模拟电子技术第五章放大器的工作原理和分析方法gp课件

1、5.1 放大器的基本概念和主要参数5.2 放大器的组成和工作原理5.3 放大器的图解分析法5.4 微变等效电路法第五章 放大器的工作原理 和分析方法10/13/202215.1 放大器的基本概念和主要参数5.2 放大器的组成和工作 放大器在模拟电路中占特别重要的地位。一方面，在现实生活中有许多微弱信号需要放大，另一方面，放大器又是滤波器、振荡器等各种模拟电路关键组成部分。 放大器可分为：电压放大器，电流放大器，跨导放大器和跨阻放大器。10/13/20222 放大器在模拟电路中占特别重要的地位。一方面，在现实生放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大

2、电路。一.放大器的基本概念5.1放大器的基本概念和主要参数为保证不失真，应为线性10/13/20223放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到1.放大倍数表示放大器的放大能力（1）电压放大倍数定义为: AU=UO/UI（2）电流放大倍数定义为: AI=IO/II （3）互阻增益定义为: Ar=UO/II（4）互导增益定义为: Ag=IO/UI根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。二.放大器的主要技术指标放大倍数: 增益 dB=20logA功率放大倍数 AP=PO/PIdB=10logAP10/13/202241.放大倍

3、数表示放大器的放大能力（1）电压放大倍数定义为2. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻iiui输入电阻：Ri=ui / iiRiuSRS信号源一般来说， Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。Au输入端输出端10/13/202252. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻iiuAuuS3. 输出电阻Ro从放大电路输出端 看进去的等效电阻输出端Rouso输出端10/13/20226AuuS3. 输出电阻Ro从放大电路输出端输出端Ro 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，RO越小，放大电路带负载的

4、能力越强，反之则差。 输出电阻的定义：10/13/20227 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，RO越4. 通频带fAAm0.707AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fHfL放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线 3dB带宽10/13/202284. 通频带fAAm0.707AmfL下限截止频率fH上限截5.最大输出幅度 表示在输出波形没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压，一般指电压的有效值：10/13/202295.最大输出幅度 表示在输出波形没有明显失真的6.非线性失真系数 所有的谐波总量与基波成分之比：10/13/2022106.非线性失真系数 所有

5、的谐波总量与基波成分之三种组态对应于三种放大器：放大电路组成原则：共射放大器，共基放大器，共集放大器。1、置于放大区；2、正确设置静态工作点；3、输入电压的变化转化成基极电流的变化，再转 化成集电极电流的变化；4、输出端接负载，把集电极电流的变化转化成负载的电压变化。一放大器的组成5.2 放大器的组成和工作原理静态工作点：IBQ,VBEQ,ICQ,VCEQ10/13/202211三种组态对应于三种放大器：放大电路组成原则：共射放大器，共基放大原理：UCE（-ICRc）UBEIBIC（bIB）电压放大倍数： 三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。二放大器的原理10/13/202212放大原

6、理：UCE（-ICRc）UBEIB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+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大电路组成10/13/202213放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结共射放大电路组成使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。基极电源与基极电阻Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202214共射放大电路组成使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和U集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202215集电极电源，为电路提供能量。并保证集

7、电结反偏。Rb+VCCV共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202216共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F作用：隔直通交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。+uiuoRb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202217耦合电容：作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能单电源供电可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202218单电源供电可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/单电源供电Rb+V

8、CCRCC1C2TRL10/13/202219单电源供电Rb+VCCRCC1C2TRL10/11/2022IBUBEQuiib放大原理说明10/13/202220IBUBEQuiib放大原理说明10/11/202220ICUCEicibIBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ10/13/202221ICUCEicibIBQuiOt iB Otu结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE10/13/202222结论：（1）放大电

9、路中的信号是交直流共存，可表示成：（2）输ui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICIB无信号输入时1.静态工作点ui=0时电路的工作状态三. 静态工作点Rb+VCCRCC1C2TRL( IC,UCE )(IB,UBE)10/13/202223ui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+IC(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？ 放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。10/13/202224(IB,UBE) 和

10、( IC,UCE )分别对应于输入输出特 2. 静态工作点的估算直流通路和交流通路元件直流电阻交流交流电压源直流电压源交流电流源直流电流源电容电感短路短路断路断路R1/jCRjLvsisIs0Ec很多元件的直流和交流特性不同，需要画出直流和交流通路用于不同情况的分析。10/13/202225 2. 静态工作点的估算直流通路和交流通路元件直流电阻交流开路 将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：开路画出放大电路的直流通路Rb+VCCRCC1C2TRL10/13/202226开路 将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画直流通道Rb+VCCRCICQ= IBQ对于NPN硅管UBEQ0.7V

11、，PNP锗管UBEQ-0.2V静 态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ10/13/202227直流通道Rb+VCCRCICQ= IBQ对于NPN硅管UB对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RLuiuo1/C0将直流电压源短路，将电容短路。交流通路分析动态工作情况交流通路的画法：Rb+VCCRCC1C2T10/13/202228对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RLuiuo1/C交流通道RbRCRLuiuo10/13/202229交流通道RbRCRLuiuo10/11/202229（1）估算IB（ UBE 0.7V)IBUBERb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。用估

12、算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）Rb+VCCRC10/13/202230（1）估算IB（ UBE 0.7V)IBUBERb称为偏置（2）估算UCE、ICICUCEIC= IBRb+VCCRC10/13/202231（2）估算UCE、ICICUCEIC= IBRb+VCCR例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级UBE 0.7V10/13/202232例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K5.3放大器的图解分析法1、画出直流通路，求解直流负载线和静态工作点2、求解

13、交流负载线3、由静态工作点和交流负载线得出相应信息10/13/2022335.3放大器的图解分析法1、画出直流通路，求解直流负载线和静UCE=VCCICRC由估算法求出IBQ，IBQ对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QVCCICUCEQ1.放大器的直流通路直流负载线方程UCEQICQRb+VCCRCIBQ10/13/202234UCE=VCCICRC由估算法求出IBQ，IBQ对应的输出求IBQ对于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP锗管UBEQ-0.2VRb+VCCRCIBUBE1、估算法2、图解法输入特性曲线输入回路直流负载线QIBQ10/13/202235求IBQ对于NPN硅管UBE

14、Q0.7V，Rb+VCCRCI2.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态范围交流负载ICUCEQUCEQICQ10/13/2022362.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q交流负载ICUCE 交流负载线满足的方程为交流负载线穿过静态工作点，则：过 和Q点作直线就是交流负载线。其中EC是与横轴交点坐标EC/RL是与纵轴交点坐标10/13/202237 交流负载线满足的方程为求交流负载线斜率icuce其中：uce=-ic（RC/RL） = -ic RLRbRCRLuiuo10/13/202238求交流负载线斜率icuce其中：uce=-ic（RC/RL纯交流量ic和uce有如下关系：

15、这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或ic=（-1/ RL） uce交流负载线的作法：斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）经过Q点。 10/13/202239纯交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为交流负载线的作法ICUCEVCCQIB交流负载线直流负载线斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）经过Q点。 注意：（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。 （2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。10/13/202240交流负载线的作法ICUCEVCCQIB交流负载线直流负载线的说明：当C2足够大时，C2上的

16、电压基本不变，始终等于VCEQ10/13/202241的说明：当C2足够大时，C2上的电压基本不变，始终等于VCE即为对红框中电路做戴维宁等效10/13/202242即为对红框中电路做戴维宁等效10/11/2022421. 静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真ibui结论：iB 波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真4非线性失真与Q的关系10/13/2022431. 静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形iC 、 uCE (uo )波形失真NPN 管截止失真时的输出 uo 波形。uo 波形顶部失真uo = uceOiCtOOQ

17、 tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQ截止区10/13/202244iC 、 uCE (uo )波形失真NPN 管截止失真时的输OIB = 0QtOO NPN 管 uo波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib(不失真)ICQUCEQ2. Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真饱和失真uo 波形底部失真饱和区10/13/202245OIB = 0QtOO NPN 管 uo波形tiCuCE/V3.用图解法估算最大输出幅度OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流负载线对于NPN管电路，求最大输出幅度的方法：求直流工作点的ICQ 和VCEQ根据交流

18、负载 ，用求如果，则最大不失真幅度为如果，则最大不失真幅度为(中点)10/13/2022463.用图解法估算最大输出幅度OiB = 0QuCE/ViC 4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响（1） 改变 Rb，保持VCC ，Rc ， 不变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，Rb 减小，Q 点下移；Q 点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q3（2）改变 VCC，保持 Rb，Rc ， 不变； 升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q210/13/2022474.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响（1） 改变 Rb3. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ，

19、不变；4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。图 2.4.9 (c)图 2.4.9 (d)10/13/2022483. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ， 不变；45图解法的用途求解静态工作点分析波形失真求最大输出幅度求电压增益4.57.5uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQiC10/13/2022495图解法的用途求解静态工作点

20、求最大输出幅度求电压增益4.5思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号，需要事前求解静态工作点5.4 微变等效电路法10/13/202250思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号，需1、三极管的h参数等效电路（参考3.4节内容）首先考察输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiB对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。一 .三极管的共射低频h参数模型10/13/2022511、三极管的h参数等效电路（参考3.4节内容）首先考察输入回对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。becrbeibbeubeubei

21、b10/13/202252对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。bec考察输出回路iCuCE输出端相当于一个受 ib控制的电流源。近似平行且电流源两端还要并联一个大电阻rce。10/13/202253考察输出回路iCuCE输出端相当于一个受 ib控制的电流源。iCuCEiCuCErce的含义10/13/202254iCuCEiCuCErce的含义10/11/202254ubeibuceicuberbeibib rceuceicrce很大，一般忽略。画出三极管的h参数等效电路10/13/202255ubeibuceicuberbeibib rceuceic2.三极管的简化微变等效

22、电路等效ebcebcrbeic =ib请注意如下问题： 电流源为一受控源，而不是独立的电源。 电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。 该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。10/13/2022562.三极管的简化微变等效电路等效ebcebcrbeic =3、电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRbRCRL10/13/2022573、电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeR电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。rbeRbRCRL4、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：10/13/202258电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望当信号源有内阻时：问题: Au和Aus的关系如何?定义:10/13/202259当信号源有内阻时：问题: Au和Aus的关系如何?定义:10rbeRbRC所以：用加压求流法求输出电阻：005、输出电阻的计算：根据定义10/13/202260rbeRbRC所以：用加压求流法求输出电阻：005、输出电阻求：1.静态工作点。 2.电压增益AU、输入电阻Ri、 输出电阻RO 。 3.若输出电压的波形出现如 下