放大器的基本工作原理.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