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揭秘放大电路的神奇工作原理 你一定要知道

基础放大电路作为电路系统的一种关键构成,在电路设计与实施过程中具有广泛应用。此类放大电路的输入电阻通常较低,一般在几欧姆至几十欧姆的范围内,而其输出电阻则相对较高。

基础直接耦合放大电路不仅能够对交流信号进行放大,同时也能有效处理直流信号以及变化极为缓慢的信号,并且具备信号传输效率高的特点。此外,该电路结构简单、易于实现集成化,因此在集成电路设计中被广泛采用作为信号耦合方式。

实现放大的基本前提是保证信号不失真,只有在信号不失真的情况下,放大操作才具有实际意义。晶体管和场效应管是构成放大电路的核心元件。

任何稳态信号均可视为若干频率不同的正弦信号的叠加组合,因此放大电路通常以正弦波作为测试信号。

(1)设定静态工作点的必要性

静态工作点——I 、I 、U

原因

若不设定静态工作点,将导致输出电压产生严重失真,且输出电压无法有效变化。

Q点不仅关系到电路是否会产生失真,还影响着放大电路几乎所有动态性能指标。

(2)工作原理及波形分析

因此,选择合适的静态工作点对于避免输出波形产生非线性失真至关重要。基础共射放大电路的电压放大功能主要是利用晶体管的电流放大特性,并通过Rc将电流变化转换为电压变化来实现的。

(1)组成原则

电阻的取值需适当,与电源配合使用,使放大管能够拥有合适的静态工作电流。

输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。

当负载接入时,必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载,从而使得负载获得的信号电流或信号电压比输入信号大得多。

(2)常见的两种共射放大电路

直接耦合共射放大电路

电路中信号源与放大电路、放大电路与负载电阻之间均直接相连,因此被称为“直接耦合”。

阻容耦合共射放大电路

由于C1用于连接信号源与放大电路,而电容C2用于连接放大电路与负载,在电子电路中起连接作用的电容被称为耦合阻容。

放大电路的分析方法——

(1)直流通路与交流通路

直流通路——用于研究静态工作点:电容视为开路;电感线圈视为短路;信号源视为短路,但其内阻需保留。

交流通路——用于研究动态参数:容量较大的电容(如耦合电容)视为短路;无内阻的直流电源(如+Vcc)视为短路。

(2)图解法——多用于分析Q点位置、最大不失真电压和失真情况

(3)等效电路法

晶体管的直流模型及静态工作点的估算法

晶体管共射h参数等效模型——仅适用于放大电路动态小信号参数的分析

共射h参数等效模型

(4)静态工作点稳定的必要性

影响Q点不稳定的因素中,温度对晶体管参数的影响最为显著

稳定静态工作点的措施——利用负反馈或温度补偿

接法的判断:输入电压和输出电压的公共端

(1)三种:直接耦合、阻容耦合、变压耦合

直接耦合

前一级的输出端直接连接到后一级的输入端

直接耦合多级放大电路常采用的是NPN和PNP型管混合使用的方法,在图(d)中,为使T2工作在放大区,T2管的集电极电位应该低于T1管的集电极电位。

优点:具有良好的低频特性,可以放大变化缓慢的信号;没有大容量的电容,便于集成。

缺点:静态工作点相互影响,带来一定困难;存在零点漂移现象。

【附加】零点漂移:输入电压为零时而输出电压不为零且有缓慢变化。温度是主要原因,故又称其为温度漂移。

阻容耦合

前一级的输出端通过电容连接到后一级的输入端

优点:各级静态工作点相互独立;适合于信号频率较高的电路。

缺点:低频性能差,不能放大变化缓慢的信号,不易于集成。

变压器耦合

将前一级的输出端通过变压器接入到后一级的输入端或负载电阻上。

优点:各级静态工作点相互独立,可实现阻抗变换。

缺点:低频性能差,不能放大变化缓慢的信号,不易于集成。

(2)多级放大电路的动态分析

上式即为多级放大电路的电压放大倍数

输入电阻为第一级的输入电阻:Ri=Ri1

输出电阻为最后一级的输出电阻:Ro=Ron

【注意】

当共集放大电路作为第一级时,它的输入电阻与其负载,即第二级的输入电阻有关;当共集放大电路作为最后一级时,它的输出电阻与其信号源内阻,即倒数第二级的输出电阻有关。

当多级放大电路的输出波形产生失真时,首先确定是哪一级失真,再判断是饱和失真还是截止失真。