放大器的基本工作原理汇总

1CHAP.3BasicAmplifierCircuitsCHECKPOINT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多级放大器的性能。功率放大电路的组成和分析了解放大器的频率特性。2§3.0BasicConcept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3MainProperties1.Gain（增益或放大倍数）VoltageGainiOuUUA衡量放大器放大微弱信号的能力iOiIIACurrentGainIiUi+-IoUo+-iOuUUdBAlg20)(iOPPPAPowerGainRSUS+-信号源RL负载AMP42.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iiiIUR传输电压信号要求RiRsSourceVoltageGainisiusOusRRRAUUARiRLRSUS+-IiUi+-AMPIoUo+-Ri53.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OOOIUR当负载变化时，Uo基本不变，则要求Ro小RLRSUS+-IiUi+-IoUo+-AMP+-RoOURo的计算与电路分析方法一致Ro64.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Auf07§3.1BasicCircuit—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。++1.电路的组成8+uoRsC1UBBRbUCCRcC2us+-+--+-+-RLui+-+-uBEuCEiCiB晶体管必须工作在放大区信号能输入信号能输出波形基本不失真习惯画法C1+-RLRbRsus+UccC2Rcui-++-uo9三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理10放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T11作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T12集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T13集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T14耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F~50F作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T15可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T16单电源供电电路+ECRCC1C2TRB17ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ静态工作点RB+ECRCC1C2T182.DCandACPass-+-+UBEQUCEQIBQICQbCCbBEQCCBQRURUUIBQCQIIRcIUUCQCCCEQRe)1(RUUIbBEQCCBQBQCQIIRe)Rc(IUUCQCCCEQ（1）DCPass—FindQ-pointRcRb+Ucc(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)192bb1b2BQRRRUccUCQBEQBQEQIReUUIRe)Rc(IUUCQCCCEQRb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)I1BQ1II+-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)-UEECQBEQEEEQIReUUIRe)Rc(I)UU(UCQEECCCEQ20Example1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。A50K240V7.012IBQ解：V63212UCEQmA2IIBQCQ最大ICQM为[Ucc-UCE(sat)]/Rc，放大器工作在放大区。CQMBQII-+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccDiscussion21Example2-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知：UBE(on)=0.7V，β=50，-UCC=-20V，Rb=200KΩ，Re=4KΩ。求静态工作点Q。A504502007.020IBQ解：V1045.220UCEQmA5.2IIBQCQCONCLUSION管子截止时：UCEQ=UCC饱和时：UCEQ=UCES≈022（2）ACPass—FindAu、Ri、RousRsiC+uoC1UBBRbUCCRc+-+--+-+-RLui+-+-uBEuCEiBC2++Uce+uoRsusRbRc-+--RLui+--UbeIcIb23Example1PlotACpassoffigure(a)and(b)uiuouiuouiUiuo(a)uiuo(b)图(a)和图(b)的直流通路相同24Example2PlotDCandACpass+Ucc+Ucc+-us+-uous+-+-uo25§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计算机仿真26一.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.DCAnalysisUCE~IC满足什么关系？27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。28IB=00uCE/V20μA40μA60μA80μAiC/mA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QDCLoadLine29由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE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LcceRIULR2.ACAnalysisAnalysisStep+-+uoRsRbRcus+-+-RLui+--UbeuceIcIb30-+uoRsRbRcus+-+-RLui+-+-UbeuceIcIbLcceRIUIB=00uCE/V20μA40μA60μA80μAiC/mAUccUcc/RcUcEQIcQQACLoadLine交流负载线31tiB(uA)uBE(V)0402060ttic(mA)ICQIB=0020μA40μA60μA80μAic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Quce相位如何uce与ui反相！Q点怎么变化Q点的变化沿一条直线32Q-pointandNonlinearDistortionsIB=00uCE/V20μA40μA60μA80μAiC/mAUccUcc/RcUcEQIcQQUCESRC↑—负载线斜率减小—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33(a)饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQ'QuCEUCEQ0UCEQICQSaturationDistortions34(b)截止失真0uCEiCQICQiCt0tQ'QUCEQ0uCEUCEQICQCutoffDistortionsCutoffDistortions35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。Summary36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、Ro37+uoRsRbRcus+-+--RLui+-+-ubeuceIcIbLRbrbeecebIIcIb+-ube][26)1(300EQbeImVrecbIrbebeRsRbus+--+uiLR+uoRc-RLIbIc38计算Au、Ri、RobeLbebLbbebLorRrIRIrIRIUUAciuecbIrbebeRsRbus+--+uiLR+uoRc-RLIbIcRiRoRL'=RC//RLbeB//rRIURiii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CoRR39FEATURES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CEAMP40Example1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QA40RURUUIbCCbBEQCCBQmA2IIBQCQV6RcIUUCQCCCEQ41再计算rbe解：先求静态