基本放大电路教法（共3篇）
基本放大电路教法 篇1
一、基本放大电路的放大概念
基本放大电路又称放大器, 其功能是把微弱的电信号不失真地放大到所需要的数值。这里微弱的电信号是可以由传感器转化的模拟电信号, 也可以是来自前级放大器的输出信号或是来自于广播电台发射的无线电信号等。基本放大电路, 是指由一只放大管构成的简单放大电路。放大电路中的放大, 其本质是实现能量的控制和转换。当输入电信号较小, 不能直接驱动负载时, 需要另外提供一个直流电源。在输入信号的控制下, 放大电路将直流电源的能量转化为较大的输出能量, 从而驱动负载。这种用小能量控制大能量的能量转换作用, 即为放大电路中的放大。因此, 基本放大电路实际上是一个受输入信号控制的能量转换器。
二、基本放大电路的分类及工作原理
在放大电路中, 应用最广泛的是共发射极放大电路 (简称共射电路) , 常见的共发射极放大电路有两种, 一种是基本共发射极放大电路, 另一种是静态工作点稳定的共发射极放大电路, 也称分压式共发射极放大电路。
1. 电路的组成及各元器件的作用
为了实现不失真地放大输入的交流信号, 放大电路的组成必须遵循以下规则:
(1) 加入直流电源的极性必须使晶体管处于放大状态, 即发射结正偏, 集电结反偏。
(2) 为了保证放大电路不失真的放大输入的交流信号, 在没加入输入信号时, 还必须给晶体管加一个合适的直流电压、电流, 称之为合理地设置静态工作点。
(3) 如下图所示按照上述原则组成的基本共发射极放大电路。
电路中各元件的作用:
VT为NPN型晶体管, 是放大电路中的核心器件, 在电路中起放大作用。Vcc为直流电源, 是放大电路的能源, 其作用有两个, 一是保证晶体管工作在放大状态, 通过Rb、Rc (Rb>Rc) 给晶体管的发射结提供正偏电压, 给集电结提供反偏电压;二是提供能量, 在输入信号的控制下, 通过晶体管将直流电源的能量转换为负载所需要的较大的交流能量。
Rb为基极偏置电阻, 作用有两个:一是给发射结提供正偏电压通路;二是决定静态基极电流Ib的大小。当Vcc、Rb的值固定时, Ib也固定了, 所以这种电路也被称为固定偏置放大电路。
Rc为集电极负载电阻, 作用有两个:一是给集电结提供反偏电压通路;二是通过Rc将晶体管集电极电流的变化转换成集成电极电压的变化, 从而实现电压放大。
C1、C2为耦合电容, 作用是“隔直通交”, 即把输入信号中交流成分传递给晶体管的基极, 再把晶体管集电极输出电压中的交流成分传递给负载。因此要求C1、C2在输入信号频率下的容抗很小 (可视为短路) 。在低频率放大电路中, C1、C2容量均取的很大, 常采用几十微法的电解电容。
2. 放大电路的工作原理
从放大电路的组成可知, 放大电路正常放大信号时, 电路中既有直流电源Vcc, 又有输入的交流信号Ui, 因此电路中晶体管各级的电压电流中有直流成分, 也有交流成分, 总电压、总电流是交直流的叠加。为了便于分析, 通常把放大电路中的直流分量和交流分量分开讨论。当没加输入信号时电路中只有直流流过, 称这种情况为放大电路的直流工作状态, 简称静态。加入输入信号后, 电路中交直流并存, 当只考虑交流不考虑直流时, 这种情况下称放大电路处于交流工作状态, 简称动态。
(1) 放大电路的静态, 为了不失真地放大输入信号, 必须保证晶体管在输入信号的整个周期内, 始终处于放大状态。例如:当输入信号为正弦波时, 如果不设置直流工作状态, 则幅值为0.5V以下的输入信号都会使晶体管处在截止状态 (硅管) , 而不能通过放大电路, 输出信号将出现失真。因此, 在没加输入信号前, 需要给放大电路设置一个合适的工作状态。当电路参数 (Vcc、Rb、Rc) 确定之后, 对应的直流电流、电压Ib、Ic、Uce也就确定了, 根据这三个直流分量, 可以在晶体管输出特性曲线上确定一个点, 称这个点为静态工作点, 用Q表示。通常直流工作点上的电流、电压用Ibq、Icq、Uceq表示。
(2) 放大电路的动态, 在放大电路的输入端加上正弦信号Ui, 经过C1送到电路的输入端产生电压为Ubc, 由Ubc产生一个按正弦变化的基极电流Ib, 次电流叠加在静态电流Ibq上, 使得基极的总电流为IB=Ib+IBQ。晶体管放大, 集电极产生一个和Ib变化规律一样, 且放大β倍的正弦电流Ic (Ic与Ui相位相同) , 这个电流叠加在静态电流ICQ上, 使集电极的总电流为Ic=ICQ+Ic。当Ic流过Rc时, Rc上也产生一个正弦电压URC=Rc Ic (与Ic的变化相同) 由于Uce=Uce-Ic Rc, 所以Rc上的电压变化, 必将引起压管压降Uce反方向的变化 (与Ic的变化相反) 。
由上述可知, 基本共发射极放大电路是利用晶体管的电流放大作用, 并依靠Rc将电流的变化转化为电压的变化, 使输出电压的数值上比输入电压大很多, 相位上与输入电压相反, 从而实现电压放大。
3. 基本放大电路的分类
(1) 静态工作点稳定的共发射极放大电路。放大电路静态工作点位置不仅决定电路是否会产生失真, 还影响着电路的电压放大倍数、输入电阻等动态参数。如果静态工作点不稳定, 放大电路的这些参数就会发生变化, 严重时会使放大电路不能正常工作。因此如何保持静态工作点的稳定是十分重要的。
(2) 共集电极放大电路。共集电极放大电路具有输入电阻大、输出电阻小及较强的电流放大能力, 但它不具备电压放大作用。因此, 它从信号源索取的电流小, 带负载的能力强, 还可以通过输入输出电阻的变换, 使多极放大电路前后级阻抗达到匹配。所以在多极放大电路中, 共集电极放大电路常用作输入级、输出级缓冲级。
(3) 共基极放大电路。共基极放大电路具有输入电阻小 (只有几十欧) 、输出电阻较大 (与基本共发射极放大电路相同) 的特点, 虽然具有较强的同相电压放大能力, 但不具备电流放大作用。它的同频率较好, 适于做宽频带放大电路。
(4) 共源极放大电路。常用的共源极放大电路有两种:一种是自给偏压式共源极放大电路, 另一种是分压式共源极放大电路。
(5) 共漏极放大电路。共漏极放大电路又称为源极跟随器、源极输出器, 它与晶体管射极跟随器有类似的特点, 如输入阻抗高、输出阻抗低、放大倍数小于且接近1等, 应用比较广泛。
三、基本放大电路的主要性能指标
任何一个放大电路, 均可将其视为一个两端口网络, 如下图所示。
在放大电路的输入端A、B处接信号源, 称此闭合回路为输入回路。信号源是所需放大的输入电信号, 输入电信号可以等效电压源或电流源。图中Rs是信号源的内电阻;Us为理想电压源。
在放大电路的输出端C、D处接负载, 称此闭合回路为输出回路。负载是接受放大电路输出信号的换能器。为了分析问题方便, 一般负载用纯电阻RL来等效。
信号源和负载对放大电路的工作将产生一定影响。直流电源是用以提供放大电路工作时所需要能量的, 同时也为放大电路中的放大管处于正常放大状态提供合适的直流电压。
四、结语
模拟电子技术在现代国防建设、科学研究、工农业生产、医疗、通信及文化生活等各个领域得到了极为广泛的应用, 并起着巨大的作用。特别是在各个领域中的自动化控制中, 模拟电子技术无处不在。所以在研究基本放大电路时我们应该持严谨的科学态度, 认真对每一项工作负责, 通过自己的努力能够更好地、更详细地运用基本放大电路。
摘要：自然界中的物理量大部分是模拟量, 如温度、压力、长度、图像及声音等, 都需要用传感器转换成电信号, 而转换后电信号一般都很小, 不足以驱动负载工作 (或进行某种转换和传输) 。于是, 人们在得到这个很小的电信号时, 首先要对它们进行放大。这里所说的放大不是将原物的形状按一定比例放大, 放大电路中的放大的本质是能量的控制和转换。因此电子电路中放大电路得到了广泛应用。
关键词：基本放大电路,工作原理,性能指标
参考文献
[1]姜俐侠.模拟电子技术项目式教程.
基本放大电路动态分析技巧探究 篇2
1基本放大电路的概述
1.1基本放大电路的放大概念
基本放大电路是一个放大管构成的简单放大电路,实际上相当于一个放大镜的功能,是将微弱的电信号通过放大达到所需要的数值,实现能量的控制和转换, 又称为放大器。传感器不仅可以将来自前级放大器的输出信号转化为模拟信号,更可以将来自广播电台发射的无线电信号转化为模拟信号。当基本放大电路当中的输入信号因能量太小,不能直接驱动负载时,放大电路就会通过放大的功能,将直流电源的能量进行转化,变成较大的输出能量来驱动负载。放大电路中的放大能够实现将小能量转换为大能量的作用,其实质是一个受输入信号控制的能量转换器 。
1.2基本放大电路的工作原理
基本放大电路是由VT管、Rb电阻、 RC电阻、C1和C2电容组成。当放大电路将信号正常放大时,直流电源Vcc和输入交流信号Ui都能够正常运行,使交流和直流都同时存在与电路中的各个晶体管中。 当基本放大电路处于静态时,电路中只有直流电流通过,当基本放大电路处于动态时,交流电流与直流电流同时存在。
2基本放大电路的分析方法
2.1画图分析法
画图分析法是电路学习中的基本方法,首先,画出公共接地线,然后根据基本放大电路的工作原理,从输入端的信号源依次从左到右的靠近放大电路的输出端, 当在渐渐的推进过程中出现耦合电容或者旁路电容和直流电源的时候,整个电路将会出现短路的情况发生。从外围元件开始,一直到所有的元件都到地结束,然后再确定晶体三级管的三个极都在等效电路中处于正确的位置,并使其独立输入端在左边,独立输出端在右边,输入输出的公共端在下方。接着,将晶体三级管的简化微变等效电路和公共端的外围元件画出来,然后再画出晶体三极管的独立输出端向放大电路的输出端的外围元件,最后将Ui、Uo等在等效电路上进行标注。
2.2三种基本放大电路的对比法
放大电路一般有共发射极放大电路、 共集电极放大电路和共基极放大电路三种基本组态 。
(1)共发射极放大电路(图1),简称为共射放大电路。
(2)共集电极放大电路(图2),简称为共共集集放放大大电电路路。 。
(3)共基极放大电路(图3),简称为共基放大电路。
共射放大电路、共集放大电路和共基放大电路的不同特点 :
(1)共射放大电路的特点 :从电压上来看,共射放大电路的电压具有较强的放大能力,输入电压和输出电压相反 ;从电流上来看,共射放大电路的电流具有较大的放大倍数,其电流放大倍数等于晶体管的电流放大系数 β ;从电阻上来看,共射放大电路的输入电阻相当于晶体管的动态输入电阻rbe那么小,其输出电阻的大小是由集电极负载电阻Rc来决定的。
(2)共集放大电路的特点 :从电压上来看,共集放大电路的电压的放大倍数较小,不论是输出电压还是输入电压,其值都接近且恒小于1 ,因此被称为射极跟随器 ;从电流上来看,共集放大电路的电流放大值为1+β,放大的倍数较大 ;从电阻上来看,共集放大电路的输入电阻和输出电阻呈反比例形式,输入电阻高,输出电阻低。
(3)共基放大电路的特点 :从电压上来看,共基放大电路的不仅具有电压放大的能力,且输出电压和输入电压相同 ;从电流上来看,共基放大电路和共集放大电路是相同的,不论是输出电压还是输入电压,其值都接近且恒小于1 ,有一定的电流跟随作用 ;从电阻上来看,共基放大电路的输入电阻较小,输出电阻和集电极的负载电阻Rc有一定的关系。
从放大电路的三种基本组态 :共射放大电路、共集放大电路、共基放大电路的特点中可以看出,从电压方面来说,共射放大电路和共基放大电路的电压放大能力相当,对电压的放大倍数在值上都相等 ;从电流方面来说,共射放大电路和共集放大电路的电流放大能力相当,对断流的放大倍数在值上近似相等 ;从电阻方面来说,共集放大电路和共基放大电路的电阻都较大,且都和集电极负载电阻有一定的关系,而共集放大电路的输出电阻却是最小的。
3结束语
基本放大电路教法 篇3
1 对基本放大电路进行最佳设计
(1) 放大电路进行工作时的影响因素。放大电路在进行工作时, 不仅受到其自身参数的影响, 而且还受输入信号、静态工作点、工作电源电压、环境温度变化的影响。在这些因素中, 对电路工作影响最大的是静态工作点 (也就是Q点) , 由于放大电路动态范围需要进行不失真的输出, 而Q点的选择将对这个起决定性的作用, 从这一点来说, 放大电路的放大能力很大程度上受Q点的影响。
(2) 最佳的集电极动态放大输出范围。
要确定最佳的动态范围, 就是要在电源电压、电路参数一定的情况下, 怎样把Q点进行确定, 以保证在输出端能够得到最大的输出能力。在图1中, 只有当Vc在高和低两个方向的最大变化幅度呈对称时, 才可以达到最佳的计算范围。由于有极高的信号频率, 在动态时发射极电位Ve与静态工作点保持相等[1]。在这里假定晶体管的管降压Uce在最低时为1V, Vc进行输出开路时, 方向在上和在下的变化一次是:
向上:△Vc+=Ic Rc向下:△Vc-=Vc-Ie Re-I.如果要得到最佳的动态范围, 就要求Vc把整个动态范围分成相等的两个部分才可以, 即就是△Vc+=△Vc-。又因为Ic约等于Ie, 根据向上和向下两个公式可得到以下方程式:Ucc-Ic Re-U=2Re Rc, 进一步求出Vc, 就能够为静态工作点的调整提供理论基础[2]。这个计算方法可以更好地加深对放大电路的工作原理的理解, 同时也可以有效地指导实验操作。
2 集成运算放大器线性应用的补充
(1) 集成运算放大器的工作原理。集成运算放大器是一种可以进行高电压放大倍数的最直接耦合多级的放大电路。在把不同的非线性或者线性元器件在外部进行接入, 最后形成输入和负反馈电路的情况下, 能够把各种既定的函数关系进行很好地完成。在进行线性应用时, 可形成积分、微分、加减法、比例、对数等多个模拟电路。
(2) 集成运算放大器的基本运算电路
1) 减法电路。
图2所示的是集成电路的减法运算图, 第一级为反相比例放大电路, 如果Rf=R1时, 则ui1=ui2;第二级是反相加法电路, 就有公式导出
如果R2=R1, 则变成U0=ui1-ui2。在减法电路进行反相输入时, 其结构出现虚池, 致使放大电路不可能形成共模信号, 因此, 就可以准许Ui1、Ui2的具有范围很大的共模电压, 并使其具有较低的输入阻抗。能够最大限度地提高运算精度, 减小温漂, 因此在电路的相同端需要做出平衡电阻的加入连接[3]。
2) 积分电路。运用虚地概念, 使Uo=0, U1=0, 因此U1=U0=U, 电容C就以电流I=Us/r进行充电。再假设电热器c的初始电压是零, 则U1-U0=1/C∫idt=1/C∫idt1=1/C∫us/rdt, U0=-1/RC∫Usdt.由此可以看出, 输出电压U0是输入Us对时间进行的积分, 其中的负号表示两者是相反的相位。
进行积分计算时, 经常会因如下的原因出现积分误差, 有集成运算输入偏置电流、失调的电压、失调的电流等这些因素的影响。比如:当Us=0, Uo不等于0时, 并且进行逐渐地改变时, 就会导致出现误差电压的输出。针对这种情况, 可以选择运用Uio.Uib、Iio进行对和低漂移的运放, 可以把能够调整的电压阻介入在电路的同相输入端。或者是运用由FET构成的BIFET对电路输入级进行运放。
电路产生积分误差还有一个重要的原因就是积分电容器C存在漏电流的现象, 采用如聚苯乙烯、薄膜电容等这些泄漏电阻较大的电容器, 就可以很大程度上减少这种积分误差。
3 结束语
运算放大器在以前是电子电路计算机的一个最基本的存在部件, 其实, 它在本质上来讲, 是一种高效增益的放大器, 它与外部网络进行有效的反馈配合, 就可以使它容易地完成在输出与输入电压之间的多种特定的函数关系, 所以, 集成运算放大器具有对不同信号进行处理、组合、运算的功能。
摘要：集成运算放大器的用途越来越广泛, 它能够把人们在过去都知道的全部的基础电路功能完全实现。集成运算放大器的出现, 给电路设计人员减轻了多方面的负担, 主要是在制作一般的放大器不要进行电路设计、电路元件的选择配送以及调整组装等过程。
关键词：放大电路,集成运算放大器,线性应用
参考文献
[1]韦穗林.集成运算放大器构成交流放大电路的分析和设计[J].电子技术, 2009, 36 (08) :26-28.