T-03-O-O-基本放大電路-教材

1、1.4.3基本放大電路放大電路的實(shí)質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它通過(guò)具有較小能量的輸入信號(hào)控制有源元件（晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等）從電源吸收電能，將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能輸出，并且輸出信號(hào)的變化與輸入信號(hào)的變化成正比關(guān)系。三極管放大電路有共射極、共基極和共集電極三種形式，現(xiàn)以共發(fā)射極基本放大電路為例，來(lái)介紹放大電路的組成與分析。一、共發(fā)射極放大電路的結(jié)構(gòu)圖1.4.3.1所示為最基本的共發(fā)射極單管放大電路，T是NPN型三極管，是整個(gè)電路的核心，起電流放大作用，是輸入信號(hào)，是輸出信號(hào)，RL是負(fù)載。Ucc是放大電路的直流電源，為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，集電結(jié)提供反向偏置電壓。RB是基極偏置電阻用來(lái)產(chǎn)生基極偏置電

2、流IBQ。RC是集電極負(fù)載電阻，主要作用是將集電極放大后的電流iC轉(zhuǎn)換成電壓輸出到負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)電壓放大。C1、C2是耦合電容，用來(lái)隔離直流，傳遞交流信號(hào)。圖1.4.3.1 共發(fā)射極放大電路二、靜態(tài)工作情況指輸入的交流信號(hào)時(shí)的工作情況。在直流狀態(tài)下把電容視為開(kāi)路，把電感視為短路，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)，就得到放大電路的直流通路，如圖1.4.3.2（a）所示。三極管的基極、集電極和發(fā)射極中只有直流電流IB、UBE、IC和UCE，分別對(duì)應(yīng)輸入和輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為“靜態(tài)工作點(diǎn)”，并用Q點(diǎn)來(lái)表示，如圖1.4.3.2（b）所示。習(xí)慣上分別用IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ表示。按照直流通路的結(jié)構(gòu)，

3、可估算出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)：（a）電路 （b）靜態(tài)工作點(diǎn)Q圖1.4.3.2 共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)情況UBEQ為發(fā)射結(jié)正向電壓，當(dāng)三極管工作在放大狀態(tài)時(shí)，一般硅管取值為0.7V，鍺管取值為0.3V，當(dāng)時(shí)，UBEQ可以忽略不計(jì)。根據(jù)三極管電流放大特性可得根據(jù)圖1.4.3.2還可以得到例1.4.1在圖1.4.3.2中，已知UCC=20V，RB=470K，RC=5.1K，=50，試求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解： 三、動(dòng)態(tài)工作情況所謂動(dòng)態(tài),是指放大電路輸入信號(hào)不為零時(shí)的工作狀態(tài)。當(dāng)放大電路加入交流信號(hào)ui時(shí),電路中各電極的電壓、電流都是在原靜態(tài)值上疊加一個(gè)交流量而成的。確定放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)一般使用圖解法

4、和微變等效電路法。圖解法特點(diǎn)是比較直觀，但精確度不高，分析較復(fù)雜。因此通常采用微變等效電路法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。等效電路法是把交流通路中的三極管用微變等效電路代替，得到被分析電路的微變等效電路，再利用此電路進(jìn)行計(jì)算分析，進(jìn)而得到電路的性能指標(biāo)。1三極管微變等效電路圖1.4.3.3所示為三極管的微變等效電路。其中，三極管的b-e之間可等效為一個(gè)電阻rbe，即輸入電阻。它的估算公式為圖1.4.3.3 晶體管微變等效電路2放大電路的微變等效電路交流通路是動(dòng)態(tài)時(shí)，放大電路交流電流通過(guò)的路徑。在交流狀態(tài)下電容視為短路，電感用相應(yīng)的感抗代替，直流電源的內(nèi)阻很小，也視作短路，就得到放大電路的交流通路。如圖1.4.

5、3.4所示。在放大電路的交流通路中，將三極管用它的等效電路代替就得到放大電路的等效電路，如圖1.4.3.5所示。 圖1.4.3.4 交流通路 圖1.4.3.5 微變等效電路3動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算（1）電壓放大倍數(shù)Au其中，“-”號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓反相，即共射極放大電路具有反相作用。帶負(fù)載時(shí)，。不帶負(fù)載時(shí)，可見(jiàn)，放大電路負(fù)載越大，放大倍數(shù)越小。（2）輸入電阻（3）輸出電阻是從放大電路的輸出端看進(jìn)去的交流等效電阻，它等于放大電路輸出電壓與輸出電流的比值。例1.4.2在圖1.4.3.1放大電路中，已知UCC=20V，RB=470K，RC=5.1K，=50，RL=4K，試計(jì)算放大電路的電壓放大倍數(shù)Au

6、、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：四、靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇與波形失真圖1.4.3.1電路加入交流信號(hào)后，三級(jí)管各極電壓、電流是交直流疊加值。因此，靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇對(duì)放大電路有很大的影響，選擇不當(dāng)，容易引起失真。工作點(diǎn)設(shè)置太低時(shí)，在交流信號(hào)的負(fù)半周，晶體管因發(fā)射結(jié)反偏進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有放大作用，使輸出波形出現(xiàn)失真，這種失真稱為截止失真，如圖1.4.3.6（a）所示。截止失真的特征是輸出波形的正半周被削去一部分。防止截止失真的辦法是將輸入回路中的基極偏置電阻RB減小，即增大IBQ，使靜態(tài)工作點(diǎn)上移。工作點(diǎn)設(shè)置太高時(shí)，在交流信號(hào)的正半周，隨輸入信號(hào)增大，集電極電流iC因受最大值ICM的限制而不能相應(yīng)的增

7、大，iB失去對(duì)iC的控制，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，使輸出波形產(chǎn)生失真，這種失真稱為飽和失真，如圖1.4.3.6（b）所示。飽和失真的特征是輸出波形的負(fù)半周被削去一部分。只要增大輸入回路中的基極偏置電阻RB，以降低IBQ、ICQ，從而使靜態(tài)工作點(diǎn)下降，便可解決飽和失真。（a）截止失真 （b）飽和失真圖1.4.3.6 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)引起的失真可見(jiàn)，為了保證放大電路不出現(xiàn)非線性失真，靜態(tài)工作點(diǎn)Q的設(shè)置要合適，一般Q點(diǎn)選在交流負(fù)載線中部。在保證輸出信號(hào)不失真的前提下，適當(dāng)降低電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，有利于減小放大電路的損耗。五、其他組態(tài)放大電路1.共集電極放大電路共集電極放大電路如圖1.4.3.7所示。由交流

8、通路可知，基極和集電極是輸入端，發(fā)射極和集電極是輸出端，集電極是輸入、輸出回路的公共端，故稱為共集電極放大電路。因?yàn)檩敵鲂盘?hào)是從發(fā)射極輸出，所以又稱為射極輸出器。（a）電路圖 （b）直流通道圖1.4.3.7 共集電極放大電路（1）靜態(tài)分析 由圖1.4.3.7（b）所示直流通路可以直接求出靜態(tài)參數(shù) （2）動(dòng)態(tài)分析 由圖1.4.3.8所示交流通道和微變等效電路可以求出動(dòng)態(tài)參數(shù)（a）交流通道 （b）微變等效電路圖1.4.3.8 共集電極放大電路的交流通道和微變等效電路電壓放大倍數(shù) 式中。可見(jiàn)，共集放大電路的的輸出電壓與它的輸入電壓同相位，而且電路的電壓放大倍數(shù)接近于1，所以射極輸出器又稱射極跟隨器。

9、射極輸出器雖沒(méi)有電壓放大能力，但仍然有電流放大作用輸入電阻高 一般RB的阻值和值都較大，所以射極輸出器的輸入電阻Ri比較大，可達(dá)幾千歐到幾百千歐。 輸出電阻低 可見(jiàn)，射極輸出器輸出電阻較小，一般為幾歐到幾十歐姆，表明電路具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力。2.共基極放大電路共基極放大電路的電路如圖1.4.3.9所示。由交流通路可知，發(fā)射極和基極是輸入端，集電極和基極是輸出端，基極是輸入、輸出回路的公共端，故稱為共基極放大電路。（a）電路圖 （b）直流通路圖1.4.3.9 共基極放大電路（1）靜態(tài)分析由圖1.4.3. 9（b）可知，共基極放大電路的直流通路與分壓式偏置放大電路的共發(fā)射極的直流通路完全一樣，故可

10、用相同的方法估算靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）動(dòng)態(tài)分析 由圖1.4.3.10（b）微變等效電路可知（a）交流通道 （b）微變等效電路圖1.4.3.10 共基極放大電路交流通道和微變等效電路電壓電壓放大倍數(shù)Au 可見(jiàn)，共基極放大器的電壓放大倍數(shù)與共射極放大器的電壓放大倍數(shù)完全相同，但輸出電壓和輸入電壓的相位同相，即共基極放大器是一個(gè)同相放大器，而共發(fā)射極放大器是一個(gè)反相放大器。輸入電阻 輸出電阻 由此可見(jiàn)，共基極放大電路的輸入電阻比較小，輸出電阻與共射放大電路相同，也比較大。六、三極管放大電路的安裝與調(diào)試圖1.4.3.71元器件的檢測(cè)和安裝（1）按照?qǐng)D備齊元器件，并用萬(wàn)用表檢測(cè)晶體管、電解電容的極性和好壞。

11、（2）將元器件在電路板上進(jìn)行布局，其高低、極性應(yīng)符合圖紙規(guī)定，布局應(yīng)合理，元器件之間的連線要走直線，連線之間不能跨接。（3）準(zhǔn)備好電烙鐵、鑷子、斜口鉗等工具及焊料完成電路的焊接，要求焊點(diǎn)表面光滑、清潔，無(wú)虛焊、漏焊，假焊。焊接完畢后，檢查電路中安裝有無(wú)錯(cuò)誤。2靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量電路經(jīng)檢查無(wú)誤后接通+12V電源，調(diào)節(jié)RP，使IC=2mA。測(cè)量方法：調(diào)節(jié)RP并用萬(wàn)用表測(cè)量發(fā)射極極電位UE，使UE=IERe=2V，可得ICIE=2mA。用萬(wàn)用表分別測(cè)量UBQ、UEQ和UCQ。3測(cè)量電壓放大倍數(shù)調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為f=1KHz，有效值為10mV的正弦信號(hào)ui，將其接入放大電路的輸入端。用雙蹤示波

12、器同時(shí)觀察輸入端ui和輸出端uO的波形，在不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)量負(fù)載RL分別為2.4K和無(wú)窮大時(shí)（負(fù)載斷路）的輸入電壓Ui和輸出電壓UO，并用示波器同時(shí)觀察uO和ui的相位關(guān)系，得出電壓放大倍數(shù)。4最佳靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整接入負(fù)載RL，改變信號(hào)發(fā)生器輸入電壓，用示波器觀察輸出電壓，若出現(xiàn)失真，則調(diào)整RP，直到輸出波形無(wú)失真且幅值最大，這時(shí)的放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)。此時(shí)去除輸入信號(hào)可測(cè)量各靜態(tài)工作點(diǎn)電壓。（5）觀察靜態(tài)工作點(diǎn)位置與波形失真的關(guān)系調(diào)節(jié)好最佳靜態(tài)工作點(diǎn)，接入輸入信號(hào)，此時(shí)輸出為不失真信號(hào)。調(diào)節(jié)電阻RP，分別可觀察飽和失真和截止失真。七、阻容耦合放大電路電路如圖1.4.3.8所示，放大電路由兩級(jí)放大器組成。V1是第一級(jí)放大管，