05模拟电子技术第五章放大器的工作原理和分析方法gp

Rb称为偏置电阻，IB称 为偏置电流。
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（2）估算UCE、IC
+VCC
Rb
RC IC
IC= bIB
UCE U CE VCC ICRC
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例：用估算法计算静态工作点。 已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，
b=37.5。
解： UBE 0.7V IBVCC 120.04m 4μ0A Rb 300
Avvv0 i
RCbib
ibRi
bRC
Ri
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结论：（1）放大电路中的信
号是交直流共存，可表示成：
u BE U BE u be
iB I B ib
iC I C ic
V BB
UI
u CE U CE u ce
+VCC （+12V）
RC IC + △ I C
这就是说，交流负载线的斜率为：
1 R L
交流负载线的作法：
①斜 率为-1/R'L 。（ R'L= RL∥Rc ）
②经过Q点。
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交流负载线的作法
IC
V CC
交流负载线
RC
①斜 率为-1/R'L 。 （ R'L= RL∥Rc ）
Q
直流负载线 IB
②经过Q点。
UCE
注意：
VCC
第五章 放大器的工作原理 和分析方法
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
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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。
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5.1放大器的基本概念和主要参数
一.放大器的基本概念
为保证不失真，应为线性
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电路。
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二.放大器的主要技术指标
Uom
2 2
UPP
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6.非线性失真系数 所有的谐波总量与基波成分之比：
D U22 U32 U1
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5.2 放大器的组成和工作原理
一．放大器的组成
三种组态对应于三种放大器：
共射放大器，共基放大器，共集放大器。
放大电路组成原则： 静态工作点：IBQ,VBEQ,ICQ,VCEQ
Ag=IO/UI
功率放大倍数 AP=PO/PI dB=10logAP
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2. 输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的 等效电阻
RS
ii
Ri
uS ~
ui
Au
输入电阻：
信号源 输入端
输出端
Ri=ui / ii
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。
ICQ= bIBQ
U VI R
CQ E
CC C Q C
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对于NPN硅管UBEQ＝0.7V， PNP锗管UBEQ＝-0.2V
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交流通路——分析动态工作情况
交流通路的画法：
将直流电压源短路，将电容短路。
对交流信
号(输入信 Rb
号ui)
C1
ui
短路
1/C0
+VCC
RC
置零
C2
）

→△UCE（-△IC×Rc）→ U o
V BB

电压放大倍数：

Au
Uo

UI
Ui
+ VCC （ + 12V ）
RC
IC +△IC
Rb 1
3 T2
+
IB +△ IB
U CE +△U CE UO
U BE +△U BE
-
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共射放大电路组成
放大元件iC=biB，
+VCC 工作在放大区，
IC
R LR L/R /C
arctan(1/RL ' )
Q
ICQ
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UCEQ
UCE
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交流负载线满足的方程为
E I R V '
C
' CL
CE
其中E’C是与横轴交点坐标 E’C/R’L是与纵轴交点坐标
交流负载线穿过静态工作点，则：
EC ' ICQRL' VCEQ
过E
（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。
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E
' C
的说明：当C2足够大时，C2上的电压
基本不变，始终等于VCEQ
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对红框中电路做戴维宁等效
ReqRC RLRL'
VeqVC RCCVRCLEQ RLVCEQ
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3. 输出电阻Ro——从放大电路输出端 看进去的等效电阻
uS ~
输出端
Au
Ro
uso ~
输出端
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输出电阻的定义：
.
Ro
= Uo
.
Io
RL ,
US 0
+ RS US ~
-
信号源
A 放大电路
IO RL
+ UO
-
输出电阻是表明放大电路带负载的能力，RO越小，放 大电路带负载的能力越强，反之则差。
' C
和Q点作直线就是交流负载线。
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求交流负载线斜率 ic
uce
ui
Rb
RC RL uo
uce=-ic（RC//RL）
= -ic RL
其中： R LR L/R /C
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纯交流量ic和uce有如下关系： uce=-ic（RC//RL）= -ic RL
或ic=（-1/ RL） uce
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IC
ui
ic
O
ib
t
iB IBQ
O
t
iC
ICQ
UCE
O
uCE
t
IC bIB ICQic
UCEQ
ICQbibmsint uOo
t
VCECICQ bibm si ntRC O
t
b b VCEQ bibm si ntRC
v 0 R Cibs mitn R Cib
电结反偏。
C1
RC
C2
T
Rb
RL
VBB
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集电极电阻，
共射放大电路
+VCC
将变化的电流 转变为变化的
C1
RC
电压。
C2
T
Rb
RL
VBB
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耦合电容：
电解电容，有极性，
大小为10F~50F RC C1 +
作用：隔直通交隔 离输入输出与电路
+VCC 直流的联系，同时
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iC 、 uCE (uo )波形失真
iC / mA iC
NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形。 uo 波形顶部失真
ICQ
O
tO
O
t
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Q UCEQ
uo = uce
截止区 uCE/V uCE/V
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2.
iC
Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真—饱和失真
饱和区 iC / mA
交流电流源 is
断路
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将交流电压源短路，将电容开路。
画出放大电路的直流通路
直流通路的画法：
+VCC
Rb
RC
C1
C2
T
开路
RL
开路
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直流通道
静 态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ
+VCC
Rb
RC
IBQVBB(Vcc)UBEQ Rb
Rb 1
3 T2
+
IB +△ I B
UCE + △ U C E U O
U BE+△ U B E
-
（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。
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三. 静态工作点
1.静态工作点——ui=0时电路的工作状态
+VCC
由于电 源的存 在IB0
Rb C1
RC
IB
IC0 IC C2
T
( IC,UCE )
(IB,UBE)
ui=0时
无信号输入时
RL IE=IB+IC
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(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。
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。
IB
IC
IB
Q
IC
Q IB
UBE
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UBE
UCE
UCE
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2. 静态工作点的估算
直流通路和交流通路
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。
元件
交流 直流
电阻
R
R
电容
1/jωC ∞
电感
jωL
0
直流电压源 短路
Ec
交流电压源 vs 直流电流源 断路
短路 Is
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1.放大器的直流通路
UCE=VCC–ICRC 直流负载线方程
Rb
IC
V CC RC
Q
ICQ
IBQ
arctan(1/Rc)
UCEQ
UCE
VCC
+VCC RC
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Q
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求IBQ
1、估算法
要保证集电结反
C1
RC
偏，发射结正偏。
C2
T
输入 ui
Rb VBB
RL
uo 输出
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参考点
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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。
C1
基极电源与 基极电阻
+VCC
RC
C2
Rb VBB
T RL
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集电极电源，
+VCC
为电路提供能 量。并保证集
T 短路
RL uo
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交流通道
ui
Rb
RC RL uo
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用估算法分析放大器的静态工作 点（ IB、UBE、IC、UCE）
（1）估算IB（ UBE 0.7V) +VCC
Rb
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RC
IBVCCUBE Rb
VCC 0.7 Rb
IB UBE
V CC Rb
VeqICQ ReqVCEQ
即为 EC' ICQRL' VCEQ
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4．非线性失真与Q的关系
1. 静态工作点
过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真
iB / µA
iB / µA
—— 截止失真
ib
IBQ
O
tO
结论：iB 波形失真
O
t
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Q
uBE/V
uBE/V ui
ICbIB37.50.041.5m A
U C V E C I C C R C 1 1 2 4 . 5 6V
请注意电路中IB和IC的数量级
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5.3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、求解交流负载线 3、由静态工作点和交流负载线得出相应信息
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。
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二．放大器的原理
三极管工作在放大区：
发射结正偏，集电结反偏。
放大原理：

Ui
→△UBE
→△IB →△IC（b△IB
1.放大倍数——表示放大器的放大能力
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。
（1）电压放大倍数定义为: （2）电流放大倍数定义为:
AU=UO/UI AI=IO/II
放大倍数: 增益
（3）互阻增益定义为:
Ar=UO/II
dB=20logA
（4）互导增益定义为:
能使信号顺利输入 输出。
C2 +
T
ui
Rb
RL
uo
VBB
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单电源供电 C1
+VCC
RC
C2
T
可以省去
Rb
RL
VBB
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单电源供电
Rb C1
+VCC
RC
C2
T RL
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ib
IB
放大原理说明
Q
vi Vimsint
uiUBE
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Rb
RC
+VCC
2、图解法
VccIBRbUBE
输入回路直流负载线
IB 输入特性曲线
IBQ VCCUBE VCC 0.7
IBQ
Rb
Rb
对于NPN硅管UBEQ＝0.7V， PNP锗管UBEQ＝-0.2V
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Q
UBE
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2.交流负载线
输出端接入负载RL：不影响Q
交流负载
影响动态范围
ib(不失真)
Q
ICQ
NPN 管 uo波形
O
tO
UCEQ
O
t
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uo = uce
IB = 0
uCE/V
uCE/V
uo 波形底部失真
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3.用图解法估算最大输出幅度
对于NPN管电路，求最大 输出幅度的方法：
•求直流工作点的ICQ