模拟放大器基础

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直流通路
由于本章采用的放大器件是晶体三极管和场 效应管，它们均为非线性器件，为了满足不失真 地放大信号的目的，必须给它们加上正确的偏置 电路, 即要有直流通路，保证在输入信号的范围 内，它们均工作在线性区。
10
交流通路
11
组成放大电路时应遵循的原则：
一、要有直流通路，并保证合适的直流工作状态， 确保晶体三极管和场效应管工作在放大区。
基本思想：
② Q点已求得
用线性等效电路取代非线性器件--晶体三极管
（1）H参数等效电路
uBE f1(iB ,uCE )
duBE
uBE iB
diB
uBE uCE
duCE
微分
iC f2 (iB , uCE )
diC
iC iB
diB
iC uCE
duCE
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定义
共射接法输出短 路时的输入阻抗
hie
uBE iB
用小的信号功率（电压、电流）去控制电 源供给的直流功率，把它转换成负载所需 要的大的信号功率(电压、电流)
5
2.1.1放大器的用途与分类
2.分类 按器件分： 双极晶体管放大器、场效应管放
大器、电子管放大器和集成运算 放大器等。 按用途分： 电压放大器、电流放大器和功率 放大器等。
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2.1.1放大器的用途与分类
第2 章
放大器基础
1
❖作业：
2-6(1) 2-7 2-8 2-9 2-15 2-18 2-19(a) 2-28 2-30
2-12 2-21
2-13 2-25
2
内容提要：
❖ 放大器的主要性能指标和传输特性（理解） ❖ 放大器的基本分析方法——图解法和微变等效电路法
（掌握） ❖ 双极晶体管和场效应管的偏置电路（理解） ❖ 双极晶体管和场效应晶体管放大器的基本组态CE
(l)作出输入回路的交流负载线——求iB 波形
设输入信号 ui Uimsint 则 uBE UBEQ Uim sin t
输入回路外部条件 方程，求Q点时用
ib ui rbe ube rbe Ibm sin(t )
iB IBQ Ibm sin(t)
Q点处，当输入信号幅
度较小时，可以用切 线代替输入特性曲线
U be (大写字母、小写下标)—交流电压复数量简化表
示，表示 ube的有效值；
U bem — ube的峰值或振幅。
uBE= U BE+ U bem sinωt
= U BE+ 2 U be sinωt
=
U
+ BE
ube
8
电容耦合共射放大器电路
us：信号源电压 Rs：信号源内阻 C1：输入耦合电容 Rb：偏置电阻 Rc：集电极电阻 C2：输出耦合电容 RL：负载电阻 UCC：直流电源电压
Rs Rs Ri
Ar
Rs Rs Ri
RL Ro RL
Aro
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（4）互导放大器—互导放大倍数 Ag
Ag I&o U&i
令 Ags Ios Ui
于是
A&g
I&o I&os
gUI&&osi
Ro Ro RL
A&gs
当考虑信号源内阻时，则
Agss
Io Us
Ui Us
Io Ui
Ri Rs Ri
duBE diB
duCE 0 (单位为Ω)
共射接法输入开 路时的电压反馈
系数
hre
uBE uCE
duBE duCE
diB 0 (无量纲)
共射接法输出短 路时的电流放大
系数
hfe
iC iB
diC diB
duCE 0
(无量纲)
共射接法输入断 路时的输出导纳
hoe
iC uCE
diC duCE
噪声系数N F定义为
NF
(PS / PN )i (PS / PN )o
NF
(dB)
10 lg
( PS ( PS
/ /
PN PN
)i )o
(dB)
28
2.1.5 放大器的传输特性
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2.2 放大器基本分析方法
静态分析是对直流通路进行分析 动态分析是对交流通路进行分析
一般先作静态分析，知道放大器的直流 工作状态后再作动态分析。 注意：静态分析和动态分析对应的放大器通路不同， 分析方法也不同，两类分析不能混淆，不能混用。
I BQ
U BB U BEQ
Rb (1 )Re
U BB 0.7
Rb (1 )Re
ICQ I BQ
UCEQ UCC ICQ Rc I EQRe UCC (Rc Re )ICQ
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1 解析法
还有一点需要说明，上述的分析方法只适用于 放大器工作在放大区，也就是说需要事先假设放大 器工作在线性状态，然后进行分析，最后再判断分 析是否合理，例2-2就说明了这种情况。
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电流放大倍数 Ai
Ai
Io Ii
Uo / RL Ui / Ri
Ri RL
Au
功率放大倍数 Ap
Ap Po Pi Au Ai
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放大倍数常用 dB(分贝)来表示，称为增益
Au (dB) 20lg Au 20lg Uo Ui (dB)
Ai (dB) 20lg Ai 20lg Io Ii (dB) Ap (dB) 10 lg Ap 10 lg Po Pi (dB)
按工作频率分： 低频放大器、高频放大器和 超高频放大器等。
按工作状态分：甲(A)类放大器 、乙(B)类放 大器、甲乙(AB)类放大器、 丙类(C)类放大器和丁(D)类 放大器等。
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2.1.2 放大器的基本组成
uBE (小写字母、大写下标)—电压的瞬时值； U BE(大写字母、大写下标)—电压的直流成分； ube (小写字母、小写下标)—交流电压的瞬时值；
二、要有交流通路，对于电压放大器,输入信号电 压要能加入，输出信号电压要能取出。
12
2.1.3 放大器类型
电压 电压放大器 电压 电流 电流放大器 电流
13
2.1.3 放大器类型
电流 互阻放大器 电压 电压 互导放大器 电流
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2.1.4 放大器主要性能指标
1．输入电阻 Ri： 从信号源右边向放大 器视入的电阻
Ais
电流放大器电压放大倍数为
Aus
Uo Us
Io RL Is Rs
RL Rs
Aiss
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（3）互阻放大器--互阻放大倍数 Ar
Ar Uo Ii
负载RL开路时的互阻放大倍数
Aro Uoo Ii
A&r
U&o U&oo
gU&I&oio
RL Ro RL
A&ro
Ars
Uo Is
Ii Is
Uo Ii
常取
UBEQ (硅管) 0.7V
U BEQ (锗管) 0.2V
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1．解析法
输入回路
I BQ
U CC
U BEQ Rb
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输出回路
ICQ IBQ
UCEQ UCC ICQ Rc
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例2-1 某放大器的直流通路如图（a）所示， 试用解析法求 ICQ 、U CEQ 的表达式。
解：将图（a）用戴 维南定理化简得图 （b），图中
Au Uo Ui
Baidu Nhomakorabea
负载开路时的电压放大倍数
Auo
Uoo Ui
A&u
U&o U&i
RL Ro RL
A&uo
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（1）电压放大器--电压放大倍数
考虑信号源内阻时的电压放大倍数 A&us
A&us
U&o U&s
U&i U&s
U&o U&i
Ri Rs Ri
A&u
Ri Rs Ri
RL Ro RL
A&uo
Uom min[(UCEQ UCES ), (uCEmax UCEQ )] min[(UCEQ UCES ), ICQ RL )]
不饱和失真的最大输出电压 不截止失真的最大输出电压
影响因素： 电阻 RC 、RL 输入信号幅度
电源电压U CC
Q点在中心附近
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2．H参数微变等效电路法 ① 小信号
（CS）、CB（CG）、CC（CD）、以及射极（源极） 带有电阻的CE（CS）放大器（掌握） ❖ 双极晶体管和场效应晶体管有源负载放大器（掌握） ❖ 多级放大器的耦合及主要性能指标的计算（掌握）
3
2.1 放 大 器 概 述
4
2.1.1放大器的用途与分类
1.定义 放大器：放大电信号的装置
实质是一能量转换器
阻RC、负载电阻RL和电源电压UCC等密切相关。
26
6．输出功率 Po 和效率
输出功率 Po是指放大器能够向负载提供的最大
交流功率。
效率
PO
PU
PU 直流电源供给功率
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7．总谐波失真系数THD和噪声系数 NF
非线性失真也称为谐波失真
THD
U
2 2
U
2 3
U1
U1基波分量电压有 效值， U2、U3等为 2次、3次等谐波分 量电压有效值
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1 解析法
例2-2 电路如图所示，试分析晶体三极管的工作状态。
解：设三极管工作在放大区，则
I BQ
UCC
U BEQ Rb
12 0.7 10k
0.113mA
ICQ IBQ 50 0.113mA 5.65mA
UCEQ UCC ICQ Rc 12 10 5.65 44.5V
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2．图解法
通过作图对各极电流、电压进行分析的一种方法
步骤为： （1） 画出直流通路 （2)分别写出输入、输出回路的外部 条件方程 (3)在输入、输出特性曲线上作出外 部条件方程,找出交点即为静态工 作点
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(1)输入回路 输入回路外部条件方程
uBE UCC iB Rb
外部特性
输入特性曲线
20
（2）电流放大器—电流放大倍数 Ai
负载短路时的电流放大倍数 Ais
Ais
Ios Ii
A&i
I&o I&i
I&o I&os
gI&I&ois
Ro Ro RL
A&is
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考虑信号源内阻Rs时的电流放大倍数为
Aiss
Io Is
Ii Is
Io Ii
Rs Rs Ri
Ai
Rs Rs Ri
Ro Ro RL
Ri Ui Ii
表明了放大器对信号源的影响程度
Ri中不包含Rs
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3．输出电阻 Ro
从负载电阻 RL 左边向放 大器视入的等效电阻
Ro
Uo Io
Us 0
Ro中不包含RL
输出电阻大小反映了放大器带负载能力的强弱。 输出电阻越大，放大器带负载能力越小；反之， 则越大。
16
2.放大倍数
（1）电压放大器--电压放大倍数
输出回路直 流负载线
输出回路交 流负载线
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放大器各点波形
注意输出电压 与输入电压的 相位关系—— CE实现电压 反相放大
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（3) 最大不失真输出电压 Uom
Q 点位置偏低 输入信号较大
截止失真
49
（3) 最大不失真输出电压 Uom
Q 点位置偏高 输入信号较大
饱和失真
50
最大不失真输出电压幅度为：
30
2.2.1 静态分析 静态分析要确定静态工作点---- Q 点
需计算： I BQ
I CQ
U BEQ U CEQ
两种方法：解析法和图解法
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1．解析法
工作在放大状态下的晶体三极管，发射结处 于正偏，集电结处于反偏。晶体管导通时，有
硅管 UBE 0.6 : 0.8V 锗管 UBE 0.2 : 0.3V
45
(2)输出回路的交流负载线——求 iC，uCE 波形
uCE UCEQ uce
uce ic ( Rc // RL ) (iC ICQ )RL
式中 RL Rc // RL
交流负载线方程
于是
uCE U CEQ (iC ICQ )RL
特点：过Q点；斜率为 1 RL
46
如图，根据输入电流信号波形就可以对应画出输 出电流及电压波形
Ag
Ri Rs Ri
Ro Ro RL
Ags
24
4．通频带
不失真（或基本不 失真）放大信号时， 放大器的通频带必 须大于或等于信号
的带宽。
下限频率
fBW fH fL
上限频率
25
5．最大输出幅度 最大输出幅度指放大器在线性区能输出的最大
电压幅度Uom或最大电流幅度I om
最大输出幅度与放大器直流工作状态、集电极电
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1 解析法
例2-2 解: 电源电压UCC 12V ，而 UCEQ 44.5V
显然是不可能的。实际上，此时晶体三极管已不 在放大区工作，故不能按放大区进行计算。那晶 体三极管工作在何种区域呢？需要根据所加电压 极性判断工作三极管的工作状态。
由图可知，此时放大器工作在饱和区。
39
1 解析法
因此，在使用解析法时必须注意一前提条件：三 极管在放大状态工作。计算时，可以先假设工作 在线性放大区，用解析法分析后，再看是否符合 放大状态条件，不能计算完后就了事。
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(2)输出回路 输出回路外部条件方程
uCE UCC iC Rc 输出回路直流负载线
特点：过Q点；斜率为 1 Rc
输出特 性曲线
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2.2.2 动态分析
根据已知的输入信号， 求出各极电流、电压的 波形，进而观察波形失 真情况或求出电压、电 流放大倍数。
分析方法：图解法和微变等效电路法
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1．图解法
Rb Rb1 // Rb2
U BB
Rb Rb1
2
Rb
2
U
CC
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1 解析法
例2-1 解:
发射极支路的电阻 Re 折合到基极支
路要乘以(1 )；
基极支路的电阻 Rb 折合到发射极支
路要除以(1 。)
U BB I BQRb U BEQ I EQRe
I EQ (1 )I BQ
所以