基本放大电路的构成(概念,构建思路、阻容耦合、直接耦合、工作原理、放大电路的性能指标)
放大电路的构成
到底是要放大什么?
举个例子:
扬声器
左侧小功率信号,小电压小电流,经过放大电路输出是大电压大电流,放大的是功率。
放大的概念
特征:功率的放大
本质:能量的控制,能量的转换。
组成的必要条件:要有这么一个能量控制的元件。有源元件
前提:不失真。保真
测试信号:正弦波。(正弦波可以扫频测试)
如何构建基本放大电路
目标:小功率信号→大功率
条件:元件、能量
技术路线:
1.晶体三极管工作在放大状态下
2.小信号→iB(UBE)
3.合理的输出
看下图
从输入来看,如果没有VBB和Rb,ui直接做为输入,这个时候发射结可能直接打不开,所以要这个小交流信号要骑在一个较大的直流电源上,如果不加Rb,有悖于二极管的特性,二极管可能直接爆了,所以要加Rb,一方面分压一方面限流。再看输出,如果没有Rc,Uo两端的电压就是Uce,放大的信号没法输出,但是加上Rc之后,Rc的压降就随Ic而变化,这个时候放大的Ic就能转化为电压输出。其实Ib之所以能够实现Vcc对Ic的控制就是因为Rc分压的存在。
有了上面的理解,下面的波形理解起来就比较简单了,对于波形曲线的下面两条之后再说。
直接耦合与阻容耦合
最上面所讲放大电路,有两个电源VBB和VCC,太过于麻烦,所以这里将两个电源合并成一个,只需要调节上面图中Rb2和Rc值的大小,就可以控制集电结于发射结的反偏与正偏。但是这样接,交流信号不能直接夹在Rb2与基极之间,因为交流信号两个脚都对地浮空会产生很大的干扰,所以只能加在图中的那个位置,那为什么要加Rb1呢?如果不加Rb1,基极的点位就是Ui,Vcc产生的电流不会经过Rb2流向发射结,会经过Ui流向地,所以在这里加一个电阻,此时基极的点位就是Ui与Vcc经过两个电阻降压之后的叠加。这个电路叫直接耦合。
从直接耦合到阻容耦合,为什么这么做?因为在放大的过程中希望输入的交流信号是原本的样子,而在阻容耦合中基极的电位是经过Rb1降压之后的,所以将Rb1变成了电容C1,实现隔直通交,并且基极点位就是Ui信号的叠加,对于输入端,直接耦合的输出是交流加直流,实际中希望输出的也是交流信号放大之后的交流信号,不希望有直流的掺入,所以也加一个电容将直流给阻隔掉。阻容耦合交流信号频率比较高,电容相当于短路,输入用的是容量比较大的电解电容。
工作原理
无输入信号时,电路很简单,将两个电容去掉只看核心部分,从输入特性曲线来讲,每个UBE对应一个IB,就是图中的前两个曲线,从输出特性曲线来讲,每个IB对应一个IC,就是第三个曲线,从图中来看,根据KVL,UCE=VCC-RC*IC,就对应一个UCE。就是第四个曲线。
当有交流信号的时候,Ui的变化会引起UBE的变化,UBE的变化会引起IB的变化,IB骑在直流上始终是正的,所以IB的变化必定会引起IC的变化,这里前面三个曲线讲完,第四个因为UCE=VCC-ICRC,所以正好相反,IC变大UCE变小,就是第四个曲线,Uo再经过电容的作用将直流革除,就得到了Uo的曲线。
性能指标
评判一个放大电路的好坏
示意图
前后分别使用戴维南定理。
从输入端看过去,Ri是输入的等效电阻,那么Ri越大越好还是越小越好呢?
两个方面来说:
1.Us是一个小信号输入源,其功率并不是图中理想电压源无穷大的,所以要降低其功率的话,就要降低输入电流,Rs是不变的,所以只能增大Ri,所以Ri越大越好。
2.输入信号Ui=Ri/(Ri+Rs)*Us,我们需要比较大的Ui输入,所以从公式来看也是Ri越大越好。
从输出来看,Ro是输出电阻。
我们希望的是当输出Uo的时候,希望RL变化的时候Uo的变化很小,所以Ro越小越好。
上面的两个分析输入输出都是电压的情况。
放大倍数
Auu Aui Aii Aiu
输入电阻Ri
输出电阻Ro
前一级的RL就是后一级的Ri。
通频带
低频段原因?
因为阻容耦合电路里面,当频率过小的时候C1和C2的容抗非常大,放大作用就会变弱。
高频段原因
因为三极管两个结电容的存在,频率过高两个电容直接通了,起到旁路的作用了,放大能力也会变弱。
通频带放大什么通频带会不一样,例如声音正常人听到的就在20到30k,如果通频带再几百k放大了是听不到的。
非线性失真
最大不失真电压
超过这个值开始失真
最大输出功率与效率
保证信号不失真的情况下,最大输出功率,做功放要讲究效率,就是输出功率与输入功率的比。