放大器的基本工作原理

放大器的基本工作原理§

3.1BasicConcept放大器

放大器是放大電信號的裝置，其基本任務(wù)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2一.MainProperties1.GainVoltageGain衡量放大器放大微弱信號的能力CurrentGainIiUi+-IoUo+-PowerGainRSUS+-信號源RL負(fù)載AMP32.InputResisterRi

衡量放大器對輸入信號的衰減程度，其大小應(yīng)從信號有效地傳輸來確定

傳輸電壓信號要求Ri>>RsSourceVoltageGainRiRLRSUS+-IiUi+-AMPIoUo+-Ri43.OutputResisterRO

衡量放大器對帶負(fù)載的能力，其大小應(yīng)從信號有效地傳輸來確定

當(dāng)負(fù)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RO54.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(diǎn)位置、信號大小有關(guān)Auf06二.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。++7+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(xí)慣畫法C1+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-++-Uo8大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜9三.DCandACPass-+-+UBEQUCEQIBQICQ1.DCPass—FindQ-pointRcRb+Ucc(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)10Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)I1+-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)-UEE11Example1

若基極接地或負(fù)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(diǎn)Q。解：

最大ICQM為[Ucc-UCE(sat)]/RC，

放大器工作在放大

區(qū)。-+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccDiscussion12Example2-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知：UBE(on)=0.7V，β=50，-UCC=-20V，

Rb=200KΩ，Re=4KΩ。求靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解：CONCLUSION

管子截止時：UCEQ=UCC

飽和時：UCEQ=UCES≈0132.ACPass—FindAu、Ri、RoUsRsiC+UoC1UBBRbUCCRc+-+--+-+-RLUi+-+-uBEuCEiBC2++Uce+UoRsUsRbRc-+--RLUi+--UbeIcIb14Example1PlotACpassoffigure(a)and(b)UiUoUiUoUiUiUo(a)UiUo(b)

圖(a)和圖(b)的直流通路相同15Example2PlotDCandACpass+UccDCPass+Ucc+-Us+-UoACPassUs+-+-Uo16§

3.2BasicAnalysisofAmplifier圖解分析法：形象、直觀，但難以準(zhǔn)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(jìn)行電路分析，運(yùn)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(diǎn)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17一.GraphicalAnalysisRsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui

根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應(yīng)的曲線。

用估算法求出基極電流IBQ（假設(shè)為40μA）AnalysisStep1.DCAnalysis18

求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并確定UCEQ、ICQ的值。直流負(fù)載線

與輸出特性曲線上IB=40μA的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q，

由靜態(tài)工作點(diǎn)Q便可在坐標(biāo)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(guān)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(fù)載線。19由uCE=UCC－iCRC所決定的直流負(fù)載線IB=40μA的輸出特性曲線

過Q點(diǎn)作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ

過Q點(diǎn)作垂線，在橫軸上的截距即為UCEQUccUcc/RcUcEQIcQ兩者的交點(diǎn)Q就是靜態(tài)工作點(diǎn)QDCLoadLine20

由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC和uBE

根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點(diǎn)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(fù)載線2.ACAnalysisAnalysisStep+-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+--UbeUceIcIb21-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbUccUcc/RcUcEQIcQQACLoadLine交流負(fù)載線22tiB(uA)uBE(V)0402060ttic(mA)ICQ

IB=0

0

20μA

40μA

60μA

80μA

ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Q23Q-pointandNonlinearDistortionsUccUcc/RcUcEQIcQQUCESRC↑—

負(fù)載線斜率增小—

Q點(diǎn)沿IBQ=40uA曲線平移達(dá)Q3Rb↓—IBQ↑—

Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移Rb↑—IBQ↓—

Q點(diǎn)沿負(fù)載線下移RC↓—

負(fù)載線斜率增大—

Q點(diǎn)沿IBQ=40uA曲線平移達(dá)Q4Q1Rb↓Q2Rb↑Q3RC↑Q4RC↓—

極限點(diǎn)Q1—

進(jìn)入飽和狀態(tài)—

極限點(diǎn)Q2—

進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)24UCEQICQSaturationDistortions25UCEQICQCutoffDistortionsCutoffDistortions26

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(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載線越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適，會產(chǎn)生非線性失真。即Q點(diǎn)選得偏高，易產(chǎn)生飽和失真；Q點(diǎn)選得偏低，易產(chǎn)生截止失真。Summary27微變等效電路分析法：非線性元件晶體管在工作點(diǎn)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(diǎn)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、Ro28+UoRsRbRcUs+-+--RLUi+-+-UbeUceIcIbbrbeeceIcIb+-UbeecrbebeRsRbUs+--+Ui+UoRc-RLIbIc29計算Au、Ri、RoecrbebeRsRbUs+--+Ui+UoRc-RLIbIcRiRoRL'=RC//RL計算Ro的方法是：信號源短路，負(fù)載RL斷開，在輸出端加電壓U，求出由U產(chǎn)生的電流I，則

30FEATURES

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CEAMP31Example1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(diǎn)Q32再計算rbe7833已知：UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，β=50

RE=2kΩRL=3kΩ。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，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(diǎn)Example2343.求輸入電阻和輸出電阻2.求電壓放大倍數(shù)35§3.3Common-CollectorAmplifier一.DCAnalysisReICQ+－+

－Rb1

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

ReRb2361.Au二.ACAnalysis

RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2Rb1

ReRb2

sUrbe

bIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

372.輸入電阻RiRiRorbe

sUbIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

Rb38rbe

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

bIb

RsRb1

ReceIbI1IcRb2

Ro39FEATURES

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。40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(diǎn)；

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(diǎn)Example1RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2RbRe412.Au3.Ri4.Ro42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(diǎn)Example2RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2Rb1ReRbRb21.估算靜態(tài)工作點(diǎn)；2.電壓增益

Au；3.輸入電阻

Ri；4.輸出電阻

Ro。432.Au、Ri、RosUrbe

bIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

RiRoRb44§3.4Common-BaseAmplifier一.DCAnalysisRsUs－RL+Uo－C1C2Rb1

ReRb2+UccRc+CbRe+－+

－Rb1

IBQUCEQUBEQ+UccRb2ICQRc45二.ACAnalysis

rbe

sUbIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsReRcRLceIbIeIcRiRo46FEATURES

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CBAMP47§3.5FETAmplifier一.BiasCircuits1.Self-biasCircuit只要偏壓，不要偏流。FET種類較多，應(yīng)用時注意極性。RgRsRd+UDD－+UDSQUGSQ－+IDQFeatures由求出UGSQ和IDQIDUGS0QIDQUGSQ48

Rg1

Rg2

RsRd

+UDD

－+UDSQUGSQ－+IDQ由求出UGSQ和IDQIDUGS0QIDQUGSQUG2.VoltageDividerBiasing49二.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(diǎn)502.

動態(tài)分析UgsgIi+oU－

+

－

Rg1RdRLsdIdRg2

RiRo+－RgiU51Common-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(diǎn)522.

動態(tài)分析UgsgIi+oU－

+

－

Rg1RLsdIdRg2

RiRo+－RgiURs53不失真地、有效地傳遞信號