放大器的基本工作原理全面.ppt

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性课。件
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
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
课件
UO Us
Au
Ri Rs Ri
3. Output Resister RO
UCEQ UCC ICQ (Rc Re)
课件
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
1。2 0.7V
240K
50A
--
ICQ IBQ 2mA
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
课件
4. Distortions
Distortions
iB
Nonlinear Linear(Frequency)
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
课件
过Q点作垂线， 在横轴上的截 距即为UCEQ
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
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
课件
CE AMP
FEATURES
➢ 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
课件
Example 1
已知：Ucc=12V，Rs=1kΩ，Rb=300kΩ，Rc=3kΩ，RL=3kΩ， β=50。
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。
课件
C1
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iC
iB
+
Rb
u+BE -
uCE
-
+ - UBB
C2
Rc + - UCC
+ RL Uo
-
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 。
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。
课件
一. Graphical Analysis
1. DC Analysis
iC
C1
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iB
+
Rb
u+BE -
uCE
-
+ - UBB
课件
Example 2 Plot DC and AC pass
+Ucc +
Uo
+
Us
-
+ Us-
课件
+Ucc
+
Uo
-
§ 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
-
iC/mA
Ucc/Rc
IcQ
0
80μA AC Load Line60μA
Q
40μA
交流负载线
Uce Ic RL
UcEQ
20μA IB=0
Ucc
课件
uCE/V
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
❖ 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 -
-
+ Uce Ube- Rb
Rc
RL Uo
-
课件
RL
+
Rs
+ Ui
Us -
-
Ic
Ib
+
+
+ Uce Ube- -
Rc
RL Uo
Rb
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 课件
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 -
-
uCE(V)
t
t
t
课件
Q-point and Nonlinear Distortions
Ucc/Rc
iC/mA Q1 Rb↓
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
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 U i 课件
Power Gain
AP
PO Pi
不再成立。
➢
最大ICQM为[Ucc-UCE(sat)]/RC，I
区。
课件
BQ
ICQM
放大器工作在放大
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
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。
课件
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。
课件
r 再计再算求三be极管的U C动EQ态输U入CC电阻I CQ RC 12 2 3 6V
rbe
300 (1 ) 26(mV) IEQ (mA )
300 (1 50) 26(mV) 2(mA )
963 Ω
0.963 kΩ
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
RL
+
IBQ
UCC UBEQ Rb
UCC Rb
40A
Uo
ICQ IBQ 2mA
-
-
-
UCEQ UCC ICQRc 6V
300
(1
)
26mV I EQ
[]
e
Ib
RL
Ic
+
b
c
+
Ui
Rb
rbe
I b Rc
RL Uo
-
e
e
-
课件
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
RL rbe
RL'=RC//RL
§ 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——直课件接、阻容、变压器、光电
+
UCEQ (1)
UBEQ
+Ucc
Rb
Rc
I百度文库Q 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)
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
课件
+
Rs
+ Ui
Us -
-
Ib Rb
Ic +
+ Uce Ube- -
+
Rc
RL Uo
RL
-
b Ib
+
Ube
rbe
e-
Rs
+ Us -
Ic
c
I b
rbe
- 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。
课件
C1
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iB
Rb + - UBB
iC
+
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
-
-
课件
C2 +
Rc + - UCC
习惯画法
RL Uo -
+Ucc
Rb
Rc C2
+
RL Uo
-
三. DC and AC Pass
1. DC Pass—Find Q-point
+Ucc
Rb
Rc
IBQ ICQ +
课件
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)
t
课件
Q'
Q
Q"
UUCCEEQQ uCE uCE
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。
RC↑— 负载线斜率增小 — Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q3
RC↓—
负载线斜率增大
—
Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q4 课件
iC
ICQ
iC
Q'
Q
ICQ
Q"
t
0
0
UCUECQEQ
uCE
0
uCE
Sat(uar)atio饱n 和Dis失to真rtions
t
课件
iC
iC
ICQ
ICQ
0
0
t
0
CCuu(ttboo)ffff DD截iisstt止oorrtt失iioonn真ss
Ib
Rb
iC
+
u+BE -
uCE
-
Ic +
+ Uce Ube- -
课件
C2 Rc + - UCC
Rc
+ RL Uo
+ RL Uo -
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
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 。
课件
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
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
课件
2. AC Pass—Find Au、Ri、Ro
C1
+
Rs + Ui
Us -
-
+
Rs
+ Ui
Us -
-
iB
Rb + - UBB