放大器的基本工作原理演示文稿

放大器的基本工作原理演示文稿当前1页，总共57页。§3.1BasicConcept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当前2页，总共57页。一.MainProperties1.GainVoltageGain衡量放大器放大微弱信号的能力CurrentGainIiUi+-IoUo+-PowerGainRSUS+-信号源RL负载AMP当前3页，总共57页。2.InputResisterRi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Ri>>RsSourceVoltageGainRiRLRSUS+-IiUi+-AMPIoUo+-Ri当前4页，总共57页。3.OutputResisterRO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+-RORo的计算方法与电路分析一致RO当前5页，总共57页。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当前6页，总共57页。二.BasicCircuit—CE+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。++当前7页，总共57页。+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当前8页，总共57页。三.DCandACPass-+-+UBEQUCEQIBQICQ1.DCPass—FindQ-pointRcRb+Ucc(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)当前9页，总共57页。Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)I1+-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)-UEE当前10页，总共57页。Example1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=60KΩ，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=βIBQ

不再成立。已知：UBE(on)=0.7V，β=40，UCC=12V，Rb=240KΩ，Rc=3KΩ。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+UccDiscussion当前11页，总共57页。Example2-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知：UBE(on)=0.7V，β=50，-UCC=-20V，Rb=200KΩ，Re=4KΩ。求静态工作点Q。解：CONCLUSION管子截止时：UCEQ=UCC饱和时：UCEQ=UCES≈0当前12页，总共57页。2.ACPass—FindAu、Ri、RoUsRsiC+UoC1UBBRbUCCRc+-+--+-+-RLUi+-+-uBEuCEiBC2++Uce+UoRsUsRbRc-+--RLUi+--UbeIcIb当前13页，总共57页。Example1PlotACpassoffigure(a)and(b)UiUoUiUoUiUiUo(a)UiUo(b)图(a)和图(b)的直流通路相同当前14页，总共57页。Example2PlotDCandACpass+UccDCPass+Ucc+-Us+-UoACPassUs+-+-Uo当前15页，总共57页。§3.2BasicAnalysisofAmplifier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AuRiRo(交流通路)估算法图解法等效电路法分析方法当前16页，总共57页。一.GraphicalAnalysisRsUs+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40μA）AnalysisStep1.DCAnalysis当前17页，总共57页。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=40μA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=UCC－iCRC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

。RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui作直流负载线。当前18页，总共57页。由uCE=UCC－iCRC所决定的直流负载线IB=40μA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QDCLoadLine当前19页，总共57页。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.ACAnalysisAnalysisStep+-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+--UbeUceIcIb当前20页，总共57页。-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbUccUcc/RcUcEQIcQQACLoadLine交流负载线当前21页，总共57页。tiB(uA)uBE(V)0402060ttic(mA)ICQ

IB=0

0

20μA

40μA

60μA

80μA

ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Q当前22页，总共57页。Q-pointandNonlinearDistortionsUccUcc/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Q4Q1Rb↓Q2Rb↑Q3RC↑Q4RC↓—极限点Q1—进入饱和状态—极限点Q2—进入截止状态当前23页，总共57页。UCEQICQSaturationDistortions当前24页，总共57页。UCEQICQCutoffDistortionsCutoffDistortions当前25页，总共57页。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当前26页，总共57页。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-SignalEquivalentCircuitAnalysisAnalysisStep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当前27页，总共57页。+UoRsRbRcUs+-+--RLUi+-+-UbeUceIcIbbrbeeceIcIb+-UbeecrbebeRsRbUs+--+Ui+UoRc-RLIbIc当前28页，总共57页。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

当前29页，总共57页。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CEAMP当前30页，总共57页。Example1已知：Ucc=12V，Rs=1kΩ，Rb=300kΩ，Rc=3kΩ，RL=3kΩ，

β=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当前31页，总共57页。再计算rbe78当前32页，总共57页。已知：UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，β=50

RE=2kΩRL=3kΩ。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Example2当前33页，总共57页。3.求输入电阻和输出电阻2.求电压放大倍数当前34页，总共57页。§3.3Common-CollectorAmplifier一.DCAnalysisReICQ+－+

－Rb1

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

ReRb2当前35页，总共57页。1.Au二.ACAnalysis

RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2Rb1

ReRb2

sUrbe

bIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

当前36页，总共57页。2.输入电阻RiRiRorbe

sUbIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

Rb当前37页，总共57页。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当前38页，总共57页。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CCAMP常用作缓冲极、隔离极。当前39页，总共57页。己知：UCC=12V，Rb=200kΩ，Re=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，

β=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Example1RsUs+－+Ui－RL+Uo－+UccC1C2RbRe当前40页，总共57页。2.Au3.Ri4.Ro当前41页，总共57页。己知：UCC=12V，Rb=100kΩ，Rb1=40kΩ，Rb2=80kΩ，Re=3.6kΩ，RL=3.6kΩ，RS=100Ω，UBE(on)=0.8V，β=50。试求：解：1.用估算法计算静态工作点Example2RsUs+－+Ui－RL+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。当前42页，总共57页。2.Au、Ri、RosUrbe

bIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsRb1

ReRLceIbIeIcRb2

RiRoRb当前43页，总共57页。§3.4Common-BaseAmplifier一.DCAnalysisRsUs－RL+Uo－C1C2Rb1

ReRb2+UccRc+CbRe+－+

－Rb1

IBQUCEQUBEQ+UccRb2ICQRc当前44页，总共57页。二.ACAnalysis

rbe

sUbIi+oU－

+

iU－

bIb

+

－

RsReRcRLceIbIeIcRiRo当前45页，总共57页。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CBAMP当前46页，总共57页。§3.5FETAmplifier一.BiasCircuits1.Self-biasCircuit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当前47页，总共57页。

Rg1

Rg2

RsRd

+UDD

－+UDSQUGSQ－+IDQ由求出UGSQ和IDQIDUGS0QIDQUGSQUG2.VoltageDividerBiasing当前48页，总共57页。二.FETAmplifier1.静态分析

Rg1

+UDDC1

+－

Rg2RsRdRgC2CsUi+－UoRLCommon-SourceAmplifier

根据分压式偏置电路求静态工作点当前49页，总共57页。2.动态分析UgsgIi+oU－

+

－

Rg1RdRLsdIdRg2

RiRo+－RgiU当前50页，总共57页。Common-DrainAmplifier1.静态分析

Rg1

+UDDC1

+－

Rg2RsRgC2Ui+－UoRL

根据分压式偏置电路求静态工作点当前51页，总共57页。2.动态分析UgsgIi+oU－

+

－

Rg1RLsdIdRg2

RiRo+－RgiURs当前52页，总共57页。不失真地、有效地传递信号常