功率放大器的裝配與調試課題二146147任務1共發射極放大電路的裝配與調試任務2負反饋放大電路的裝配與調試任務3

OTL功率放大電路的裝配與調試任務1

共發射極放大電路的裝配與調試148學習目標1.了解放大電路的功能，掌握共發射極基本放大電路的組成。2.掌握放大電路中電壓、電流的符號及正方向的規定。3.掌握放大電路的工作原理和主要指標。4.熟悉分壓式共發射極放大電路。5.能正確完成分壓式共發射極放大電路的裝配與調試，并獨立排除調試過程中出現的故障。149任務引入放大電路簡稱放大器，是電子設備中常用的一種基本單元電路。無論是日常使用的收音機、揚聲器、電子測量儀器還是復雜的自動控制系統，都需要各種各樣的放大電路。放大電路利用三極管的電流控制作用將信號源傳來的微小電信號不失真地進行放大。如右圖所示是一個分壓式共發射極放大電路的原理圖，其焊接裝配實物圖如下圖所示。150分壓式共發射極放大電路原理圖本任務的主要內容為：根據給定的技術指標，按照原理圖裝配并調試共發射極放大電路，同時獨立解決調試過程中出現的故障。151分壓式共發射極放大電路焊接裝配實物圖一、共發射極基本放大電路的組成共發射極基本放大電路如圖所示，由于輸入信號

ui

加在三極管的基極與發射極之間，輸出信號

uo

取自集電極和發射極之間，輸入/輸出共用三極管的發射極，故稱為共發射極放大電路（簡稱共射極放大電路）。相關知識152共發射極基本放大電路153共發射極基本放大電路中各元器件的作用如下：1.三極管V：電路中的電流放大元器件，利用基極電流對集電極電流的控制作用實現放大。2.直流電源

VCC：一是為輸入回路與輸出回路提供所需能源；二是為電路提供工作電壓。通過正確的連接，可以保證三極管V的發射結正向偏置，集電結反向偏置，從而使三極管V工作在放大區。1543.集電極電阻RC：將三極管的電流放大作用轉換成集電極電壓放大作用，即使管壓降

UCE

發生變化，并作為輸出電壓，從而實現電壓放大。RC

取值一般為幾千歐至幾十千歐。4.基極電阻RB：為三極管提供一個合適的靜態基極電流，使三極管能夠不失真地放大輸入信號。也就是說，當

VCC

一定時，為三極管提供固定的基極偏置電流，使三極管工作在放大區。RB

取值一般為幾十千歐至幾百千歐。1555.耦合電容C1、C2：具有“通交隔直”的作用。其中，C1用來隔離放大電路與信號源之間的直流通路，使三極管直流電流與輸入端之間互不影響；C2用來隔離放大電路與負載之間的直流通路。由于C1、C2容量較大，它們對交流信號呈現的容抗很小，所以對交流信號可近似視為短路。6.負載電阻RL：放大電路的負載，如耳機、揚聲器等。二、放大電路中電壓、電流的符號及正方向的規定放大電路的特點是交、直流共存，即電路中既有直流電信號，又有交流電信號。為了清楚地表示不同的物理量，電路中出現的有關電量符號，見下表。電壓的方向用“+”“－”表示，電流的正方向用箭頭表示。156電壓、電流符號的規定三、放大電路的工作原理1.靜態工作情況分析當放大電路的外加輸入信號ui=0時，電路僅在直流電源VCC作用下工作的情況稱為靜態工作情況，或稱為直流工作情況。當靜態工作時，電路中的電流及電壓均為直流。電路中各元器件參數及電源電壓確定后，三極管的基極電流IB、集電極電流IC、基極與發射極間的電壓UBE、集電極與發射極間的電壓UCE就被唯一地確定下來，是一個定值，稱為靜態值。這些靜態值分別在輸入、輸出特性曲線上對應著一點Q，如圖所示，稱為靜態工作點，或簡稱Q點。157158靜態工作點a）輸入特性曲線上的

Q

點b）輸出特性曲線上的

Q

點靜態工作情況可根據放大電路的直流通路（直流電流通過的路徑）進行分析，直流通路如圖所示。159直流通路由圖可知以上三式為計算基本共發射極放大電路靜態工作點的常用公式。由于

UBE

基本恒定，所以討論靜態工作點時主要考慮

IB

、IC

和

UCE，靜態工作點一般表示為

IBQ

、ICQ

、UCEQ

。1602.動態工作情況分析在放大電路輸入端加入交流輸入信號（ui≠0），放大電路在交流輸入信號作用下的工作狀態稱為動態，或稱為交流工作情況。設輸入信號

ui=Uimsinωt，ui

通過輸入耦合電容C1加到三極管的發射結上，變化的

ui將產生變化的基極交流電流

ib，使基極總電流

iB（iB=IBQ+ib）發生變化，集電極電流

iC（iC=ICQ+ic）將隨之變化，并在集電極電阻RC

上產生電壓降

iC

RC，放大器的集電極電壓

uCE=VCC

－iCRC，通過C2耦合，輸出變化電壓

uo

。電路各處的電流和電壓波形如圖所示。161由上圖可知，輸出電壓

uo

的相位與輸入電壓

ui

的相位相反。162

放大電路各處的電流和電壓波形（動態工作）163四、放大電路的主要指標放大電路的指標可以描述放大電路的性能，常用的指標有電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。1.電壓放大倍數輸出電壓

與輸入電壓

之比稱為放大電路的電壓放大倍數，用

表示，即：式中，負號表示輸出電壓

uo

的相位與輸入電壓

ui

的相位相反；β

為三極管的電流放大系數；R′L

為放大電路的交流等效負載電阻，即

rbe

為三極管的輸入電阻，小功率三極管的

rbe

很小，約為1000Ω。1642.輸入電阻放大電路的輸入電阻是指從放大電路的輸入端看進去的交流等效電阻，它相當于信號源的負載電阻，用

ri

表示，即：ri=RB//rbe≈rbe（一般

RB?rbe）3.輸出電阻放大電路的輸出電阻是指從放大電路的輸出端看進去的交流等效電阻，用

ro

表示，即：ro=RC//rce≈RC（一般

rce?RC）165五、分壓式共發射極放大電路半導體材料對光、熱、電場非常敏感，工作環境溫度變化、元器件老化、電源電壓波動等都會影響三極管的工作狀態，容易造成靜態工作點的偏移，使電路工作不穩定。因此，放大電路不僅要有合適的靜態工作點，還必須在電路結構上采取措施來穩定靜態工作點。分壓式共發射極放大電路是解決該問題的一種常見電路，如圖所示。

分壓式共發射極放大電路1661.電路的特點由圖可知，合理選擇RB1、RB2的阻值，使I1≈I2?IBQ，即可忽略IBQ對I1的分流，則三極管基極直流電壓由RB1和RB2分壓確定，即：可見，UBQ

僅由外電路參數決定，與三極管參數無關，不隨溫度的變化而變化。（2）利用發射極電阻RE

自動使

ICQ

保持不變。ICQ

保持穩定的過程可以表示為：溫度

↑

→

ICQ（IEQ

）↑

→

UEQ（UEQ=IEQ

RE

）↑

→

UBEQ（UBEQ=UBQ-UEQ）↓

→

IBQ

↓

→

ICQ

↓1672.靜態工作點的估算由于基極偏置電壓為：而

UBQ?UBEQ，則靜態集電極電流

ICQ

、靜態集—射極電壓

UCEQ

和靜態基極電流

IBQ

分別為：任務2

負反饋放大電路的裝配與調試168學習目標1.了解反饋的基本概念。2.掌握反饋極性的判斷方法。3.熟悉負反饋的類型及作用和負反饋對放大電路性能的影響。4.掌握反饋放大電路的分析方法。5.掌握共集電極放大電路的組成及靜態工作點和動態參數的估算方法。6.能正確完成電壓串聯負反饋放大電路的裝配與調試，并能獨立排除調試過程中出現的故障。169任務引入反饋是改善放大電路性能的重要手段，也是自動控制系統中的重要環節，實際應用電路中幾乎都要引入各種各樣的反饋。直流負反饋可以穩定電路的靜態工作點，交流負反饋可以改善放大電路的性能。本課題任務1中的分壓式共發射極放大電路就是為電路引入直流負反饋，大大提高了電路的穩定性。如圖所示是電壓串聯負反饋放大電路的原理圖，其焊接裝配實物圖如圖所示。170171電壓串聯負反饋放大電路原理圖本任務的主要內容為：根據給定的技術指標，按照原理圖裝配并調試負反饋放大電路；通過電路的調試，掌握負反饋對電路性能的影響和負反饋的引入方法，同時獨立解決調試過程中出現的故障。172

電壓串聯負反饋放大電路焊接裝配實物圖一、反饋的基本概念1.反饋的定義放大器中的反饋是指將放大電路的輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部通過一定的電路形式（稱為反饋網絡），按照某種方式送回輸入端，并與輸入信號（電壓或電流）疊加，從而改變放大器性能的一種方法。相關知識173含有反饋網絡的放大器稱為反饋放大器，其組成框圖如圖所示。174反饋放大器的組成框圖1752.反饋的分類根據反饋的作用效果可將反饋分為正反饋和負反饋。如果反饋信號增強了原輸入信號，使凈輸入信號增大，稱為正反饋；相反，如果反饋信號削弱了原輸入信號，使凈輸入信號減小，則稱為負反饋。176由反饋放大器的組成框圖可知，基本放大電路的放大倍數為：A=Xo/Xd反饋電路的反饋系數為：F=Xf/Xo基本放大電路的凈輸入信號為：Xd=Xi

－

Xf負反饋放大器的放大倍數（又稱為閉環放大倍數）為：Af=Xo/Xi=A/（1+AF）177二、反饋極性的判斷反饋極性的判斷通常采用瞬時極性法。首先假定輸入信號在某一瞬間對地而言極性為正，然后由各級輸入、輸出之間的相位關系，分別推導出電路中其他各相關點的瞬時極性，最后判別反饋到電路輸入端的信號是加強還是削弱了輸入信號。加強輸入信號的是正反饋，削弱輸入信號的是負反饋。178三、負反饋的類型及作用負反饋放大器有四種基本類型，即電壓串聯負反饋、電流串聯負反饋、電壓并聯負反饋和電流并聯負反饋。其中，電壓串聯負反饋的作用是穩定輸出電壓和增大輸入電阻，電流串聯負反饋的作用是穩定輸出電流和增大輸入電阻，電壓并聯負反饋的作用是穩定輸出電壓和減小輸入電阻，電流并聯負反饋的作用是穩定輸出電流和減小輸入電阻。179四、負反饋對放大電路性能的影響負反饋對放大電路性能的影響主要有：1.提高放大倍數的穩定性。2.減小放大電路的非線性失真。負反饋減小非線性失真主要是由負反饋的自動調整功能實現的，如圖所示。1803.擴展放大電路的通頻帶。4.改變輸入/輸出電阻。負反饋減小放大電路的非線性失真五、反饋放大電路的分析方法1.分析電路中是否存在反饋分析的方法是：判斷電路中是否存在連接輸出電路和輸入電路的元件，如果存在這樣的元件，則電路中一定存在反饋。連接輸出電路和輸入電路的元件就是反饋元件。2.分析反饋極性利用瞬時極性法分析反饋極性。1813.分析反饋在輸入端的連接方式如果反饋元件在放大電路的輸入電路中接在三極管的基極，則電路中引入的反饋為并聯反饋；如果反饋元件在放大電路的輸入電路中接在三極管的發射極，則電路中引入的反饋為串聯反饋。4.分析反饋信號的取樣對象如果反饋信號取自放大電路的輸出電壓，則電路中引入的反饋為電壓反饋；如果反饋信號取自放大電路的輸出電流，則電路中引入的反饋為電流反饋。182六、共集電極放大電路1.電路組成共集電極放大電路（又稱為射極輸出器）是一個典型的電壓串聯負反饋放大電路，如圖所示。183共集電極放大電路由上圖可知，電阻RE

既屬于輸出電路又屬于輸入電路，通過

RE

把輸出電壓

uo

全部反饋到輸入電路中，因此存在反饋，反饋元件為

RE

。利用瞬時極性法可判斷出

RE

引入的反饋為負反饋；對于交流而言

uf=uo，所以

RE

引入的反饋為電壓反饋；又由于

RE

接于三極管的發射極，所以電路引入的反饋為串聯反饋。由分析可知，RE

引入的反饋類型為電壓串聯負反饋。1841852.靜態工作點的估算1863.動態參數的估算（1）電壓放大倍數的估算。由電路可知Uo=Ui

－Ube≈Ui（Ui?Ube）因此，電壓放大倍數為由此可見，共集電極放大電路沒有電壓放大的作用。而且輸出電壓和輸入電壓相位相同，所以共集電極放大電路又稱為電壓跟隨器。187（2）電流放大倍數的估算。由電路可知Ii=IbIo=Ie因此，電流放大倍數為（3）輸入電阻的估算，即ri=RB//[（1+β）R′E+rbe]式中，R′E=RE//RL

。由此可見，共集電極放大電路的輸入電阻很高。188（4）輸出電阻的估算，即由此可見，共集電極放大電路的輸出電阻很小。任務3OTL功率放大電路的裝配與調試189學習目標1.了解功率放大器的作用及特點。2.熟悉放大電路的三種放大狀態。3.掌握OTL和OCL功率放大電路的組成及工作原理。4.了解交越失真的概念，掌握交越失真的原因及解決方法。5.掌握揚聲器的檢測方法。6.能正確完成OTL功率放大電路的裝配與調試，并能獨立排除調試過程中出現的故障。190任務引入在電子系統中，模擬信號被放大后，往往要驅動一個實際的負載，如揚聲器發聲、繼電器動作、儀表指針偏轉、數據或圖像顯示等，因此需要電路能輸出較大的功率。能輸出較大功率的放大電路稱為功率放大器。如圖所示是常見的OTL功率放大電路的原理圖，其焊接裝配實物圖如圖所示。191192OTL功率放大電路原理圖本任務的主要內容為：根據給定的技術指標，按照原理圖裝配并調試OTL功率放大電路，同時能獨立解決調試過程中出現的故障。193OTL功率放大電路焊接裝配實物圖一、功率放大器的作用及特點1.功率放大器的作用能實現信號功率放大的電路稱為功率放大電路，又稱為功率放大器（簡稱功放）。它的作用主要是高效率地向負載輸出最大的不失真功率。相關知識1942.功率放大器的特點與電壓放大電路相比，功率放大器具有以下幾個特點：（1）輸出功率大功率放大器提供給負載的信號功率稱為輸出功率。（2）轉換效率高功率放大器的最大輸出功率與直流電源所提供的功率之比稱為轉換效率。195196（3）非線性失真小由于功率放大器的電壓和電流變化范圍很大，功放管容易產生非線性失真，所以在使用中要采取措施減小失真，使之滿足負載的要求。（4）具有良好的散熱與保護措施功率放大器工作在大電壓和大電流狀態，三極管的集電結要消耗較大的功率，使結溫和管殼溫度升高，因此應采取相應的散熱措施。197二、放大電路的三種放大狀態放大電路的三種放大狀態如圖所示。根據放大電路三極管在一個信號周期內導通時間的不同，可將放大電路分為甲類、乙類和甲乙類放大，目前廣泛采用乙類（或甲乙類）互補對稱功率放大器。放大電路的三種放大狀態a）甲類b）乙類c）甲乙類198三、互補對稱功率放大器1.乙類雙電源互補對稱功率放大器乙類雙電源互補對稱功率放大器簡稱OCL功率放大電路，其電路如圖所示，它由特性一致的NPN型和PNP型三極管V1