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文檔簡介
電子技術(shù)主編:徐超明李珍2026/1/51知識目標(biāo):了解三極管的結(jié)構(gòu)、掌握三極管的電流分配關(guān)系及放大原理。掌握三極管的輸入輸出特性、理解其含義,了解主要參數(shù)的定義。會使用萬用表檢測三極管的質(zhì)量和判斷管腳。會查閱半導(dǎo)體器件手冊,能按要求選用三極管。掌握三種組態(tài)放大電路的基本構(gòu)成及特點(diǎn)。掌握非線性失真的概念,靜態(tài)工作點(diǎn)的求解方法。會用微變等效電路分析法求解電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。項(xiàng)目2低頻信號放大電路的制作與調(diào)試2026/1/52知識目標(biāo):了解工作點(diǎn)穩(wěn)定電路工作點(diǎn)穩(wěn)定原理。了解多級放大電路的幾種耦合方式和特點(diǎn)。掌握反饋的概念以及反饋類型的判斷方法。熟悉負(fù)反饋的引入對放大電路性能產(chǎn)生的影響,能正確根據(jù)要求引入負(fù)反饋。正確理解典型功放電路的組成原則、工作原理以及各種狀態(tài)的特點(diǎn)。熟悉功放電路最大輸出功率和效率的估算方法,會選擇功放管。項(xiàng)目2低頻信號放大電路的制作與調(diào)試2026/1/53技能目標(biāo):三極管管腳的判斷及電流放大特性檢測。掌握基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法,會用示波器觀察信號波形,熟悉截止失真、飽和失真的波形,掌握消除失真的方法。會用萬用表測量三極管的靜態(tài)工作點(diǎn),并由此判斷工作狀態(tài),會用毫伏表測量輸入、輸出信號的有效值,并計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。項(xiàng)目2低頻信號放大電路的制作與調(diào)試2026/1/54技能目標(biāo):掌握負(fù)反饋放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測量與調(diào)整方法。會用集成功率放大器設(shè)計(jì)實(shí)用功放電路,掌握消除交越失真的方法。掌握簡單元器件質(zhì)量檢測和極性判別的方法。掌握焊接、裝配、調(diào)試典型放大電路的基本技能。項(xiàng)目2低頻信號放大電路的制作與調(diào)試2026/1/55工作任務(wù):三極管管腳的判斷及電流放大特性檢測。共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能的測試。共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試。負(fù)反饋放大電路的測試。低頻功率放大電路的測試。擴(kuò)音器的制作與調(diào)試。項(xiàng)目2低頻信號放大電路的制作與調(diào)試2026/1/562.1三極管管腳的判斷及電流放大特性檢測2.1.1三極管的認(rèn)識實(shí)訓(xùn)2-1:用萬用表檢測三極管引腳、管型和電流放大倍數(shù)2.1.2三極管主要特性實(shí)訓(xùn)2-2:三極管電流放大檢測實(shí)訓(xùn)2-3:三極管共射輸入特性曲線的仿真測試實(shí)訓(xùn)2-4:三極管共射輸出特性曲線的仿真測試實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.1三極管管腳的判斷及電流放大特性檢測2026/1/572.1.1三極管的認(rèn)識2026/1/58小功率三極管
中功率三極管
大功率三極管
晶體三極管也稱為半導(dǎo)體三極管,簡稱三極管。它是通過一定的制作工藝,將兩個PN結(jié)結(jié)合在一起,具有控制電流作用的半導(dǎo)體器件。由于三極管工作時有兩種載流子參與導(dǎo)電,故也叫雙極型三極管。三極管可以用來放大微弱的信號和作為無觸點(diǎn)開關(guān)。三極管從結(jié)構(gòu)上來講分為兩類:NPN型和PNP型。2.1.1三極管的認(rèn)識2026/1/59三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)基區(qū)做得很薄,且摻雜濃度低;(2)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度很高;(3)集電區(qū)面積較大.NPNPNP1.三極管的結(jié)構(gòu)和符號三極管按所用的材料來分,有硅管和鍺管兩種;根據(jù)工作頻率分,有高頻管、低頻管;按用途來分,有放大管和開關(guān)管等;根據(jù)工作功率分為大功率管、中功率管和小功率管。另外從三極管封裝材料來分,有金屬封裝和玻璃封裝,近來又多用硅銅塑料封裝。
2.1.1三極管的認(rèn)識2026/1/5101.三極管的結(jié)構(gòu)和符號1)三極管引腳識別常見三極管的引腳分布規(guī)律:(1)封裝名稱S-1A、S-1B有半圓形的低面。識別引腳時,將管腳朝下,切口朝自己,從左到右依次為e、b、c腳。ebC2.1.1三極管的認(rèn)識2.三極管的識別與檢測2026/1/511(2)封裝名稱S-6A、S-6B、S-7、S-8ebC有散熱片。識別引腳時,將印有型號一面朝自己,引腳朝下,從左到右依次為b、c、e腳。2.1.1三極管的認(rèn)識2.三極管的識別與檢測2026/1/512B型:外殼上有一個突出的定位銷,四根引腳。識別時,引腳朝上,定位銷開始順時針依次為e、b、c、d腳,d腳接外殼。定位銷定位銷C型:一個定位銷,三根引腳。三根引腳呈等腰三角形,e、c腳為底邊。D型:沒有定位銷,三根引腳。三根引腳呈等腰三角形,e、c腳為底邊。(3)封裝名稱B型、C型、D型2.1.1三極管的認(rèn)識2.三極管的識別與檢測2026/1/513F型:只有兩根引腳。識別時,管底朝上,引腳靠近左安裝孔,上面一根為e腳,下面一根為b腳,管殼為集電極c。安裝孔安裝孔(4)封裝名稱F型2.1.1三極管的認(rèn)識2.三極管的識別與檢測2026/1/5142.1.1三極管的認(rèn)識2.三極管的識別與檢測2026/1/5151)用萬用表判別管腳和管型的方法用萬用表判別管腳的根據(jù)是:把晶體管的結(jié)構(gòu)看成是兩個背靠背的PN結(jié)。對NPN管來說,基極是兩個結(jié)的公共陽極,對PNP管來說,基極是兩個結(jié)的公共陰極。cbecbeNPN管PNP管仍然用“二極管和蜂鳴通斷”擋測量。(1)判斷三極管的基極測量時,先將一支表筆接在某一認(rèn)定的管腳上,另外一支表筆則先后接到其余兩個管腳上,如果這樣測得兩次均導(dǎo)通或均不導(dǎo)通,然后對換兩支表筆再測,兩次均不導(dǎo)通或均導(dǎo)通,則可以確定該認(rèn)定的管腳就是三極管的基極。若是用紅表筆接在基極,黑表筆分別接在另外兩極均導(dǎo)通,則說明該三極管是NPN型,反之,則為PNP型。2.1.1三極管的認(rèn)識既判定了晶體三極管的基極,又判別了三極管的類型。NPN型PNP型(2)判斷三極管發(fā)射極和集電極方法一:比較兩個PN結(jié)正向?qū)妷旱拇笮?,讀數(shù)稍大的是be結(jié),讀數(shù)較小的是bc結(jié),由此可以識別集電極和發(fā)射極。2.1.1三極管的認(rèn)識(2)判斷三極管發(fā)射極和集電極2.1.1三極管的認(rèn)識方法二:將數(shù)字萬用表置于hFE檔,NPN型管使用NPN插孔(NPN型管使用PNP插孔)。把基極b插入B孔,剩余2個引腳分別插入C孔和E孔中。若測出的HFE為幾十到幾百,說明管子屬于正常接法,放大能力強(qiáng),此時C孔插的是集電極c,E孔插的是發(fā)射極e。若測出的HFE值只有幾或十幾,則表明被測管的集電極c與發(fā)射極e插反了,這時C孔插的是發(fā)射極e,E孔插的是集電極c。為了使測試結(jié)果更可靠,可將基極b固定插在B孔,把集電極c與發(fā)射極e調(diào)換重復(fù)測試2次,以顯示值大的一次為準(zhǔn),C孔插的引腳即是集電極c,E孔插的引腳則是發(fā)射極e。2.1.1三極管的認(rèn)識(3)用萬用表估測電流放大系數(shù)
將數(shù)字萬用表置于hFE檔,將晶體管插入相應(yīng)的測試孔中(NPN型管使用NPN插孔、NPN型管使用PNP插孔)就可以從表頭刻度盤上直讀值。在元件盒中取出兩個三極管(1)類型判別(判別三極管是PNP型還是NPN型),并確定基極b。(2)判斷三極管集電極c和發(fā)射極e。(3)把三極管按引腳順序?qū)?yīng)地插入插孔中,用hFE擋位,測出三極管的β值。把以上測量結(jié)果填入表中,并畫出三極管簡圖,標(biāo)出管腳名稱。
實(shí)訓(xùn)2-1:用萬用表判別三極管管腳和管型2.1.2三極管主要特性2026/1/521三極管電流放大作用條件是:內(nèi)部條件:發(fā)射區(qū)摻雜濃度高,基區(qū)摻雜濃度低且很薄,集電結(jié)面積大。外部條件:發(fā)射結(jié)加正向電壓(正偏),而集電結(jié)必須加反向電壓(反偏)。實(shí)訓(xùn)2-2:三極管電流放大檢測改變可變電阻Rb值,基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE發(fā)生的變化。實(shí)訓(xùn)2-2:三極管電流放大檢測基極電流IB(mA)00.0100.0200.040集電極電流IC(mA)發(fā)射極電流IE(mA)基極電流IB(mA)0.0600.0800.100集電極電流IC(mA)發(fā)射極電流IE(mA)(1)歸納一下在UBB和UCC滿足什么條件時,三極管電流放大效果明顯?(2)基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE三者有什么關(guān)系?2026/1/522基極電流IB(mA)00.0100.0200.0400.060集電極電流IC(mA)<0.0010.4950.9951.9902.990發(fā)射極電流IE(mA)<0.0010.5051.0152.0303.050實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)
1)實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)IE=IC+IB;(2)IC>>IB,IC與IB比值近似相等;(3)IC和IB的變化值近似相等;(4)IB=0(基極開路),集電極電流很小
—三極管穿透電流ICEO
—質(zhì)量參數(shù)2.1.2三極管主要特性1.三極管的電流分配原則及放大作用2026/1/523
2)三極管的電流分配關(guān)系三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配三極管的直流電流放大系數(shù):
=IC/IB
三極管的交流電流放大系數(shù):
=△IC/△IB
一般≥1,通?!蛛娏鞣峙潢P(guān)系:
IE=IC+IB
IC=IB2.1.2三極管主要特性2026/1/5243)三極管實(shí)現(xiàn)電流分配的原理三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射自由電子,形成發(fā)射極電流IE。(2)自由電子在基區(qū)與空穴復(fù)合,形成基極電流IB。(3)集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的自由電子,形成集電極電流IC。另外,集電區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。2.1.2三極管主要特性2026/1/525三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配2.1.2三極管主要特性2026/1/526【例2-1】一個處于放大狀態(tài)的三極管,用萬用表測出三個電極的對地電位分別為U1=-7V,U2=-1.8V,U3=-2.5V。試判斷該三極管的管腳、管型和材料。解題方法:(1)三極管處于放大狀態(tài)時,發(fā)射結(jié)正向偏置,集電極反向偏置,則三管腳中,電位中間的管腳一定是基極。(2)在放大狀態(tài)時,發(fā)射結(jié)UBE約為0.6V~0.7V或0.2V~0.3V。如果找到電位相差上述電壓的兩管腳,則一個是基極,另一個一定是發(fā)射極,而且也可確定管子的材料。電位差為0.6V~0.7V的是硅管,電位相差0.2V~0.3V的是鍺管。三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配2.1.2三極管主要特性2026/1/527【例2-1】一個處于放大狀態(tài)的三極管,用萬用表測出三個電極的對地電位分別為U1=-7V,U2=-1.8V,U3=-2.5V。試判斷該三極管的管腳、管型和材料。解題方法:(3)剩下的第三個管腳是集電極。(4)若該三極管是NPN型的,則處于放大狀態(tài)時,電位滿足UC>UB>UE;若該三極管是PNP型的,則處于放大狀態(tài)時,電位滿足UC<UB<UE。三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配2.1.2三極管主要特性2026/1/528【例2-1】一個處于放大狀態(tài)的三極管,用萬用表測出三個電極的對地電位分別為U1=-7V,U2=-1.8V,U3=-2.5V。試判斷該三極管的管腳、管型和材料。解:(1)將三個管腳從大到小排列:U2=-1.8V,U3=-2.5V,U1=-7V??芍勰_為基極。(2)因?yàn)閁2-U3=[(-1.8)-(-2.5)]=0.7(V),所以該管為硅材料三極管,而且②腳為發(fā)射極。(3)①腳為集電極。(4)因?yàn)槿龢O管處于放大狀態(tài)時,電位滿足UC<UB<UE,所以該管為PNP型。實(shí)訓(xùn)流程:(1)按圖畫好電路。(2)在基極回路中串接入1mΩ(0.001Ω)的取樣電阻。(3)對圖所示電路中的節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行直流掃描,可間接得到三極管的輸入特性。實(shí)訓(xùn)2-3:三極管共射輸入特性曲線的仿真測試2026/1/529(4)圖所示為三極管2N2923的輸入特性掃描分析曲線,其中橫坐標(biāo)表示三極管基極電壓的變化,縱坐標(biāo)表示1mΩ電阻上電壓的變化,將縱坐標(biāo)電壓的變化除以取樣電阻阻值,就可轉(zhuǎn)化為基極電流的變化(1nV電壓對應(yīng)與1μA電流),即三極管2N2923的輸入特性曲線。畫一畫根據(jù)仿真結(jié)果,畫出二極管2N2923的輸入特性曲線。輸入特性曲線共射輸入特性曲線當(dāng)UCE>1V時輸入特性基本重合輸入特性形狀與二極管伏安特性相似發(fā)射極電壓UBE>死區(qū)電壓時,進(jìn)入放大狀態(tài)。UBE略有變化,IB變化很大。2.1.2三極管主要特性2026/1/5302.三極管的共射輸入特性曲線實(shí)訓(xùn)流程:(1)按圖畫好電路。(2)在集電極回路中串接入1mΩ(0.001Ω)的取樣電阻。(3)對圖所示電路中的節(jié)點(diǎn)5進(jìn)行直流掃描,可間接得到三極管的輸出特性。實(shí)訓(xùn)2-4:三極管共射輸出特性曲線的仿真測試2026/1/531(4)圖所示為三極管2N2923的輸出特性掃描分析曲線,其中橫坐標(biāo)表示三極管基極電壓的變化,縱坐標(biāo)表示1mΩ電阻上電壓的變化,將縱坐標(biāo)電壓的變化除以取樣電阻阻值,就可轉(zhuǎn)化為基極電流的變化(1μV電壓對應(yīng)與1mA電流),即三極管2N2923的輸出特性曲線。畫一畫根據(jù)仿真結(jié)果,畫出二極管2N2923的輸出特性曲線。輸出特性曲線
三極管的輸出特性曲線IB=60μA為例:UCE=0V時,集電極無收集作用,IC=0;UCE
IC當(dāng)UCE>1V后,收集電子能力足夠強(qiáng)。發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集,形成IC。UCE再增加,IC基本保持不變。2.1.2三極管主要特性2026/1/5323.三極管的共射輸出特性曲線①截止區(qū)(a)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置;(b)不計(jì)穿透電流ICEO,有IB、IC近似為0;(c)集電極和發(fā)射極之間電阻很大,三極管相當(dāng)于一個開關(guān)斷開。②放大區(qū)(a)發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏;(b)IC=βIB;(c)NPN型硅管,UBE≈0.7V;鍺管,UBE≈0.2V。三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線
2.1.2三極管主要特性2026/1/533③飽和區(qū)(a)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置;(b)三極管的電流放大能力下降,通常有IC<βIB;(c)此時UCE值很小,稱三極管的飽和壓降,用UCES表示。一般硅三極管的UCES約為0.3V,鍺三極管的UCES約為0.1V;(d)集電極和發(fā)射極近似短接,三極管類似于一個開關(guān)導(dǎo)通。三極管作為開關(guān)使用時,通常工作在截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài);作為放大元件使用時,一般要工作在放大狀態(tài)。三極管的輸出特性曲線2.1.2三極管主要特性2026/1/534輸出特性曲線
【例2-2】已知某NPN型鍺三極管,各極對地電位分別為UC=-2V,UB=-7.7V,UE=-8V。試判斷三極管處于何種工作狀態(tài)?解題方法:(1)發(fā)射結(jié)正偏時,凡滿足NPN硅管UBE=0.6~0.7V,PNP硅管UBE=-0.6~-0.7V;NPN鍺管UBE=0.2~0.3V,PNP硅管UBE=-0.2~-0.3V條件者,三極管一般處于放大或飽和狀態(tài)。不滿足上述條件的,三極管處于截止?fàn)顟B(tài),或已經(jīng)損壞。2.1.2三極管主要特性2026/1/535
【例2-2】已知某NPN型鍺三極管,各極對地電位分別為UC=-2V,UB=-7.7V,UE=-8V。試判斷三極管處于何種工作狀態(tài)?解題方法:(2)區(qū)分放大或飽和狀態(tài),則去檢查集電結(jié)偏置情況。若集電結(jié)反偏,則三極管處于放大狀態(tài);若集電結(jié)正偏,則三極管處于飽和狀態(tài)。(3)發(fā)射結(jié)反偏,或小于(1)中的數(shù)據(jù),則三極管處于截止?fàn)顟B(tài)或損壞。(4)若發(fā)射結(jié)正偏,但UBE過大,也屬于不正常情況,可能要被擊穿損壞。2.1.2三極管主要特性2026/1/536
【例2-2】已知某NPN型鍺三極管,各極對地電位分別為UC=-2V,UB=-7.7V,UE=-8V。試判斷三極管處于何種工作狀態(tài)?解:已知該管為NPN型鍺三極管。(1)UB-UE=(-7.7)-(-8)=0.3(V),發(fā)射結(jié)正偏。(2)UB-UC=(-7.7)-(-2)=-5.7(V)<0,集電結(jié)反偏。所以,該三極管處于放大狀態(tài)。2.1.2三極管主要特性2026/1/537
【例】測得三只三極管的直流電位如圖2-8(a)、(b)、(c)所示,試判斷它們的工作狀態(tài)。2.1.2三極管主要特性2026/1/538(1)共發(fā)射極電流放大系數(shù)①共射直流電流放大系數(shù):②共射交流電流放大系數(shù):(2)極間反向電流①集電極基極間的反向飽和電流ICBO
發(fā)射極e開路時,集電結(jié)在反向電壓作用下,集-基之間由少子漂移運(yùn)動形成的反向飽和電流。②集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO
基極b開路時,集電極和發(fā)射極之間的穿透電流。2.1.2三極管主要特性2026/1/5394.三極管的主要參數(shù)(3)極限參數(shù)
極限參數(shù)是指三極管正常工作時不能超過的值,否則有可能損壞管子。
①集電極最大允許電流ICMβ下降到70%β值時所對應(yīng)的集電極電流。②集電極最大允許功率損耗PCM超過此值三極管性能下降甚至燒毀。2.1.2三極管主要特性2026/1/5404.三極管的主要參數(shù)③反向擊穿電壓U(BR)EBO:集電極開路,發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。U(BR)CBO:發(fā)射極開路,集電極與基極之間允許的最大反向電壓。U(BR)CEO:基極開路,集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。選擇三極管時,要保證反向擊穿電壓大于工作電壓的兩倍以上。2.1.2三極管主要特性2026/1/5414.三極管的主要參數(shù)溫度對三極管輸入特性的影響溫度對三極管輸出特性的影響
相同IB下,UBE隨溫度升高而減小--負(fù)溫度特性。相同△IB下,曲線間隔隨溫度升高而拉寬,β值增大。反向電流隨溫度升高而增大。2.1.2三極管主要特性2026/1/542【例】某三極管的極限參數(shù)PCM=150mW,ICM=50mA,U(BR)CEO=20V。試問在下列幾種情況下,哪種是正常工作的?(1)UCE=5V,IC=20mA;(2)UCE=2V,IC=60mA;(3)UCE=6V,IC=30mA。2.1.2三極管主要特性2026/1/543解題方法:PCM、ICM和U(BR)CEO是三極管的三個極限參數(shù),在使用時均不能超過。如果PC過大,三極管性能下降,甚至可能燒毀;如果IC太大,則三極管的放大能力將下降;如果三極管的兩個PN結(jié)的反向工作電壓過大,則可能因過電壓而擊穿?!纠磕橙龢O管的極限參數(shù)PCM=150mW,ICM=50mA,U(BR)CEO=20V。試問在下列幾種情況下,哪種是正常工作的?(1)UCE=5V,IC=20mA;(2)UCE=2V,IC=60mA;(3)UCE=6V,IC=30mA。2.1.2三極管主要特性2026/1/544解:(1)因?yàn)閁CE<U(BR)CEO,IC<ICM,PC=ICUCE=100mW<PCM,所以該情況下三極管正常工作。(2)雖然有UCE<U(BR)CEO,PC=ICUCE=120mW<PCM,但I(xiàn)C=60mA>ICM,因此該情況下三極管不能正常工作。(3)雖然有UCE<U(BR)CEO,IC<ICM,但PC=ICUCE=180mW>PCM,因此該情況下三極管也不能正常工作。2.2共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能的測試2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2.2.3分壓式偏置放大電路2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析實(shí)訓(xùn)2-5:分壓式偏置放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測試實(shí)訓(xùn)2-6:分壓式偏置放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試實(shí)訓(xùn)2-7:共射極基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能指標(biāo)的仿真測試實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.2共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能的測試2026/1/545實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.2共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能的測試2026/1/546所謂“放大”,是指將一個微弱的電信號,通過某種裝置,得到一個波形與該微弱信號相同、但幅值卻大很多的信號輸出。這個裝置就是三極管放大電路?!胺糯蟆弊饔玫膶?shí)質(zhì)是電路對電流、電壓或能量的控制作用。揚(yáng)聲器負(fù)載輸入信號源擴(kuò)音器中放大電路的組成為放大器提供能量的直流電源RS+-US放大電路+-u0i0話筒送來的微弱音頻信號ui放大電路微弱輸入小信號uiu0幅度大大增強(qiáng)的輸出信號u0
放大電路的放大作用,實(shí)質(zhì)是把直流電源UCC的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號。輸入信號作用則是控制這種轉(zhuǎn)移,使放大電路輸出信號的變化重復(fù)或反映輸入信號的變化。“能量轉(zhuǎn)換和控制”
放大電路的核心元件是三極管,因此,放大電路若要實(shí)現(xiàn)對輸入小信號的放大作用,必須首先保證三極管工作在放大區(qū)。
三極管工作在放大區(qū)的外部偏置條件是:其發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。此條件是通過外接直流電源,并配以合適的偏置電路來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.2共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能的測試2026/1/547基本放大電路三種組態(tài)+
u0-+
ui-bce+
u0-+
ui-bec+
u0-+
ui-bec共射組態(tài)放大電路共集電組態(tài)放大電路共基組態(tài)放大電路
無論放大電路的組態(tài)如何,其目的都是讓輸入的微弱小信號通過放大電路后,輸出時其信號幅度顯著增強(qiáng)(可能是電流,可能是電壓,或者兩者兼有,即能量的放大)。
必須清楚:幅度得到增強(qiáng)的輸出信號,其能量并非來自于三極管,而是由放大電路中的直流電源提供的。三極管只是實(shí)現(xiàn)了對能量的控制,使之轉(zhuǎn)換成信號能量,并傳遞給負(fù)載。實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.2共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能的測試2026/1/548
共發(fā)射極放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的放大電路形式,其電路組成的一般形式為:3DG6管RBVBBC1+RCVCCC2+放大電路的核心元件——三極管耦合電容基極電阻基極電源集電極電阻集電極電源耦合電容雙電源組成的共發(fā)射極基本放大電路。2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理1.電路組成2026/1/549
實(shí)際應(yīng)用中,共射放大電路通常采用單電源供電,各部分的作用分別如下:三極管在放大電路中起以小控大的能量控制作用向放大電路提供能量,并保證三極管工作在放大區(qū)
基極偏置電阻的作用是為放大電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。有極性電解電容的作用是隔離直流和讓輸入交流信號順利通過。有極性電解電容的作用是隔離直流和讓放大的交流信號順利輸出。RC的作用是將放大的集電極電流轉(zhuǎn)換成三極管的輸出電壓。3DG6管RBC1+RCC2++VCC2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/550單電源共射極電路
電流的方向:對NPN型三極管基極電流iB、集電極電流iC流入電極為正,發(fā)射極電流iE流出電極為正.電壓、電流等符號的規(guī)定(1)直流分量:大寫字母,大寫下標(biāo)。如IB。(2)交流分量:小寫字母,小寫下標(biāo)。如ib
(3)瞬時值:小寫字母,大寫下標(biāo)。如iB。
iB
=IB
+ib(4)交流有效值:大寫字母,小寫下標(biāo)。如Ib
(基極交流電流有效值)。(5)交流峰值:有效值符號加小寫
m下標(biāo)。如Ibm。3DG6管RBC1+RCC2++VCC2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2.放大器中電流電壓符號使用規(guī)定2026/1/551顯然,放大電路內(nèi)部各電流、電壓都是交直流共存的。3DG6RBC1+RCC2++VCCcebuiu0ibiCuCEiBIB基極固定偏置電流放大后的集電極電流
iC通過RC將放大的電流轉(zhuǎn)換為放大的三極管電壓輸出。uCE經(jīng)C2濾掉了直流成分后的輸出電壓信號電流和基極固定偏流的疊加uit0輸入交流信號電流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCu0t0反相!輸入信號電壓3.
共射放大電路的工作原理2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/552
需放大的信號電壓
ui通過C1轉(zhuǎn)換為放大電路的輸入電流,與基極偏流疊加后加到三極管的基極,基極電流iB的變化通過三極管的以小控大作用引起集電極電流
iC變化;iC通過RC使電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化,即:
uCE=VCC-iCRC2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/553
由上式可看出:
當(dāng)
iC增大時,uCE就減小,所以
uCE的變化正好與
iC相反,這就是它們反相的原因。
uCE經(jīng)過C2濾掉了直流成分,耦合到輸出端的交流成分即為輸出電壓u0。
若電路參數(shù)選取適當(dāng),u0的幅度將比
ui
幅度大很多,亦即輸入的微弱小信號ui被放大了,這就是放大電路的工作原理。4.基本放大電路的組成原則實(shí)現(xiàn)放大作用,三極管須工作在放大狀態(tài)。(1)直流偏置正確。外加電源必須保證三極管的發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。并提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q(IBQ、ICQ和UCEQ)。(2)交流通路暢通。
輸入電壓ui要能引起三極管的基極電流iB作相應(yīng)的變化。三極管集電極電流iC的變化要盡可能的轉(zhuǎn)為電壓的變化輸出。2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/554例2-1下列放大電路能否實(shí)現(xiàn)對正弦交流信號的正常放大?2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/555下列放大電路能否實(shí)現(xiàn)對正弦交流信號的正常放大?2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/5562.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理
4.放大電路的主要性能指標(biāo)(1)放大倍數(shù)Au、Ai
放大倍數(shù)是衡量放大電路對信號放大能力的主要技術(shù)參數(shù)。①電壓放大倍數(shù)Au
放大電路輸出電壓與輸入電壓的比值。增益:用分貝(dB)表示電壓放大倍數(shù)。電壓增益=20lg|Au|(dB)
②電流放大倍數(shù)Ai
放大電路輸出電流與輸入電流的比值。
2026/1/557(2)輸入電阻ri
從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。放大電路的輸入電阻
對于一定的信號源電路,輸入電阻ri越大,放大電路從信號源得到的輸入電壓ui就越大,放大電路向信號源索取電流也就越小。uS:信號源電壓rS:信號源內(nèi)阻2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/558(3)輸出電阻ro從放大電路輸出端向左看,相當(dāng)于存在內(nèi)阻ro。
圖2.5放大電路的輸出電阻
輸出電阻ro的大小決定了放大電路的帶負(fù)載能力。
ro越小,放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng),即放大電路的輸出電壓uo受負(fù)載的影響越小。
2.2.1共射基本放大電路的組成及工作原理2026/1/5591.靜態(tài)工作點(diǎn)的概念2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2026/1/560輸入信號ui=0、只在直流電源VCC作用下電路的狀態(tài)稱“靜態(tài)”。(三極管輸入、輸出特性曲線上確定的一個點(diǎn)IBQ、ICQ和UCEQ、IBQ)
直流分析就是要求出此時的IBQ、ICQ和UCEQ三數(shù)值。分析UBE(V)IB0.5V0.7V死區(qū)uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t4
此時ui小于死區(qū)的部分將無法得到傳輸,只有大于死區(qū)的部分才能轉(zhuǎn)換成電流ib通過三極管。由于輸入信號大部分無法通過三極管,ib電流波形與ui波形完全不一樣了,造成輸入信號輸入時的“截止失真”。輸入信號電壓波形假如不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)行嗎?2026/1/561結(jié)論:為保證傳輸信號不失真地輸入到放大器中得到放大,必須在放大電路中設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。2.設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性(1)不設(shè)置偏置電路①小信號無法放大;②只有當(dāng)信號輸入電壓足夠大時,頂部超過導(dǎo)通電壓,才會產(chǎn)生基極電流,但將產(chǎn)生嚴(yán)重失真。(2)設(shè)置合適的工作點(diǎn)2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2026/1/562C1+C2+ICUBE放大電路的直流通道UCERBRC+VCCcebICQ=βIBQUCEQ=VCC-ICQRCIBQ=RBVCC-UBEQ直流下耦合電容C1、C2相當(dāng)于開路由直流通道求工作點(diǎn)上的IBQ:IB由圖可得由三極管放大原理可求得ICQ:由圖又可求得工作點(diǎn)上UCEQ:式中ICQRC前面的負(fù)號表示輸出電壓與集電極電流IC反相,即與輸入電壓反相。①
靜態(tài)分析估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析3.靜態(tài)工作點(diǎn)的分析方法2026/1/563ICIEIBUBEUCERBRC+VCCceb
已知圖示電路中VCC=10V,RB=250KΩ,RC=3KΩ,β=50,試求該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解IB=40μA所以靜態(tài)工作點(diǎn)Q:IC=2mAUCE=4V例注意:計(jì)算中一定要弄明白各量的單位,不允許寫錯!2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2026/1/564IBQ=RBVCC-UBEQ≈RBVCCICQ=βIBQ=50X0.04=2mAUCEQ=VCC-ICQRC
利用三極管的輸入、輸出特性曲線求解靜態(tài)工作點(diǎn)的方法稱為圖解法。其分析步驟一般為:②用圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)a.按已選好的管子型號在手冊中查找、或從三極管圖示儀上描繪出管子的輸入、輸出特性如下圖所示:
uBEiBiCuCE2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2026/1/565b.畫出直流負(fù)載線。此步驟是圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)鍵。
由放大電路的直流通道可得:UCEICIEIBUBERBRC+VCCcebUCE=VCC-ICRC令UCE=0,可得:IC=VCC/RC令I(lǐng)C=0可得:UCE=VCCICUCEUCCRCUCC連接兩點(diǎn)作出直流負(fù)載線c.確定靜態(tài)工作點(diǎn)只有IBQ對應(yīng)的交點(diǎn)才是Q點(diǎn)QIBQ直流負(fù)載線上交點(diǎn)有多個2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2026/1/566固定偏置的放大電路存在很
溫度T↑→Q點(diǎn)↑→IC↑→UCE↓→UC↓ICUCEQ
若溫度上升,將造成輸出特性曲線上移。靜態(tài)工作點(diǎn)Q隨之上移Q'如果UC<UB,則集電結(jié)就會由反偏變?yōu)檎?,?dāng)兩個PN結(jié)均正偏時,電路出現(xiàn)“飽和失真”。分析上述固定偏置共射放大電路有哪些不足?大的不足。例如當(dāng)三極管所處環(huán)境溫度升高時,三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動加劇,因此將造成放大電路中的各參量將隨之發(fā)生變化。為不失真地傳輸信號,實(shí)用中需對上述電路進(jìn)行改造。分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路可通過反饋環(huán)節(jié)有效地抑制溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。2.2.2共射基本放大電路的靜態(tài)分析2026/1/567RCC2+CE+C1+對固定偏置的放大電路進(jìn)行改造。cbeRBRE+VCCRB2RB1分壓電阻射極反饋電阻射極旁路濾波電容為穩(wěn)定工作點(diǎn)Q而添加的負(fù)反饋環(huán)節(jié)分壓電阻
分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路由于設(shè)置了反饋環(huán)節(jié),因此當(dāng)溫度升高而造成IC增大時,可自動減小IB,從而抑制了靜態(tài)工作點(diǎn)由于溫度而發(fā)生的變化,保持Q點(diǎn)穩(wěn)定。1.電路組成2.2.3分壓式偏置放大電路2026/1/568一般取IBQ<<I1靜態(tài)時:VCC、RB1、RB2確定后,UB基本確定,不受溫度影響。溫度T↑→Ic↑→IE↑→UE↑→UBE=UB-UE↓→IB↓→Ic↓一般對于硅材料的三極管:
I1=(5~10)IBQ2.2.3分壓式偏置放大電路2.穩(wěn)定Q點(diǎn)原理2026/1/5693.工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q的估算2.2.3分壓式偏置放大電路2026/1/570放大電路加入交流輸入信號的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。動態(tài)時,放大電路輸入的是交流微弱小信號;電路內(nèi)部各電壓、電流都是交直流共存的疊加量;放大電路輸出的則是被放大的輸入信號。性能指標(biāo)分析就是要求解有信號輸入時放大電路的輸入電阻r0、輸出電阻ri及電壓放大倍數(shù)Au等指標(biāo)。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/571通過圖解觀察放大電路輸入和輸出波形的變化,可很直觀地了解放大電路工作的整個動態(tài)過程,得到放大電路的工作區(qū)域、失真情況和放大倍數(shù)等。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5721.圖解法:1)分析動態(tài)工作情況①根據(jù)輸入信號ui在輸入特性曲線上求出iB
設(shè)放大電路ui=0.02sinωtV,由于耦合電容對交流可看作短路,因此三極管BE間的總電壓是在原有直流電壓UBE=0.7V的基礎(chǔ)上疊加一交流信號ui,即uBE=UBE+ui=0.7+0.02sinωt(V),其波形如圖中曲線①所示。
由圖可見,對應(yīng)于幅值為0.02V的輸入電壓,iB將在20~60μA之間變動,即iB=40+20sinωt(μA),其波形如圖中曲線②所示。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5731.圖解法:②根據(jù)iB在輸出特性曲線上求出ic和uce當(dāng)iB在20~60μA之間變動時,動態(tài)工作點(diǎn)將沿交流負(fù)載線在Q’和Q”之間移動。直線段Q’Q”為動態(tài)工作范圍。根據(jù)動態(tài)工作點(diǎn)在直線段Q’Q”之間變化的軌跡可得到對應(yīng)的ic和uce的波形。由圖可見,iB在20~60μA之間變動時,iC在1.1~2.7mA(1.9mA±0.8mA)之間變動,變化規(guī)律與iB相同,其波形如圖中曲線③所示;uCE在9.0~3.0V(6.0V3.0V)之間變動,變化規(guī)律與iB相反,如圖中曲線④所示。由此,可得到:iC=1.9+0.8sinωt(mA),uCE=6.0-3.0sinωt(V),uO=-3.0sinωt(V)。該放大器的電壓放大倍數(shù)為其中:負(fù)號說明輸出信號電壓與輸入信號電壓反相。
輸入信號經(jīng)放大器放大后,輸出波形與輸入波形不完全一致稱為波形失真。由于該失真是由三極管特性曲線的非線性而引起的,故稱為非線性失真。放大電路的非線性失真主要有截止失真和飽和失真兩種。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5742)非線形失真(1)截止失真當(dāng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q選取比較低時,IBQ較小,輸入信號的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)而造成的失真稱為截止失真。消除截止失真辦法:增大IBQ值,抬高Q點(diǎn)。(如減小偏置電阻RB值)2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/575(2)
飽和失真當(dāng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q選取比較高時,IBQ較大,UCEQ較小,輸入信號的正半周進(jìn)入飽和區(qū)而造成的失真稱為飽和失真。消除飽和失真辦法:減小IBQ值,增大UCEQ值,降低Q點(diǎn)。(如增大偏置電阻RB值)2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/576
2.微變等效電路分析法條件:Q點(diǎn)附近,輸入為微變信號(小信號)處理:三極管的非線性特性近似看為是線性的,
非線性器件三極管轉(zhuǎn)為線性器件進(jìn)行求解。分壓式偏置放大電路輸入回路:b→e,輸入特性曲線uBE-iB輸出回路:c→e,輸出特性曲線uCE-iC-iB2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/577
(1)三極管的微變等效電路三極管的交流輸入電阻rbe
輸入端:Q點(diǎn)附近小信號近似滿足線性關(guān)系基極與發(fā)射極之間用一個交流電阻rbe等效。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/578
輸出端:曲線平坦,間隔較均勻。
uCE幾乎對iC無影響。三極管的電流放大系數(shù)β
集電極與發(fā)射極之間用一個受控電流源等效。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/579結(jié)論:當(dāng)輸入為微變信號時,對于交流微變信號,非線性器件三極管可用微變等效電路(線性電路)來代替。這樣就把三極管的非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題。三極管的微變等效電路模型2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/580交流輸入電阻rbe有關(guān)微變等效電路的幾點(diǎn)說明
①基極與發(fā)射極之間用一個交流電阻rbe等效;集電極與發(fā)射極間用一個受控電流源βib代替。②等效電路成立前提條件:微變信號(小信號)。③受控電流源不能獨(dú)立存在,方向不能隨意假定。④電壓、電流量都是交流信號,電路中無直流量。不能用等效電路求解靜態(tài)工作點(diǎn)Q的值。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5812.用微變等效電路分析法分析共射放大電路求解步驟①畫直流(通路),求Q點(diǎn)。公式法估算Q點(diǎn)值。②由Q點(diǎn),定參量。計(jì)算Q點(diǎn)處的參數(shù)rbe值。③由交流,畫微變。由交流通路,畫出放大電路的微變等效電路。④由微變,求指標(biāo)。根據(jù)等效電路直接列方程求解Au、Ri、Ro。
注意:NPN和PNP型三極管的微變等效電路一樣。找Q點(diǎn)定參量畫模型求指標(biāo)2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5821.靜態(tài)工作點(diǎn)Q的估算(畫直流(通路),找Q點(diǎn))2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5832.微變等效電路(定參量,畫模型)穩(wěn)定電路的交流通路及其微變等效電路旁路電容Ce的交流短路作用,電阻Re被短路掉。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/5843.動態(tài)參數(shù)(求指標(biāo))
(1)電壓放大倍數(shù)Au(2)輸入電阻RiRi=RB1∥RB2∥rbe
(3)輸出電阻Ro
負(fù)號表示輸出電壓uo與輸入電壓ui反相位。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/585例2-5:放大電路如圖2.35所示,已知直流電源VCC=15V,三極管的UBE=0.7V,β=50,要求:2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/586(1)畫直流通路,求靜態(tài)工作點(diǎn)UCEQ、IBQ、ICQ。(2)畫放大器的微變等效電路。(3)求放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri及輸出電阻ro。例2-5:放大電路如圖2.35所示,已知直流電源VCC=15V,三極管的UBE=0.7V,β=50,要求:2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/587解:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路如圖所示。=1(mA)=0.02(mA)=20(μA)直流通路=2.7(V)
=3(V)
例2-5:放大電路如圖2.35所示,已知直流電源VCC=15V,三極管的UBE=0.7V,β=50,要求:2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/588(2)微變等效電路=3(V)參數(shù):例2-5:放大電路如圖2.35所示,已知直流電源VCC=15V,三極管的UBE=0.7V,β=50,要求:2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/589=3(V)(3)動態(tài)參數(shù)輸入電阻輸出電阻電壓放大倍數(shù)【例2-4】圖2.32所示的基本放大電路,β=50,Rc=RL=3kΩ,Rb=350kΩ,VCC=12V,求:(1)畫出直流通路并估算靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ,ICQ,UCEQ;(2)畫出交流通路并求rbe、Au、ri、ro。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/590【例2-4】圖2.32所示的基本放大電路,β=50,Rc=RL=3kΩ,Rb=350kΩ,VCC=12V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/591解:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路如圖2.33所示?!纠?-4】圖2.32所示的基本放大電路,β=50,Rc=RL=3kΩ,Rb=350kΩ,VCC=12V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/592(2)交流通路交流通路如圖2.34所示。參數(shù)【例2-4】圖2.32所示的基本放大電路,β=50,Rc=RL=3kΩ,Rb=350kΩ,VCC=12V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/593(3)動態(tài)參數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻例2-6:如圖1.19所示,已知β=60,UBEQ=0.7V。(1)估算Q值和Rbe值;(2)用微分等效電路法求Au、ri
、ro;(3)若Rb2逐漸增大到無窮,會出現(xiàn)什么情況?2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/594例2-6:如圖1.19所示,已知β=60,UBEQ=0.7V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/595解:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路如圖2.39所示。例2-6:如圖1.19所示,已知β=60,UBEQ=0.7V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/596解:(2)微變等效電路微變等效電路如圖2.40所示。參數(shù)例2-6:如圖1.19所示,已知β=60,UBEQ=0.7V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/597解:(3)動態(tài)參數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻Re1的存在,使電壓放大倍數(shù)Au的數(shù)值減小,輸入電阻ri的值增大。例2-6:如圖1.19所示,已知β=60,UBEQ=0.7V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/598解:(4)若Rb2逐漸增大到無窮,此時的Q點(diǎn):此時,而電源電壓只有VCC=12V,顯然不成立,因此ICQ不可能達(dá)到4.31mA。例2-6:如圖1.19所示,已知β=60,UBEQ=0.7V。2.2.4共射放大電路的動態(tài)分析2026/1/599解:三極管飽和時的集電極電流所以,三極管不再工作在放大區(qū)域,而是工作在飽和區(qū),輸出電壓嚴(yán)重失真,放大電路無法工作。實(shí)訓(xùn)流程:
1.按圖在實(shí)驗(yàn)板上接好線路,并用萬用表簡單判斷板上三極管V的極性和好壞。2.靜態(tài)工作點(diǎn)的測量用合適的直流毫安表和直流電壓表分別測量三極管的集電極電流IE和管壓降UCE。通過調(diào)節(jié)滑動電阻RP,使UE=2V,并測出RP阻值,按表2-3測量并計(jì)算。實(shí)訓(xùn)2-5:分壓式偏置放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測試2026/1/5100UB(V)UBE(V)UE(V)UCE(V)測量值計(jì)算值RP=
。表2-3靜態(tài)工作點(diǎn)的測量實(shí)訓(xùn)流程:
3.RP變化,對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響(1)調(diào)節(jié)RP,觀察UBE、IB有無明顯變化,并記錄:UBE
(有/無)明顯變化;IB
(有/無)明顯變化。(2)調(diào)節(jié)RP,觀察UCE、IC有無明顯變化。(有/無)明顯變化,并記錄:UCE
(有/無)明顯變化;IC
(有/無)明顯變化。結(jié)論:調(diào)節(jié)RP,
(能/不能)改變共射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。實(shí)訓(xùn)2-5:分壓式偏置放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測試2026/1/5101當(dāng)Ec和交流負(fù)載電阻RL確定后,放大器的動態(tài)范圍取決于靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。為了得到最大的動態(tài)范圍,應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。為此,在放大器正常工作下,逐步加大輸入信號的電壓ui的幅度,用示波器觀察放大器的輸出電壓波形。如果輸出的波形同時出現(xiàn)正、負(fù)峰被削,則說明靜態(tài)工作點(diǎn)已在交流負(fù)載線的中點(diǎn);如果是正峰被削掉或者是負(fù)峰被削掉,則說明靜態(tài)工作點(diǎn)不在交流負(fù)載線的中點(diǎn),此時必須調(diào)節(jié)RP,直到靜態(tài)工作點(diǎn)最佳為止。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)好以后,逐漸增大ui直到輸出波形為最大不失真時,測量輸出電壓uO,則最大動態(tài)范圍等于uO。實(shí)訓(xùn)2-6:分壓式偏置放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5102實(shí)訓(xùn)流程:
1.放大倍數(shù)的測量(1)將信號源調(diào)到頻率為f=1kHz,波形為正弦波,信號幅值為2mV,接到放大器的輸入端觀察ui和uO波形,放大器不接負(fù)載。(一般采用實(shí)驗(yàn)箱上加衰減的辦法)(2)在信號頻率不變的情況下,逐步加幅值,測uO不失真時的最大值并填入表中。實(shí)訓(xùn)2-6:分壓式偏置放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5103測量值計(jì)算值ui(mV)uO(V)Au表2-4不同輸入信號下的放大倍數(shù)實(shí)訓(xùn)流程:
1.放大倍數(shù)的測量(3)保持f=1kHz,幅值為5mV,放大器接入負(fù)載RL,并將計(jì)算結(jié)果填入表2-5中。實(shí)訓(xùn)2-6:分壓式偏置放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5104給定參數(shù)測量值計(jì)算值RcRLui(mV)uO(V)Au=uO/ui5.1K5.1K5.1K2K表2-5負(fù)載對放大倍數(shù)的影響實(shí)訓(xùn)流程:
1.放大器的輸入、輸出電阻(1)輸入電阻測量按照定義:
測量放大器的輸入電阻一般采用“換算法”。所謂“換算法”測量,即在信號源和放大器之間串接一個已知電阻Rs,如圖所示,在放大器正常工作的情況下,分別測出ui、us的值,則:實(shí)訓(xùn)2-6:分壓式偏置放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5105注意點(diǎn):1.分別測出電阻兩端的對地電壓us、ui,求出uRs。電阻Rs的取值;2.
測量之前,毫伏表應(yīng)該校零,us和ui最好用同一個量程進(jìn)行測量;3.用示波器監(jiān)視輸出波形,要求在波形不失真的條件下進(jìn)行上述的測量。測量值計(jì)算值us(mV)ui(mV)ri=ui*Rs/(us-ui)表2-6輸入電阻的測量實(shí)訓(xùn)流程:
1.放大器的輸入、輸出電阻(2)輸出電阻測量放大器對于負(fù)載來說,就相當(dāng)于一個等效電壓源,這個等效電壓源的內(nèi)阻ro就是放大器的輸出電阻。通過測量放大器接入負(fù)載前后電壓的變化來求出其輸出電阻ro。在放大器的正常工作的情況下,首先測量放大器的開路輸出電壓uo,再測量放大器接入已知負(fù)載RL時的輸出電壓uL
。實(shí)訓(xùn)2-6:分壓式偏置放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5106測量方法:在A點(diǎn)加f=1kHz的正弦波交流信號,在輸出端接入可調(diào)電阻作為負(fù)載,選擇合適的RL值使放大器的輸出波形不失真(接示波器觀察),用毫伏表分別測量接上負(fù)載RL時的電壓uL及空載時的電壓uo。測量值計(jì)算值uo(mV)RL=∞uL(mV)RL=ro=(uo/uL-1)*RL表2-7輸出電阻的測量實(shí)訓(xùn)流程:(1)按圖畫好電路。用直流電流表U1、U2分別測量基極電流IB和集電極電流IC,用萬用表XMM1、XMM2的直流電壓擋分別測量電壓UBE、UCE值。示波器XSC1的A、B通道分別顯示輸入信號和輸出的交流、直流疊加量。(2)在靜態(tài)條件下(輸入信號為0),改變電阻RP的阻值,用直流電流表和萬用表測得的靜態(tài)工作點(diǎn)值分別填入表2-8中,求出靜態(tài)電流放大系數(shù)。實(shí)訓(xùn)2-7:共射極基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能指標(biāo)的仿真測試2026/1/5107(3)輸入信號設(shè)置為振幅為10mV正弦波,用示波器XSC1觀察信號源波形和輸出信號波形,觀察輸出信號波形的變化情況(大小變化,是否失真)。實(shí)訓(xùn)流程:實(shí)訓(xùn)2-7:共射極基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能指標(biāo)的仿真測試2026/1/5108實(shí)訓(xùn)流程:(4)當(dāng)輸出信號波形為最大不失真情況下,測出輸入電壓和輸出電壓的幅值,算出電路電壓放大倍數(shù)Au。(5)將輸出信號設(shè)置為0,記錄此時的靜態(tài)電壓UBE和UCE值。(6)當(dāng)RP=350kΩ時,測量此時的輸入電壓和輸出電壓的幅值,算出電路電壓放大倍數(shù)Au。(7)當(dāng)負(fù)載開路(RL=∞)時,測量此時的輸入電壓和輸出電壓的幅值,算出電路電壓放大倍數(shù)Au。(8)用示波器分別觀察輸入信號、uBE信號、uCE信號、輸出信號波形,理解信號放大的工作過程。實(shí)訓(xùn)2-7:共射極基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能指標(biāo)的仿真測試2026/1/5109結(jié)論:共發(fā)射極放大電路輸出信號與輸入信號(基本相同/完全不同),輸出信號與輸入信號幅度相比
(變大/變小/基本不變),即
(實(shí)現(xiàn)了/沒有實(shí)現(xiàn))信號不失真放大;輸出信號與輸入信號的相位關(guān)系為
(同相/反相)。接有負(fù)載電阻的電壓放大倍數(shù)比空載時
(增大/降低/基本不變)。想一想(1)歸納偏置電阻RP的阻值大小對靜態(tài)工作點(diǎn)和輸出信號是否失真的影響。(2)為什么當(dāng)偏置電阻RP的阻值達(dá)到500kΩ時,三極管電流放大系數(shù)會大幅度下降?實(shí)訓(xùn)2-7:共射極基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)性能指標(biāo)的仿真測試2026/1/51102.3共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試實(shí)訓(xùn)2-8:共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.3共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5111實(shí)訓(xùn)流程:(1)按圖畫好電路。調(diào)節(jié)RP,用示波器XSC1觀察輸出信號,使其不失真。(2)用示波器觀察輸入、輸出信號,并記錄:輸入電壓幅度為
V;輸出電壓的幅度為
V;放大倍數(shù)Au=
。輸出信號與輸入信號的相位關(guān)系為
(同相/反相)。實(shí)訓(xùn)2-8:共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5112(3)不接負(fù)載電阻RL,即增大負(fù)載電阻值,觀察輸出電壓幅度有無明顯變化。表明:共集電極放大電路
(具有/不具有)穩(wěn)定輸出電壓的能力,即可推斷共集電極放大電路的輸出電阻
(很大/很?。?shí)訓(xùn)流程:(4)在輸入回路上改變電阻RS值,觀察輸出電壓幅度有無明顯變化。表明:輸入電阻變化,輸出電壓幅度
(減小/幾乎不變),即可推斷共集電極放大電路的輸入電阻
(很大/很小)。實(shí)訓(xùn)2-8:共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5113(5)結(jié)論:共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)Au=
(>>1/≈1/<<1);輸入電阻
(很大/很小);輸出電阻
(很大/很?。?.電路組成2.3共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試外加電源的極性要保證放大管發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,同時保證放大管有一個合適的Q點(diǎn)。共集電極電路交流信號ui從基極b輸入,uo從發(fā)射極e輸出,集電極c作為輸入、輸出的公共端,故稱為共集電極組態(tài),此電路也叫射極輸出器。2026/1/51142.靜態(tài)分析(求靜態(tài)工作點(diǎn))(1)畫直流通路
(2)求靜態(tài)工作點(diǎn)共集電極電路直流通路2.3共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5115(3)畫交流通路和微變等效電路
交流通路微變等效電路2.3共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5116
(4)求動態(tài)參數(shù)。電壓放大倍數(shù)為:uo與ui同相位,且Au小于1,沒有電壓放大作用。因?yàn)锳u≈1,共集電極電路又稱射極跟隨器。輸入電阻越大,電路從信號源獲得的輸入電壓就越大,從信號源吸取的電流就越小。常用于多級放大電路的輸入級。輸入電阻大。輸出電阻小,帶負(fù)載能力強(qiáng)。常用于多級放大電路的輸出級,以提高整個電路帶負(fù)載能力。也可用于多級放大電路的緩沖級,減少前后級之間相互影響。2.3共集電極放大電路動態(tài)性能指標(biāo)的測試2026/1/5117輸入電阻為:輸出電阻為:2.4負(fù)反饋放大電路的測試2.4.1多級放大電路2.4.2負(fù)反饋放大電路實(shí)訓(xùn)2-9:負(fù)反饋放大電路的測試實(shí)訓(xùn)任務(wù)2.4負(fù)反饋放大電路的測試2026/1/5118實(shí)際應(yīng)用中,放大電路的輸入信號通常很微弱(毫伏或微伏數(shù)量級),為了使放大后的信號能夠驅(qū)動負(fù)載,僅僅通過單級放大電路進(jìn)行信號放大,很難達(dá)到實(shí)際要求,常常需要采用多級放大電路。采用多級放大電路可有效地提高放大電路的各種性能,如提高電路的電壓增益、電流增益、輸入電阻、帶負(fù)載能力等。2.4.1多級放大電路2026/1/5119多級放大電路是指兩個或兩個以上的單級放大電路所組成的電路。第一級為輸入級,一般采用輸入阻抗較高的放大電路,以便從信號源獲得較大的電壓輸入信號并對信號進(jìn)行放大。中間級主要實(shí)現(xiàn)電壓信號的放大,一般要用幾級放大電路才能完成信號的放大。最后一級稱為輸出級,主要用于功率放大,以驅(qū)動負(fù)載工作。多級放大電路的組成框圖2.4.1多級放大電路2026/1/5120在多級放大電路中,各級放大電路輸入和輸出之間的連接方式稱為耦合方式。常見的連接方式有三種:阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。1)阻容耦合將前一級放大電路的輸出端通過電容接到后一級放大電路的輸入端的連接方式。這個電容稱為耦合電容。阻容耦合兩級放大電路1.多級放大電路的耦合方式2.4.1多級放大電路2026/1/5121阻容耦合放大電路的特點(diǎn)是:(1)各級放大器的直流通路互不相通,即各級的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立,互不影響,利于放大器的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。(2)低頻特性差,只能放大具有一定頻率的交流信號,不適合放大直流或緩慢變化的信號。(3)阻容耦合電路具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn),在分立元件電路中應(yīng)用較多。在集成電路中制造大容量的電容是比較困難的,因此阻容耦合方式一般不集成化。2.4.1多級放大電路2026/1/51222)直接耦合直接耦合方式是將前一級放大電路的輸出端直接送到后一級放大電路的輸入端的連接方式。直接耦合兩級放大電路2.4.1多級放大電路2026/1/5123直接耦合電路的特點(diǎn):(1)頻率特性好,不但可以放大交流信號,而且也能放大極其緩慢變化的超低頻信號以及直流信號。(2)電路中無大的耦合電容,結(jié)構(gòu)簡單,便于集成。(3)各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響,不利于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。(4)輸出存在溫度漂移,即放大器無輸入信號時,也有緩慢的無規(guī)則信號輸出。2.4.1多級放大電路2026/1/51243)變壓器耦合變壓器耦合方式是將前一級放大電路的輸出端通過變壓器接到后一級放大電路的輸入端或直接接負(fù)載電阻的連接方式。
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