作在放大區,若工作在截止區、飽和區,三極管成為由基極電流控制的無觸點開關。三極管工作狀態的判斷飽和區UCE
=0.3V,UBE=0.7V,UCE<UBE
發射結正偏、集電結正偏,開關閉合放大區IC不隨UCE變化發射結正偏、集電結反偏恒流特性截止區IB0,
IC0發射結反偏、集電結反偏開關斷開三極管的主要參數1.電流放大系數
和
=IC/IB,=IC/IB2.穿透電流ICEO
IB=0時(基極開路時)流過集–射極間
的電流越小越好3.集電極最大允許電流ICM
IC>ICM,顯著下降,三極管損壞4.集–射極反向擊穿電壓UCEO
基極開路時,集–射極最大允許電壓5.集電極最大允許耗散功率三極管是放大電路的主要元器件,通過放大電路可以把弱小電流或電壓信號加以放大。電壓放大電路功率放大電路直流電源半導體放大電路交流放大電路放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。放大的實質:
用小能量的信號通過三極管的電流控制作用,將放大電路中直流電源的能量轉化成交流能量輸出。
對放大電路的基本要求:
1.要有足夠的放大倍數(電壓、電流、功率)。
2.盡可能小的波形失真。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術指標。本章主要討論電壓放大電路放大的概念:三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理基本放大電路的組成單電源供電時常用的畫法共發射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERC<<RB共射極交流放大電路的基本組成輸入端:信號源es內阻RS輸入電壓ui輸出端:負載RL輸出電壓uo三極管:TUCCRCC1C2TRSRLuS_++__ui++++__uouCE+_uBEiEiBiCRB+集電極電源UCC:使集電結反向偏置,為放大電路提供能源集電極負載RC:將集電極電流的變化轉換為集-射極電壓uCE的變化,以實現電壓放大?;鶚O電阻RB:使基極靜態電流IB有一個適應值,以保證三極管工作在放大區域內耦合電容C1,C2:
稱隔直電容C1:用于隔斷放大電路與信號源之間的直流通路;C2:用于隔斷放大電路與負載之間的直流通路。而C1C2對交流信號不受影響。電解電容,注意極性,其(+)對應于直流電源(+)UCCRCC1C2RSRLuS_++__ui+++_uoRB+放大電路中即有直流電源又有交流信號。
直流通過的路徑稱直流通路。
交流流過的路徑稱交流通路。直流通路和交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEUCCRCC1C2RSRL_++__ui+++_uoRB+由于電容的隔直作用,直流通路畫為:RB+UCCRCICUCEIB+-+-UBE直流通路IB=(UCC-UBE)/RBUCC/RBIC=IBUCE=UCC-ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB根據KVL:UBEIBICUCEUBEtOIBtOICtOUCEtO電壓電流波形ICUCEOIBUBEO
(IB、UBE)
和(IC、UCE)分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點,稱為靜態工作點。QIBUBEQUCEIC舉例UCC=12V,RC=3K,RB=300K,==40,計算靜態參數解:IB=UCC/RB=40uAIc
=
IB=
40×0.04=1.6mA將RC改為8K,放大器能否正常工作?UCE=UCC-ICRC=–0.8VUCE=UCC-ICRC=7.2VUCE<0,三極管已飽和,三極管飽和壓降0.3V飽和時集電極電流:ICES=UCC/RC=12/8×103=1.5mARB+UCCRCICUCEIB+-+-UBEUCCRCC1C2RL+__ui+++_uoRB+RSuS_+uoRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLui+++++--UCE+-UBE+-IBICI1I2IERB1+UCCRCRB2RE直流通路例2分壓式偏置電路直流通路求解例:UCC=12V,RE=2K,RB1=20K,RB2=10K,=100試求:靜態值IB,IC和UCE(UBE=0.7V)IBICI1I2IERB1+UCCRCRB2RE根據直流通路:設:則:則:VB=UCC×[RB2
/
(RB1+RB2)
]=4VICIE=(VB-UBE)/RE=1.65mAIB=IE/(+1)=1.65/(1+100)=16.3uAUCE=UCC-ICRC-IERE5.4VIBICI1I2IERB1+UCCRCRB2REUCCRCC1C2RL+__ui+++_uoRB+RSuS_+交流通路C1,C2較大,對交流相當于短路2)交流通路只考慮交流分量,直流電源UCC不予考慮,認為UCC=0交流信號流過的路徑稱交流通路,畫法如下:RBRCuiuORLRSus++–+––tOtOtOuitOuotO在交流通路中,當uS
為正弦電源,電壓電流都是正弦量,用小寫字母ib
,iC,uce,ube表示tOubeibicuceRSRL+_ui+_uoRB_+RC+_uce+_ubeieibiceS電壓電流波形交流放大電路的工作狀態當uS=0時,電路的工作狀態稱為靜態放大電路的電流和電壓都是直流量。當uS
0時,電路的工作狀態稱為動態電路中的電流電壓將在直流的基礎上發生變化+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE名稱靜態值直流分量交流分量總電流或總電壓瞬時值有效值基極電流IBibIbiB集電極電流ICicIciC發射極電流IEieIeiE集-射極電壓UCEuceUceuCE基-射極電壓UBEubeUbeuBE書寫規定靜態值:大寫字母表示交流分量:小寫字母表示動態值:小寫字母帶大寫的下標表示UBEIB?ICuBEtOiBtOtOtOuitOUCEtOui(信號源)uBE
=UBE+ubeiB
=IB+ibiC
=IC+icuCE
=UCE+uceuo(隔直電容作用,只有交流分量)+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2)當輸入信號電壓ui
增大時,iB,iC都隨著增大,而uCE
減小。iB
,
iC,uBE
與ui
同相,uCE
與ui
反相,uo
與ui
在相位上相差1801)電路中電壓電流均由直流,交流分量疊加而成,各交流分量為
同頻正弦量iCuCEuo放大電路在沒有輸入信號時(uS=0)的工作狀態稱靜態。此時,電路中電流電壓都是直流量,用IB、IC、UCE、UBE表示:靜態工作點與失真ICUCEOIBUBEOQIBUBEQUCEIC靜態時IB,IC,UBE,UCE這一組值,代表輸入輸出特性曲線上的一個點,稱靜態工作點。UCCUccR靜態工作點Q是直流負載線與晶體管某條輸出特性曲線(由IB確定)的交點,基極電流IB不同,靜態工作點在負載線上的位置就不同,改變IB可使三極管工作在不同的區。直流負載線UBE0.7VIB=(UCC-UBE)/RBUCC/RBIC=IBUCE=UCC-ICRC飽和區IC(mA)2UCE(V)放大區Q靜態工作點選擇不當,將引起輸出失真。動態分析圖解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=由uo和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大電路的電壓放大倍數。如果Q設置不合適,晶體管進入截止區或飽和區工作,將造成非線性失真。若Q設置過高,晶體管進入飽和區工作,造成飽和失真。Q2uo適當減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1若Q設置過低,晶體管進入截止區工作,造成截止失真。適當增加基極電流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q設置合適,信號幅值過大也可產生失真,減小信號幅值可消除失真。當電源電壓UCC和集電極電阻RC確定后,靜態工作點的位置取決與基極電流IB的大小,基極電流IB稱為偏置電流(偏流)IB=(UCC-UBE)
/RBUCC/RB當RB確定后,IB也確定但
IC=IB+ICEO,IB不變,溫度上升,
,
ICEO,IC
,所以IB不變,不能保證IC不變電路易進入飽和區RB+UCCRCICUCEIB+-+-UBEUCCRCC1C2RL+__ui+++_uoRB+RSuS_+固定偏置電路的靜態工作點的漂移問題uoRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLui+++++--UCE+-UBE+-IBICI1I2IERB1+UCCRCRB2RE直流通路分壓式偏置電路的靜態工作點IBICI1I2IERB1+UCCRCRB2RE—與晶體管參數無關—與晶體管參數無關根據直流通路:若設計使:則:若:則:VB,IE,IC不受溫度影響,與晶體管參數無關,靜態工作點能得到基本穩定I2>>IB,
VB>>UBEVB=UCC
[RB2
/(RB1+RB2
)]IE
VB/RE
IC一般?。篒2=(510)IB
,UB=(510)UBE
uoRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiIB++++IC+--UCE+-UBE+-IE參數的選擇發射極電阻RE的作用是形成壓降VE,使UBE=VB-IERE
減小,從而使IB,IC減小,達到穩定靜態工作點的目的。RE越大,穩定效果越好,但RE太大,會使RE兩端的直流壓降,交流壓降增大,降低放大電路的放大倍數。解決辦法在RE兩端并聯電解電容CE,使交流旁路,CE稱為旁路電容。uoRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiIB++++IC+--UCE+-UBE+-IE射極電阻RE與旁路電容CETUBEIBICVEICVB固定靜態分析動態分析三極管放大電路的分析方法放大電路的靜態分析靜態:放大電路無信號輸入(ui
=0)時的工作狀態。分析方法:計算法、圖解法。分析對象:各極電壓電流的直流分量。所用電路:放大電路的直流通路。設置Q點的目的:
(1)
使放大電路的放大信號不失真;
(2)
使放大電路工作在較佳的工作狀態,靜態是動態的基礎?!o態工作點Q:IB、IC、UCE
。靜態分析:確定放大電路的靜態值。放大電路的動態分析動態:放大電路有信號輸入(ui
0)時的工作狀態。分析方法:
微變等效電路法,圖解法。所用電路:
放大電路的交流通路。動態分析:
計算電壓放大倍數Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對象:
各極電壓和電流的交流分量。目的:
找出Au、
ri、
ro與電路參數的關系,為設計打基礎。
微變等效電路:把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。即把非線性的晶體管線性化,等效為一個線性元件。線性化的條件:晶體管在小信號(微變量)情況下工作。因此,在靜態工作點附近小范圍內的特性曲線可用直線近似代替。微變等效電路法:利用放大電路的微變等效電路分析計算放大電路電壓放大倍數Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。微變等效電路法把非線性元件三極管等效為一個線性元件,這樣就可以象處理線性電路那樣來處理三極管放大電路。等效(線性化)條件:晶體管在小信號(微變量)情況下工作。IBUBEUBEIBQIB0ICICUCEICUCEQICUCE0微變等效電路當輸入信號很小時,輸入曲線在靜態工作點Q附近可看成一段直線。(對小信號變量:UBEube,IB
ib)輸入特性曲線三極管的輸入電阻UBEIBQIBUBEO晶體管的輸入電阻rbeubeib+_對于小功率三極管:rbe一般為幾百歐到幾千歐。小信號情況下,rbe為一常數晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替,即由rbe來確定ube和ib之間的關系。輸出特性曲線在Q點附近是一組等距平行直線,具有恒流特性,且iC
受ib控制當小信號時:為常數,確定ib
受iC
控制的程度,三極管的輸出端等效為受控恒流源ICICUCEQICUCE0UCEIC
ib三極管的恒流特性晶體管的電流放大系數ICICUCEQICUCE0UCEICrce三極管的輸出電阻rce愈大,恒流特性愈好,因rce阻值很高,一般忽略不計。非理想恒流源具有內阻,與恒流源并聯
ibrce很大,一般忽略。uceuceic晶體管的微變等效電路(線性化的電路模型)ubeibic++--uberbeibib
rce++--晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。放大電路的微變等效電路分析三極管放大電路動態值靜態值放大電路的交流通路直流通路晶體管的微變等效放大電路的微變等效電路UCCRCC1C2RL+__ui+++_uoRB+RSuS_+RBRCRLuiuo+-RS+usibiiic+--uce+-+-ubeBC放大電路放大電路的交流通路電容C短路,直流源內阻不計,直流電源短路,畫交流通路共發射極放大電路rbeEicibCrceibiiRSusRBui+-+-放大電路的交流通路uo-+icRBRCRLui+RSusibii+--uce+-+-ubeBECBuoRCRL+-放大電路的微變等效電路晶體管用微變等效電路代替電壓電流均為正弦量,用相量表示,箭標標明正方向rbeEì
cì
bCrceì
bìiRSùsRBùi+-+-BùoRCRL+-放大電路的動態分析電壓放大倍數:放大回路輸入電阻:放大回路輸出電阻:rbeEì
cì
bCrceì
bìiRSùsRBùi+-+-BùoRCRL+-電壓放大倍數當輸出端開路時(RL不接),顯然,,即RL越大(負載越?。﹦t電壓放大倍數越搞。rbeEì
cì
brceì
bìiRSùsRBùi+-+-BùoRCRL+-C(ùo與ùi反相)放大電路的輸入電阻ri輸入端rbeEì
cì
brceì
bìiRSùsRBùi+-+-BùoRCRL+-C放大電路對信號源(或對前級放大電路)來說,是一個負載,可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負載電阻,也就是放大電路的輸入電阻。riRsùsùiìi+-+-將從信號源取用較大電流,增加信號源負擔Rs與ri分壓,使實際加在放大電路中的輸入電壓Ui
減小,從而減小輸出電壓。當輸入電阻較小時:希望放大電路的輸入電阻高些放大電路的輸入電阻對電路的影響riRsùsùiìi+-+-放大電路對負載(或對后級放大電路)來說,是一個信號源,可以將它進行戴維寧等效,等效電源的內阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義:輸出電阻是動態電阻,與負載無關。RSRL+_Au放大電路+_放大電路的輸出電阻rorbeRBRCRLEBC+-+-+-RS求ro的步驟:1)
斷開負載RL3)外加電壓4)求外加2)令或輸出電阻ro的求法:希望放大電路的輸出電阻低些放大電路的輸出電阻對電路的影響輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的參數。電路的輸出電阻愈小,負載變化時輸出電壓的變化愈小,因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。+_RLro+_例1電路參數如圖,三極管=50,求:(1)àu,ri
,ro(2)若Rs=500,求ùoUCCRCC1C2RL+_ui+++_uoRB+RSuS_+300k3k12V3kIB=(UCC-UBE
)/RB
0.04mAIC=IB=50mAIE(1)畫直流通路rbe=300+(1+)26/IE
=963UCCRCC1C2RL+_ui+++_uoRB+RSuS_+300k3k12V3kRB+UCCRCICUCEIB+-+-UBE(2)畫微變等效電路UCCRCC1C2RL+_ui+++_uoRB+RSuS_+300k3k12V3krbeEì
cì
bCrceì
bìiRSùsRBùi+-+-BùoRCRL+-BCE
(3)ri
ro
(用微變等效電路)ro=RC=3KrbeEì
cì
bCì
bìiRSùsRBùi+-+-Bùo+-RCRL思考題放大電路增大RC對放大倍數有什么影響?RC太大或太小對失真有什么影響?射極輸出器RB+UCCC1C2RERLuoRS+-us+-ui+++-iBiE+-uCE負載電阻接在發射極上,輸出電壓從三極管發射極取出,這種放大電路稱射極輸出器。靜態電路分析畫直流通路,作靜態分析:UCC=IBRB+UBE+IEREUCC=UCE+IERERB+UCCC1C2RERLuoRS+-us+-ui+++-iBiE+-uCERB+UCCREIBIEIC+-UCE+-UBERB+UCCC1C2RERLuoRS+-us+-ui+++-iBiE+-uCE找出交流通路,畫微變等效電路,作動態分析。動態電路分析BEC共集電極電路ùsrbeRERL+-+-BCERSìiìbìCìbùiùo+-RB動態分析1.
電壓放大倍數微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSREAu=ùo/ùi1、,所以射極輸出器沒有電壓放大作用,但有電流和功率放大作用2、輸入輸出同相,輸出電壓跟隨輸入電壓,故稱電壓跟隨器。(2)動態分析-----輸入電阻ri射極輸出器輸入電阻由偏置電阻RB和[rbe+(1+)RL′]并聯而成,
RB值較大,(1+)RL′比rbe大,因此射極輸出器的輸入電阻大ri=ùi
/ìirbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE射極輸出器輸入電阻由偏置電阻RB和[rbe+(1+)RL′]并聯而成,
思考方式二rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加求ro的步驟:1)
斷開負載RL3)外加電壓4)求2)令或(3)動態分析-----輸出電阻ro射極輸出器的輸出電阻很小,帶負載能力強。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE射極輸出器的主要特點為電壓倍數接近于1但恒小于1輸入電阻高輸出電阻低射極輸出器的應用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點。
1.
因輸入電阻高,它常被用在多級放大電路的第一級,可以提高輸入電阻,減輕信號源負擔。
2.
因輸出電阻低,它常被用在多級放大電路的末級,可以降低輸出電阻,提高帶負載能力。
3.
利用ri
大、ro小以及Au1的特點,也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間,起到阻抗匹配作用,這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。4.射極輸出器具有恒壓輸出特性分壓式偏置電路動態分析對交流:旁路電容CE
將RE
短路,RE不起作用,Au,ri,ro與固定偏置電路相同。旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–舉例RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–短路對地短路rbeRB1RCRLEBC+-+-+-RSRB2RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–去掉CE后的微變等效電路短路對地短路如果去掉CE,Au,ri,ro
?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE無旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電路ri
提高ro不變對信號源電壓的放大倍數?考慮信號源內阻RS時RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RS+–riRsusuiIius一般放大電路的輸入信號都很微弱,為毫伏級或微伏級,需經多級放大才能滿足要求。多級放大電路有若干單級放大電路組成:信號源輸入級中間級末前級輸出級負載電壓放大功率放大多級放大電路級間耦合方式耦合方式:信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負載之間的連接方式。常用的耦合方式:直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動態:傳送信號減少壓降損失靜態:保證各級有合適的Q點波形不失真第二級
推動級
輸入級輸出級輸入輸出多級放大電路的框圖對耦合電路的要求一.阻容耦合1.特點各級靜態工作點互不影響,結構簡單。2.存在問題不能反映直流成分的變化,不適合放大緩慢變化信號,不適于集成化。3.適用場合分立元件交流放大電路。第一級第二級負載RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2優點:
能放大交直流信號二.直接耦合放大電路+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2直接耦合:將前級的輸出端直接接后級的輸入端??捎脕矸糯缶徛兓男盘柣蛑绷髁孔兓男盘?。2.零點漂移零點漂移:指輸入信號電壓為零時,輸出電壓發生緩慢地、無規則地變化的現象。uotO產生的原因:晶體管參數隨溫度變化、電源電壓波動、電路元件參數的變化。存在的兩個問題:1.前后級靜態工作點相互影響零點漂移的危害:直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。嚴重時,可能淹沒有效信號電壓,無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。三.變壓器耦合放大電路uiRLT1RB21T1RB1RB2RB22RE1CE1RE2CE2TR1TR2+UCC1.能夠實現阻抗、電壓、電流變換,實現前后級的完全隔離2.變壓器重,體積大,不適合緩慢信號或直流信號+_兩級阻容耦合放大電路分析在多級放大電路中,前級電路輸出是后級電路的輸入,總電壓放大倍數是各級電壓放大倍數的乘積。但在計算各級放大倍數時,必須考慮后級對前級的影響,把后級輸入電阻當成前級的負載電阻。一.電壓放大倍數二.輸入電阻多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻。三.輸出電阻多級放大電路的輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。1.
靜態分析
由于電容有隔直作用,所以每級放大電路的直流通路互不相通,每級的靜態工作點互相獨立,互不影響,可以各級單獨計算。兩級放大電路均為共發射極分壓式偏置電路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T22.
動態分析微變等效電路第一級第二級rbe1RB2RC1EBC+-+-+-RSrbe2RC2RLEBC+-RB1例2:
如圖所示的兩級電壓放大電路,已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。(1)計算前、后級放大電路的靜態值(UBE=0.6V);(2)求放大電路的輸入電阻和輸出電阻;
(3)
求各級電壓的放大倍數及總電壓放大倍數。
RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:
(1)兩級放大電路的靜態值可分別計算。第一級是射極輸出器:
RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k微變等效電路rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)
計算
r
i和r
0由微變等效電路可知,放大電路的輸入電阻
ri
等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器,它的輸入電阻ri1與負載有關,而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻
ri2。rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)
計算
r
i和r
0(2)計算
r
i和r
0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各級電壓的放大倍數及總電壓放大倍數第一級放大電路為射極輸出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各級電壓的放大倍數及總電壓放大倍數rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二級放大電路為共發射極放大電路總電壓放大倍數放大電路的反饋凡是將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部引回到輸入端,與輸入信號迭加,因而使輸入信號發生改變的過程就稱為反饋。反饋放大電路的三個環節:基本放大電路比較環節反饋放大電路的方框圖反饋電路輸出信號輸入信號反饋信號反饋系數凈輸入信號放大倍數反饋電路F–基本放大電路A+反饋放大電路的方框圖凈輸入信號若三者同相,則
Xd=Xi–Xf可見Xd<Xi
,即反饋信號起了削弱凈輸入信號的作用(負反饋)。反饋電路F–基本放大電路A+直流反饋:反饋只對直流分量起作用,反饋元件只能傳遞直流信號。負反饋:反饋削弱凈輸入信號,使放大倍數降低。在振蕩器中引入正反饋,用以產生波形。交流反饋:反饋只對交流分量起作用,反饋元件只能傳遞交流信號。在放大電路中,出現正反饋將使放大器產生自激振蕩,使放大器不能正常工作。正反饋:反饋增強凈輸入信號,使放大倍數提高。引入交流負反饋的目的:改善放大電路的性能引入直流負反饋的目的:穩定靜態工作點負反饋的類型1.反饋的分類2.
負反饋的類型1)根據反饋所采樣的信號不同,可以分為電壓反饋和電流反饋。電流負反饋具有穩定輸出電流、增大輸出電阻的作用。電壓負反饋具有穩定輸出電壓、減小輸出電阻的作用。如果反饋信號取自輸出電壓,叫電壓反饋。如果反饋信號取自輸出電流,叫電流反饋。2)
根據反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同,可以分為串聯反饋和并聯反饋。反饋信號與輸入信號串聯,即反饋信號與輸入信號以電壓形式作比較,稱為串聯反饋。反饋信號與輸入信號并聯,即反饋信號與輸入信號以電流形式作比較,稱為并聯反饋。串聯反饋使電路的輸入電阻增大,并聯反饋使電路的輸入電阻減小。負反饋交流反饋直流反饋電壓串聯負反饋電壓并聯負反饋電流串聯負反饋電流并聯負反饋負反饋的類型穩定靜態工作點3.負反饋類型的判別步驟3)
判別是否負反饋?2)
判別是交流反饋還是直流反饋?4)
是負反饋!判斷是何種類型的負反饋?1)
找出反饋網絡(一般是電阻、電容)。
1)
判別反饋元件(一般是電阻、電容)
(1)連接在輸入與輸出之間的元件。
(2)為輸入回路與輸出回路所共有的元件。發射極電阻RE為輸入回路與輸出回路所共有,所以RE是反饋元件。RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–2)判斷是交流反饋還是直流反饋交、直流分量的信號均可通過RE,所以RE引入的是交、直流反饋。
如果有發射極旁路電容,RE中僅有直流分量的信號通過,這時RE引入的則是直流反饋。CE
4.
利用瞬時極性法判斷負反饋++-+
(1)設接“地”參考點的電位為零,在某點對“地”電壓(即電位)的正半周,該點交流電位的瞬時極性為正;在負半周則為負。
(2)設基極瞬時極性為正,根據集電極瞬時極性與基極相反、發射極(接有發射極電阻而無旁路電容時)瞬時極性與基極相同的原則,標出相關各點的瞬時極性。利用瞬時極性法判斷負反饋++--
(3)若反饋信號與輸入信號加在同一電極上,
(4)若反饋信號與輸入信號加在兩個電極上,兩者極性相反為負反饋;極性相同為正反饋。兩者極性相同為負反饋;極性相反為正反饋。
3)判斷反饋類型反饋到基極為并聯反饋反饋到發射極為串聯反饋判斷串、并聯反饋ib=ii–ifibiiifube=ui
–uf++–ui–ube+–uf共發射極電路判斷電壓、電流反饋從集電極引出為電壓反饋從發射極引出為電流反饋uoRL+–RLioiE判斷反饋類型的口訣:共發射極電路共集電極電路為典型的電壓串聯負反饋。集出為壓,射出為流,基入為并,射入為串。
3)判斷反饋類型凈輸入信號:
ui
與
uf
串聯,以電壓形式比較——串聯反饋
ui正半周時,uf也是正半周,即兩者同相——負反饋
uf
正比于輸出電流——電流反饋
——串聯電流負反饋+uf–+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–ieube
ube
=ui
-
uf
uf
=ie
RE
Ube
=Ui
-
Uf
可見
Ube
<
Ui
,反饋電壓Uf
削弱了凈輸入電壓
ic
RC結論:
反饋過程:電流負反饋具有穩定輸出電流的作用反饋類型
——
串聯電流負反饋RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–IcUfUbeibIc
uf
ic
RC+uf–+–ube
Ube
=Ui
-
Uf電阻RF連接在輸入與輸出之間,所以RF是反饋元件。2)
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