1、放大概念
小功率信号变成一个大功率信号,需要一个核心器件做这件事,核心器件的能量由电源提供,通过核心器件用小功率的信号去控制大电源,来实现能量的转换和控制,前提是不能失真,可以用一系列正弦波进行观测
●电子电路放大的基本特征:功率放大 (即不单是电流或是电压)
●放大电路的本质:能量的控制和转换
●放大电路中必要条件:有源元件(能够控制能量)
●放大的前提条件:不失真(只有在不失真的情况下的放大才有意义)
●放大电路核心元件:晶体管(工作在放大区)和MOS管(工作在恒流区)
●测试信号:正弦波(任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号)
2、主要性能指标
●放大电路得到的输入信号就是Ri与Rs对Us的分压
●放大倍数 A 通常研究电压放大倍数Au
●输入电阻 Ri
●输出电阻Ro
●通频带
●非线性失真系数
●最大不失真输出电压
●最大输出功率与效率(功率放大电路)
3、有效放大的条件
静态:静态工作点要设置合适(直流电源、合适的电阻),使晶体管始终工作在放大区,静态工作点位置直接影响放大信号是否失真,是否能得到最大幅度的放大
动态:要保证实现信号的耦合(交流信号必须能够输入、传递到放大电路中,且放大后的交流信号能够对外输出、传递给负载或后级电路)
基放的组成及各元件作用
直流源VBB:产生小信号的交流源Ui本身很小,不能使发射结导通,所以单有Ui时,iB=0,需要加直流源VBB先导通发射结,与此同时产生了附着在直流IB上的变化的 ib
直流源VCC:放大电路的能源,并保证集电结反偏
晶体三极管:工作在放大区(发射结正偏,集电结反偏)
控制Vcc所提供的能量
注意管子的类型:NPN(Vc>Vb>Ve)、PNP(Ve>Vb>Vc)
电阻Rb:限流,防止电流过大将器件烧坏
电阻Rc:将电流信号变换为电压信号
加耦合电容:过滤直流分量,获得纯的放大的交流电压信号,隔直通交
4、共射放大电路工作原理
注意:输出与输入反相位
5、两种共射放大电路
(1)直接耦合
Rb1保证了Vb是由交、直叠加而成的
如果不加Rb1,基极的电位就是Ui。 Vcc产生的电流会走Ui支路流向地,而不是走发射结支路。 所以在此处加电阻Rb1,使基极的电位Vb为交流、直流电压源经过两个电阻降压之后的叠加。
(2)阻容耦合
电容作用:通交隔直(交流短路; 直流断路)
6、直流通路与交流通路
直流通路:交流源置零(短路); 电容断路,电感短路
交流通路:直流源置零(接地、短路); 电容短路,电感保留
7、放大电路分析方法
晶体管一定要工作在放大区
先静态分析,后动态分析,动态参数与Q点密紧密相关,只有Q点合适,动态分析才有意义
静态分析指标:IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ
动态分析指标:Au(大)、Ri(大)、Ro(小)
(1)图解法 (静态分析)
“负载外特性曲线”与“输入输出曲线”交点为静态工作点Q
步骤:
输入回路:
列写KVL——改换成UBE为x,ib为y的方程——可以得到斜率为-1/Rb——分别使UBE=0、ib=0——得到横、纵截距
输出回路:
列写KVL——改换成UCE为x,ic为y的方程——可以得到斜率为-1/Rc——分别使UCE=0、ic=0——得到横、纵截距
(2)估算法 (静态分析)
定义 | UBEQ| 硅管:0.7V 锗管:0.2V,列KVL,求解各个静态量
本质:将晶体管的输入伏安特性曲线改为一条垂直于横轴的线,即认为UBEQ是一个定值
计算UCEQ时一定要用电位相减计算,即UCEQ=UCQ-UEQ
(3)等效电路法(动态分析)
h参数等效模型
动态只研究Δui、Δib、Δic、Δuo之间的关系
注意:Uo与iC参考方向相反
共射放大电路的动态参数分析
r(be) 、UT=26mV、 r(bb)与β在参数手册中
电压放大倍数
输入电阻
输出电阻
注意
对于下图放大电路,在动态分析求输出电阻Ro(下图中的Rc)时,方法:从输出端往里看,保留受控源,将独立源置零(独立电压源短路,独立电流源开路),此时Ui短路 ib=0,致使受控源(βib)相当于开路处理
8、电路理论基础知识复习(Ri、Ro)
输入电阻,从输入端往里看
Ri相当于信号源的负载,与信号源内阻串联分压
从稳定输入电压角度,Ri越大越好,使Ui越接近Us
从稳定输入电流角度,Ri越小越好,使Ii越接近Is
输出电阻,从输出端往里看
空载时负载没有输出电流,输出电压等于开路电压U’
放大电路的输出相当于“放大电路负载的信号源”,输出电阻为“信号源内阻”
求解Ro:独立源置零,受控源保留,外加电源法
从稳定输出电压角度,Ro越小越好,使Uo越接近Uo’
从稳定输出电流角度 ,Ro越大越好,(相当于一个电流源,内阻为∞)输出电流恒定
放大电路的输出电阻大小,要视负载的需要而定
多级放大
9、几种典型的基本放大电路
(1)戴维南等效
输出回路求UCEQ:由于RL分流,利用戴维南等效定理计算更方便,将输出回路等效为VCC’与Rc‘串联,VCC’是电路空载时端电压的值,即Rc、RL串联分压时RL上的电压
(2)直接耦合共射放大电路
输出电阻与负载RL无关!!!!!!
(3)阻容耦合共射放大电路
输入电阻与信号源内阻Rs无关!!!!!
输出电阻与负载RL无关!!!!!!
静态工作点稳定的放大电路
详细内容参见下问:放大电路静态工作点的稳定章节
10、放大电路的失真分析
静态工作点设置不合适,晶体管可能会工作在截止区或饱和区,无法保证对交流信号实现有效的放大。
失真,是信号在传输过程中与原有信号相比所发生的偏差(波形出现畸变)。
静态工作点设置不合适导致的两种失真
以NPN单管共射放大电路为例
(1)截止失真
Q点过低,输入信号负半轴靠近峰值的某段时间内,无法满足发射结正偏(即此时UBE
底部失真:ib、ic、Ui
顶部失真(截止失真):Uo
消除截止失真:升高Q点
增大基极电源(增大UBEQ)
减小基极电阻Rb(增大UBEQ)
(2)饱和失真
Q点过高,输入信号正半轴靠近峰值的某段时间内,无法满足集电结反偏(即此时UBE>UCE),导致T在饱和区引起的输出波形失真
顶部失真:ic
底部失真(饱和失真):Uo>UCES
消除饱和失真:降低Q点
增大基极电阻Rb(减小IBQ、ICQ);
减小集电极电阻Rc(增大UCEQ);
更换一只β较小的管子
(3)放大电路中存在的另一种失真
最大不失真输出电压
输入电压再增大,就会产生失真的,输出电压极限的有效值
11、静态工作点稳定的共射放大电路
静态工作点稳定
Q点会影响电路是否失真和Au、rbe等动态参数
影响Q点的主要因素:晶体管参数(温度变化,使β变化)
温漂:由温度变化引起Q点移动
T升高——β增大——ICQ增大——UCEQ减小
稳定的Q点:环境温度变化时,ICQ、UCEQ基本不变,即Q点在输出特性坐标平面中的位置基本不变
为使Q点稳定:直流负反馈; 温度补偿
分压式电流负反馈Q点稳定电路 (实现了实现静态工作点稳定,)
(四电阻阻容耦合共射放大电路)
旁路电容Ce:静态、动态分离
12、晶体管单管放大电路的三种基本接法
(1)共射放大电路
发射极是输入、输出的公共端
(2)共集放大电路
静态分析
与共射放大电路类似,注意基极输入,发射极输出
集电极是输入、输出的公共端
动态分析
b、e在上方,c接地画在下方
电阻归置,e归置到b乘(1+β); b归置到e除以(1+β)
(大到小乘法,小到大除法)
Ri与输出侧有关,求解时,从输入端往里看将右侧电阻逐一向左边等效。 e归置到b
Ro与输出侧有关,求解时,独力源短路,保留信号源内阻,从输出端往里看,将左侧电阻逐一向右边等效。 b归置到e
注意:含有集电极电阻的共集放大电路中,静态分析要考虑Rc,动态分析时Rc可忽略。 因为与电流源串联的电阻无用,不影响电流源所在支路的电流(该支路电流已被电流源固定),动态参数不变
(3)共基放大电路
静态分析
与共射放大电路类似,注意发射极输入,集电极输出
基极是输入、输出的公共端
动态分析
e、c在上方,b接地画在下方
注意输入端、输出端,再进行归置
三种基本接法小结