《直流放大電路》課件

直流放大電路直流放大電路是一種將直流信號(hào)進(jìn)行放大的電子電路。它在電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用，例如音頻放大器、電源模塊等。課程目標(biāo)掌握直流放大電路的基本概念理解直流放大電路的工作原理，并能夠分析電路的性能指標(biāo)。學(xué)會(huì)直流放大電路的設(shè)計(jì)方法掌握常用的直流放大電路的設(shè)計(jì)方法，并能夠根據(jù)需求設(shè)計(jì)具體的電路方案。培養(yǎng)電路分析與故障診斷能力能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析手段，識(shí)別和解決直流放大電路中的常見(jiàn)問(wèn)題。直流放大電路的概念直流放大電路是指能夠放大直流信號(hào)的電路。它利用電子器件，將輸入的微弱直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅值更大的直流信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。直流放大電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如音頻放大器、視頻放大器、儀器儀表、電源電路等，在信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。放大電路的基本要求信號(hào)放大放大電路應(yīng)能有效地放大輸入信號(hào)的幅度，使輸出信號(hào)的幅度明顯大于輸入信號(hào)。低失真放大電路應(yīng)盡量減少信號(hào)的失真，確保輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)一致。寬頻帶放大電路應(yīng)能放大各種頻率的信號(hào)，在一定頻率范圍內(nèi)保持較高的放大倍數(shù)。功率放大放大電路應(yīng)能提供足夠的功率輸出，滿(mǎn)足負(fù)載的功率需求。放大電路的分類(lèi)1按工作頻率根據(jù)放大電路工作頻率，可分為音頻放大電路、射頻放大電路和視頻放大電路。2按工作狀態(tài)根據(jù)放大電路的工作狀態(tài)可分為A類(lèi)、B類(lèi)、AB類(lèi)、C類(lèi)和D類(lèi)放大電路。3按放大倍數(shù)根據(jù)放大電路的放大倍數(shù)可分為電壓放大電路、電流放大電路和功率放大電路。4按電路結(jié)構(gòu)根據(jù)放大電路的結(jié)構(gòu)可分為共射放大電路、共集放大電路和共基放大電路。p-n結(jié)的導(dǎo)電機(jī)理p型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。n型半導(dǎo)體中，電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸形成p-n結(jié)，由于載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在結(jié)區(qū)形成空間電荷區(qū)。在空間電荷區(qū)，存在著內(nèi)建電場(chǎng)，阻止載流子的進(jìn)一步擴(kuò)散，形成平衡狀態(tài)。二極管的特性單向?qū)ㄐ远O管允許電流在一個(gè)方向上流動(dòng)，但在反向方向上阻止電流。這是由于二極管的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，它創(chuàng)造了導(dǎo)電層和阻擋層。非線(xiàn)性特性二極管的電流和電壓之間存在非線(xiàn)性關(guān)系。在正向偏置下，電流迅速增加，而在反向偏置下，電流保持非常小。這意味著二極管可以用于限制電流或?qū)⑿盘?hào)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)信號(hào)。二極管的靜態(tài)特性正向電壓正向電流反向電壓反向電流二極管的靜態(tài)特性反映了二極管在不同工作電壓下的電流變化情況。正向電壓下，電流呈指數(shù)增長(zhǎng)。反向電壓下，電流很小，幾乎為零。二極管的動(dòng)態(tài)特性二極管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在信號(hào)變化時(shí)，其電流和電壓之間的關(guān)系。主要包括二極管的開(kāi)關(guān)特性、存儲(chǔ)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間等。二極管等效電路模型二極管的等效電路模型能夠簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。常用的模型包括理想二極管模型、線(xiàn)性模型和非線(xiàn)性模型。這些模型可以用于模擬二極管的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，并幫助理解其在電路中的行為。二極管的偏置電路偏置的作用確保二極管處于正常工作狀態(tài)，使它能夠正常地放大信號(hào)。偏置方法通過(guò)在二極管兩端施加適當(dāng)?shù)闹绷麟妷?，使二極管工作在合適的導(dǎo)通狀態(tài)。偏置電路類(lèi)型常見(jiàn)的二極管偏置電路包括固定偏置電路、自偏置電路和穩(wěn)壓偏置電路。晶體管的基本特性電流放大特性晶體管可以放大電流，這意味著它可以輸出大于輸入電流的電流。電壓放大特性晶體管可以放大電壓，這意味著它可以輸出大于輸入電壓的電壓。功率放大特性晶體管可以放大功率，這意味著它可以輸出大于輸入功率的功率。晶體管的放大原理晶體管是一種重要的半導(dǎo)體器件，其放大原理是基于載流子的控制。1輸入信號(hào)通過(guò)基極控制電流2放大倍數(shù)控制發(fā)射極電流3輸出信號(hào)放大后的電流輸出基極輸入的微小電流信號(hào)可以控制發(fā)射極電流，從而產(chǎn)生更大倍數(shù)的輸出電流信號(hào)，這就是晶體管的放大作用。共射型放大電路拓?fù)浠窘Y(jié)構(gòu)共射型放大電路采用NPN型三極管，輸入信號(hào)加在基極，輸出信號(hào)從集電極獲取，發(fā)射極接地。實(shí)物圖實(shí)際電路中，共射型放大電路通常包含多個(gè)元件，如電阻、電容等。示意圖示意圖簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，方便理解電路的工作原理。共射型放大電路的參數(shù)共射型放大電路是三種基本放大電路之一，其具有較高的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。共射型放大電路的主要參數(shù)包括:100電壓放大倍數(shù)表示輸出電壓與輸入電壓之比，通常大于10。100電流放大倍數(shù)表示輸出電流與輸入電流之比，通常大于100。100輸入阻抗表示輸入信號(hào)源看到的電阻，通常為幾千歐姆。100輸出阻抗表示輸出端看到的電阻，通常為幾十歐姆。共射型放大電路的等效電路共射型放大電路的等效電路是將實(shí)際電路簡(jiǎn)化為一個(gè)理想化的電路模型，它可以方便地分析和計(jì)算電路的性能參數(shù)。等效電路模型通常包括三個(gè)主要部分：輸入電阻、輸出電阻和放大倍數(shù)。等效電路可以反映出放大電路在特定頻率下的特性，并預(yù)測(cè)電路的輸出信號(hào)幅度和相位變化。共源型放大電路拓?fù)涔苍葱头糯箅娐肥且环N常用的放大電路，它以源極作為公共點(diǎn)，信號(hào)輸入到柵極，信號(hào)輸出從漏極。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低，適用于高阻抗信號(hào)源和低阻抗負(fù)載的匹配。共源型放大電路的應(yīng)用范圍廣泛，例如，在音頻放大器、視頻放大器、射頻放大器等電路中都有廣泛的應(yīng)用。共源型放大電路的參數(shù)共源型放大電路通常具有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，適用于需要匹配高阻抗信號(hào)源的場(chǎng)合。其電壓增益中等，帶寬也相對(duì)較廣。共集型放大電路拓?fù)涔布头糯箅娐芬卜Q(chēng)射極跟隨器，輸入信號(hào)加在基極，輸出信號(hào)從射極取得。電路特點(diǎn)輸入電阻高，輸出電阻低，電壓放大倍數(shù)接近1，具有較好的電流放大能力，常用于阻抗匹配。共集型放大電路的參數(shù)參數(shù)描述單位電壓放大倍數(shù)輸出電壓與輸入電壓之比無(wú)電流放大倍數(shù)輸出電流與輸入電流之比無(wú)輸入阻抗放大電路輸入端的等效電阻歐姆輸出阻抗放大電路輸出端的等效電阻歐姆放大電路的頻率特性頻率響應(yīng)放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)不同，形成頻率響應(yīng)。通帶放大電路對(duì)一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)有較大的放大倍數(shù)，稱(chēng)為通帶。截止頻率放大倍數(shù)下降到最大值一半時(shí)的頻率，稱(chēng)為截止頻率。帶寬兩個(gè)截止頻率之間的頻率范圍，稱(chēng)為帶寬。放大電路的失真1非線(xiàn)性失真放大器對(duì)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)并非恒定，導(dǎo)致輸出信號(hào)波形失真。2頻率失真放大器對(duì)不同頻率的信號(hào)放大倍數(shù)不同，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。3相位失真放大器對(duì)不同頻率的信號(hào)引入不同的相移，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。4噪聲失真放大器內(nèi)部或外部的噪聲信號(hào)混入輸出信號(hào)，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。放大電路的負(fù)反饋反饋信號(hào)負(fù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)反相，減弱放大電路的放大倍數(shù)。穩(wěn)定性負(fù)反饋可以改善放大電路的穩(wěn)定性，降低失真，提高線(xiàn)性度。頻率特性負(fù)反饋可以改善放大電路的頻率特性，擴(kuò)展帶寬，提升工作效率。放大電路的穩(wěn)定性負(fù)反饋的作用負(fù)反饋可以提高放大電路的穩(wěn)定性，減小放大倍數(shù)的變化，抑制噪聲和干擾。負(fù)反饋可以使電路工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，提高電路的抗干擾能力。穩(wěn)定性的指標(biāo)放大電路的穩(wěn)定性可以用放大倍數(shù)變化率、輸出電壓變化率、工作點(diǎn)漂移等指標(biāo)來(lái)衡量。穩(wěn)定性指標(biāo)越高，說(shuō)明電路的穩(wěn)定性越好，工作狀態(tài)越穩(wěn)定。放大電路的工作點(diǎn)定義工作點(diǎn)是指放大電路中靜態(tài)情況下輸出端電壓和電流的穩(wěn)定值。重要性工作點(diǎn)決定了放大電路的靜態(tài)工作狀態(tài)，影響著放大電路的增益、失真度和穩(wěn)定性。確定方法通常通過(guò)直流偏置電路來(lái)確定工作點(diǎn)，并通過(guò)選取合適的元件參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作點(diǎn)的控制。放大電路的偏置設(shè)計(jì)1確定工作點(diǎn)選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，確保放大電路正常工作。2選擇合適的偏置方式根據(jù)電路特性，選擇合適的偏置方式，例如電壓偏置、電流偏置等。3計(jì)算偏置元件參數(shù)根據(jù)選定的偏置方式，計(jì)算電阻、電容等元件參數(shù)。4進(jìn)行仿真驗(yàn)證利用仿真軟件驗(yàn)證偏置設(shè)計(jì)是否正確。放大電路的偏置設(shè)計(jì)是放大電路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，它決定了放大電路的工作狀態(tài)和性能。一個(gè)好的偏置設(shè)計(jì)可以使放大電路工作在最佳狀態(tài)，并提高其穩(wěn)定性和可靠性。小信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)1確定工作點(diǎn)首先，確定放大電路的工作點(diǎn)，即靜態(tài)工作點(diǎn)。2選擇合適的晶體管根據(jù)電路的要求，選擇合適的晶體管，以滿(mǎn)足所需的放大倍數(shù)、頻率響應(yīng)和功率處理能力等指標(biāo)。3設(shè)計(jì)偏置電路設(shè)計(jì)合適的偏置電路，使晶體管能夠穩(wěn)定地工作在選定的工作點(diǎn)上。4確定負(fù)載阻抗根據(jù)放大電路的負(fù)載要求，確定負(fù)載阻抗的大小。5設(shè)計(jì)耦合電路設(shè)計(jì)合適的耦合電路，使信號(hào)能夠順利地從前級(jí)放大電路傳遞到后級(jí)放大電路。6測(cè)試與調(diào)試最后，對(duì)設(shè)計(jì)好的小信號(hào)放大電路進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，確保其能夠正常工作。大信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)大信號(hào)放大電路需要處理較大的輸入信號(hào)，因此需要考慮非線(xiàn)性失真問(wèn)題。1確定工作點(diǎn)選擇合適的偏置點(diǎn)，使電路在工作范圍內(nèi)能夠正常放大信號(hào)，同時(shí)避免信號(hào)失真。2選擇器件選擇具有高功率容量、低失真和穩(wěn)定性的器件，以滿(mǎn)足大信號(hào)放大需求。3負(fù)反饋引入負(fù)反饋可以降低電路的非線(xiàn)性失真，提高放大電路的線(xiàn)性度。4電路保護(hù)為了防止器件過(guò)載或損壞，需要添加必要的保護(hù)電路。5測(cè)試驗(yàn)證通過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證，確保電路能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)，并在實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定工作。大信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)需要綜合考慮多個(gè)因素，以確保電路具有良好的性能，并滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。小結(jié)與思考重點(diǎn)回顧本課程詳細(xì)講解了直流放大電路的基礎(chǔ)知識(shí)，包括放大電路的概念、基本要求、分類(lèi)、工作原理、設(shè)計(jì)等。重點(diǎn)介紹了晶體管的特性以及三種基本