1、任务二 单管音频放大电路的制作,2.1 任务描述 2.2 任务资讯 2.3 任务分析 2.4 任务实施 2.5 评价总结,放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。放大电路一般主要由电压放大和功率放大两部分组成，这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,Au,2.1 任务描述,2.1.1 任务目标知识点：1.单管音频放大电路的组成及性能指标2.三极管的基本知识3.放大电路的组成与分析方法4.固定偏置放大电路的分析方法5.静态工作点的分析技能：1.电阻的识别方法2.三极管资料查阅3.常用仪器的使用,2.2 任务资讯,2.2.1 放大
2、电路概述（信号放大实质、性能指标） 2.2.2 三极管（结构、符号、分类、特性、电流放大、特性曲线、四种工作状态、主要参数） 2.2.3 三极管放大电路（结构、基本组态、信号失真、静态工作点） 2.2.4 三极管放大电路的分析方法（图解法、微变等效法） 2.2.5 三极管共集电极放大电路 2.2.6 三极管共基极放大电路,2.2.1 放大电路概述一、信号放大的实质“放大”不是能量的增加，而是能量的控制与转换。信号的能量来自直流电源。二、性能指标衡量放大器性能优劣的主要参数1.电压放大倍数2.输入电阻 （常用参数）3.输出电阻4.最大输出幅值5.频响特性6.电路的稳定性,三、放大电路的分类按元器
3、件分立元器件（三极管和场效应管）和 集成放大电路 ；放大参数电压、电流、功率放大电路；电路结构单级放大和多级放大；信号频率直流、低频、高频、选频。,2.2.2 三极管,一、三极管的结构与符号三极管又称晶体管、半导体三极管、双极型三极管、BJT。是放大电路的基本元器件之一。1.结构,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,常见的三极管外形,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,特点,发射结,集电结,B,E,C,NPN型三极管,PNP型三极管,2.符号,B,E,C,箭头表示发射结加正向电压时的电流方向。,二、三极管的分类（1）3个区半导体类型：NPN、PNP（2）工作
4、频率：低频管、高频管（3）功率：小功率管、大功率管（4）用途：普通三极管、开关三极管（5）半导体材料：硅管、锗管,三、三极管的电特性（1）电流放大，即IC=IB（2）开关，即三极管饱和时，c、e极相当于开关接通；三极管截止时，c、e极相当于开关断开。模拟电子电路中主要利用三极管的电流放大作用 四、三极管的电流放大作用电流放大主要是指在一定条件下流过集电极的电流iC是流过基极电流iB的若干倍。下面，通过一个实验来证明此结论。,注意：,IC,V,UCE,UBE,RB,IB,C,B,E,IE,结论:,1. IE=IC+IB,4.要使晶体管放大,发射结必须正偏,集电结必须反偏。,IEICIB,2.,3
5、. IB微小变化会引起IC较大的变化： IC=IB,对于NPN型三极管，uCuBuE,对于PNP型三极管，uCuBuE,1.三极管电流放大的条件,内部条件：,发射区掺杂浓度较大 基区很薄，掺杂少 集电区比发射区体积大且掺杂少,外部条件：,发射结正偏，集电结反偏,问题：分析三极管三个极的电压关系？,NPN PNP,2.共发射极放大电路,为满足电流放大作用的外部条件，一般将电源接成共发射极形式。其电路有两种基本形式：双电源供电电路、单电源供电电路。,输入,输出,Rb,+VCC,VBB,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,双电源供电电路,可以省去,电路改进：采用单电源供电,输入,输出,
6、+VCC,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,五、三极管特性曲线,三极管电极电流与极间电源之间的关系曲线。优点是能直观、准确地表达三极管在一定状态的特性。1. 输入特性曲线（iB-uBE）,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.1V。,2. 输出特性曲线（iC-uCE）,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。,六、三极管的四种工作状态,由输出特性曲线知：三极管在不同的工作电流、电压状态下，具有不同的工作特性。 1. 截止,此区域中 : IB=0
7、,IC0, UBE 死区电压，称为截止区。,2. 饱和,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,3. 放大,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,输出特性三个区域的特点:,放大区：发射结正偏，集电结反偏。即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE ， IBIC，UCE0.3V,(3) 截止区： UBE 死区电压，IB=0 ，IC=ICEO 0,七、三极管的主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,工作于动态的三极管，真正的信号是
8、叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,直流电流放大倍数,例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,2. 特征频率fT,定义：将值下降到1时的频率称为三极管的特征频率。当ffT时， 值将小于1，表示三极管已失去放大能力，因而不允许三极管工作在这个频率范围。一般低频小功率三极管的fT值约为几兆至几十兆赫兹高频小功率三极管的fT值约为几十兆至几百兆赫兹。,3. 极间反向电流,（1） 集-基极反向饱和电流ICB
9、O,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,该值越小，三极管性能越好,B,E,C,N,N,P,（2）集-射极反向饱和电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快。正常的三极管ICEO比较小,该值越小，三极管性能越好,4. 极限参数,为了保证三极管安全可靠地工作，要求三极管工作时不能超过以下极限参数。,（1） 集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM 。 IC不应超过ICM,（2） 集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管，所发出的功率 为：,PC =ICUC
10、E,PC 应小于PCM,ICUCE=PCM,安全工作区,2.2.3 三极管放大电路,一、放大电路的基本结构,信号源,输入电路,三极管电流 放大电路,输出电路,负载,三极管放大电路,1. 输入电路将信号源或上一级电路的输出信号可靠、有效地送达输入回路。 2. 电流放大电路将输入信号的微弱变化转换成电信号的较大变化。 3. 输出回路将放大电路输出的电压信号可靠、有效地送达下一级电路或负载。,三种三极管放大电路,共射极放大电路,共基极放大电路,共集电极放大电路,以共射极放大电路为例讲解工作原理,二、三种基本组态的放大电路,四、共发射极基本放大电路,放大元件iC= iB，工作在放大区，集电结反偏，发射
11、结正偏。,输入,输出,参考点,Rb,+VCC,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,1. 组成,电源VCC与基极电阻 作用：使发射结正偏。,输入,输出,Rb,+VCC,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,集电极电源，为放大电路提供能量。并且要保证集电结反偏。,输入,输出,Rb,+VCC,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,集电极电阻，将变化的电流ic转变为变化的电压uo。,输入,输出,Rb,+VCC,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,耦合电容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F,作用：直流电不会影响输入输出端, 而信号可以正常的输入
12、输出.,输入,输出,Rb,+VCC,VBB,Rc,C1,C2,T,+,+,RL,+,-,Rs,对直流信号（电容开路）,RB,+VCC,RC,C1,C2,T,直流通路,RL,+,-,Rs,2. 原理,（1）根据直流通路估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,+VCC,（2）根据直流通道估算IC 、 UCE,IC,UCE,+VCC,IB、IC 、 UCE在三极管的输入、输出特性曲线上确定一个工作点Q，称为静态工作点。,例：计算静态工作点。,已知：VCC=12.7V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,对交流信号(电容短路, 电源短路),RB
13、,+VCC,RC,C1,C2,T,RL,+,-,Rs,根据交流通路图，可计算： ib=ui/rbe ic= ib uo=-icRL 电压放大倍数： Au=uo/ui uo=-icRL ui=ibrbe,ib,ic,直流通路和交流通路,直流通路：在直流电源作用下，直流流经的通路。交流通路：在输入信号的作用下，交流信号流经的通路。 分析放大电路时, 可将其分为交流通路和直流通路两部分，便于分析。,结 论 放大器有两种工作状态：静态和动态。 静态时仅有电源为三极管提供直流工作电压与电流，使三极管工作在放大区。 动态时输入的交流信号叠加在三极管的静态直流分量上，各极电压、电流是直流分量与交流分量之和。
14、 输出电压uo与输入电压ui频率相同，但相位相反。 uo的幅度要比ui大得多。,符号规定,大写字母、大写下标，表示直流量。 如IB、UBE。,小写字母、大写下标，表示总瞬时量。如iB、uBE。,小写字母、小写下标，表示交流分量。如ib、ube。,大写字母、小写下标，表示有效值。如Ib、Ube。,四、放大电路的信号失真,1.幅度失真静态工作点实际上是给放大交流信号提供一个工作平台，交流信号在此平台上作与输入信号成线性比例的上下变化。工作平台不同，信号上下变化范围不一样，当输入单一频率信号且当其幅度较大时，将产生饱和失真、截止失真、截顶失真。（P55 失真图） 失真原因：三极管特性的非线性。 饱和
15、失真：静态工作点靠近饱和区； 截止失真：静态工作点靠近截止区； 截顶失真：输入信号过大时； 不失真：静态工作点在放大区的中点。,解决办法： 在基极偏置电路中串接一可变电阻器，调节放大器的静态工作点。,2.频率失真,在实际信号中，单一频率的信号较少，绝大多数的信号都是多个频率成分的组合体。 例如：每个人说话的声音信号中，包含一个基本频率的信号成分（基波）和基本频率的许多个高倍频率的信号成分（谐波）。不同的人，基本频率不同，高倍频率的信号成分也不一样。 频率失真：放大电路对不同频率信号放大倍数不一样，相位移动不一样而引起的信号失真。 产生原因：电路中存在电抗元件（电容、电感）,五、温度对静态工作点
16、的影响,半导体器件的电气参数都与温度有关，三极管的主要参数都随温度而发生变化。当其温度变化（或更换三极管）时，静态工作点将发生变动。 例如：温度上升时，增大，导致集电极电流ICQ增大，静态工作点Q将沿直流负载线上移。 放大器的工作点处于不稳定的状态，严重时导致信号放大失真。 解决办法：采用分压式工作点稳定放大电路。,六、分压式放大电路,1. 电路组成,基极分压式偏置电路,基极分压式偏置电路,发射极偏置电阻,2. 静态工作点稳定的原理,I1=I2+IB 使 I1IB，I1I2 则：,2.2.4 放大电路的分析方法,主要目的,确定静态工作点是否合适,估算主要性能参数,分析内容,静态分析直流工作状态
17、（Q）,动态分析交流工作状态（Au、Ri、Ro）,一、静态分析,1. 画直流通路,原则：电容视为开路电感视为短路交流信号源为电压源：视为短路；交流信号源为电流源：视为开路；各信号源内阻保留。,2. 估算静态工作点,步骤：画出直流通路根据电路结构，列出计算方程设硅管、锗管管压降，计算出Q根据UCEQ大小，判断Q是否合适,求静态工作点,由于,二、动态分析,1. 画交流通路,原则：电容视为短路电感视为开路直流恒压源交流内阻为零，视为短路；直流恒流源交流内阻无穷大，视为开路,2. 微变等效电路法,三极管的b-e间等效为一个电阻rbe c、e间等效为一个受控恒流源，数值为ib，方向同ic正方向,微变等效
18、电路法分析步骤： 画交流通路 将三极管用三极管微变等效电路代换 推导出uo、ui与ib的关系式 根据Au、Ri、Ro的定义，计算出相应数值,放大倍数很小,2.2.5 共集电极放大电路,Rb,+VCC,C1,C2,Re,RL,ui,uo,静态分析,动态分析,共集电极,交流通路,1. 电压放大倍数,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称射极跟随器。,结论：,2. 输入电阻Ri,输入电阻较大,rbe,Re,Rb,3. 输出电阻Ro,3. 输出电阻Ro,通常,所以,输出电阻较小,无电压放大能力,输入电阻大,输出电阻小,带负载能力强.,共集电极放大电路的特点:,2.2.6 共基电极放大电路,直流
19、通路与分压式共射电路相同，Q点的求法也相同,动态分析,Re,RL,ui,uo,Rc,rbe,微变等效电路,三极管放大电路三种基本组态的比较,复习,1基本放大电路的组成 2正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。 直流通路：交流电压源短路，电容开路。 交流通路：直流电压源短路，电容短路。 3二种分析方法。 （1）图解法分析Q（Q的位置是否合适）；分析动态（最大不失真输出电压）。 （2）微变等效电路法分析动态（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。,4三种放大电路 （1）共射AU较大，Ri、Ro适中，常用作电压放大。 （2）共集AU1，Ri大、Ro小，适用于信号跟随、信号隔离等。 （3）共基AU较大，Ri小，频带宽，适用于放大高频信号。,
