基本的放大器電路

基本的放大器電路第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一§3.1BasicConcept放大器放大器是放大電信號的裝置，其基本任務是將微弱信號不失真地放大到所需的值，即用較小的信號去控制較大的信號。器件——電子管、晶體管、集成電路用途——放大電壓、電流、功率信號信號——大信號、小信號耦合方式——直接、阻容、變壓器、光電頻率——直流、低頻、高頻、視頻

放大器類型晶體管電壓小信號低頻阻容第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一.MainProperties1.GainVoltageGain衡量放大器放大微弱信號的能力CurrentGainIiUi+-IoUo+-PowerGainRSUS+-信號源RL負載AMP第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.InputResisterRi衡量放大器對輸入信號的衰減程度，其大小應從信號有效地傳輸來確定

傳輸電壓信號要求Ri>>RsSourceVoltageGainRiRLRSUS+-IiUi+-AMPIoUo+-Ri第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.OutputResisterRO衡量放大器對帶負載的能力，其大小應從信號有效地傳輸來確定當負載變化時，Uo基本不變，則要求Ro小RLRSUS+-IiUi+-IoUo+-AMP+-RORo的計算方法與電路分析一致RO第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一4.Distortions晶體管輸入、輸出特性的非線性產(chǎn)生非線性失真，uBEiBQDistortionsNonlinearLinear(Frequency)AmplitudePhase其大小與工作點位置、信號大小有關Auf0第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二.BasicCircuit—CE+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+--+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiB分析各元件的作用Ui=0，晶體管各極電流、電壓為直流值，放大器處于靜態(tài)(直流)工作。tuCEQUCEQtiBIBQtuBEUBEQtiCICQ加入輸入信號Ui后，晶體管各極電流、電壓隨信號而變，放大器處于動態(tài)(交流)工作。++第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+--+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiB晶體必須工作管在放大區(qū)信號能輸入信號能輸出波形基本不失真

習慣畫法C1+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-++-Uo第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一三.DCandACPass-+-+UBEQUCEQIBQICQ1.DCPass—FindQ-pointRcRb+Ucc(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)I1+-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)-UEE第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Example1若基極接地或負電壓，則偏置電流IBQ=0，管子截止，此時

UCEQ=UCC。若Rb=60KΩ，則IBQ=200uA，ICQ=8mA，UCEQ=-12V，這是不可能

的。此時放大器工作在飽和狀態(tài)，

UCEQ=

UCE(sat)，ICQ=βIBQ

不再成立。已知：UBE(on)=0.7V，β=40，UCC=12V，Rb=240KΩ，Rc=3KΩ。求靜態(tài)工作點Q。解：最大ICQM為[Ucc-UCE(sat)]/RC，

放大器工作在放大

區(qū)。

-+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccDiscussion第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Example2-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知：UBE(on)=0.7V，β=50，-UCC=-20V，Rb=200KΩ，Re=4KΩ。求靜態(tài)工作點Q。解：CONCLUSION管子截止時：UCEQ=UCC飽和時：UCEQ=UCES≈0第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.ACPass—FindAu、Ri、RoUsRsiC+UoC1UBBRbUCCRc+-+--+-+-RLUi+-+-uBEuCEiBC2++Uce+UoRsUsRbRc-+--RLUi+--UbeIcIb第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Example1PlotACpassoffigure(a)and(b)UiUoUiUoUiUiUo(a)UiUo(b)圖(a)和圖(b)的直流通路相同第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Example2PlotDCandACpass+UccDCPass+Ucc+-Us+-UoACPassUs+-+-Uo第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一§3.2BasicAnalysisofAmplifier圖解分析法：形象、直觀，但難以準確定量分析，用來分析非線性失真。等效電路法：對器件建模進行電路分析，運算

簡便，結(jié)果誤差小，僅適用于交

流小信號工作狀態(tài)。分析放大器靜態(tài)工作動態(tài)工作—求靜態(tài)點Q(直流通路)—求AuRiRo(交流通路)估算法圖解法等效電路法分析方法第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一.GraphicalAnalysisRsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應的曲線。用估算法求出基極電流IBQ（假設為40μA）AnalysisStep1.DCAnalysis第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。直流負載線

與輸出特性曲線上IB=40μA的交點就是靜態(tài)工作點Q，

由靜態(tài)工作點Q便可在坐標上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。

根據(jù)集電極電流iC與集、射間電壓uCE的

關系式uCE=UCC－iCRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC

。RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui

作直流負載線。第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一由uCE=UCC－iCRC所決定的直流負載線IB=40μA的輸出特性曲線過Q點作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點作垂線，在橫軸上的截距即為UCEQUccUcc/RcUcEQIcQ兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點QDCLoadLine第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一由輸出特性曲線和交流負載線求iC和uBE根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q畫放大器交流通路根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB

根據(jù)在輸出特性中畫交流負載線2.ACAnalysisAnalysisStep+-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+--UbeUceIcIb第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbUccUcc/RcUcEQIcQQACLoadLine交流負載線第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一tiB(uA)uBE(V)0402060ttic(mA)ICQ

IB=0

0

20μA

40μA

60μA

80μA

ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Q第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Q-pointandNonlinearDistortionsUccUcc/RcUcEQIcQQUCESRC↑—負載線斜率增小—

Q點沿IBQ=40uA曲線平移達Q3Rb↓—IBQ↑—

Q點沿負載線上移Rb↑—IBQ↓—

Q點沿負載線下移RC↓—負載線斜率增大—

Q點沿IBQ=40uA曲線平移達Q4Q1Rb↓Q2Rb↑Q3RC↑Q4RC↓—極限點Q1—

進入飽和狀態(tài)—

極限點Q2

—

進入截止狀態(tài)第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一UCEQICQSaturationDistortions第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一UCEQICQCutoffDistortionsCutoffDistortions第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一放大器中的各個量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。由于C2的隔直作用，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量，且與輸入電壓ui反相。放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負載電阻RL越小，交流負載線越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。靜態(tài)工作點Q設置得不合適，會產(chǎn)生非線性失真。即Q點選得偏高，易產(chǎn)生飽和失真；Q點選得偏低，易產(chǎn)生截止失真。Summary第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一微變等效電路分析法：非線性元件晶體管在工作點附近的微小范圍內(nèi)，可等效成一個線性電路，此時放大電路可用線性電路的分析方法來分析。二.Small-SignalEquivalentCircuitAnalysisAnalysisStep用估算法計算靜態(tài)工作點Q，并求出rbe畫出交流通路晶體管用交流小信號等效電路代替用電路分析法計算Au、Ri、Ro第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一+UoRsRbRcUs+-+--RLUi+-+-UbeUceIcIbbrbeeceIcIb+-UbeecrbebeRsRbUs+--+Ui+UoRc-RLIbIc第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一計算Au、Ri、RoecrbebeRsRbUs+--+Ui+UoRc-RLIbIcRiRoRL'=RC//RL計算Ro的方法是：信號源短路，負載RL斷開，在輸出端加電壓U，求出由U產(chǎn)生的電流I，則

第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一FEATURES輸出電壓信號與輸入電壓信號反相電壓放大倍數(shù)大輸入電阻小輸出電阻大CEAMP第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Example1已知：Ucc=12V，Rs=1kΩ，Rb=300kΩ，Rc=3kΩ，RL=3kΩ，

β=50。試求：1.RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓增益Au；2.輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；3.輸出端開路時的源電壓增益Aus。C1+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-++-Uo解：先求靜態(tài)工作點Q第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一再計算rbe78第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一已知：UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，β=50

RE=2kΩRL=3kΩ。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。解：1.用估算法計算靜態(tài)工作點Example2第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.求輸入電阻和輸出電阻2.求電壓放大倍數(shù)第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一§3.3Common-CollectorAmplifier一.DCAnalysisReICQ+－+

－Rb1

IBQUCEQUBEQ+UccRb2RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2Rb1

ReRb2第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一1.Au二.ACAnalysis

RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2Rb1

ReRb2

sUrbe

bIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.輸入電阻RiRiRorbe

sUbIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

Rb第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一rbe

3.輸出電阻Ro方法：信號源Us短路，去掉負載RL，輸出端加電壓U，產(chǎn)生電流I，Ro=U/I。bI+U－

bIb

RsRb1

ReceIbI1IcRb2

Ro第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一FEATURES輸出電壓信號與輸入電壓信號同相電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1輸入電阻大輸出電阻很小CCAMP常用作緩沖極、隔離極。第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一己知：UCC=12V，Rb=200kΩ，Re=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，

β=50。試求：1.估算靜態(tài)工作點；2.電壓增益

Au；3.輸入電阻

Ri；4.輸出電阻

Ro。解：1.用估算法計算靜態(tài)工作點Example1RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2RbRe第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.Au3.Ri4.Ro第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一己知：UCC=12V，Rb=100kΩ，Rb1=40kΩ，Rb2=80kΩ，Re=3.6kΩ，RL=3.6kΩ，RS=100Ω，UBE(on)=0.8V，β=50。試求：解：1.用估算法計算靜態(tài)工作點Example2RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2Rb1ReRbRb21.估算靜態(tài)工作點；2.電壓增益

Au；3.輸入電阻

Ri；4.輸出電阻

Ro。第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.Au、Ri、RosUrbe

bIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

RiRoRb第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一§3.4Common-BaseAmplifier一.DCAnalysisRsUs－RL+Uo－C1C2Rb1

ReRb2+UccRc+CbRe+－+

－Rb1

IBQUCEQUBEQ+UccRb2ICQRc第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二.ACAnalysis

rbe

sUbIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsReRcRLceIbIeIcRiRo第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一FEATURES輸出電壓信號與輸入電壓信號同相電壓放大倍數(shù)大輸入電阻很小輸出電阻大CBAMP第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一§3.5FETAmplifier一.BiasCircuits1.Self-biasCircuit只要偏壓，不要偏流。FET種類較多，應用時注意極性。RgRsRd+UDD－+UDSQUGSQ－+IDQFeatures由求出UGSQ和IDQIDUGS0QIDQUGSQ第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

Rg1

Rg2

RsRd

+UDD

－+UDSQUGSQ－+IDQ由求出UGSQ和IDQIDUGS0QIDQUGSQUG2.VoltageDividerBiasing第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二.FETAmplifier1.靜態(tài)分析

Rg1

+UDDC1

+－

Rg2RsRdRgC2CsUi+－UoRLCommon-SourceAmplifier

根據(jù)分壓式偏置電路求靜態(tài)工作點第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.動態(tài)分析UgsgIi+oU－

+

－

Rg1RdRLsdIdRg2

RiRo+－RgiU第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Common-DrainAmplifier1.靜態(tài)分析

Rg1

+UDDC1

+－

Rg2RsRgC2Ui+－UoRL

根據(jù)分壓式偏置電路求靜態(tài)工作點第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.動態(tài)分析UgsgIi+oU－

+

－

Rg1RLsdIdRg2

RiRo+－RgiURs第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一不失真地、有效地傳遞信號常用耦合方式§3.6MultistageAmplifiers1.InterstageCouplingMode一.BiasProblems要求直接耦合變壓器耦合阻容耦合輸入級中間級輸出級信號源負載第53頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一缺點：前、后級靜態(tài)工作點相互有影響，需考慮電平配置和零漂。優(yōu)點：易