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  • 2019-06-02 16:39:23

    1.什么是差分放大电路

    首先看看如下两个概念:
    1.共模信号:指的是两个极性和大小(振幅),相位相同的信号
    2.差模信号:指的是两个极性相反,大小(振幅)相同,相位相反的信号

    最简单的差分电路原理图如下:
    差分放大电路

    输入共模信号

    当ui1和ui2输入共模信号时,这种输入叫做共模输入。两个三极管的基极电压也随着输入信号的变化而变化,由于电路对称,两边的基极电流IB1和IB2也随之变化,并且电流值一致,根据三极管的原理,
    集电极电流=β*基极电流
    所以RC1和RC2靠近集电极的一端的电位UO1和UO2也随之变化并且相等。
    故UO=UO1-UO2=0;
    由以上分析知,差分放大电路对共模信号没有放大作用,两端输出的电位差为0.

    输入差模信号

    当ui1和ui2输入差模信号时,这种输入叫做差模输入。即ui1 = -ui2;
    当ui1变大时,ui2变得更小,故基极电流IB1变大,IB2变小,并且△IB1 = -△IB2
    故集电极的电流IE1变大,故UO1的电位下降,反之UO2的电位上升
    并且△UO1 = -△UO2 = △UO
    故UO = UO1-UO2 = △UO1 -(-△UO2) = 2△UO
    由于三极管的放大作用,输出的UO比原来的输入差模信号的电压差大。
    故差分放大电路对差分信号有放大作用
    https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c-s.w4002-21301227200.20.44ee1ebbJsGozH&id=594181373593

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    放大电路、单管共发射极放大电路结构、工作原理

    本文介绍的定义

    放大、实现放大作用、放大电路技术指标测量、电压放大倍数、电流放大倍数、相量表示、最大输出幅度、峰峰值、非线性失真系数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大输出功率与效率、单管共射放大电路、集电极电源、集电极负载电阻、基极电源、静态基极电流、单管共射放大电路工作原理、放大电路原则、阻容耦合单管共射放大电路、隔直电容、耦合电容。

    一、放大电路基本概念

    放大:实现能量的控制,使用能量小的输入信号控制另一个能源,使输出端负载上得到能量比较大的信号。扬声器,听到什么声音,取决于天线接收的信号,输出功率大的音量,能量来自于另一个直流源。放大的对象是变化量,输入信号小变化量,输出端负载上得到大变化量。

    实现放大作用:要采用具有放大作用的电子器件,双极型三极管基极电流Ib对集电极电流Ic有控制作用。场效应管栅源电压Ugs对漏极电流Id也有控制作用。两种器件都可以实现放大作用。

    放大电路技术指标测量:在放大电路输入端加上正弦测试电压,然后测量电路中其他有关电量。

    在这里插入图片描述

    放大倍数:电压放大倍数,输出电压与输入电压变化量之比,输入正弦测试电压时,可用输出电压与输入电压正弦相量之比表示。电流放大倍数,输出电流与输入电流变化量之比,可用输出电流与输入电流正弦相量之比表示。以下两公式,在输出电压输出电流基本也是正弦波,输出信号没有明显失真时,有意义。

    在这里插入图片描述

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    相量表示:电压的相量表示,由正弦电压的有效值U和初相ψ构成,复数的模表示电压的最大值,其辐角表示电压的初相,如下图。

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    最大输出幅度:放大电路提供给负载的最大输出电压(最大输出电流),一般是电压的有效值,也可用峰峰值表示,,正弦信号峰峰值等于有效值乘以二倍根号二。

    在这里插入图片描述

    非线性失真系数:放大器件输入输出具有非线性,因此放大电路输出波形会产生非线性失真,输入单一频率正弦波,输出波形除基波还有谐波。非线性失真系数的公式如下,U1、U2、U3… 表示输出信号基波、二次谐波、三次谐波… 的幅值。

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    输入电阻:从放大电路输入端看进去的等效电阻。描述放大电路对信号源索取电流的大小,输入电阻越大,说明索取电流越小,这样最好。输入电阻公式如下,等于外加正弦输入电压与输入电流之比。

    在这里插入图片描述

    输出电阻:从放大电路输出端看进去的等效电阻。描述放大电路带负载能力,输出电阻越小越好,越小,说明带负载能力强(消耗能量少,更多能量给负载)。公式如下,当输入端信号短路Us=0(Rs保留),输出端负载Rl开路,外加正弦输出电压得到输出电流,两者之比是输出电阻。

    在这里插入图片描述

    实际测试时用下面这个公式,输入端加上固定正弦交流电压,首先负载开路,得到输出电压为U0撇,接上阻值Rl的负载电阻,再测输出电压U0,就可以由下面公式

    在这里插入图片描述

    通频带:放大器件存在级间电容,放大电路可能接有电抗元件,放大倍数将随信号频率变化而变化。频率和放大倍数关系如下,放大倍数在高频和低频段下降至中频的1/根号二时,包括的频率范围是放大电路的通频带。通频带越宽,放大电路对信号频率变化有更强适应力。

    在这里插入图片描述

    最大输出功率与效率:输出功率,在输出信号不明显失真前提下,能够向负载提供的最大输出功率。负载得到的输出功率是利用放大器件控制作用,将直流电源功率转换成交流功率得到的。放大电路的效率,最大输出功率与直流电源消耗功率之比。

    在这里插入图片描述

    二、单管共发射极放大电路

    在这里插入图片描述

    单管共射放大电路:上图是只有一个NPN三极管构成的放大电路,输入回路和输出回路公共端是三极管的发射极,称为单管共射放大电路。

    直流电源Vcc:集电极电源Vcc是直流电源,输出端负载得到的较大能量由Vcc提供。

    集电极负载电阻Rc:将集电极电流Ic变化转换为集电极电压变化,送到放大电路的输出端。

    基极电源Vbb:基极电源Vbb是直流电源,使发射结正偏,与基极电阻Rb共同决定输入信号等于0时,放大电路基极电流。这个电流为静态基极电流,静态电流对三极管能否工作在放大区、放大电路的性能,有重要影响。

    单管共射放大电路工作原理:输入端加上微小变化量Ui,基极和发射极电压也变化,产生变化量Ube;发射结正偏,Ube变化,产生变化量Ib,Ib变化引起Ic变化;Ic流过Rc,Uce变化,Ic增加,Rc压降增加,Uce降低(因为Vcc恒定不变),Uce变化量与Rc变化量数值相等极性相反。Uce变化量就是输出电压变化量U0。也就是说,由于Ic变化量大于Ib,导致输出电压变化量大于输入电压变化量,这就是放大电路的放大作用。

    在这里插入图片描述

    放大电路原则:外加直流电源要使三极管发射结正偏,集电结反偏,保证三极管工作在放大区;输入回路应使输入电压变化量传到三极管基极回路,使基极电流产生变化量;输出回路应使集电极电流变化量转化为集电极电压变化量,传到放大电路输出端。

    图示电路的缺点:需要两路直流电源;输入电压与输出电压不共地。改进如下图。

    在这里插入图片描述

    阻容耦合单管共射放大电路:将基极电阻Rb接到Vcc正端;输入回路,将输入电压一端与输出电压共地,另一端连接电容接到三级管基极,这样的话,输入电压交流成分基本上能够没有衰减的通过电容到基极,直流不能通过。这个电容称为隔直电容、耦合电容;输出回路,集电极也通过隔直电容接到输出端,Rl是负载电阻。

    简化画法:不将直流电源画出,只标出其正端。

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    在多级放大电路中,单级放大器之间信号传递的电路连接方式称为耦合,耦合时应尽量使信号传递过程中的损失最小,同时使各个放大电路的直流工作状态不受影响。常见的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合和光电耦合等。

    直接耦合:放大电路中把前级的输出端直接或者通过电阻或恒压器连接到下一级的输入端,这样的连接方式成为直接耦合。

    优点:可以放大交流信号,也可以放大直流信号和缓慢变化信号,具有良好的低频特性,而且便于集成,因此实际生活中集成运放电路大部分采用的耦合方式都是直接耦合;

    缺点:由于直接耦合前后级之间存在着直流通路,各级放大电路的静态工作点相互影响,不能独立,使得放大电路在调试和维护方面比较困难;另外最重要的问题就是该耦合方式会存在零点漂移现象,所谓零点漂移指的是实际应用中,由于温度、频率等的影响,直接耦合的多极放大电路在输入信号为零时,输出端的点位会偏离初始设定值,产生缓慢而不规则的波动,这种输出端点位的波动现象就叫零点漂移(简称零漂),又称温漂,级数越多,放大倍数越大,零点漂移越严重,一级耦合电路的零漂影响最大,因为一级漂移经过放大电路的放大会严重影响工作,所以抑制零漂着重在抑制一级漂移。差分放大电路可以有效地抑制零点漂移

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    所谓“放大”从表面来看,似乎就是将信号的幅度由小变大,但是在电子技术中“放大”是这么理解的:

    • “放大“的本质是实现能量的控制,即用能量比较小的输入信号控制能量比较大的输出信号。
    • “放大“作用是针对变化量而言的。放大的对象是变化量。

    三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN和PNP两种。以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明三极管放大电路的基本原理。

    放大电路的基本要求

    1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。
    2. 尽可能小的波形失真。
      另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。

    放大电路的基本框图及组成

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    共发射极基本放大电路

    放大电路的主要技术指标

    1、放大倍数Au:

    电压放大倍数定义为输出电压与输入电压的变化量之比,与此类似,电流放大倍数定义为输出电流与输入电流的变化量之比。在测试情况下,二者可用正选相量之比来表示。

    必须注意:以上必须在输出没有明显失真的情况下才有意义。

    2、输入电阻Ri:

    从输入端看进去的等效电阻称为输入电阻,输入电阻描述了放大电路对输入信号源索取电流的大小,通常希望输入电阻越大越好,这样对信号源的电流要求就越小。

    3、输出电阻Ro:

    当输入端短路,输出负载开路,外加正选输出电压,其输出电压与输出电流变化量之比即为输出电阻,他反映了放大电路带负载的能力,通常希望输出电阻越销越好,越小带负载能力越强。

    3、通频带BW:

    放大电路本身存在极间电容,还有一些放大电路中存在电抗性元件,一般情况下,频率升高或降低,放大倍数都会下降,通常将放大倍数在高频和低频段分别下降到中频段的跟二分之一时所包括的频率范围称为通频带。

    放大电路中反馈的有无如何判断

    若放大电路中存在将输出回路与输入回路相连接的通路,即反馈通路,并由此影响了放大电路的净输入,则表明电路引入了反馈;否则电路中便没有反馈。

    在这里插入图片描述(a)没引入反馈的放大电路
    (b)引入反馈的放大电路
    (c)R的接入没有引入反馈
    (d)和(c)电路等效

    如在图1(a)所示电路中,集成运放的输出端与同相输入端、反相输入端均无通路,故电路中没有引入反馈。
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    在图(c)所示电路中,虽然电阻R跨接在集成运放的输出端与同相输入端之间,但是由于同相输入端接地,所以R只不过是集成运放的负载,等效于(d)电路,而不会使vO作用于输入回路,可见电路中没有引入反馈。

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