【硬件设计】模拟电子基础二--放大电路

news2024/11/18 7:50:51

模拟电子基础二--放大电路

  • 一、基本放大电路
    • 1.1 初始电路
    • 1.2 静态工作点
    • 1.3 分压偏置电路
  • 二、负反馈放大电路
  • 三、直流稳压电路

前言:本章为知识的简单复习,适合于硬件设计学习前的知识回顾,不适合运用于考试。


一、基本放大电路

1.1 初始电路

如图所示:
在这里插入图片描述

  • es:输入电源
  • Rs:输入电源的负载
  • Uo:输出电源
  • RL:输出负载
  • VCC:①为电路提供能量②为电路提供合适的静态工作点
  • RB:为电路提供合适的静态电流
  • RC:将放大的电流信号转变为电压信号
  • C1、C2:隔直通交

各元器件的取值

  • 三极管放大电路是小信号的放大,常用器件最大通过的电流也只有几百毫安,所以输入信号不能太大
  • 对于三极管放大电路的设计,基极电阻取值Rb一般为几十到几百千欧集电极电阻Rc一般为几千到几十千欧
  • C1、C2作为隔直通交的电容,取值一般为几微法到几十微法

电路分析:

总基极电压:UBE = UBEQ + Ui
总基极电流:iB = IBQ + ib
总集电极电流: iC = ICQ + ic
总的UCE = VCC-iC RC
化简:UCE = VCC - (ICQ + ic)RC = UCEQ + (-iC RC)
Uo = -ic RC
得出结论:输出信号反向

Multisim仿真图:
在这里插入图片描述


1.2 静态工作点


当电路没有加入信号源时,直流电源VCC为电路提供的静态值,电路工作在Q点。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

①当VCC改变时,Rb 、Rc 、β保持不变时,Q点变化如下:
在这里插入图片描述

  • 升高VCC,平行右上移
  • 减小VCC,平行左下移

②当改变Rc ,保持VCC、Rb 、β不变时,变化如下:
在这里插入图片描述

  • 增大Rc,直流负载线斜率改变,则Q点向饱和区移近

基本放大电路的不足:

这种电路虽然结构简单,但是最大的缺点是静态工作点不稳定,当环境温度变化,电源电压波动,或者更换三极管时,都会使原来的静态工作点改变,严重时会使放大器不能工作。


1.3 分压偏置电路

在这里插入图片描述
在原电路基础上增加了RB2 、 Re 、C3

放大倍数β = Rc/Re

特点:

  1. 分压偏置电路,它的静态工作点,与三极管本身的参数无关,它只取决于外接电路的VCC和 RB1、RB2、Re
  2. 射极电容C3作为旁路电容,通交隔直,提高输出级的放大倍数的作用。
    因为在交流电路分析中,如果Re被引入电路是要增加电源的功耗。输出的信号有一部分消耗到了Re上,现在,加入了C1,那么对于交流电,这完全是被短路了,所以不会影响输出。

Multisim仿真图:
在这里插入图片描述



二、负反馈放大电路

定义:

凡是将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部引回到输入端,与输入信号叠加,就称为反馈。

  • 负反馈: 引回的信号削弱了输入信号
  • 正反馈: 引回的信号增强了输入信号

在这里插入图片描述

A = Xo/Xd ,
F = Xf / Xo ,
Af = Xo / Xf = X0 / (Xd + Xf) = A / (1+AF)
A ≈ 1/F

A: 无反馈的放大系数,F:反馈系数,Af:有反馈的放大系数
Xo:输出量,Xf:反馈量,Xi:未加反馈的输入量,Xd:加反馈的输入量

根据公式可知:
在深度负反馈条件下,即1+AF>>1时,此时,闭环放大倍数仅取决于反馈系数F,而与开环放大倍数A无关。
通常反馈网络仅由电阻构成,反馈系数F十分稳定。所以,闭环放大倍数必然是相当稳定的,诸如温度变化、参数改变、电源电压波动等明显影响开环放大倍数的因素,都不会对闭环放大倍数产生多大的影响。

负作用:

  1. 稳定静态工作点;稳定放大倍数;改善输入电阻和输出电阻,扩展通频带,改善输出信号波形。
  2. 引入负反馈后,失真了的信号经反馈网络又送回到输入端,与输入信号反相叠加,得到的净输入信号为正半周小而负半周大。这样正好弥补了放大器的缺陷,使输出信号比较接近于正弦波。

正反馈:

  • 当|AF=1时,
    放大量和反馈量成倒数关系,电路将产生自激,去除信号源也将产生信号的输出
  • 当|AFI>1时,
    放大量过大,输出信号将不断增加,如果无及时的限制措施,信号将出现严重失真
  • 当|AF|<1时,
    此时反馈量过大,信号将不断衰减,直到消失


三、直流稳压电路

Multisim仿真图:
在这里插入图片描述

  1. 整流二极管的选择

    (这里的Uo为变压器副线圈输出的有效值)选择应该是反相电压大于UZMAX的为整流管。
  2. 电容C1的选择
    (经过电容输出的电压为1.2UO),选择耐压值大于1.1 √2uo大约为1.55倍的Uo
  3. 变压器的选择
    应该选择变压电压大于稳压块电压,电流大于需要的输出电流的变压器。
  4. C3作为旁路电容,滤除输入线上窜入的干扰信号,防止自激,选择电容大小一般是0.3uF。
    C2和C4作为耦合电容,,滤除输出线上的干扰,和自激,以及对输出线上电压的突变,提供储能的作用。
  5. 稳压块
    (1)LM7805的引脚及功能
    Input:电压输入端,其输瑞入电压范围为7~35V.
    Ground:电源地端。
    Output:电压输出端,典型值为5V。
    最大电流:1.5A。
    (2)LM7912的引脚及功能
    Ground:电源地端。
    Input:电压输入端,其输人电压范围为-14.5~-35V.
    Output:电压输出端,典型值为-12V.
    最大电流:1.5A。
    (3)LM317的引脚及功能
    Adjust:调节端。
    Output:电压输出端,可输出1.25~37V可调的电压。
    Input:电压输入端,其输人电压最大值为40V
    最大电流:1.5A.

可调稳压源设计
在这里插入图片描述

1、正常工作时,输出端和调整端间的电压VREF固定为1.25V。
2、要使稳压块正常工作,必须保证输出端和调整端间的电流大于3.5mA。
所以,如果取电流为6mA,那么R1MAX=1.25V/6mA=208欧,因此,R1可选用200欧的普通碳膜电阻
3、若输出电压取12V,根据公式Vo=1.25(1+R2/R1)V,R2=1720欧。因此,R2可选用2k欧的精密绕线电位器。



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