放大器的基本工作原理

CHAP.3BasicAmplifierCircuits,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。,3.1BasicConcept,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.MainProperties,1.Gain,VoltageGain,衡量放大器放大微弱信号的能力,CurrentGain,PowerGain,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RiRs,SourceVoltageGain,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,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.BasicCircuitCE,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.DCandACPass,1.DCPassFindQ-point,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=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,Example2,-Ucc,解：,CONCLUSION管子截止时：UCEQ=UCC饱和时：UCEQ=UCES0,2.ACPassFindAu、Ri、Ro,Example1PlotACpassoffigure(a)and(b),图(a)和图(b)的直流通路相同,Example2PlotDCandACpass,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,一.GraphicalAnalysis,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）,AnalysisStep,1.DCAnalysis,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.ACAnalysis,AnalysisStep,交流负载线,iB(uA),Q-pointandNonlinearDistortions,UCES,RC负载线斜率增小Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q3,RbIBQQ点沿负载线上移,RbIBQQ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,SaturationDistortions,CutoffDistortions,CutoffDistortions,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-SignalEquivalentCircuitAnalysis,AnalysisStep,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,CEAMP,Example1,解：先求静态工作点Q,再计算rbe,78,已知：UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，=50RE=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,Example2,3.求输入电阻和输出电阻,2.求电压放大倍数,3.3Common-CollectorAmplifier,一.DCAnalysis,1.Au,二.ACAnalysis,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,CCAMP,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,Example1,2.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,Example2,1.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,3.4Common-BaseAmplifier,一.DCAnalysis,二.ACAnalysis,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,3.5FETAmplifier,一.BiasCircuits,1.Self-biasCircuit,只要偏压，不要偏流。FET种类较多，应用时注意极性。,Features,2.VoltageDividerBiasing,二.FETAmplifier,1.静态分析,Common-SourceAmplifier,根据分压式偏置电路求静态工作点,2.动态分析,Common-DrainAmplifier,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,3.6MultistageAmplifiers,1.InterstageCouplingMode,一.BiasProblems,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.SelectionofConfiguration,输入级,中间级,输出级,高效率地输出功率,3.SelectionofQuiescentPoint,4.Common-SourceCoupling,二.Gain、InputandOutputResistance,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。,3.7AmplifierFrequencyResponse,放大器要放大的信号通常不是一个单一频率的正弦波。而是由许