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正文內(nèi)容

放大電路電壓比較器(編輯修改稿)

2025-06-19 09:17 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 當(dāng) iB以 40 μA為中心按正弦規(guī)律變化時(shí) , 對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)以 Q點(diǎn)為中心沿著直流負(fù)載線 , 在 Q1~ Q2之間也按正弦規(guī)律移動(dòng) 。 工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡在縱軸上的投影為集電極電流 iC, 也就是圖中的曲線 ③ ; 在橫軸上的投影為三極管的管壓降 uCE, 也就是圖中的曲線 ④ 。 第 2章 基本放大電路 綜上所述 , 靜態(tài)時(shí) , 電路中各處都是不變的直流 , 這些直流值記為靜態(tài)工作點(diǎn); 動(dòng)態(tài)時(shí) , uBE、 iB、 iC、 uCE這些電壓 、 電流量以靜態(tài)值為中心按交流輸入信號(hào)規(guī)律變化 , 即 uBE=UBE+ube=(+ sinωt) V iB=IB+ib=(40+20 sinωt) μA iC=IC+ic=(+ sinωt) mA uCE=UCE+uce=(63 sinωt) V ( 215) 第 2章 基本放大電路 2) 放大電路帶負(fù)載后的動(dòng)態(tài)圖解 上面討論的放大電路, 輸出端并沒(méi)有接負(fù)載, 在實(shí)際的工作中, 放大器的輸出端一定帶有負(fù)載, 圖 212( a)所示的放大電路帶負(fù)載電阻 RL后如圖 217(a)所示。 第 2章 基本放大電路 圖 217 帶負(fù)載的共發(fā)射極放大電路 ( a) 帶負(fù)載的共發(fā)射極放大電路 。 ( b) 帶載放大電路的交流通路 第 2章 基本放大電路 由于耦合電容對(duì)直流信號(hào)開(kāi)路 , 帶載后放大電路的靜態(tài)分析與不帶載時(shí)完全相同 。 從圖 217(b)的交流通路中可以看出 , RL和 Rc是并聯(lián)的 , 和空載時(shí)電路的交流通路相比 , 相當(dāng)于 Rc由 4 kΩ變成了 2 kΩ, 即 ?kRR RRRRRLcLcLcL 2// ?????? ( 216) 第 2章 基本放大電路 圖 218 帶載時(shí)的動(dòng)態(tài)圖解 第 2章 基本放大電路 3) 靜態(tài)工作點(diǎn)的位置與非線性失真的關(guān)系 如果靜態(tài)工作點(diǎn)處于負(fù)載線的中央 , 這時(shí)的動(dòng)態(tài)工作范圍最大 ( 要求工作點(diǎn)的移動(dòng)范圍不能進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū) ) , 可以獲得最大的不失真輸出 。 但在實(shí)際工作中 , 如果輸入信號(hào)比較小 , 在不致于產(chǎn)生失真的情況下 , 一般把靜態(tài)工作點(diǎn)選得稍微低一些 , 可以降低靜態(tài)工作電流 , 節(jié)省直流電源能量消耗 , 因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)的高低就是靜態(tài)集電極電流的大小 。 第 2章 基本放大電路 如果靜態(tài)工作點(diǎn)選得過(guò)低 , 將使工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)入截止區(qū)而產(chǎn)生失真 , 這種由于三極管進(jìn)入截止區(qū)而造成的失真叫做截止失真; 相反 , 如果靜態(tài)工作點(diǎn)選得過(guò)高 , 將使三極管進(jìn)入飽和區(qū)引起飽和失真 。 圖 219給出了截止失真和飽和失真的情況 , 由于輸出與輸入反相 , 當(dāng)出現(xiàn)截止失真時(shí) , uo的頂部被削平; 反之 , 當(dāng)出現(xiàn)飽和失真時(shí) , uo的底部被削平 。 請(qǐng)讀者思考 , 若出現(xiàn)了飽和失真或截止失真 , 應(yīng)該如何消除 ? 第 2章 基本放大電路 圖 219 截止失真與飽和失真 ( a) 截止失真 。 ( b) 飽和失真 第 2章 基本放大電路 2. 微變等效電路分析法 三極管電路的動(dòng)態(tài)分析也可以用估算法來(lái)進(jìn)行 , 這種方法叫做微變等效電路分析法 , 利用這種方法還可以計(jì)算放大電路的輸入電阻和輸出電阻 。 所謂微變等效電路分析法就是在輸入信號(hào)較小的情況下 , 將非線性元件三極管等效成線性元件 , 然后對(duì)由線性元件組成的等效電路進(jìn)行計(jì)算 , 得到需要的性能指標(biāo) 。 第 2章 基本放大電路 1) 三極管的微變等效模型 對(duì)于圖 220( a) 中共發(fā)射極接法三極管的輸入端口來(lái)說(shuō) , 當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí) , 輸入特性曲線上以靜態(tài)工作點(diǎn)為中心 , 很小的動(dòng)態(tài)工作范圍可近似認(rèn)為是一段直線 。 這段直線代表三極管輸入端口 ——基極 b和發(fā)射極 e之間的等效電阻 , 該電阻的大小將隨著靜態(tài)工作點(diǎn) 的不同而變化 , 是個(gè)動(dòng)態(tài)電阻 , 叫做三極管的輸入電阻 rbe。 對(duì)于一般的低頻小功率三極管 , rbe可以由公式 ( 217) 來(lái)估算 , 其中的 IE是三極管靜態(tài)時(shí)的發(fā)射極電流 。 第 2章 基本放大電路 對(duì)于三極管集電極和發(fā)射極間的輸出端口來(lái)說(shuō) , 三極管放大區(qū)的輸出特性曲線可近似看成是一族平行于 x軸的直線 , 這些直線代表基極電流對(duì)集電極電流的控制能力 。 所以 , 三極管的輸出端口可以等效成一個(gè)電流控制電流源 ic, 控制變量是 ib, 受控系數(shù)是 β。 )()()(26)1(300 ??mVImVrEbe ??? ( 217) 第 2章 基本放大電路 綜上所述 , 得到放大區(qū)三極管的微變等效模型如圖 220(b)所示 。 因?yàn)樵诜治龊蜏y(cè)量放大電路時(shí)經(jīng)常用正弦信號(hào)作為輸入 , 而且電路中的直流量在靜態(tài)估算時(shí)已經(jīng)考慮 , 此時(shí)不再計(jì)算在內(nèi) , 所以在三極管的微變等效模型以及應(yīng)用模型的分析中 , 改為用向量來(lái)表示交流電壓和電流 。 第 2章 基本放大電路 圖 220 三極管及其微變等效模型 ( a) 三極管在共發(fā)射極接法時(shí)的雙口四端網(wǎng)絡(luò) 。 ( b) 放大區(qū)的微變等效模型 第 2章 基本放大電路 2) 微變等效電路分析法 微變等效電路分析法的分析步驟是: 放大電路 →交流通路 ( 耦合電容和電壓源短路 ) → 微變等效電路( 將交流通路中的三極管用微變等效模型替代 ) → 計(jì)算電壓放大倍數(shù) 、 輸入電阻和輸出電阻 。 第 2章 基本放大電路 下面 , 采用微變等效電路法分析圖 217( a) 的動(dòng)態(tài)特性 , 將該電路重畫(huà)于圖 221(a)中 , 圖 221( b) 為其交流通路 , 本電路中加入了內(nèi)阻為 Rs的電壓信號(hào)源 。 在畫(huà)出交流通路后 , 我們可以先畫(huà)出三極管的微變等效模型并確定它的三個(gè)電極 , 然后把交流通路中的其他元件按照原來(lái)在電路中的位置畫(huà)出 , 就得到了三極管的微變等效電路 , 并相應(yīng)標(biāo)出電路中的各電流 、 電壓量 。 由于僅考慮信號(hào)中的交流成分 , 因此微變等效電路中的電壓 、 電流都是交流量 , 如圖 221( c) 所示 。 第 2章 基本放大電路 圖 221 共發(fā)射極基本放大電路 ( a) 共發(fā)射極基本放大電路 。 ( b) 交流通路 。 ( c) 微變等效電路 第 2章 基本放大電路 (1) 電壓放大倍數(shù) Au。 由于圖 221(c)的微變等效電路都是由電阻和受控源這些線性元件構(gòu)成的 , 因此利用已有的求解線性電路的方法完全可以對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行計(jì)算 。 要注意的是 , 從圖 221( c) 的形式上看 , 微變等效電路的輸入 、 輸出回路并沒(méi)有什么聯(lián)系 。 第 2章 基本放大電路 根據(jù)這個(gè)思路 , 我們可以利用 這個(gè) “ 橋梁 ” , 分別寫(xiě)出輸入電壓 和輸出電壓 的表達(dá)式 bI?iU? oU?beLbeLLbebLcbiouLcbobebirRrRcRrIRRIUUARRIUrIU????????????????)//()//()//(?????????( 218) ( 219) ( 220) 第 2章 基本放大電路 ( 2) 輸入電阻 ri。 根據(jù)式 ( 210) 輸入電阻的定義和公式 ( 218) , 可以得到 bebbebiiibeibibRbirRrRIUrrURUIII//111???????????????( 221) 第 2章 基本放大電路 低頻小功率三極管的 rbe較小 , 只有 1~ 2 kΩ左右 , 一般有 Rbrbe, 可以認(rèn)為共射極基本放大電路的輸入電阻近似為 rbe, 顯然 , 這個(gè)阻值并不太大 。 實(shí)際上 , 我們并不一定完全按照定義來(lái)計(jì)算輸入電阻 , 采用觀察和定義計(jì)算相結(jié)合的方法更簡(jiǎn)單有效 。 由于輸出回路對(duì)輸入回路不產(chǎn)生影響 , 從圖 221中可以很明顯地看出: ri=Rb∥ rbe。 第 2章 基本放大電路 (3) 源電壓放大倍數(shù) 。 源電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓 和信號(hào)源電壓 的比值 , 源電壓放大倍數(shù)可以更真實(shí)地反映放大器的放大能力 。 由式( 211) , 得到源電壓放大倍數(shù)的計(jì)算公式為 usA?oU? sU?usiisous ARrrUUU ????????( 222) 第 2章 基本放大電路 ( 4) 輸出電阻 ro。 根據(jù)輸出電阻的定義 , 將信號(hào)源電壓短路 、 保留信號(hào)源內(nèi)阻 , 并把負(fù)載開(kāi)路 , 得到圖 222的微變等效電路 。 在放大電路的輸出端加上一個(gè)測(cè)試電壓 UT, 這個(gè)測(cè)試電壓和它所產(chǎn)生的測(cè)試電流 IT的比值就是放大器的輸出電阻 。 從圖 222可以看出 , 測(cè)試電壓 UT不對(duì)輸入回路產(chǎn)生影響 , 可以得到電路的輸出電阻 ro為 ccTTRUTTo RRUUIUrLs?????? /0 ????? ( 223) 第 2章 基本放大電路 圖 222 共發(fā)射極放大電路的輸出電阻 第 2章 基本放大電路 例 22 共發(fā)射極基本放大電路及參數(shù)如圖 221( a)所示, β= 40, UBE可忽略。 求: ( 1) 電路的靜態(tài)工作點(diǎn); ( 2) 電壓放大倍數(shù) Au; ( 3)源電壓放大倍數(shù) Aus; ( 4) 輸入電阻和輸出電阻。 第 2章 基本放大電路 ( 4) 輸入電阻和輸出電阻 。 ri≈ kΩ ro=Rc=4 kΩ 從上面的分析過(guò)程和典型例題的數(shù)據(jù) , 可以得出這樣的結(jié)論: 共發(fā)射極基本放大電路的電壓放大倍數(shù)較大 , 輸出電壓和輸入電壓反相 , 由于電壓放大能力很強(qiáng) , 因此應(yīng)用十分廣泛 。 作為一個(gè)電壓放大器來(lái)說(shuō) , 共發(fā)射極電路的輸入電阻不夠大 , 僅約為 rbe, 使放大器得到的輸入電壓比信號(hào)源電壓衰減很多 , 導(dǎo)致源電壓放大倍數(shù)下降 。 同樣 , 這個(gè)電路的輸出電阻相對(duì)較大 , 帶負(fù)載的能力不強(qiáng) 。 第 2章 基本放大電路 圖 223 例 23的電路圖 第 2章 基本放大電路 例 23 共發(fā)射極放大電路如圖 223所示。 已知UCC=20 V, Rc=6 kΩ, Rb=470 kΩ, β=45, RL=4 kΩ, Rs= kΩ, UBE= V, Re=1 kΩ, Ce為射極旁路電容, 在交流時(shí)可認(rèn)為短路。 求( 1) Q點(diǎn)的數(shù)值; ( 2) 源電壓放大倍數(shù) Aus; ( 3)輸入電阻 ri和輸出電阻 ro。 第 2章 基本放大電路 圖 224 例 23的微變等效電路 第 2章 基本放大電路 例 24 單級(jí)共發(fā)射極放大電路如圖 225所示 。 已知 UCC =20 V, Rc=6 kΩ, Rb=470 kΩ, β=45, RL=4 kΩ, R
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