放大器的基本工作原理

1、放大器放大器 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 放大器放大器 类型类型晶体管电压小信号低频阻容Voltage Gain iOuUUA 衡量放大器放大微弱信号的能力iOiIIA Current Gain IiUi+-IoUo+-iOiOuUUUUdBAlg20)( iOPPPA Power GainRSUS+- -信号源RL负载AMP 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

2、定 iiiIUR 传输电压信号要求传输电压信号要求RiRsRsSource Voltage Gain isiusOusRRRAUUA RiRLRSUS+- -IiUi+-AMPIoUo+-Ri 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，当负载变化时，UoUo基本不变，则要求基本不变，则要求RoRo小小RLRSUS+- -IiUi+-IoUo+-AMP+- -ROOU RoRo的计算方法与电路分析一致的计算方法与电路分析一致RO晶体管输入、输出特性的非线性产生非线性失真，uBEiBQAmplitudePhase 其大小与工作点位置、信号大小有关 Auf

3、0+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。+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiBv晶体必须工作管在放大区v信号能输入v信号能输出v波形基本不失真 习惯画法C1+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-+-Uo-+-+UBEQUCEQIBQICQbCCbBEQCCB

4、QRURUUI BQCQII RcIUUCQCCCEQ Re)1(RUUIbBEQCCBQ BQCQII Re)Rc(IUUCQCCCEQ RcRb+Ucc(1)(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)(2)2bb1b2BQRRRUccU CQBEQBQEQIReUUI Re)Rc(IUUCQCCCEQ Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)(3)I1BQ1II +-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)(4)-UEECQBEQEEEQIReUUI Re)Rc(I)UU(UCQEECCCEQ 若基极接地或负电压，

5、则偏置电流I IBQBQ=0=0，管子截止，此时 U UCEQCEQ=U=UCC CC 。 若RbRb=60K=60K，则I IBQBQ=200uA=200uA，I ICQCQ=8mA=8mA，U UCEQCEQ=-12V=-12V，这是不可能这是不可能 的。此时的。此时放大器工作在饱和状态， U UCEQCEQ= = U UCE(CE(satsat) )，I ICQCQ=I=IBQ BQ 不再成立。已知：已知：U UBE(BE(onon) )=0.7V=0.7V，=40=40，U UCCCC=12V=12V， R Rb b=240K=240K， RcRc=3K=3K。求静态。求静态 工作点工

6、作点Q Q 。A50K240V7 . 012IBQ 解：解：V63212UCEQ mA2IIBQCQ 最大I ICQMCQM为Ucc-UUcc-UCE(CE(satsat) )/RC/RC， 放大器工作在放大放大器工作在放大 区。区。 CQMBQII-+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+Ucc Discussion Discussion-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知：已知：U UBE(BE(onon) )=0.7V=0.7V，=50=50，-U-UCCCC=-20V=-20V， R Rb b=200K=200K， Re=4KRe=4K。求静态工。求静态工

7、作点作点Q Q。A504502007 . 020IBQ 解：解：V1045 . 220UCEQ mA5 . 2IIBQCQ CONCLUSION 管子截止时：管子截止时：UCEQ=UCC 饱和时：饱和时：UCEQ=UCES 0UsRsiC+UoC1UBBRbUCCRc+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiBC2+Uce+UoRsUsRbRc-+-RLUi+-UbeIcIb Ui Uo Ui Uo Ui Ui Uo(a) Ui Uo(b) 图(a)和图(b)的直流通路相同+UccDC Pass+Ucc+-Us+-UoAC PassUs+-+-Uo图解分析法：形象、直观，但难以准确定量分

8、析，用来分析非线性失真。等效电路法：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。静态工作动态工作求静态点Q(直流通路直流通路)求Au Ri Ro(交流通路交流通路)估算法图解法等效电路法等效电路法RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui 根据I IBQBQ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I IBQBQ（假设为40A40A） Analysis Step 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

9、Q便可在坐标上查得静态值ICQ 和UCEQ 。 根据集电极电流i iC C与集、射间电压u uCECE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 。RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui 作直流负载线。 IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA 由由uCE=UCCiCRC所决定的直流负载线所决定的直流负载线IB=40A的输的输出特性曲线出特性曲线 过过Q点作水平点作水平 线，在纵轴上线，在纵轴上 的截距即为的截距即为ICQ 过过Q点作垂线，点

10、作垂线， 在横轴上的截在横轴上的截 距即为距即为UCEQUccUcc/RcUcEQIcQ两者的交点两者的交点Q就是静态工作点就是静态工作点QDC Load Linev 由输出特性曲线和交流负载线求iC C和uBEBEv 根据静态分析方法，求出静态工作点Q Qv 画放大器交流通路v 根据ui i在输入特性上求uBE和iB B v 根据 在输出特性中画交流负载线 LcceRIU LR Analysis Step+-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-UbeUceIcIb-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbLcceRIU IB=0 0 uCE/V 20A 40A

11、 60A 80A iC/mA UccUcc/RcUcEQIcQQAC Load Line交流负载线tttic(mA)ICQ IB=0 0 20A 40A 60A 80A ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Q IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA UccUcc/RcUcEQIcQQUCESRCRC 负载线斜率增小 Q Q点沿I IBQBQ=40uA=40uA曲线平移达Q Q3 3R Rb b I IBQBQ Q Q点沿负载线上移R Rb b I IBQBQ Q Q点沿负载线下移RCRC 负载线斜率增大 Q Q点沿I IBQBQ=40uA=40

12、uA曲线平移达Q Q4 4Q1R Rb bQ2R Rb bQ3RCRCQ4RCRC 极限点Q Q1 1 进入饱和状态 极限点Q Q2 2 进入截止状态(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0UCEQICQSaturation (b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCEUCEQICQCutoff Cutoff 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C C2 2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

13、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 Q设置得不合适，会产生非线性失真。即Q Q点选得偏高，易产生饱和失真；Q Q点选得偏低，易产生截止失真。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。 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+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbLR brbeecebI IcIb+- -Ube26)1(300 EQbeImVr ecbI rbebeR

14、sRbUs+-+UiLR +UoRc-RLIbIc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，则 CoRR 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AuAu； 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AusAus 。C1+-RLRbRsUs

15、+UccC2RcUi-+-Uo解：先求静态工作点QA40RURUUIbCCbBEQCCBQ mA2IIBQCQ V6RcIUUCQCCCEQ 再计算rbe 再求三极管的动态输入电阻 963)mA(2mV)(26)501(300)mA(mV)(26)1(300EQbe Ir1.RL接入时的电压放大倍数 78963. 0333350beL rRAu RL断开时的电压放大倍数 156963. 0350beC rRAu 2.输入电阻 96. 0963. 0/300/beB rRRik 输出电阻 3Co RR k 3. 4 .76)156(96. 0196. 0oo uisiisisusARRRUUUU

16、UUA 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。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解：解：1.用估算法计算静态工作点V75. 3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2B RRIUUIIRUUIIURRRUCQ681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501(30026)1(300beLEQbe rRAIru3.求输

17、入电阻和输出电阻 k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR2.求电压放大倍数2b2bb1CCBQRRRUU CQBEQBQEQIReUUI ReIUUCQCCCEQ ReICQ+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccRb2RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1 ReRb2LbLeoRI )1(RIU 1.AuLbeLiouR)1(rR)1(UUA LbbebobebiRI )1(rIUrIU RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1 ReRb2 sUrbe bIi+oU + iU bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 LCLR

18、/RR R)1(r/RIURLbebiii 2. 输入电阻输入电阻RiRiRorbe sUbIi+oU + iU bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 RbLbeibibbiiR)1(rURUIRUI LR sbesbeebb1RrURrURUIIII 1Rr/RIURsbeeorbe 3. 输出电阻输出电阻RobI+U bI RsRb1 ReceIbI1IcRb2 SR Ro己知：己知：U UCCCC=12V=12V，R Rb b=200k=200k，R Re e=2k=2k，R RL L=3k=3k，R RS S=100=100， =50=50。试求：1.估算静态工作点；

19、2.电压增益 AuAu； 3.输入电阻 RiRi； 4.输出电阻 RoRo。A402)501(2007 . 012R)1(RUUIebBEQCCBQ 解：解：1.用估算法计算静态工作点mA24050IIBQCQ V82212ReIUUCQCCCEQ RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2RbRe 950ImV26)1(300rEQbe98. 02 . 15195. 02 . 151R)1(rR)1(ALbeLu K2 . 1R/RRLeL2. Au3. Ri K4 .47)2 . 15195. 0/(200R)1(r/RRLbebi4. Ro 5 .20511 . 095. 0/21Rr/

20、RRsbeeo K1 . 01 . 0/200R/RRSbS己知：己知：U UCCCC=12V=12V，R Rb b=100k=100k，R Rb1b1=40k=40k，R Rb2b2=80k=80k，R Re e=3.6k=3.6k， R RL L=3.6k=3.6k，R RS S=100=100，U UBE(BE(onon) )=0.8V=0.8V， =50=50。试求：解：解：1.用估算法计算静态工作点RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1ReRbRb21.估算静态工作点；2.电压增益 AuAu；3.输入电阻 RiRi；4.输出电阻 RoRo。V880408012UBQ mA2

21、6 . 38 . 08ICQ V8 . 46 . 3212UCEQ 99. 08 . 15195. 08 . 151Au 2. Au、 K5 .53)8 . 15195. 0/(7 .126Ri 5 .20511 . 095. 0/6 . 3Ro 950rbe K8 . 1RL K1 . 0RSsUrbe bIi+oU + iU bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 RiRoLR Rb2b2bb1CCBQRRRUU CQBEQBQEQIReUUI Re)Rc(IUUCQCCCEQ RsUs RL+UoC1C2Rb1 ReRb2+UccRc+CbRe+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccRb2ICQRcLbLCoRIRIU beLiourRUUA bebirIU rbe sUbIi+oU + iU bI + RsReRcRLceIbIeIcLR RiRo 1r/RIURbeeiiiCoRR RgRsRd+UDD+UDSQUGSQ+IDQSDGSRIU 2)off(GSGSDSSDUU1II IDUGS0QIDQUGSQ)RR(IUUSdDQDDDSQ Rg1 Rg2 RsRd +UDD +UDSQUGSQ+IDQ2)off(GSGSDSSDUU1II SDGGSRIUU 2g