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  • 模拟电路笔记(二)晶体三极管放大电路
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    2020-12-08 13:05:22

    三极管的基本知识

    三极管是电流控制器件,用较小的基极电流控制较大集电极电流

    三极管由两个PN结构成,发射极e (Emitter)、基极b (Base)、集电极c (Collector)。

    据基尔霍夫定律:Ie = Ic + Ib

    由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。

    在这里插入图片描述

    三极管的输出特性曲线

    基极电流Ib一定时,三极管输出电压Uec与输出电流Ic之间的关系曲线
    在这里插入图片描述

    放大状态

    发射结正向偏置,而集电结反向偏置。
    当Ib变化时,Ic即按比例变化,在放大电路中,必须使用三极管工作在放大区。
    B= Ic / Ie

    饱和状态

    发射结和集电结正偏
    Uec的数值小,Ic随Uec的增加而很快的增大。管子相当于一个开关的接通状态,短路。

    截止状态

    发射结和集电结都反偏
    当Ib=0时,Ic=Iceo(称为穿透电流),相当于管子相当于一个开关的开路状态。

    过损耗区

    三极管耗散功率太大,易发热损坏

    1、三个极限参数

    • 反向击穿电压Uceo:Uce < Uceo
    • 集电极最大允许电流Icm
    • 最大耗散功率Pcm

    放大电路

    • 构成放大电路的条件
    1. 具有放大元件
    2. 同时满足 直流条件 和 交流条件

    放大元件是三极管,要求工作在放大区,并能够对信号进行不失真放大。

    直流通路:电容开路,电感短路
    交流通路:电容短路,电感开路

    三极管构成的放大电路

    共射电路共基电路共集电路
    输出与输入电压反相同相同相
    电压放大倍数低(小于1)
    输入电阻适中(小)
    输出电阻

    共同点:功率P放大
    共集电路:带功率好一些,称为射级输出器 / 射级跟随器

    性能指标

    • 电压放大倍数: Au=Uo / Ui = B•(ro / rbe)
    • 功率放大倍数: Ap=Po / Pi
    • 输入电阻:ri=Ui / Ii (越大越好)
    • 输出电阻:ro (越小越好)
    • 通频带:0.707倍,FBW = FH-FL

    静态工作点

    • 放大器 无输入信号的时叫静态,就是放大去的直流工作状态
    • 为什么要设置静态工作点?

    为了保证输入交流信号能够不失真的放大

    1、固定偏置放大电路

    在这里插入图片描述

    Ec = IBQ•Rb + UBEQ 
    IBQ = Ec-UBEQ / Rb
    ICQ = IBQ•放大倍数B
    UCEQ = Ec-ICQ•RC
    rbe = 300+(1+B)(26mv/IEQ)
    ri = Rb//rbe = (Rb•rbe) / (Rb+rbe)
    

    固定偏置直流通路
    在这里插入图片描述
    固定偏置交流通路
    在这里插入图片描述

    2、分压式偏置放大电路

    在这里插入图片描述

    VB = Rb1/(Rb1 + Rb2) • EC
    ICQ = (VB-UBEQ) / Re
    IEQ ≈ ICQ
    IBQ = ICQ / B
    UCEQ = Ec-ICQ(Rc+Re) 
    

    分压式偏置直流通路
    在这里插入图片描述

    多级耦合方式

    放大器间耦合都有零飘,放大器级数越多,总通频带就越窄

    1. 阻容耦合

    优点:电路简单
    缺点:只能在本级,耦合交流信号,频率低,不便于集成

    1. 变压器耦合

    优点:独立
    缺点:笨重,成本高,不能集成.只能在本级

    1. 直接耦合

    优点:可以放大缓慢的交流,直流信号
    缺单:传递零点漂移

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  • 在电子电路中,电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路,因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。1. 反馈反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端,作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分...

    电子电路中,电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路,因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。1. 反馈
    反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端,作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的,就是负反馈。2. 耦合
    一个放大器通常有好几级,级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种:
    ①RC 耦合(见图a): 优点是简单、成本低。但性能不是最佳。
    变压器耦合(见图b):优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高,但变压器制作比较麻烦。
    ③ 直接耦合(见图c): 优点是频带宽,可作直流放大器使用,但前后级工作有牵制,稳定性差,设计制作较麻烦。

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    3. 功率放大器
    能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。3.1 甲类单管功率放大器

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    负载电阻是低阻抗的扬声器,用变压器可以起阻抗变换作用,使负载得到较大的功率。
    这个电路不管有没有输入信号,晶体管始终处于导通状态,静态电流比较大,困此集电极损耗较大,效率不高,大约只有 35 %。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合,它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。3.2 乙类推挽功率放大器
    下图是常用的乙类推挽功率放大电路。

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    它由两个特性相同的晶体管组成对称电路,在没有输入信号时,每个管子都处于截止状态,静态电流几乎是零,只有在有信号输入时管子才导通,这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时,正半周时 VT1 导通 VT2 截止,负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。3.3 OTL 功率放大器
    目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器,简称 OTL 电路,是一种性能很好的功率放大器。为了易于说明,先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路,如下图所示。

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    4. 直流放大器
    能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。4.1 双管直耦放大器
    直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合,只能用直接耦合方式。下图是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制,电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。
    直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时,由于工作点不稳定引起静 态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放大,使输出端产生虚假信号。放大器级数越多,零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

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    4.2 差分放大器
    解决零点漂移的办法是采用差分放大器,下图是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源,其中 VT1 和 VT2 的特性相同,两组电阻数值也相同, R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路,两个 R C 和两个管子是四个桥臂,输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。没有输入信号时,因为 RC1=RC2 和两管特性相同,所以电桥是平衡的,输出是零。由于是接成桥形,零点漂移也很小。差分放大器有良好的稳定性,因此得到广泛的应用。

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    5. 集成运算放大器
    集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上,只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的,所以叫做运算放大器。6. 振荡器
    不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说,能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。
    一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过,使振荡器产生单一频率的输出。
    振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的;一个是反馈电压Uf和输入电压 Ui要相等,这是振幅平衡条件。二是 Uf 和 Ui 必须相位相同,这是相位平衡条件,也就是说必须保证是正反馈。一般情况下,振幅平衡条件往往容易做到,所以在判断一个振荡电路能否振荡,主要是看它的相位平衡条件是否成立。
    振荡器按振荡频率的高低可分成超低频( 20赫以下)、低频( 20赫~ 200千赫)、高频(200千赫~ 30兆赫)和超高频( 10兆赫~ 350兆赫)等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。
    正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度,只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中,大量使用着各种 LC振荡器和 RC 振荡器。6.1 LC振荡器
    LC 振荡器的选频网络是LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高,常见电路有 3 种。
    1) 变压器反馈 LC 振荡电路

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    图(a)是变压器反馈 LC 振荡电路。晶体管 VT 是共发射极放大器。变压器 T 的初级是起选频作用的 LC 谐振电路,变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时, LC 回路中出现微弱的瞬变电流,但是只有频率和回路谐振频率 f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压,这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。从图(b)看到,只要接法没有错误,这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的,也就是说,它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。
    变压器反馈 LC 振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但频率稳定度不高。它的振荡频率是: f 0 =1/2π LC 。常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。
    2) 电感三点式振荡电路

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    图(a)是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。从 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图(b)看到,晶体管的输入电压和反馈电压是同相的,满足相位平衡条件的,因此电路能起振。由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的,因此被称为电感三点式振荡电路。
    电感三点式振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高次调波,波形较差。它的振荡频率是: f 0 =1/2π LC ,其中 L=L1 + L2 + 2M 。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。
    3) 电容三点式振荡电路

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    还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,见图(a)。图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路,从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图(b)看到,晶体管的输入电压和反馈电压同相,满足相位平衡条件,因此电路能起振。由于电路中晶体管的 3 个极分别接在电容 C1 、 C2 的 3 个点上,因此被称为电容三点式振荡电路。
    电容三点式振荡电路的特点是:频率稳定度较高,输出波形好,频率可以高达 100 兆赫以上,但频率调节范围较小,因此适合于作固定频率的振荡器。它的振荡频率是: f 0 =1/2π LC ,其中 C= C 1 +C 2 。
    上面 3 种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高,容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高,而且频率稳定性好。6.2 RC 振荡器
    RC 振荡器的选频网络是 RC 电路,它们的振荡频率比较低。常用的电路有两种。
    1) RC 相移振荡电路

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    RC 相移振荡电路的特点是:电路简单、经济,但稳定性不高,而且调节不方便。一般都用作固定频率振荡器和要求不太高的场合。它的振荡频率是:当 3 节 RC 网络的参数相同时: f 0 = 1 2π 6RC 。频率一般为几十千赫。
    2) RC 桥式振荡电路

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    RC 桥式振荡电路的性能比 RC 相移振荡电路好。它的稳定性高、非线性失真小,频率调节方便。它的振荡频率是:当 R1=R2=R 、 C1=C2=C 时 f 0 = 1 2πRC 。它的频率范围从 1 赫~ 1 兆赫。7. 调幅和检波电路
    广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射出去的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号,高频信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种,对应的解调方法就叫检波和鉴频。7.1 调幅电路
    调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化,载波的频率和相位不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。
    调幅是一个非线性频率变换过程,所以它的关键是必须使用二极管三极管等非线性器件。根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电路为例。

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    上图是集电极调幅电路,由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1 加到晶体管基极。低频调制信号则通过 T3 耦合到集电极中。 C1 、 C2 、 C3 是高频旁路电容, R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分,三极管就是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的, 所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于 LC 谐振回路是调谐在载波的基频上,因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出。7.2 检波电路
    检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程,也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号,还必须使用滤波器滤除高频分量,所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工作原理。

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    上图是一个二极管检波电路。 VD 是检波元件, C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时,二极管 VD 是断续工作的。正半周时,二极管导通,对 C 充电;负半周和输入电压较小时,二极管截止, C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多,经过电容 C 滤除了高频部分,再经过隔直流电容 C0 的隔直流作用,在输出端就可得到还原的低频信号。8. 调频和鉴频电路
    调频是使载波频率随调制信号的幅度变化,而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号,它的过程和调频正好相反。8.1 调频电路
    能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法,也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。下图画出了它的大意,图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化,使载波振荡器的频率发生变化。

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    8.2 鉴频电路
    能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路,有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步,第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波,第二步再用一般的检波器检出幅度变化,还原成低频信号。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等。

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  • 特点是:功率放大电路的输出电压和输出电流都应足够大的变化;其次是具有较高的效率。在功率放大电路主要解决的问题是:三极管通常工作在大信号状态,使管子特性曲线的非线性问题充分的体现暴露出来。一般来说,功率...

    什么是功率放大电路

    功率放大电路与电压放大电路的主要区别是要求电路向负载提供足够大的输出功率;

    特点是:功率放大电路的输出电压和输出电流都应足够大的变化;其次是具有较高的效率。

    在功率放大电路主要解决的问题是:三极管通常工作在大信号状态,使管子特性曲线的非线性问题充分的体现暴露出来。一般来说,功率放大电路输出波形的非线性失真比小信号放大电路要严重的多;

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    分析:

    当输入正弦电压在正半周期时,Q1导通Q2截止,电流从VCC流过C1电容和负载;

    当在负半周期时,Q1截止Q2导通,大电容C2给Q2供电,电流从C2流至Q2再流过负载回到电容负极;

    这种电路存在一个很大的缺点是当输入电压的幅度小于三极管的导通电压时,三极管均截止,使波形失真,这种失真成为交越失真;

    OCL电路省去了大电容,改善了低频相应,但其两个三极管的发射极直接连到负载电阻上,如果静态工作点或元器件损坏,将造成较大的电流到负载,造成电路损坏,常常在负载回路增加熔断保险丝;

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    对于提供给功率三极管基极的推动电流较大,可以采用复合管的方式解决;

    功率放大电路用途详解

    放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频;接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。

    读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开,然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点:一是有静态和动态两种工作状态,所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析;二是电路往往加有负反馈,这种反馈有时在本级内,有时是从后级反馈到前级,所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。

    下面我们介绍几种常见的放大电路:

    低频电压放大器

    低频电压放大器是指工作频率在20赫~20千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。

    (1)共发射极放大电路

    图1(a)是共发射极放大电路。C1是输入电容,C2是输出电容,三极管VT就是起放大作用的器件,RB是基极偏置电阻,RC是集电极负载电阻。1、3端是输入,2、3端是输出。3端是公共点,通常是接地的,也称“地”端。静态时的直流通路见图1(b),动态时交流通路见图1(c)。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多,输出电压的相位和输入电压是相反的,性能不够稳定,可用于一般场合。

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    (2)分压式偏置共发射极放大电路

    图2比图1多用3个元件。基极电压是由RB1和RB2分压取得的,所以称为分压偏置。发射极中增加电阻RE和电容CE,CE称交流旁路电容,对交流是短路的;RE则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端,作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的,就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2上电压和RE上电压的差值,所以是负反馈。由于采取了上面两个措施,使电路工作稳定性能提高,是应用最广的放大电路。

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    (3)射极输出器

    图3(a)是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图3(b)是它的交流通路图,可以看到它是共集电极放大电路。

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    这个图中,晶体管真正的输入是Vi和Vo的差值,所以这是一个交流负反馈很深的电路。由于很深的负反馈,这个电路的特点是:电压放大倍数小于1而接近1,输出电压和输入电压同相,输入阻抗高输出阻抗低,失真小,频带宽,工作稳定。它经常被用作放大器的输入级、输出级或作阻抗匹配之用。

    (4)低频放大器的耦合

    一个放大器通常有好几级,级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种:①RC耦合,见图4(a)。优点是简单、成本低。但性能不是最佳。②变压器耦合,见图4(b)。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高,但变压器制作比较麻烦。③直接耦合,见图4(c)。优点是频带宽,可作直流放大器使用,但前后级工作有牵制,稳定性差,设计制作较麻烦。

    功率放大器

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    能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

    (1)甲类单管功率放大器

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    图5是单管功率放大器,C1是输入电容,T是输出变压器。它的集电极负载电阻Ri′是将负载电阻RL通过变压器匝数比折算过来的:

    RC′=(N1N2)2RL=N2RL

    负载电阻是低阻抗的扬声器,用变压器可以起阻抗变换作用,使负载得到较大的功率。

    这个电路不管有没有输入信号,晶体管始终处于导通状

    ,静态电流比较大,因此集电极损耗较大,效率不高,大约只有35%。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合,它的输入方式可以是变压器耦合也可以是RC耦合。

    (2)乙类推挽功率放大器

    图6是常用的乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相同的晶体管组成对称电路,在没有输入信号时,每个管子都处于截止状态,静态电流几乎是零,只有在有信号输入时管子才导通,这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时,正半周时VT1导通VT2截止,负半周时VT2导通VT1截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。

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    乙类推挽放大器的输出功率较大,失真也小,效率也较高,一般可达60%。

    (3)OTL功率放大器

    目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器,简称OTL电路,是一种性能很好的功率放大器。为了

    易于说明,先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的OTL电路,如图7。

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    这个电路使用两个特性相同的晶体管,两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态时,VT1、VT2流过的电流很小,电容C上充有对地为12Ec的直流电压。在有输入信号时,正半周时VT1导通,VT2截止,集电极电流ic1方向如图所示,负载RL上得到放大了的正半周输出信号。负半周时VT1截止,VT2导通,集电极电流ic2的方向如图所示,RL上得到放大了的负半周输出信号。这个电路的关键元件是电容器C,它上面的电压就相当于VT2的供电电压。

    以这个电路为基础,还有用三极管倒相的不用输入变压器的真正OTL电路,用PNP管和NPN管组成的互补对称式OTL电路,以及最新的桥接推挽功率放大器,简称BTL电路等等。

    直流放大器

    能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。

    (1)双管直耦放大器

    直流放大器不能用RC耦合或变压器耦合,只能用直接耦合方式。图8是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制,电路中在VT2的发射极加电阻RE以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时,由于工作点不稳定引起静态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放大,使输出端产生虚假信号。放大器级数越多,零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

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    (2)差分放大器

    解决零点漂移的办法是采用差分放大器,图9是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源,其中VT1和VT2的特性相同,两组电阻数值也相同,RE有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路,两个RC和两个管子是四个桥臂,输出电压V0从电桥的对角线上取出。没有输入信号时,因为RC1=RC2和两管特性相同,所以电桥是平衡的,输出是零。由于是接成桥形,零点漂移也很小。

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    差分放大器有良好的稳定性,因此得到广泛的应用。

    集成运算放大器

    集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上,只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的,所以叫做运算放大器。它有十多个引脚,一般都用有3个端子的三角形符号表示,如图10。它有两个输入端、1个输出端,上面那个输入端叫做反相输入端,用“—”作标记;下面的叫同相输入端,用“+”作标记。

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    集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算,也可以接成交流或直流放大器应用。在做放大器应用时有:

    (1)带调零的同相输出放大电路

    图11是带调零端的同相输出运放电路。引脚1、11、12是调零端,调整RP可使输出端(8)在静态时输出电压为零。9、6两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端(5),因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻R2接到反相输入端(4)。同相输入接法的电压放大倍数总是大于1的。

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    (2)反相输出运放电路

    也可以使输入信号从反相输入端接入,如图12。如对电路要求不高,可以不用调零,这时可以把3个调零端短路。

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    输入信号从耦合电容C1经R1接入反相输入端,而同相输入端通过电阻R3接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于1、等于1或小于1。

    (3)同相输出高输入阻抗运放电路

    图13中没有接入R1,相当于R1阻值无穷大,这时电路的电压放大倍数等于1,输入阻抗可达几百千欧。

    放大电路读图要点和举例

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    放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到一张放大电路图时,首先要把它逐级分解开,然后一级一级分析弄懂它的原理,最后再全面综合。读图时要注意:①在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放大器中使用的辅助元器件很多,如偏置电路中的温度补偿元件,稳压稳流元器件,防止自激振荡的防振元件、去耦元件,保护电路中的保护元件等。②在分析中最主要和困难的是反馈的分析,要能找出反馈通路,判断反馈的极性和类型,特别是多级放大器,往往以后级将负反馈加到前级,因此更要细致分析。③一般低频放大器常用RC耦合方式;高频放大器则常常是和LC调谐电路有关的,或是用单调谐或是用双调谐电路,而且电路里使用的电容器容量一般也比较小。④注意晶体管和电源的极性,放大器中常常使用双电源,这是放大电路的特殊性。

    例1助听器电路

    图14是一个助听器电路,实际上是一个4级低频放大器。VT1、VT2之间和VT3、VT4之间采用直接耦合方式,VT2和VT3之间则用RC耦合。为了改善音质,VT1和VT3的本级有并联电压负反馈(R2和R7)。由于使用高阻抗的耳机,所以可以把耳机直接接在VT4的集电极回路内。R6、C2是去耦电路,C6是电源滤波电容。

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    在电子电路中,电源、放大、振荡和调制电路被称为模拟电子电路,因为它们加工和处理的是连续变化的模拟信号。

    1

    反馈

    反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端,作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的,就是负反馈。

    2

    耦合

    一个放大器通常有好几级,级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种:

    ①RC 耦合(见图a): 优点是简单、成本低。但性能不是最佳。

    ② 变压器耦合(见图b):优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高,但变压器制作比较麻烦。

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    ③ 直接耦合(见图c): 优点是频带宽,可作直流放大器使用,但前后级工作有牵制,稳定性差,设计制作较麻烦。

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    3

    功率放大器

    能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

    3.1 甲类单管功率放大器

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    负载电阻是低阻抗的扬声器,用变压器可以起阻抗变换作用,使负载得到较大的功率。

    这个电路不管有没有输入信号,晶体管始终处于导通状态,静态电流比较大,困此集电极损耗较大,效率不高,大约只有 35 %。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合,它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。

    3.2 乙类推挽功率放大器

    下图是常用的乙类推挽功率放大电路。

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    它由两个特性相同的晶体管组成对称电路,在没有输入信号时,每个管子都处于截止状态,静态电流几乎是零,只有在有信号输入时管子才导通,这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时,正半周时 VT1 导通 VT2 截止,负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。

    3.3 OTL 功率放大器

    目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器,简称 OTL 电路,是一种性能很好的功率放大器。为了易于说明,先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路,如下图所示。

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    4

    直流放大器

    能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。

    4.1 双管直耦放大器

    直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合,只能用直接耦合方式。下图是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制,电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。

    直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时,由于工作点不稳定引起静 态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放大,使输出端产生虚假信号。放大器级数越多,零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

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    4.2 差分放大器

    解决零点漂移的办法是采用差分放大器,下图是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源,其中 VT1 和 VT2 的特性相同,两组电阻数值也相同, R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路,两个 R C 和两个管子是四个桥臂,输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。没有输入信号时,因为 RC1=RC2 和两管特性相同,所以电桥是平衡的,输出是零。由于是接成桥形,零点漂移也很小。差分放大器有良好的稳定性,因此得到广泛的应用。

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    5

    集成运算放大器

    集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上,只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的,所以叫做运算放大器。

    6

    振荡器

    不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说,能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。

    一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过,使振荡器产生单一频率的输出。

    振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的;一个是反馈电压Uf和输入电压 Ui要相等,这是振幅平衡条件。二是 Uf 和 Ui 必须相位相同,这是相位平衡条件,也就是说必须保证是正反馈。一般情况下,振幅平衡条件往往容易做到,所以在判断一个振荡电路能否振荡,主要是看它的相位平衡条件是否成立。

    振荡器按振荡频率的高低可分成超低频( 20赫以下)、低频( 20赫~ 200千赫)、高频(200千赫~ 30兆赫)和超高频( 10兆赫~ 350兆赫)等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。

    正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度,只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中,大量使用着各种 LC振荡器和 RC 振荡器。

    6.1 LC振荡器

    LC 振荡器的选频网络是LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高,常见电路有 3 种。

    1) 变压器反馈 LC 振荡电路

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    图(a)是变压器反馈 LC 振荡电路。晶体管 VT 是共发射极放大器。变压器 T 的初级是起选频作用的 LC 谐振电路,变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时, LC 回路中出现微弱的瞬变电流,但是只有频率和回路谐振频率 f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压,这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。从图(b)看到,只要接法没有错误,这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的,也就是说,它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。

    变压器反馈 LC 振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但频率稳定度不高。它的振荡频率是:f 0 =1/2π LC 。常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。

    2) 电感三点式振荡电路

    图(a)是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。从 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图(b)看到,晶体管的输入电压和反馈电压是同相的,满足相位平衡条件的,因此电路能起振。由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的,因此被称为电感三点式振荡电路。

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    电感三点式振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高次调波,波形较差。它的振荡频率是:f 0 =1/2π LC ,其中 L=L1 + L2 + 2M 。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。

    3) 电容三点式振荡电路

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    还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,见图(a)。图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路,从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图(b)看到,晶体管的输入电压和反馈电压同相,满足相位平衡条件,因此电路能起振。由于电路中晶体管的 3 个极分别接在电容 C1 、 C2 的 3 个点上,因此被称为电容三点式振荡电路。

    电容三点式振荡电路的特点是:频率稳定度较高,输出波形好,频率可以高达 100 兆赫以上,但频率调节范围较小,因此适合于作固定频率的振荡器。它的振荡频率是:f 0 =1/2π LC ,其中 C= C 1 +C 2 。

    上面 3 种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高,容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高,而且频率稳定性好。

    6.2 RC 振荡器

    RC 振荡器的选频网络是 RC 电路,它们的振荡频率比较低。常用的电路有两种。

    1) RC 相移振荡电路

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    RC 相移振荡电路的特点是:电路简单、经济,但稳定性不高,而且调节不方便。一般都用作固定频率振荡器和要求不太高的场合。它的振荡频率是:当 3 节 RC 网络的参数相同时:f 0 = 1 2π 6RC 。频率一般为几十千赫。

    2) RC 桥式振荡电路

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    RC 桥式振荡电路的性能比 RC 相移振荡电路好。它的稳定性高、非线性失真小,频率调节方便。它的振荡频率是:当 R1=R2=R 、 C1=C2=C 时 f 0 = 1 2πRC 。它的频率范围从 1 赫~ 1 兆赫。

    7

    调幅和检波电路

    广播和无线电通信是利用调制技术把低频声音信号加到高频信号上发射出去的。在接收机中还原的过程叫解调。其中低频信号叫做调制信号,高频信号则叫载波。常见的连续波调制方法有调幅和调频两种,对应的解调方法就叫检波和鉴频。

    7.1 调幅电路

    调幅是使载波信号的幅度随着调制信号的幅度变化,载波的频率和相位不变。能够完成调幅功能的电路就叫调幅电路或调幅器。

    调幅是一个非线性频率变换过程,所以它的关键是必须使用二极管、三极管等非线性器件。根据调制过程在哪个回路里进行可以把三极管调幅电路分成集电极调幅、基极调幅和发射极调幅 3 种。下面举集电极调幅电路为例。

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    上图是集电极调幅电路,由高频载波振荡器产生的等幅载波经 T1 加到晶体管基极。低频调制信号则通过 T3 耦合到集电极中。C1 、 C2 、 C3 是高频旁路电容, R1 、 R2 是偏置电阻。集电极的 LC 并联回路谐振在载波频率上。如果把三极管的静态工作点选在特性曲线的弯曲部分,三极管就是一个非线性器件。因为晶体管的集电极电流是随着调制电压变化的, 所以集电极中的 2 个信号就因非线性作用而实现了调幅。由于 LC 谐振回路是调谐在载波的基频上,因此在 T2 的次级就可得到调幅波输出。

    7.2 检波电路

    检波电路或检波器的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程,也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号,还必须使用滤波器滤除高频分量,所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工作原理。

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    上图是一个二极管检波电路。VD 是检波元件, C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时,二极管 VD 是断续工作的。正半周时,二极管导通,对 C 充电;负半周和输入电压较小时,二极管截止, C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多,经过电容 C 滤除了高频部分,再经过隔直流电容 C0 的隔直流作用,在输出端就可得到还原的低频信号。

    8

    调频和鉴频电路

    调频是使载波频率随调制信号的幅度变化,而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号,它的过程和调频正好相反。

    8.1 调频电路

    能够完成调频功能的电路就叫调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法,也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。下图画出了它的大意,图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化,使载波振荡器的频率发生变化。

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    8.2 鉴频电路

    能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路,有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步,第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频 — 调幅波,第二步再用一般的检波器检出幅度变化,还原成低频信号。常用的鉴频器有相位鉴频器、比例鉴频器等。

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  • 三极管除了可以当做交流信号放大器之外,也可以做为开关之用。严格说起来,三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同,但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。图1所示,即为三极管电子开关的基本电路图...

空空如也

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三极管组成放大电路可以实现模拟信号的电压、电流、功率放大,三个极