交流放大電路

1、交流放大電路第1頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 放大電路的作用是將微弱的電流或電壓信號(hào)進(jìn)行放大。 放大電路由兩部分組成：電壓放大和功率放大。第2頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日81 共發(fā)射極放大電路 一、基本組成 共發(fā)射極交流放大電路的基本接法如圖示。 ui為信號(hào)源。 集電極電阻：將集電極電流ic的變化轉(zhuǎn)換成電壓uCE的變化。 耦合電容C1、C2：隔斷直流。 符號(hào)“”表示電路中的零電位點(diǎn)。第3頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、直流通路和交流通路 放大電路中，電源為直流電源，輸入信號(hào)是交流。 直流通路：放大電路中

2、直流通過的路徑。 交流通路：放大電路中交流通過的路徑。第4頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 1. 直流通路和靜態(tài)值的計(jì)算 求直流通路：電容開路，電感短路。 沒有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。 靜態(tài)時(shí)的電流、電壓可用以下的公式計(jì)算：第5頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-1 在圖8-3所示的放大電路中，已知UCC=12V，RC=3k，RB=300k，=40。計(jì)算放大器的靜態(tài)參數(shù)。 解：第6頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-2 上題中,若RC改為8k，放大器能否正常工作？ 解：若RC=8k，則 UCE不可能為負(fù)

3、值。出現(xiàn)負(fù)值的原因： 三極管已經(jīng)工作在飽和狀態(tài)，IC與IB的線性關(guān)系不再成立。 三極管飽和時(shí)，IC不再受IB控制。第7頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2. 交流通路和電壓放大倍數(shù) 求交流通路：電容視為短路，直流電源視為接地。 交流通路中最關(guān)心的量是電壓放大倍數(shù)。 輸出電壓u0的有效值Uo與輸入電壓ui的有效值Ui之比稱為放大器的電壓放大倍數(shù)：寫成相量式為第8頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 三、直流分量和交流分量 有輸入信號(hào)時(shí)，電路中的電流、電壓都在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上發(fā)生變化。這時(shí)電路中的電流、電壓由兩部分組成：直流分量和交流分量。 靜態(tài)值用大

4、寫字母表示。 交流分量用小寫字母表示。第9頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 第10頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 動(dòng)態(tài)時(shí)的總電流和總電壓為：第11頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 基本概念： (1)三極管的電流iB和iC，電壓uBE和uCE都是由兩個(gè)分量組成的，一個(gè)是靜態(tài)直流分量，另一個(gè)是交流分量。 當(dāng)輸入的交流信號(hào)電壓ui為正弦量時(shí)，各交流分量均為同頻率的正弦量。 電流iB和iC，電壓uBE和uCE的方向和極性是不變的。 （2）當(dāng)輸入信號(hào)電壓ui增大時(shí)，iB和iC都隨著增大，但uCE減小。 相位上uBE、iB、i

5、C和ui同相，uCE與ui反相。第12頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 （3）輸出電壓uo為正弦量，其相位與ui差180。Uo的最大值uom與ui的最大值uim的比值就是電壓放大倍數(shù)： 用有效值相量表示為：第13頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日82 靜態(tài)工作點(diǎn) 一、靜態(tài)工作點(diǎn)與失真的關(guān)系 靜態(tài)時(shí)的IB、IC、UBE、UCE稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。 用Q表示靜態(tài)工作點(diǎn)。第14頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 不合適的靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)造成輸出波形失真。 截至失真：工作點(diǎn)取得太低。 飽和失真：工作點(diǎn)取得太高。第15頁，共88頁，202

6、2年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、分壓式偏置電路 在UCC和RC確定后，靜態(tài)工作點(diǎn)的位置取決于基極電流IB的大小。 基極電流IB稱為偏置電流。 對(duì)圖83的電路，偏流為： IB固定不變，稱為固定偏置電路。第16頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 分壓式偏置電路 通過選擇合適的元件參數(shù)，可使則有： 基極對(duì)地電流：對(duì)于圖示電路，有：第17頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-3 分壓式偏置電路如圖8-9所示。已知：UCC=12V，RC=2k，RE=2k，RB1=20k，RB2=10k，三極管的=100。試求靜態(tài)值IB、IC和UCE。 解：

7、第18頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日83 微變等效電路分析法 微變等效電路是把非線性元件進(jìn)行線性化，微變是指在一個(gè)很小的變化范圍內(nèi)。 一、三極管的微變等效電路 三極管的特性曲線如圖所示。 從輸入輸出特性可見，三極管是一個(gè)非線性元件，簡化的目的就是在小范圍內(nèi)將其線性化。 三極管的簡化分成兩個(gè)部分： 輸入、輸出。第19頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日第20頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 輸入信號(hào)很小時(shí)，在Q點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)將曲線近似地看成直線，那么輸入電路可以用一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻來近似： rbe稱為三極管的輸入電阻。對(duì)于低

8、頻小功率管，有下面的計(jì)算公式： rbe一般為幾百歐至幾千歐。第21頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 三極管的輸出特性曲線比較平坦，IB為常數(shù)時(shí)，UCE與IC的相應(yīng)變化量的比值稱為三極管的輸出電阻，用等效電阻rce表示： 當(dāng)IB變化時(shí)，因IC受IB的控制，且有：IC=IB 故輸出電路可以用一個(gè)受控電流源IB來近似。第22頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 該小信號(hào)模型只能用于交流信號(hào)的分析計(jì)算，不能用于直流電壓、電流的計(jì)算第23頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、放大電路的微變等效電路 在三極管的微變等效模型的基礎(chǔ)上，

9、可以作出放大電路的微變等效電路。第24頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 三、放大電路的性能指標(biāo) 放大電路的性能指標(biāo)：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。 1. 電壓放大倍數(shù) 當(dāng)放大電路不接負(fù)載RL時(shí)第25頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2. 放大電路的輸入電阻ri 輸入電壓與輸入電流的比值： 輸入電阻越大，放大電路從信號(hào)源所取的電流越小，越能準(zhǔn)確地反映信號(hào)源的電壓。第26頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 3. 放大電路的輸出電阻ro 相對(duì)于負(fù)載而言，放大電路為一電源，內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。輸出電阻越小，說明放大

10、電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。 利用微變等效電路可以求得放大電路的輸出電阻： Rc一般為幾千歐。 第27頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-4 放大電路如圖8-17所示，三極管的=50。 （1）求Au、ri和ro （2）若RS=500， ，求 。 解：(1)第28頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日(2)第29頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日84 射極輸出器 一、電路的組成 共發(fā)射極電路：電壓放大倍數(shù)大，輸入電阻較小，輸出電阻較大。 射極輸出器：電壓放大倍數(shù)接近1，輸入電阻大，輸出電阻小。第30頁，共88頁，2022年，5月

11、20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、電路分析 1. 靜態(tài)值的計(jì)算 由圖818(a)電路中的直流通路可列出電壓方程由得第31頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2.電壓放大倍數(shù) 由圖示的微變等效電路可知 式中 。又可得所以，可求得放大倍數(shù)第32頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 3.輸入電阻 由圖8-18(b)可得式中 ，根據(jù)式（8-19）得射極輸出器的輸入電阻第33頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 4.輸出電阻 射極輸出器具有恒壓輸出的特性，輸出電阻很低。 在信號(hào)源內(nèi)阻RS很小，相對(duì)于rbe可以忽略的情況下，輸出電阻為第3

12、4頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-5 射極輸出器如圖8-18所示。UCC=12V，=100，RB=200k，RE=2k，RL=2k，RS=0。試求（1）靜態(tài)值；（2）輸入電阻和輸出電阻。 解：（1）靜態(tài)值第35頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 （2）輸入電阻和輸出電阻第36頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-6 推導(dǎo)圖8-18中射極輸出器的輸出電阻。 解：微變等效電路如圖所示。 從輸出端外加正弦電壓 ，再計(jì)算電路總電流 ，則根據(jù)關(guān)系得因?yàn)槭街械?7頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日

13、故得輸出電阻第38頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日85 多級(jí)放大器 信號(hào)源的輸出電壓一般都很微弱，單級(jí)放大達(dá)不到要求，故采用多級(jí)放大電路。第39頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 一、級(jí)間耦合方式 各級(jí)放大電路之間的連接方式稱為級(jí)間耦合。 常用的耦合方式： 阻容耦合 變壓器耦合 直接耦合第40頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 1.阻容耦合方式 前后級(jí)之間通過耦合電容和電阻連接。 阻容耦合方式不適合傳送緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。第41頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2. 變壓器耦合方式 優(yōu)點(diǎn)：

14、能進(jìn)行阻抗、電壓和電流的變換，實(shí)現(xiàn)前后級(jí)的完全隔離。 缺點(diǎn)：本身較重，體積較大，不能傳送變化緩慢的信號(hào)。第42頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 3.直接耦合 既能放大交流信號(hào)，也能放大直流或緩慢變化的信號(hào)。 前后級(jí)直接相連，因此前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響。主要用于集成電路。第43頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、兩級(jí)阻容耦合放大電路 1.放大倍數(shù) 前級(jí)的輸出為后級(jí)的輸入，所以總的電壓放大倍數(shù)為：第44頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 微變等效電路： 第一級(jí)的放大倍數(shù)：第45頁，共88頁，2022年，5月20日，1

15、9點(diǎn)44分，星期日 式中為后級(jí)的輸入電阻。總的電壓放大倍數(shù)為當(dāng)rbe2較小時(shí)，近似有第46頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2.輸入電阻ri和輸出電阻ro 對(duì)于多級(jí)放大電路，有：輸入電阻ri輸入級(jí)的輸入電阻ri1輸出電阻ro輸出級(jí)的輸出電阻ro2第47頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-7 兩級(jí)阻容耦合放大電路如圖8-24(a)所示。已知計(jì)算兩級(jí)放大電路總的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。 解：（1）電壓放大倍數(shù) （2）輸入電阻ri和輸出電阻ro第48頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日86 功率放大電路 一、互補(bǔ)

16、對(duì)稱功率放大電路 1.無輸出變壓器功率放大電路 T1，T2是特性基本相同的NPN和PNP管。 靜態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)電位器Rp1使A點(diǎn)的電位等于UCC/2。 調(diào)節(jié)Rp2使T1、T2有一定的靜態(tài)電流，以消除三極管B、E極間的死區(qū)電壓造成的非線性失真。 u2的正半周，T1導(dǎo)通，T2截止。此時(shí)電源電壓Ucc高于電容電壓Ucc/2，形成電流ic1。 u2負(fù)半周，T1截止，T2導(dǎo)通。電容C通過T2放電，第49頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 電流ic2也經(jīng)過負(fù)載RL。第50頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2. 無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路 在OTL放大電路中，

17、由于采用大容量電容C，使得低頻特性變壞。為此，省去電容C。 OCL電路需要正、負(fù)兩組電源。第51頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、采用復(fù)合管的功率放大電路 復(fù)合管如圖所示。其特點(diǎn)： （1）電流放大系數(shù)： （2）復(fù)合管的類型取決于第一個(gè)管子。第52頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日第53頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 三、集成功率放大電路 DG4100第54頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 電路組成 T1、T2組成差分放大器的輸入級(jí)。 T2輸出與T4輸入直接耦合為第一中間放大級(jí)。 T4輸出

18、與T7輸入直接耦合為第二中間放大級(jí)，也是功放輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)。 T5、T6組成恒流源，作為T4管的恒流源負(fù)載，可提高該級(jí)電壓放大倍數(shù)。T1管通過R1，T3取得偏置。 T12、T13復(fù)合等效為NPN管，T8、T14復(fù)合等效為PNP管。 T9T11是給T12、T8設(shè)置正向偏置，消除非線性失真。第55頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 外部接線第56頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日87 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 場(chǎng)效應(yīng)管有共源、共漏和共柵三種接法。 一、增強(qiáng)型MOS管共源放大電路第57頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 采用分壓式偏置，

19、RG1、RG2為分壓電阻。 RD為漏極負(fù)載電阻。 RS為源極電阻，用于穩(wěn)定工作點(diǎn)。 CS為交流旁路電容。 RG用于提高放大電路的輸入電阻。 C1、C2為耦合電容。第58頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 放大電路中電壓、電流波形。第59頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、共源放大電路動(dòng)態(tài)分析 1. 電壓放大倍數(shù)Au 式中負(fù)號(hào)表示 與 反相， 為跨導(dǎo)。 2.輸入電阻ri 3.輸出電阻ro第60頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 三、耗盡型MOS管共源放大電路 自給式偏置 放大過程及動(dòng)態(tài)分析與增強(qiáng)型類似。第61頁，共88頁

20、，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日88 放大電路中的反饋 一、反饋的概念 將放大器的輸出信號(hào)的一部分或全部，通過一定的反饋電路返回到輸入端，稱為反饋。第62頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 正反饋：引入的反饋信號(hào)增強(qiáng)外加輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)增加。 負(fù)反饋：引入的反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)，使放大電路的放大倍數(shù)減小。 直流反饋：反饋信號(hào)中只有直流分量。 交流反饋：反饋信號(hào)中只有交流分量。 電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓。 電流反饋：反饋信號(hào)取自輸出電流。 串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中相串聯(lián)。 并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入回路中相并聯(lián)。第

21、63頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日負(fù)反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)負(fù)反饋的分類小結(jié)第64頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 基本放大電路的電壓放大倍數(shù)A0稱為開環(huán)電壓放大倍數(shù)。 反饋電路輸出量與輸入量之比F稱為反饋系數(shù)。 引入反饋以后的電壓放大倍數(shù)稱為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，用Auf表示。第65頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 二、負(fù)反饋電路的類型 負(fù)反饋具有穩(wěn)定放大倍數(shù)、提高輸入電阻、擴(kuò)展頻率范圍、改善非線性失真的作用。 四種常見的負(fù)反饋電路:電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓

22、并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋第66頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日第67頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 圖示的射極輸出器屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。 忽略電容C2的容抗，有： uf=uo 電壓反饋 輸入回路中，uf和uo是串聯(lián)關(guān)系 串聯(lián)反饋 電壓串聯(lián)負(fù)反饋第68頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2.電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 分析：射極電流ie在RE上產(chǎn)生壓降uf反饋電壓：uf=Reieuf與電流ie成正比，故為電流反饋。 輸入回路中： uf與ui串聯(lián) 判斷負(fù)反饋的方法瞬時(shí)極性法第

23、69頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 具體做法是： 先假定輸入端有變化，引起某電壓或電流變化。這樣從輸入到輸出逐級(jí)分析最后再回到起始處。也可以反過來，從輸出到輸入進(jìn)行分析。 最后看反饋前后輸入（或輸出）的變化是否一致，若一致則該反饋為正反饋，反之為負(fù)反饋。第70頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 3.電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 輸出電壓uo通過反饋電阻RF反饋到輸入端電壓反饋 輸入回路中，反饋電流if和基極電流ib是并聯(lián)關(guān)系，故為并聯(lián)反饋。第71頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 4.電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 圖中，uf與ie2成

24、正比電流反饋 輸入回路中：if與ib并聯(lián)并聯(lián)反饋 ui為正時(shí)，uc1和uf均為負(fù)負(fù)反饋第72頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 三、負(fù)反饋對(duì)放大電路工作性能的影響 1.放大倍數(shù)下降 開環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)負(fù)反饋時(shí)，A0與F同相，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf小于開環(huán)電壓放大倍數(shù)。第73頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2.放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高 A0F1時(shí)，稱為深度負(fù)反饋，有： 放大倍數(shù)只與反饋系數(shù)有關(guān)。第74頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 3.減小非線性失真 引入負(fù)反饋后，輸入信號(hào)大時(shí)，反饋量也變大，從而使凈輸入量

25、變小。第75頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 4. 改變輸入電阻和輸出電阻 引入負(fù)反饋后，輸入電阻和輸出電阻將發(fā)生變化。電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電壓并聯(lián)電流并聯(lián)輸入電阻增大增大減小減小輸出電阻減小增大減小增大第76頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 例8-8 畫出圖8-38電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的微變等效電路，求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻ri和輸出電阻ro。 解：微變等效電路如圖所示。由圖可知第77頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日引入反饋以后的電壓放大倍數(shù)一般情況下 ，且1，所以上式可化簡為放大倍數(shù)只取決于 和RE。 輸

26、入電阻 輸出電阻第78頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 四、正反饋與振蕩電路 1.自激振蕩 振蕩電路由基本放大電路和正反饋電路組成。 振蕩電路能把直流電源提供的電能轉(zhuǎn)換成為一定頻率的交流電。 由于某種擾動(dòng)而有微小的輸出時(shí)，反饋電路就會(huì)有相應(yīng)的反饋電壓返回到放大電路的輸入端。這使得放大電路會(huì)有更大的輸出，形成反饋放大再反饋再放大，最終形成振蕩。 這種不需要輸入信號(hào)而產(chǎn)生的振蕩稱為自激振蕩。第79頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日第80頁，共88頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 2.LC振蕩電路 工作過程：接通電源時(shí)產(chǎn)生微小的輸出電壓uo及微小的反饋電壓ui，經(jīng)耦合電容C1后成為輸入電壓ube。 當(dāng)滿足相位和幅值要求