模拟电子技术教案2Word文档下载推荐.docx
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(3)集电极电阻RC:
作用是将集电极的电流变化转换成晶体管集、射极之间的电压变化。
(4)固定偏置电阻RB:
数值一般为几十千欧至几百千欧,主要作用是通过它向晶体管提供合适的偏置电流,以保证晶体管的发射结正偏。
(5)耦合电容C1和C2:
作用是通交隔直。
实际应用中均选择容量较大、体积较小的电解电容器,一般为几微法至几十微法。
(6)公共端和电源:
放大电路中的公共端用“⊥”号标出,作为电路的参考点。
电源用+VCC表示电源正极的电位,这也是电子电路的习惯画法。
3.共射放大电路的工作原理
放大电路在对输入小信号进行传输和放大的过程中,无论是输入信号电流、放大后的集电极电流,还是晶体管的输出电压,都是加载在放大电路内部产生的直流量上通过的,最后经过耦合电容C2,滤掉了直流量,从输出端提取的只是放大后的交流信号。
4.静态分析
(1)估算法:
先画出电路的直流通道如右图示,再根据直流通道求出静态工作点Q:
(2)图解法及具体求解步骤如下:
a.首先由电子手册或晶体管图示仪查出相应管子的输出特性曲线,绘制出来。
在输出特性曲线上令IC=0,得出UCE=VCC-ICRC=VCC的一个特殊点;
再令UCE=0,得出IC=VCC/RC的另一个特殊点,用直线将两点相连即得到直流负载线。
b.直流负载线与晶体管输出特性的平顶部分有许多交点,其中能够最大化传输信号的交点即为合适的静态工作点Q,Q点对应的平顶部分是IBQ,在横轴及纵轴上的投影分别为UCEQ和ICQ。
5.分压式偏置的共射放大电路
分压式偏置的共射放大电路通常满足I1I2>
>
IB的小信号条件。
在小信号条件下,流过RB1和RB2支路的电流远大于基极电流IB,因此可近似地把RB1和RB2视为串联,串联电阻可以分压,可确定基极电位:
从电路结构上看,当温度发生变化时,只要VCC、RB1和RB2固定不变,VB值就是确定的,不会受温度变化的影响。
分压式偏置的共射放大电路中,发射极串入的电阻RE称为射极反馈电阻,反馈电阻两端并联的CE称为射极旁路滤波电容,这一并联组合引入的目的就是稳定放大电路的静态工作点。
1.静态分析:
画直流通道的方法仍是电路中的各电容都以开路处理,由此可得到如图所示的分压式偏置的共射放大电路的直流通道。
估算静态工作点时,一般硅管净输入电压UBE取0.7V,锗管净输入电压UBE取0.3V。
估算法步骤如下:
①求出基极电位VB;
②根据直流通道求出电路的静态工作点。
2.动态分析:
动态分析的目的是找出放大电路的动态性能指标Au、ri、ro。
动态分析首先要画出放大电路的交流通道,根据交流通道画出其微变等效电路,对微变等效电路应用线性电路求解法进而求出动态性能指标:
微变等效电路中:
电路的输入电阻:
电路的输出电阻:
ro=RC
电压放大倍数:
当放大电路带负载后:
显然,共射组态的放大电路带负载能力不强,但功率放大能力非常强。
2.1.3共集电极电压放大器
1.电路组成:
如右图示:
晶体管的集电极直接与VCC相连,电路的输出取自于发射极,所以共集电极电压放大器又常称为射极输出器。
2.静态分析
令直流电源VCC=0,集电极相当于交流“接地”。
显然,“地端”是集电极输入回路与输出回路的公共端,因此称为共集电极电压放大器;
各电容开路处理,可得到直流通道,对直流通道求解,可得出静态工作点:
基极电流IBQ:
集电极电流为:
ICQ=βIBQ≈IEQ
晶体管输出电压:
UCEQ=VCC-IEQRE≈VCC-ICQRE
3.动态分析
动态分析需画出交流通道,画法与共射放大电路类同,由交流通道可画出其微变等效电路如右图所示。
对微变等效电路应用线性电路求解法求出放大电路主性能指标。
电压放大倍数为:
输入电阻:
ri=RB//[rbe+(1+β)RE]≈RB//(1+β)RE
若接上负载电阻:
=RB//[rbe+(1+β)
]
输出电阻:
输出电阻小,是射极输出器的突出特点,说明其带负载能力特别强。
2.1.4共基组态的单级放大电路
1.电路组成
2.静态分析
共基放大电路的直流偏置方式是分压式偏置电路,故静态工作点为:
形式上与共射放大电路相同,但是,两种组态的放大电路有着本质的不同。
由右图微变等效电路可得:
共基放大电路没有电流放大,但电压放大能力很强,因此仍有功率放大能力。
输入电阻小是共基放大器的突出特点,广泛应用于高频和宽频电路中。
2.23种组态放大电路的性能比较
3种基本组态放大电路的比较
电路形式性能指导
共发射极放大电路
共集电极放大电路
共基极放大电路
电流放大系数
较大,如200
≤1
电压放大倍数
较大,如100
功率放大倍数
很大,如20000
较大,如300
输入电阻
适中,如5kΩ
较大,如50kΩ
较小,如50Ω
输出电阻
适中,如10kΩ
较小,如100Ω
输出与输入电压相位
相反
相同
2.3单极型管的单级放大电路
简单介绍两种自给偏压电路、共源、共漏两种组态的单极型管电压放大器。
1.自给栅偏压电路
右图中场效应管的栅极通过电阻Rg接地,源极通过电阻RS接地。
这种偏置方式靠漏极电流ID在源极电阻RS上产生的电压为栅源极间提供一个偏置电压VGS,故称为自给栅偏压电路。
静态时,源极电位VS=IDRS。
由于栅极电流为0,Rg上没有电压降,栅极电位VG=0,所以栅源偏置电压UGS=VG–VS=–IDRS。
2.
分压式自偏压电路
分压式自偏压电路中Rg3的数值一般取得较大,可达几兆欧。
静态时,由于栅极电流为0,Rg3上没有电压降,所以栅极电位由Rg2与Rg1对电源VDD分压得到。
源极电位VS=IDRS。
故栅极电压
则栅偏压为
可见,适当选取Rg1、Rg2和RS值,共源放大电路就可得到各类场效应管放大电路所需的正偏压、负偏压或零偏压。
2.3.2场效应管的微变等效电路
场效应管也是非线性器件,在小信号条件下,也可以用其线性微变等效模型来代替。
2.3.3共源极放大电路
1.静态分析
因场效应管输入电阻极高,所以输入电流近似为0,栅极相当于开路,Rg1和Rg2相当于串联,可得:
2.动态分析
BJT的输出特性是指它的集电极电流IC随集射间电压UCE变化的关系曲线,如下图示。
共源极场效应管放大电路的微变等效电路中,场效应管栅源之间的电阻极大,可视为开路;
输出回路中场效应管可看作是一个电压控制的受控电流源,大小是gmugs,电流源并联一个输出电阻rds,一般rds的数值有几十千欧至几百千欧,在估算时一般可忽略不计。
求解共源极场效应管的微变等效电路的性能指标。
(1)输入电阻:
ri≈Rg1//Rg2。
即场效应管虽然具有输入电阻极高的特点,但是由于偏置电阻并联的影响,放大电路的输入电阻并不一定很高。
(2)输出电阻:
ro=rds//RD≈RD。
输出电阻并联的rdS数值和Rd相比较大,通常可忽略不计,所以场效应管的输出电阻约等于Rd,数值通常较小。
(3)电压放大倍数:
电路带上负载RL后,放大倍数下降至:
2.3.4共漏放大电路
共漏极放大电路又称为源极输出器或源极跟随器,同样具有与共集电极放大电路相同的特性:
输入电阻高、输出电阻低和电压放大倍数约等于1。
1.
静态分析
根据其直流通道可求出静态工作点如下。
2.动态分析
由微变等效电路可求出共漏极场效应管的性能指标如下。
(1)输入电阻:
(2)输出电阻:
2.4多级放大电路
2.4.1多级放大电路的组成
选择多个基本放大电路,并将它们合理连接,从而构成能满足要求的多级放大电路。
在多级放大电路中,相邻两级放大电路之间的连接方式称为耦合。
常用的级间耦合方式有直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合等。
2.4.2多级放大电路的级间耦合方式
1.阻容耦合
电路特点:
级与级之间通过电容器连接。
优点:
耦合电容具有隔直通交作用,这使各级电路的静态工作点相互独立,给设计和调试带来了方便,且电路体积小、重量轻。
缺点:
耦合电容的存在对输入信号产生一定的衰减,从而使电路的频率特性受到影响,加之不便于集成化,因而在应用上也就存在一定的局限性。
2.直接耦合
直接耦合的多级放大电路各级的静态工作点将相互影响。
因此,为保证第一级有合适的静态工作点,必须提高VT2管的发射极电位,常在VT2的发射极接入电阻、二极管或稳压管等。
直接耦合放大电路既可放大交流信号,也可放大直流和变化非常缓慢的信号,且信号传输效率高,具有结构简单、便于集成等优点,所以集成电路中多采用这种耦合方式。
存在各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。
3.变压器耦合
特点:
级与级间通过变压器连接。
静态工作点相互独立、互不影响;
因为容易实现阻抗变换,所以容易获得较大的输出功率。
变压器体积大而重,不易集成,频率特性较差,也不能传输直流和变化非常缓慢的信号,所以其应用受到很大限制,目前极少使用这种耦合方式。
4.光电耦合
光电耦合的多级放大电路的特点:
前级输出信号通过光电耦合器传输到后级输入端,由于前、后级的电气部分完全隔离,因此可有效地抑制电干扰。
2.4.3多级放大电路的性能指标
1.电压放大倍数
总电压放大倍数即Au=Au1×
Au2×
Au3×
…×
Aun
2.输入电阻:
多级放大电路的输入电阻为输入级的输入电阻ri=ri1
3.输出电阻:
多级放大电路的输出电阻为输出级的输出电阻ro=ron
在具体计算输入电阻和输出电阻时,当输入级为共集电极放大电路时,还要考虑第2级的输入电阻作为负载时对输入电阻的影响;
当输出级为共集电极放大电路时,同样要考虑前级对输出电阻的影响。
2.5放大电路的频率响应
放大电路对不同频率信号成分的放大能力存在差异时,就会引起幅度失真;
放大电路对不同频率信号的相移能力不同时,就会引起相位失真。
幅度失真和相位失真总称频率失真。
2.5.1频率响应的基本概念
频率响应是衡量放大电路对不同频率的信号适应能力的一项技术指标。
频率响应表达式为:
式中:
表示电压放大倍数的模与频率f之间的关系,称为幅频响应;
表示放大器输出电压与输入电
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