放大器的基本工作原理精品课件

3
2. Input Resister Ri
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
Ii
Io
RS
+
+
Ui
US-
-
Ri AMP
+
Uo
RL
-
Ri
Ri
Ui Ii
传输电压信号要求Ri>>Rs
Source Voltage Gain Aus
精品 可修改
UO Us
Au
Ri Rs Ri
4
3. Output Resister RO
-
作直流负载线。根据集电极电流iC与集、射间电压uCE的 关系式uCE=UCC－iCRC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 。
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=40μA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 。
图解分析法：形象、直观，但难以准确定量分
分析方法
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。
精品 可修改
16
一. Graphical Analysis
1. DC Analysis
iC
C1
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iB
+
Rb
u+BE -
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
精品 可修改
27
+
Rs
+ Ui
Us -
-
Ib Rb
Ic +
+ Uce Ube- -
+
Rc
RL Uo
RL
-
b Ib
+
Ube
rbe
e-
Rs
+ Us -
Ic
c
I b
rbe
300
(1
)
26mV I EQ
[]
e
Ib
RL
Ic
+
b
c
+
Ui
Rb
rbe
I b Rc
RL Uo
-
e
e
-
精品 可修改
28
计算Au、Ri、Ro
RL
Ib
Ic
+
b
c
+
Rs
Ui
Rb
+
Us -
-
e
Ri
rbe
I b Rc
RL Uo
e
-
Ro
Au
Uo Ui
Ic RL I b rbe
Ib RL I b rbe
+
u+BE -
uCE
-
❖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
C1
+
Rs
Us+
Ui
-
-
精品 可修改
C2 +
Rc + - UCC
习惯画法
RL Uo -
+Ucc
Rb
Rc C2
+
RL Uo
-
8
三. DC and AC Pass
1. DC Pass—Find Q-point
+Ucc
UBEQ
-
Re
IEQ
ICQ IBQ 2.5mA
UCEQ 20 2.5 4 10V
CONCLUSION
管子截止时：UCEQ=UCC
饱和时：UCEQ=UCES ≈0
精品 可修改
12
2. AC Pass—Find Au、Ri、Ro
C1
+
Rs + Ui
Us -
-
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iB
Rb + - UBB
RL
+
IBQ
UCC UBEQ Rb
UCC Rb
精品 可修改
14
Example 2 Plot DC and AC pass
+Ucc +
Uo
+
Us
-
+ Us-
精品 可修改
+Ucc
+
Uo
-
15
§ 3.2 Basic Analysis of Amplifier
分析 放大器
静态工作—求静态点Q(直流通路) 动态工作 —求Au Ri Ro(交流通路)
估算法 图解法 等效电路法
-
- UBB
t
t
C2
+
Rc +
t - UCC
+ RL Uo
-
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。
精品 可修改
7
C1
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iB
Rb + - UBB
iC
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
Ii
Io
RS
+
+
Ui
US-
-
RO
AMP +
UO-
+
Uo
RL
-
RO
Ro的计算方法与电路分析一致
RO
UO IO
当负载变化时，Uo基本不变，则要求Ro小
精品 可修改
5
4. Distortions
Distortions
iB
Nonlinear Linear(Frequency)
距即为UCEQ
19
2. AC Analysis Analysis Step
❖ 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 Uce IcRL 在输出特性中画交流负载线
❖ 根据ui在输入特性上求uBE和iB
❖ 由输出特性曲线和交流负载线求iC和uBE
Ic
Ib
+
+
+
Rs
+ Ui
Us -
精品 可修改
Q'
Q
Q"
UUCCEEQQ uCE uCE
25
Summary
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。
Ib
Rb
iC
+
u+BE -
uCE
-
Ic +
+ Uce Ube- -
精品 可修改
C2 Rc + - UCC
Rc
+ RL Uo
+ RL Uo -
13
Example 1 Plot AC pass of figure (a) and (b)
Ui
Ui
Uo
Ui
Uo
(a)
(b)
Ui
Uo
Ui
Uo
图(a)和图(b)的直流通路相同
不再成立。
➢
区最。大ICQM为[Ucc-UCE(sat)]/R精C品，可I修B改Q
ICQM
放大器工作在放大
11
Example 2 已知：UBE(on)=0.7V，β=50，-UCC=-
20V，
Rb
-Ucc Rb=200KΩ， Re=4KΩ。求静态工
ICQ IBQ
+
+
UCEQ
解作：点IBQQ。 20200500.7 4 50A
RC↓—
负载线斜率增大
—
Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q4
精品 可修改
23
iC
ICQ
iC
Q'
Q
ICQ
Q"
t
0
0
UCUECQEQ
0
Sat(uar)atio饱n 和Dis失to真rtions
t
精品 可修改
uCE uCE
24
iC
iC
ICQ
ICQ
0
0
t
0
CCuu(ttboo)ffff DD截iisstt止oorrtt失iioonn真ss t
RL rbe
RL'=RC//RL
Ri
Ui Ii
RB // rbe
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
Ro RC
精品 可修改
29
CE AMP
FEABiblioteka BaiduURES
➢ 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
精品 可修改
9
Rb1
I1
Rb2
ICQ IBQ
+
UBEQ
IEQ
-
+Ucc Rc +
UCEQ (3)
Re
+Ucc Rc
ICQ +
+
UBEQ
UCEQ (4)
-
Re
IEQ
-UEE
I1 IBQ
UBQ
Ucc
R b2 Rb1 Rb2
I EQ
UEE
UBEQ Re
ICQ
I EQ
UBQ UBEQ Re
ICQ
UCEQ (UCC UEE ) ICQ (Rc Re)
UCEQ UCC ICQ (Rc Re)
精品 可修改
10
Example 1 已知：UBE(on)=0.7V，β=40，
+UUccCC=12V，
Rb
Rc
Rb=240KΩ， Rc=3KΩ。求静态
ICQ IBQ
+
UBEQ
+
UCEQ
解工：作I点BQQ
80μA RC↓ 60μA
Q IcQ
Q3
RC↑
0 UCES
UcEQ
Q4 40μA
20μA IB=Q02 Rb↑ Ucc uCE/V
Rb↓— IBQ↑— Q点沿负载线上移 — 极限点Q1 — 进入饱和状态 Rb↑— IBQ↓— Q点沿负载线下移 — 极限点Q2 — 进入截止状态
RC↑— 负载线斜率增小 — Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q3
一. Main Properties
1. Gain
衡量放大器放大微弱信号的能力
Ii
Io
信 RS
+
号+
Ui
源 US-
-
+
AMP
Uo
-
负 RL 载
Voltage Gain
Au
UO Ui
Current Gain
Ai
IO Ii
Au (dB)
20
UO Ui
lg
UO Power U精i品 可修改
Gain
AP
PO Pi
CHAP.3 Basic Amplifier Circuits
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精性品 可。修改
1。2 0.7V
240K
50A
--
ICQ IBQ 2mA
Discussion
UCEQ 12 2 3 6V
➢ 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=60KΩ，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=βIBQ
uCE
-
+ - UBB
C2
Rc + - UCC
+ RL Uo
-
Analysis Step
用估算法求出基极电流IBQ（假设为40μA） 根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。
精品 可修改
17
C1
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iC
iB
+
Rb
u+BE -
uCE
-
+ - UBB
C2
Rc + - UCC
+ RL Uo
精品 可修改
30
Example 1
已知：Ucc=12V，Rs=1kΩ，Rb=300kΩ，Rc=3kΩ，RL=3kΩ， β=50。
试求：1.RL接入和断开两种情况下电路的电压增益Au； 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Aus 。
Rb C1
+
Rs
Us+
Ui
Rc C2
+Ucc 解：先求静态工作点Q
uCE/V
21
iB(uA)
60
IBQ
Q
40
20
0
UBEQ
ic(mA)
Q1
ICQ
Q
uBE(V) 0
Q2
UCEQ
80μA 60μA 40μA
ic(mA)
20μA IB=0
uCE(V)
t
t
t
精品 可修改
22
Q-point and Nonlinear Distortions
Ucc/Rc
iC/mA Q1 Rb↓
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。
精品 可修改
26
二. Small-Signal Equivalent Circuit Analysis
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。
1
§ 3.1 Basic Concept
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。
放大器
放大器 类型
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 频率——直流、低频、高频、视频 耦合方式——精直品 可接修改、阻容、变压器、光电 2
-
+ Uce Ube- Rb
Rc
RL Uo
-
精品 可修改
RL
20
+
Rs
+ Ui
Us -
-
Ic
Ib
+
+
+ Uce Ube- -
Rc
RL Uo
Rb
-
iC/mA
Ucc/Rc
IcQ
0
80μA AC Load Line60μA
Q
40μA
交流负载线
Uce Ic RL
20μA IB=0
UcEQ
Ucc
精品 可修改
Rb
Rc
IBQ ICQ +
+
UCEQ (1)
UBEQ
+Ucc
Rb
Rc
ICQ IBQ
+
+
UCEQ (2)
UBEQ
-
--
Re
IEQ
IBQ
UCC UBEQ Rb
UCC Rb
ICQ IBQ
IBQ
UCC UBEQ Rb (1 ) Re
ICQ IBQ
UCEQ UCC ICQRc
UCEQ UCC ICQ (Rc Re)
Amplitude Phase
Au
Q
uBE
晶体管输入、输出特性的 0
f
非线性产生非线性失真，
其大小与工作点位置、信
号大小有关
精品 可修改
6
二. Basic Circuit—CE iC
iB
ICQ
IBQ
t
iC
Rs +
C1
+
+
Ui
+
iB
u +
CE
u u u Rb
+ UBEQ
BE
BE - UCEQ
CEQ
Us -
精品 可修改
18
由uCE=UCC－iCRC所决定的直流负载线
Ucc/Rc
两者的交点Q就是静态工作点
iC/mA
80μA
DC Load Line
60μA
IcQ
Q
40μA IB=40μA的输
出特性曲线
20μA
IB=0
0
UcEQ
Ucc uCE/V
过Q点作水平 线，在纵轴上
的截距即为ICQ
精品 可修改
过Q点作垂线， 在横轴上的截