任务二 单管音频放大电路的制作.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,（,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：,u,i,u,o,A,u,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,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN,型,PNP,型,P,N,P,集电极,基极,发射极,C,E,B,常见的三极管外形,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,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,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,发射结,集电结,B,E,C,I,E,I,B,I,C,NPN,型三极管,PNP,型三极管,2.,符号,B,E,C,I,E,I,B,I,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,I,C,=I,B,（,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,i,C,是流过基极电流,i,B,的若干倍,。,下面，通过一个实验来证明此结论。,注意：,I,C,m,A,A,V,V,U,CE,U,BE,R,B,I,B,C,B,E,I,E,结论,:,1.I,E,=I,C,+I,B,4.,要使晶体管放大,发射结必须正偏,集电结必须反偏。,I,E,I,C,I,B,2.,3.I,B,微小变化会引起,I,C,较大的变化：,I,C,=,I,B,对于,NPN,型三极管，,u,C,u,B,u,E,对于,PNP,型三极管，,u,C,u,B,u,E,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,。,u,i,u,o,输入,输出,R,b,+,V,CC,V,BB,R,c,C,1,C,2,T,+,+,R,L,+,-,R,s,双电源供电电路,可以省去,电路改进：采用单电源供电,u,i,u,o,输入,输出,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,T,R,b,V,BB,+,+,R,L,+,-,R,s,R,b,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（,i,B,-u,BE,）,U,CE,1V,I,B,(,A),U,BE,(V),20,40,60,80,0.4,0.8,工作压降：硅管,U,BE,0.60.7V,锗管,U,BE,0.20.3V,。,U,CE,=0V,U,CE,=0.5V,死区电压，硅管,0.5V,，,锗管,0.1V,。,B,E,C,N,N,P,2.,输出特性曲线（,i,C,-u,CE,）,I,C,(,m,A,),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域满足,I,C,=,I,B,称为线性区（放大区）。,当,U,CE,大于一定的数值时，,I,C,只与,I,B,有关，,I,C,=,I,B,。,B,E,C,N,N,P,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,I,C,(,m,A,),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域中,:,I,B,=0,I,C,0,U,BE,I,C,，,U,CE,0.3V,称为饱和区。,B,E,C,N,N,P,3.,放大,I,C,(,m,A,),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域满足,I,C,=,I,B,称为线性区（放大区）。,B,E,C,N,N,P,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：,I,C,=,I,B,且,I,C,=,I,B,(2),饱和区：,发射结正偏，集电结正偏。,即：,U,CE,U,BE,，,I,B,I,C,，,U,CE,0.3V,(3),截止区：,U,BE,f,T,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,f,T,值约为几兆至几十兆赫兹,高,频小功率三极管的,f,T,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,I,CBO,A,I,CBO,I,CBO,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。,B,E,C,N,N,P,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,I,CEO,I,CEO,受温度影响很大，当温度上升时，,I,CEO,增加很快。正常的三极管,I,CEO,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,I,CM,集电极电流,I,C,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,I,CM,。,I,C,不应超过,I,CM,（,2,）集电极最大允许功耗,P,CM,集电极电流,I,C,流过三极管，,所发出的功率 为：,P,C,=,I,C,U,CE,P,C,应小于,P,CM,I,C,U,CE,I,C,U,CE,=,P,CM,I,CM,U,(BR)CEO,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,i,C,=,i,B,，,工作在放大区，集电结反偏，发射结正偏。,u,i,u,o,输入,输出,参考点,R,b,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,T,+,+,R,L,+,-,R,s,B,E,C,N,N,P,1.,组成,电源,V,CC,与基极电阻,作用：,使发射结正偏。,u,i,u,o,输入,输出,R,b,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,T,+,+,R,L,+,-,R,s,B,E,C,N,N,P,集电极电源，为放大电路提供能量。并且要保证集电结反偏。,u,i,u,o,输入,输出,R,b,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,T,+,+,R,L,+,-,R,s,B,E,C,N,N,P,集电极电阻，将变化的电流,i,c,转变为变化的电压,u,o,。,u,i,u,o,输入,输出,R,b,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,T,+,+,R,L,+,-,R,s,耦合电容：,电解电容，有极性。,大小为,10,F50,F,作用：,直流电不会影响输入输出端,而信号可以正常的输入输出,.,u,i,u,o,输入,输出,R,b,+,V,CC,V,BB,R,c,C,1,C,2,T,+,+,R,L,+,-,R,s,对直流信号（电容开路）,开路,开路,R,B,+,V,CC,R,C,C,1,C,2,T,直流通路,R,B,+,V,CC,R,C,u,i,u,o,R,L,+,-,R,s,2.,原理,（,1,）根据直流通路估算,I,B,I,B,U,BE,R,B,称为,偏置电阻,，,I,B,称为,偏置电流,。,+,V,CC,直流通道,R,B,R,C,B,BE,CC,B,R,U,V,I,-,=,B,CC,R,V,7,.,0,-,（,2,）根据直流通道估算,I,C,、,U,CE,I,C,U,CE,直流通道,R,B,R,C,B,C,I,I,=,b,C,C,CC,CE,R,I,V,U,-,=,+,V,CC,I,B,、,I,C,、,U,CE,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：,V,CC,=12.7V,，,R,C,=4k,，,R,B,=300k,，,=37.5,。,解：,请注意电路中,I,B,和,I,C,的数量级。,mA,5,1,04,0,5,37,.,.,.,I,I,B,C,=,*,=,=,b,V -0.7V,A,40,mA,04,.,0,300,12,m,=,=,=,=,B,CC,B,R,I,mA,对交流信号,(,电容短路,电源短路,),短路,短路,置零,R,B,R,C,R,L,u,i,u,o,交流通路,R,B,+,V,CC,R,C,C,1,C,2,T,u,i,u,o,R,L,+,-,R,s,根据交流通路图，可计算：,i,b,=,u,i,/r,be,i,c,=,i,b,u,o,=-,i,c,R,L,电压放大倍数：,A,u,=,u,o,/u,i,u,o,=-,i,c,R,L,u,i,=,i,b,r,be,R,B,R,C,R,L,u,i,u,o,交流通路,i,b,i,c,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。,输出电压,u,o,与输入电压,u,i,频率相同，但相位相反。,u,o,的幅度要比,u,i,大得多。,符号规定,大写字母、大写下标，表示直流量,。,如,I,B,、,U,BE,。,小写字母、大写下标，表示总瞬时量,。如,i,B,、,u,BE,。,小写字母、小写下标，表示交流分量,。如,i,b,、,u,be,。,大写字母、小写下标，表示有效值,。如,I,b,、,U,be,。,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,R,b,1,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,R,b,2,R,e,R,L,u,i,u,o,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,T,U,BE,I,B,I,C,U,E,I,C,I,1,I,2,I,B,R,B,1,+,V,CC,R,C,T,R,B,2,R,E,2.,静态工作点稳定的原理,I,1,=I,2,+I,B,使,I,1,I,B,，,I,1,I,2,则：,i,B,u,BE,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（,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,U,CEQ,大小，判断,Q,是否合适,R,b,1,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,R,b,2,R,e,R,L,u,i,u,o,I,1,I,2,I,B,R,b,1,+,V,CC,R,C,T,R,b,2,R,e,直流通路,I,1,I,2,I,B,R,B,1,+,V,CC,R,C,T,R,B,2,R,E,直流通路,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,r,be,c,、,e,间等效为一个受控恒流源，数值为,i,b,，方向同,i,c,正方向,微变等效电路法分析步骤：,画交流通路,将三极管用三极管微变等效电路代换,推导出,u,o,、,u,i,与,i,b,的关系式,根据,A,u,、,R,i,、,R,o,的定义，计算出相应数值,R,b,1,+,V,CC,R,c,C,1,C,2,R,b,2,R,e,R,L,u,i,u,o,交流通路,R,b,1,R,c,R,L,u,i,u,o,R,b,2,R,e,微变等效电路,r,be,R,c,R,L,R,e,R,b,交流通路,R,b,1,R,c,R,L,u,i,u,o,R,b,2,R,e,微变等效电路,r,be,R,c,R,L,R,e,R,b,放大倍数很小,2.2.5,共集电极放大电路,R,b,+V,CC,C,1,C,2,R,e,R,L,u,i,u,o,R,b,+,V,CC,R,e,直流通路,静态分析,I,B,I,E,R,b,+,V,CC,R,e,直流通路,动态分析,R,b,+V,CC,C,1,C,2,R,b,R,L,u,i,u,o,R,b,R,e,R,L,u,i,u,o,交流通路,共集电极,R,b,R,e,R,L,u,i,u,o,交流通路,r,be,R,e,R,L,R,b,微变等效电路,1.,电压放大倍数,r,be,R,e,R,L,R,b,微变等效电路,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：,1.,所以,因为,2.,输入电阻,R,i,输入电阻较大,r,be,R,e,R,L,R,b,r,be,R,e,R,L,R,b,3.,输出电阻,R,o,R,s,3.,输出电阻,R,o,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,I,1,I,2,I,B,R,b,1,+,V,CC,R,c,T,R,b,2,R,e,直流通路,+V,CC,C,1,C,2,R,e,R,L,u,i,u,o,R,c,R,b,1,R,b,2,直流通路与分压式共射电路相同，,Q,点的求法也相同,+V,CC,C,1,C,2,R,e,R,L,u,i,u,o,R,c,R,b,1,R,b,2,R,e,R,L,u,i,u,o,R,c,交流通路,R,e,R,L,u,i,u,o,R,c,交流通路,动态分析,R,e,R,L,u,i,u,o,R,c,r,be,微变等效电路,三极管放大电路三种基本组态的比较,共发射极电路,共集电极电路,共基极电路,电,路,形,式,A,u,R,i,R,o,应用,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,A,U,较大，,R,i,、,R,o,适中，常用作电压放大。,（,2,）共集,A,U,1,，,R,i,大、,R,o,小，适用于信号跟随、信号隔离等。,（,3,）共基,A,U,较大，,R,i,小，频带宽，适用于放大高频信号。,