基本的放大器电路

1、 放大器放大器 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 放大器放大器 类型类型 晶体管 电压 小信号 低频 阻容 voltage gain i o u u u a 衡量放大器放大微弱信号的能力 i o i i i a current gain ii ui + - io uo + - i o i o u u u u u dbalg20)( i o p p p a power gain r

2、s us + - - 信号源 rl 负载 amp 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 i i i i u r 传输电压信号要求传输电压信号要求rirsrs source voltage gain is i u s o us rr r a u u a ri rl rs us + - - ii ui + - amp io uo + - ri 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 o o o i u r 当负载变化时，当负载变化时，uouo基本不变，则要求基本不变，则要求roro小小 rl rs us + - - ii ui + - io uo +

3、 - amp + - - ro o u roro的计算方法与电路分析一致的计算方法与电路分析一致 ro 晶体管输入、输出特性的 非线性产生非线性失真， ube ib q amplitude phase 其大小与工作点位置、信 号大小有关 au f 0 + uo rs c1 ubb rb ucc rc c2 us + - + - - + - + - rl ui + - + - ube uce ic ib 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。 t uceq uceq t ib ibq t ube ubeq t ic icq 加入输入信号ui后，

4、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。 + + + uo rs c1 ubb rb ucc rc c2 us + - + - - + - + - rl ui + - + - ube uce ic ib v晶体必须工作管在放大区 v信号能输入 v信号能输出 v波形基本不失真 习惯画法 c1 + - rl rb rs us +ucc c2 rc ui - + + - uo - + - + ubeq uceq ibq icq b cc b beqcc bq r u r uu i bqcq ii rciuu cqccceq re)1(r uu i b beqcc bq bqc

5、q ii re)rc(iuu cqccceq rc rb +ucc (1)(1) + - + ubeq uceq ibq icq rc rb +ucc re ieq (2)(2) 2bb1 b2 bq rr r uccu cq beqbq eq i re uu i re)rc(iuu cqccceq rb2 + - + ubeq uceq ibq icq rc rb1 +ucc re ieq (3)(3) i1 bq1 ii + - + ubeq uceq icq rc +ucc re ieq (4)(4) -uee cq beqee eq i re uu i re)rc(i)uu(u cqe

6、eccceq 若基极接地或负电压，则偏置电流i ibqbq=0=0，管子截止，此时 u uceqceq=u=ucc cc 。 若rbrb=60k=60k，则i ibqbq=200ua=200ua，i icqcq=8ma=8ma，u uceqceq=-12v=-12v，这是不可能这是不可能 的。此时的。此时放大器工作在饱和状态， u uceqceq= = u uce(ce(satsat) )，i icqcq=i=ibq bq 不再成立。 已知：已知：u ube(be(onon) )=0.7v=0.7v，=40=40，u ucccc=12v=12v， r rb b=240k=240k， rcrc=

7、3k=3k。求静态。求静态 工作点工作点q q 。 a50 k240 v7 . 012 ibq 解：解： v63212uceq ma2ii bqcq 最大i icqmcqm为ucc-uucc-uce(ce(satsat) )/rc/rc， 放大器工作在放大放大器工作在放大 区。区。 cqm bq i i - + - + ubeq uceq ibq icq rc rb +ucc discussion discussion -ucc rb + - + ubeq uceq ibq icq ieq re 已知：已知：u ube(be(onon) )=0.7v=0.7v，=50=50，-u-ucccc=

8、-20v=-20v， r rb b=200k=200k， re=4kre=4k。求静态工。求静态工 作点作点q q。 a50 450200 7 . 020 ibq 解：解： v1045 . 220uceq ma5 . 2ii bqcq conclusion 管子截止时：管子截止时：uceq=ucc 饱和时：饱和时：uceq=uces 0 us rs ic + uo c1 ubb rb ucc rc + - + - - + - + - rl ui + - + - ube uce ib c2 + + uce + uo rs us rb rc - + - - rl ui + - ube ic ib

9、ui uo ui uo ui ui uo (a) ui uo (b) 图(a)和图(b)的直流通路相同 +ucc dc pass +ucc + - us + - uo ac pass us + - + - uo 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：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。 静态工作 动态工作 求静态点q(直流通路直流通路) 求au ri ro(交流通路交流通路) 估算法 图解法 等效电路法等效电路法 rs us + uo rb ucc rc c2 - + - rl + - + - ub

10、e uce ic ib c1 ubb + - + - + - ui 根据i ibq bq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i ibq bq（假设为40a 40a） analysis step 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i ic c与集、射间电压u uce ce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 。 rs us + uo rb ucc rc c2

11、 - + - rl + - + - ube uce ic ib c1 ubb + - + - + - ui 作直流负载线。 ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma 由由uce=uccicrc所决定的直流负载线所决定的直流负载线 ib=40a的输的输 出特性曲线出特性曲线 过过q点作水平点作水平 线，在纵轴上线，在纵轴上 的截距即为的截距即为icq 过过q点作垂线，点作垂线， 在横轴上的截在横轴上的截 距即为距即为uceq ucc ucc/rc uceq icq 两者的交点两者的交点q就是静态工作点就是静态工作点 q dc load line v 由输出特性曲线和交

12、流负载线求ic c和ubebe v 根据静态分析方法，求出静态工作点q q v 画放大器交流通路 v 根据ui i在输入特性上求ube和ib b v 根据 在输出特性中画交流负载线 lcce riu l r analysis step + - + uo rs rb rc us + - + - rl ui + - ube uce ic ib - + uo rs rb rc us + - + - rl ui + - + - ube uce ic ib lcce riu ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma ucc ucc/rc uceq icq q ac load

13、line 交流负载线 tt t ic(ma) icq ib=0 0 20 a 40 a 60 a 80 a ic(ma) uce(v) q uceq ibq ubeq q1 q2 q ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma ucc ucc/rc uceq icq q uces rcrc 负载线斜率增小 q q点沿i ibqbq=40ua=40ua曲线平移达q q3 3 r rb b i ibq bq q q点沿负载线上移 r rb b i ibq bq q q点沿负载线下移 rcrc 负载线斜率增大 q q点沿i ibqbq=40ua=40ua曲线平移达q q4

14、4 q1 r rb b q2 r rb b q3 rcrc q4 rcrc 极限点q q1 1 进入饱和状态 极限点q q2 2 进入截止状态 (a) 饱和失真 0 uce ic q icq ic t 0 t q q uce uceq 0 uceq icq saturation (b) 截止失真 0 uce ic q icq ic t 0 t q q uceq 0 uce uceq icq cutoff cutoff 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c c2 2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。

15、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 q设置得不合适，会产生非线性失真。 即q q点选得偏高，易产生饱和失真；q q点选得偏低，易 产生截止失真。 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。 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 + uo rs rb rc us + - + - - rl ui + - + -

16、ube uce ic ib l r b rbe e c e b i ic ib + - - ube 26 )1(300 eq be i mv r e c b i rbe b e rs rb us + - - + ui l r + uo rc - rl ibic 计算au、ri、ro be l beb lb beb lo r r ri ri ri ri u u a c i u e c b i rbe b e rs rb us + - - + ui l r + uo rc - rl ibic riro rl=rc/rl beb /rr i u r i i i 计算ro的方法是：信号源短路， 负载r

17、l断开，在输出端加电压u， 求出由u产生的电流i，则，则 co rr 已知：ucc=12v，rs=1k，rb=300k，rc=3k，rl=3k， =50。 试求：1.rl接入和断开两种情况下电路的电压增益auau； 2.输入电阻ri和输出电阻ro； 3.输出端开路时的源电压增益ausaus 。 c1 + - rl rb rs us +ucc c2 rc ui - + + - uo 解：先求静态工作点q a40 r u r uu i b cc b beqcc bq ma2ii bqcq v6rciuu cqccceq 再计算rbe 再求三极管的动态输入电阻 963 )ma(2 mv)(26 )5

18、01(300 )ma( mv)(26 )1(300 eq be i r 1.rl接入时的电压放大倍数 78 963. 0 33 33 50 be l r r au rl断开时的电压放大倍数 156 963. 0 350 be c r r au 2.输入电阻 96. 0963. 0/300/ beb rrrik 输出电阻 3 co rr k 3. 4 .76)156( 96. 01 96. 0 oo u is i is i s us a rr r u u u u u u a 78 已知：ucc=12v，rb1=20k，rb2=10k，rc=3k，=50 re=2krl=3k。试估算静态工作点，并

19、求电压增益、 输入电阻和输出电阻。 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb1 rb2 re ce + + + 解：解：1.用估算法计算静态工作点 v75. 3)23(65. 112 )( a33ma 50 65. 1 ma65. 1 2 7 . 04 v412 1020 10 eccqccceq cq bq e beqb eq cc b2b1 b2 b rriuu i i r uu ii u rr r u cq 68 1 . 1 33 33 50 k1 . 11100 65. 1 26 )501(300 26 )1(300 be l eq be r r

20、a i r u 3.求输入电阻和输出电阻 k3 k994. 01 . 1/10/20/ o beb2b1 c i rr rrrr 2.求电压放大倍数 2b 2bb1 cc bq r rr u u cq beqbq eq i re uu i reiuu cqccceq re icq + + rb1 ibq uceq ubeq +ucc rb2 rs us + + ui rl + uo +ucc c1 c2 rb1 re rb2 lbleo ri )1(riu 1.au lbe l i o u r)1(r r)1( u u a lbbeb obebi ri )1(ri uriu rs us + +

21、 ui rl + uo +ucc c1 c2 rb1 re rb2 s u rbe bii + o u + i u b i + rs rb1 re rl c eibie ic rb2 lcl r/rr r)1(r/r i u r lbeb i i i 2. 输入电阻输入电阻ri ri ro rbe s u bii + o u + i u b i + rs rb1 re rl c eibie ic rb2 rb lbe i b i b b i i r)1(r u r u i r u i l r sbesbee bb1 rr u rr u r u iiii 1 rr /r i u r sbe eo

22、 rbe 3. 输出电阻输出电阻ro bi + u b i rs rb1 re c eib i1 ic rb2 s r ro 己知：己知：u ucc cc=12v =12v，r rb b=200k=200k，r re e=2k=2k，r rl l=3k=3k，r rs s=100=100， =50=50。 试求：1.估算静态工作点； 2.电压增益 auau； 3.输入电阻 riri； 4.输出电阻 roro。 a40 2)501(200 7 . 012 r)1(r uu i eb beqcc bq 解：解：1.用估算法计算静态工作点 ma24050ii bqcq v82212reiuu cqc

23、cceq rs us + + ui rl + uo +ucc c1 c2 rb re 950 i mv26 )1(300r eq be 98. 0 2 . 15195. 0 2 . 151 r)1(r r)1( a lbe l u k2 . 1r/rr lel 2. au 3. ri k4 .47)2 . 15195. 0/(200r)1(r/rr lbebi 4. ro 5 .20 51 1 . 095. 0 /2 1 rr /rr sbe eo k1 . 01 . 0/200r/rr sbs 己知：己知：u ucc cc=12v =12v，r rb b=100k=100k，r rb1 b1

24、=40k =40k，r rb2 b2=80k =80k，r re e=3.6k=3.6k， r rl l=3.6k=3.6k，r rs s=100=100，u ube(be(onon) )=0.8v=0.8v， =50=50。试求： 解：解：1.用估算法计算静态工作点 rs us + + ui rl + uo +ucc c1 c2 rb1 re rb rb2 1.估算静态工作点； 2.电压增益 auau； 3.输入电阻 riri； 4.输出电阻 roro。 v8 8040 8012 ubq ma2 6 . 3 8 . 08 icq v8 . 46 . 3212uceq 99. 0 8 . 15

25、195. 0 8 . 151 au 2. au、 k5 .53)8 . 15195. 0/(7 .126ri 5 .20 51 1 . 095. 0 /6 . 3ro 950rbe k8 . 1rl k1 . 0rs s u rbe bii + o u + i u b i + rs rb1 re rl c eibie ic rb2 ri ro l r rb 2b 2bb1 cc bq r rr u u cq beqbq eq i re uu i re)rc(iuu cqccceq rs us rl + uo c1 c2 rb1 re rb2 +ucc rc + cb re + + rb1 ib

26、q uceq ubeq +ucc rb2 icq rc lblco ririu be l i o u r r u u a bebi riu rbe s u b ii + o u + i u b i + rs re rc rl ce ib ie ic l r riro 1 r /r i u r be e i i i co rr rgrs rd +udd +udsq ugsq + idq sdgs riu 2 )off(gs gs dssd u u 1ii id ugs 0 q idq ugsq )rr(iuu sddqdddsq rg1 rg2 rs rd +udd + udsq ugsq + idq 2 )off(gs gs dssd u u 1ii