基本的放大器电路.ppt

chap.3 basic amplifier circuits,checkpoint,放大器的基本工作原理 用图解法分析共发射极放大器的静态工作点，及 最大不失真输出幅度。 用小信号等效电路分析bjt三种组态放大器和fet 共源放大器，并进行比较。 用小信号等效电路分析等效电路分析多级放大器 的性能。 了解放大器的频率特性。, 3.1 basic concept,放大器是放大电信号的装置，其基本任务是将微弱信号不失真地放大到所需的值，即用较小的信号去控制较大的信号。,器件电子管、晶体管、集成电路,用途放大电压、电流、功率信号,信号大信号、小信号,耦合方式直接、阻容、变压器、光电,频率直流、低频、高频、视频,放大器 类型,一. main properties,1. gain,voltage gain,衡量放大器放大微弱信号的能力,current gain,power gain,2. input resister ri,衡量放大器对输入信号的衰减程度，其大小应从 信号有效地传输来确定,传输电压信号要求rirs,source voltage gain,3. output resister ro,衡量放大器对带负载的能力，其大小应从 信号有效地传输来确定,当负载变化时，uo基本不变，则要求ro小,ro的计算方法与电路分析一致,4. distortions,晶体管输入、输出特性的 非线性产生非线性失真，,distortions,nonlinear,linear(frequency),amplitude,phase,其大小与工作点位置、信 号大小有关,二. basic circuitce,分析 各元件的作用,ui=0，晶体管各极电流、电压为直流 值，放大器处于静态(直流)工作。,加入输入信号ui后，晶体管各极电流、 电压随信号而变，放大器处于动态(交 流)工作。,+,+,晶体必须工作管在放大区 信号能输入 信号能输出 波形基本不失真,习惯画法,三. dc and ac pass,1. dc passfind q-point,example 1,若基极接地或负电压，则偏置电流ibq=0，管子截止，此时 uceq=ucc 。,若rb=60k，则ibq=200ua，icq=8ma，uceq=-12v，这是不可能 的。此时放大器工作在饱和状态， uceq= uce(sat)，icq=ibq 不再成立。,已知：ube(on)=0.7v，=40，ucc=12v， rb=240k， rc=3k。求静态 工作点q 。,解：,最大icqm为ucc-uce(sat)/rc， 放大器工作在放大 区。,discussion,example 2,-ucc,解：,conclusion 管子截止时：uceq=ucc 饱和时：uceq=uces 0,2. ac passfind au、ri、ro,example 1 plot ac pass of figure (a) and (b),图(a)和图(b)的直流通路相同,example 2 plot dc and ac pass, 3.2 basic analysis of amplifier,图解分析法：形象、直观，但难以准确定量分 析，用来分析非线性失真。,等效电路法：对器件建模进行电路分析，运算 简便，结果误差小，仅适用于交 流小信号工作状态。,分析 放大器,静态工作,动态工作,求静态点q(直流通路),求au ri ro(交流通路),估算法,图解法,等效电路法,分析方法,一. graphical analysis,根据ibq在输出特性曲线中找到对应的曲线。,用估算法求出基极电流ibq（假设为40a）,analysis step,1. dc analysis,求静态工作点q，并确定uceq、icq的值。直流负载线 与输出特性曲线上ib=40a的交点就是静态工作点q， 由静态工作点q便可在坐标上查得静态值icq 和uceq 。,根据集电极电流ic与集、射间电压uce的 关系式uce=uccicrc可画出一条直线，该直线在纵轴 上的截距为ucc/rc ，在横轴上的截距为ucc 。,作直流负载线。,由uce=uccicrc所决定的直流负载线,ib=40a的输出特性曲线,过q点作水平 线，在纵轴上 的截距即为icq,过q点作垂线， 在横轴上的截 距即为uceq,ucc,ucc/rc,由输出特性曲线和交流负载线求ic和ube,根据静态分析方法，求出静态工作点q,画放大器交流通路,根据ui在输入特性上求ube和ib,根据 在输出特性中画交流负载线,2. ac analysis,analysis step,交流负载线,ib(ua),q-point and nonlinear distortions,uces,rc 负载线斜率增小 q点沿ibq=40ua曲线平移达q3,rb ibq q点沿负载线上移,rb ibq q点沿负载线下移,rc 负载线斜率增大 q点沿ibq=40ua曲线平移达q4, 极限点q1 进入饱和状态, 极限点q2 进入截止状态,saturation distortions,cutoff distortions,cutoff distortions,放大器中的各个量ube，ib，ic和uce都由直流分量和交流分量两部分组成。 由于c2的隔直作用，放大器的输出电压uo等于uce中的交流分量，且与输入电压ui反相。 放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻rl越小，交流负载线越陡，使uom减小，电压放大倍数下降。 静态工作点q设置得不合适，会产生非线性失真。即q点选得偏高，易产生饱和失真；q点选得偏低，易产生截止失真。,summary,微变等效电路分析法：非线性元件晶体管在工作点附近的微小范围内，可等效成一个线性电路，此时放大电路可用线性电路的分析方法来分析。,二. small-signal equivalent circuit analysis,analysis step,用估算法计算静态工作点q，并求出rbe,画出交流通路,晶体管用交流小信号等效电路代替,用电路分析法计算au、ri、ro,计算au、ri、ro,rl=rc/rl,计算ro的方法是：信号源短路，负载rl断开，在输出端加电压u，求出由u产生的电流i，则,features,输出电压信号与输入电压信号反相 电压放大倍数大 输入电阻小 输出电阻大,ce amp,example 1,解：先求静态工作点q,再计算rbe,78,已知：ucc=12v，rb1=20k，rb2=10k，rc=3k，=50 re=2krl=3k。试估算静态工作点，并求电压增益、 输入电阻和输出电阻。,解：1.用估算法计算静态工作点,example 2,3.求输入电阻和输出电阻,2.求电压放大倍数,3.3 common-collector amplifier,一. dc analysis,1.au,二. ac analysis,2. 输入电阻ri,rbe,3. 输出电阻ro,方法：信号源us短路，去掉负载rl，输出端加电压u，产生 电流i，ro=u/i。,features,输出电压信号与输入电压信号同相 电压放大倍数小于1，但约等于1 输入电阻大 输出电阻很小,cc amp,己知：ucc=12v，rb=200k，re=2k，rl=3k，rs=100， =50。 试求：1.估算静态工作点； 2.电压增益 au； 3.输入电阻 ri； 4.输出电阻 ro。,解：1.用估算法计算静态工作点,example 1,2. au,3. ri,4. ro,己知：ucc=12v，rb=100k，rb1=40k，rb2=80k，re=3.6k， rl=3.6k，rs=100，ube(on)=0.8v， =50。试求：,解：1.用估算法计算静态工作点,example 2,1.估算静态工作点； 2.电压增益 au； 3.输入电阻 ri； 4.输出电阻 ro。,2. au、 ri、 ro,3.4 common-base amplifier,一. dc analysis,二. ac analysis,features,输出电压信号与输入电压信号同相 电压放大倍数大 输入电阻很小 输出电阻大,cb amp,3.5 fet amplifier,一. bias circuits,1. self-bias circuit,只要偏压，不要偏流。 fet种类较多，应用时注意极性。,features,2. voltage divider biasing,二. fet amplifier,1. 静态分析,common-source amplifier,根据分压式偏置电路求静态工作点,2. 动态分析,common-drain amplifier,1. 静态分析,rg1,+udd,c1,+,rg2,rs,rg,c2,ui,+,uo,rl,根据分压式偏置电路求静态工作点,2. 动态分析,不失真地、有效地传递信号,常用耦合方式,3.6 multistage amplifiers,1.interstage coupling mode,一. bias problems,要 求,缺点：前、后级静态工作点相互有影响，需考 虑电平配置和零漂。,优点：易实现阻抗匹配。原、副边可以不共地。 输出电压的极性可随意改变。,缺点：体积大，尤其是低频工作时。,缺点：低频工作时，信号较难通过耦合电容。,优点：可放大缓变的信号、便于电路集成化,直接耦合,变压器耦合,阻容耦合,优点：容易实现，各级工作点独立。,2. selection of configuration,输入级,中间级,输出级,高效率地输出功率,3. selection of quiescent point,4. common-source coupling,二. gain、input and output resistance,calculation,明确各级电路的组态，正确使用计算公式。,计算电压增益时，需把后级的输入电阻作为前级 的负载电阻。,多级放大器的输入电阻，一般地讲就是第一级的 输入电阻。若第一级是cc组态，则需考虑第二级 的输入电阻。,多级放大器的输出电阻，一般地讲就是末级的输 出电阻。若末级是cc组态，则需把前级的输出电 阻作为末级的信号源内阻。,3.7 amplifier frequency response,放大器要放大的信号通常不是一个单一频率的正 弦波