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图为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线,
称为幅频特性曲线,图中为中频放大倍数的数值。
之间形成的频带称为放大电路的通频带
通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
5、非线性失真系数
输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数。
设基波幅值为、谐波幅值…则
6、最大不失真输出电压
当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。
7、最大输出功率与效率
在输出信号不失真的情况下,负载上能够获得的最大功率。
此时,输出电压达到最大不失真输出电压。
直流电源能量的利用率称为效率,设电源消耗的功率为则效率等于最大输出功率与之比,即
2、放大电路的组成及工作原理
一、组成原则
(1)电源极性必须使放大管处于放大状态,即e结正偏,c结反偏。
(2)输入回路应使交流信号电压能加到管子上,使产生交流电流
(3)输出回路应使输出电流尽可能多地流到负载上,减少其他分流;
(4)为了保证放大电路不失真地放大信号,必须在没有外加信号时使放大管有一个合适的静态工作点,称之为合理的设置静态工作点。
设置静态工作点的必要性?
为什么放大的对象是动态信号,却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压?
输出电压必然失真!
设置合适的静态工作点,首先要解决失真问题,但Q点几乎影响着所有的动态参数!
静态工作点Q设置得不合适,会对放大电路的性能造成影响。
若Q点偏高,当ib按正弦规律变化时,Q'
进入饱和区,造成ic和uce的波形与ib(或ui)的波形不一致,输出电压uo(即uce)的负半周出现平顶畸变,称为饱和失真;
若Q点偏低,则Q"
进入截止区,输出电压uo的正半周出现平顶畸变,称为截止失真。
饱和失真和截止失真统称为非线性失真。
二、基本共射放大电路
VBB、Rb:
使UBE>Uon,且有合适的IB。
VCC:
使UCE≥Uon,同时作为负载的能源。
Rc:
将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。
C1C2:
隔直耦合电容
动态信号作用时:
基本共射放大电路的工作原理
三、工作点稳定电路的分析方法
1、静态工作点稳定的必要性
静态工作点不但决定了电路是否会产生失真,而且还影响着电压放大倍数、输入电阻等动态参数。
晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线
实际上,电源电压的波动、元件的老化以及温度变化所引起晶体管参数的变化,都会造成静态工作点的不稳定,从而使动态参数不稳定,有时电路甚至无法正常工作。
在引起Q点不稳定的诸多因素中,温度对晶体管参数的影响是最为主要的。
二、典型的静态工作点稳定电路
1、固定分压式工作点稳定电路的形式
Rb1Rb2为固定分压偏置电阻,Re为射极电阻,Ce为旁路电容,在交流通路中可视为短路
2、Q点稳定原理
电路中,B点的电流方程为I2=I1+IBQ
为了稳定Q点,通常情况下,参数的选取应满足I1>
>
IBQ
因此,I1I2≈I2,因而B点电位
公式表明基极电位几乎决定于与对的分压,而与环境温度无关,即当温度变化时,基本不变。
2、多级放大电路
各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。
优点:
各级静态工作点互不影响,可以单独调整到合适位置;
且不存在零点漂移问题。
缺点:
不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号;
且由于需要大容量的耦合电容,因此不能在集成电路中采用。
中频段:
电压放大倍数近似为常数。
低频段:
耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大,以致不可视为短路,因而造成电压放大倍数减小。
高频段:
晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小,以致不可视为开路,也会使电压放大倍数降低。
除了电压放大倍数会随频率而改变外,在低频和高频段,输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。
所以在整个频率范围内,电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。
电压放大倍数与频率的函数关系称为幅频特性,相位移与频率的函数关系称为相频特性,二者统称为频率特性或频率响应。
放大电路呈现带通特性。
图中fH和fL为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率,分别称为上限频率和下限频率,其差值称为通频带。
一般情况下,放大电路的输入信号都是非正弦信号,其中包含有许多不同频率的谐波成分。
由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同,相位移也不一样,所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时,若谐波频率超出通频带,输出信号uo波形将产生失真。
这种失真与放大电路的频率特性有关,故称为频率失真。
2.1多级放大电路概述
多级放大电路的放大倍数
2.2耦合形式
多级放大电路的连接,产生了单元电路间的级联问题,即耦合问题。
放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输,且保证各级的静态工作点正确。
直接耦合,耦合电路采用直接连接或电阻连接,不采用电抗性元件。
直接耦合电路可传输低频甚至直流信号,因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。
电抗性元件耦合级间采用电容或变压器耦合。
电抗性元件耦合,只能传输交流信号,漂移信号和低频信号不能通过。
根据输入信号的性质,就可决定级间耦合电路的形式。
(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)变压器耦合
直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,应认真加以解决。
零点漂移三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。
产生零点漂移的主要原因是温度的影响,所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。
工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。
一般将在一定时间内,或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数,即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。
例如V/C或V/min。
2.3直接耦合放大电路
1、直接耦合放大电路的构成
直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响,这是构成直接耦合多级放大电路时必须要加以解决的问题。
能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号;
且由于没有耦合电容,故非常适宜于大规模集成。
各级静态工作点互相影响;
且存在零点漂移问题。
零点漂移:
放大电路在无输入信号的情况下,输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。
产生零点漂移的原因很多,其中最主要的是温度影响。
直接耦合放大电路:
用于传输低频信号和集成电路。
集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。
为了有效地抑制零漂,其输入级均采用差动放大电路。
如果将基本放大电路去掉耦合电容,前后级直接连接,如图
于是
VC1=VB2
VC2=VB2+VCB2>VB2(VC1)
这样,集电极电位就要逐级提高,为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻,从而无法设置正确的工作点。
这种方式只适用于级数较少的电路。
2、NPN+PNP组合电平移动直接耦合放大电路
级间采用NPN管和PNP管搭配的方式,如图07.03所示。
由于NPN管集电极电位高于基极电位,PNP管集电极电位低于基极电位,它们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高。
3、电流源电平移动放大电路
在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路,如图
电流源在电路中的作用实际上是个有源负载,其上的直流压降小,通过R1上的压降可实现直流电平移动。
但电流源交流电阻大,在R1上的信号损失相对较小,从而保证信号的有效传递。
同时,输出端的直流电平并不高,实现了直流电平的合理移动。
5、阻容耦合
阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接,其方框图如下图所示。
阻容耦合放大电路:
主要用于中高频交流信号的放大。
各级的直流工作点相互独立。
由于电容隔直流通交流,所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的,这样就给设计、调试和分析带来很大方便。
电路的温漂小。
体积小,成本低。
无法集成;
低频特性差;
只能使信号直接通过,而不能改变其参数。
4、变压器耦合
变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧,因此可以作为耦合元件。
为什么要采用变压器耦合?
因为变压器在传送交流信号的同时,以实现电流、电压以及阻抗变换。
采用变压器耦合也可以隔除直流,传递一定频率的交流信号,因此各放大级的Q互相独立。
变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配,以获得有效的功率传输。
变压器耦合阻抗匹配的原理见图。
变压器耦合放大电路:
主要用于功率放大与阻抗匹配。
在理想条件下,变压器原副边的安匝数相等,即
可以通过调整匝比n来使原、副端阻抗匹配。
当变压器的原端作为谐振回路使用时,为了使较小的三极管输出电阻不影响谐振回路的Q值,在原端采用抽头的方式以实现匹配。
此时将V1接在ab之间就可以减轻三极管对Q值的影响。
如图所示;
本电路可实现选频放大功能。
变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。
因为变压器不能传送直流信号。
变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。
变压器在传送交流信号的同时,可以实现电流电压以及阻抗变换。
高频和低频性能都很差,体积大,成本高,无法集成。
2、差分放大电路
合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。
但是放大电路的静态工作点常因诸如温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响而产生变动,严重时将使放大电路无法正常工作。
其中影响最大的是温度的变化。
2.1差分放大电路的组成
抑制零漂的方法有多种,如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。
最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。
一、零点漂移现象及其产生的原因
1.什么是零点漂移现象:
ΔuI=0,ΔuO≠0的现象。
产生原因:
温度变化,直流电源波动,元器件老化。
其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因,故也称零漂为温漂。
克服温漂的方法:
引入直流负反馈,温度补偿。
典型电路:
差分放大电路
差分放大电路一般有两个输入端:
同相输入端,反相输入端。
根据规定的正方向,在一个
输入端加上一定极性的信号,如果所得到的输出信号极性与其相同,则该输入端称为同相输入端。
反之,如果所得到的输出信号的极性与其相反,则该输入端称为反相输入端。
信号的输入方式:
若信号同时加到同相输入端和反相输入端,称为双端输入;
若信号仅从一个输入端对地加入,称为单端输入。
差分放大电路可以有两个输出端,一个是集电极C1,另一个是集电极C2。
从C1和C2输出称为双端输出,仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。
2.3差动放大电路的工作原理
差模信号和共模信号差模信号是指在两个输入端加上幅度相等,极性相反的信号。
共模信号是指在两个输入端加上幅度相等,极性相同的信号。
差分放大电路仅对