基本的放大器电路

1、基本的放大器电路第1页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 3.1 Basic Concept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 类型晶体管电压小信号低频阻容第2页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二一. Main Properties1. GainVoltage Gain 衡量放大器放大微弱信号的能力Current Gain IiUi+-

2、IoUo+-Power GainRSUS+-信号源RL负载AMP第3页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二2. 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RiRsSource Voltage Gain RiRLRSUS+-IiUi+-AMPIoUo+-Ri第4页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二3. 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RLRSUS+-IiUi+-IoUo+-AMP

3、+-RORo的计算方法与电路分析一致RO第5页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二4. Distortions晶体管输入、输出特性的非线性产生非线性失真，uBEiBQDistortionsNonlinearLinear(Frequency)AmplitudePhase其大小与工作点位置、信号大小有关 Auf0第6页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二二. Basic CircuitCE+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiB 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

4、流)工作。tuCEQUCEQtiBIBQtuBEUBEQtiCICQ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。+第7页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiB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C1+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-+-Uo第8页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二三. DC and AC Pass-+-+UBEQUCEQIBQICQ1. DC PassFind Q-poin

5、tRcRb+Ucc(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)第9页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)I1+-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)-UEE第10页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二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(sa

6、t)，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。 -+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+Ucc Discussion第11页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二Example 2-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知：UBE(on)=0.7V，=50，-UCC=-20V， Rb=200K， Re=4K。求静态工 作点Q。解： CONCLUSION 管子截止时：UCEQ=UCC 饱

7、和时：UCEQ=UCES 0第12页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二2. AC PassFind Au、Ri、RoUsRsiC+UoC1UBBRbUCCRc+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiBC2+Uce+UoRsUsRbRc-+-RLUi+-UbeIcIb第13页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二Example 1 Plot AC pass of figure (a) and (b) Ui Uo Ui Uo Ui Ui Uo(a) Ui Uo(b) 图(a)和图(b)的直流通路相同第14页，共58页，2022年，5月20日，12点33

8、分，星期二Example 2 Plot DC and AC pass +UccDC Pass+Ucc+-Us+-UoAC PassUs+-+-Uo第15页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 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 分析方法第16页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，

9、星期二一. Graphical AnalysisRsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui 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 Step1. DC Analysis第17页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 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

10、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 。RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui 作直流负载线。第18页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二由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UCEQUccUcc/RcUcEQIcQ两者的交点Q就是静态工作点QDC Load Line第19页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 由输出特性曲线和交流负载线求iC和uB

11、E 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+-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-UbeUceIcIb第20页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbUccUcc/RcUcEQIcQQAC Load Line交流负载线第21页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二tiB(uA)uBE(V)0402060ttic(mA)ICQ IB=0 0 20A 4

12、0A 60A 80A ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Q第22页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二Q-point and Nonlinear DistortionsUccUcc/RcUcEQIcQQUCESRC 负载线斜率增小 Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q3Rb 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Q4Q1RbQ2RbQ3RCQ4RC 极限点Q1 进入饱和状态 极限点Q2 进入截止状态第23页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二UCEQICQSatur

13、ation Distortions第24页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二UCEQICQCutoff DistortionsCutoff Distortions第25页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 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

14、偏高，易产生饱和失真；Q点选得偏低，易产生截止失真。Summary第26页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二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第27页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeU

15、ceIcIbbrbeeceIcIb+-UbeecrbebeRsRbUs+-+Ui+UoRc-RLIbIc第28页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二计算Au、Ri、RoecrbebeRsRbUs+-+Ui+UoRc-RLIbIcRiRoRL=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 第29页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 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第30页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二Examp

16、le 1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Au； 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Aus 。C1+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-+-Uo解：先求静态工作点Q第31页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二再计算rbe78第32页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二已知：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

17、算法计算静态工作点Example 2第33页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二3.求输入电阻和输出电阻2.求电压放大倍数第34页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二3.3 Common-Collector Amplifier一. DC AnalysisReICQ+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccRb2RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1 ReRb2第35页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二1.Au二. AC Analysis RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1 ReRb2 sUrbe bIi+oU

18、 + iU bIb + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 第36页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二2. 输入电阻RiRiRorbe sUbIi+oU + iU bIb + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 Rb第37页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二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。bI+U bIb RsRb1 ReceIbI1IcRb2 Ro第38页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 FEATURES 输出电压信号与输入电压信号同相

19、 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 常用作缓冲极、隔离极。第39页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二己知：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 1RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2RbRe第40页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二2. Au3. Ri4. Ro第41页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二己知：U

20、CC=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 2RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1ReRbRb21.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。第42页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 2. Au、 Ri、 RosUrbe bIi+oU + iU bIb + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 RiRoRb第43页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期

21、二3.4 Common-Base Amplifier一. DC AnalysisRsUs RL+UoC1C2Rb1 ReRb2+UccRc+CbRe+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccRb2ICQRc第44页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二二. AC Analysis rbe sUbIi+oU + iU bIb + RsReRcRLceIbIeIcRiRo第45页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 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第46页，共58页，2022年，5月20日，

22、12点33分，星期二3.5 FET Amplifier一. Bias Circuits1. Self-bias Circuit只要偏压，不要偏流。FET种类较多，应用时注意极性。RgRsRd+UDD+UDSQUGSQ+IDQFeatures由求出UGSQ 和IDQIDUGS0QIDQUGSQ第47页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 Rg1 Rg2 RsRd +UDD +UDSQUGSQ+IDQ由求出UGSQ 和IDQIDUGS0QIDQUGSQUG2. Voltage Divider Biasing第48页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二二. F

23、ET Amplifier1. 静态分析 Rg1 +UDDC1 + Rg2RsRdRgC2CsUi+UoRLCommon-Source Amplifier 根据分压式偏置电路求静态工作点第49页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二2. 动态分析UgsgIi+oU + Rg1 RdRLsdIdRg2 RiRo+RgiU第50页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二Common-Drain Amplifier1. 静态分析 Rg1 +UDDC1 + Rg2RsRgC2Ui+UoRL 根据分压式偏置电路求静态工作点第51页，共58页，2022年，5月20日，12点

24、33分，星期二2. 动态分析UgsgIi+oU + Rg1 RLsdIdRg2 RiRo+RgiURs第52页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二不失真地、有效地传递信号常用耦合方式3.6 Multistage Amplifiers1.Interstage Coupling Mode 一. Bias Problems要求直接耦合 变压器耦合 阻容耦合 输入级中间级 输出级信号源负载第53页，共58页，2022年，5月20日，12点33分，星期二 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。