基本的放大器電路

1、 放大器放大器 放大器是放大電信號(hào)的裝置，其基本任務(wù)是將微 弱信號(hào)不失真地放大到所需的值，即用較小的信號(hào)去 控制較大的信號(hào)。 器件電子管、晶體管、集成電路 用途放大電壓、電流、功率信號(hào) 信號(hào)大信號(hào)、小信號(hào) 耦合方式直接、阻容、變壓器、光電 頻率直流、低頻、高頻、視頻 放大器放大器 類型類型 晶體管 電壓 小信號(hào) 低頻 阻容 voltage gain i o u u u a 衡量放大器放大微弱信號(hào)的能力 i o i i i a current gain ii ui + - io uo + - i o i o u u u u u dbalg20)( i o p p p a power gain r

2、s us + - - 信號(hào)源 rl 負(fù)載 amp 衡量放大器對(duì)輸入信號(hào)的衰減程度，其大小應(yīng)從 信號(hào)有效地傳輸來確定 i i i i u r 傳輸電壓信號(hào)要求傳輸電壓信號(hào)要求rirsrs source voltage gain is i u s o us rr r a u u a ri rl rs us + - - ii ui + - amp io uo + - ri 衡量放大器對(duì)帶負(fù)載的能力，其大小應(yīng)從 信號(hào)有效地傳輸來確定 o o o i u r 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，uouo基本不變，則要求基本不變，則要求roro小小 rl rs us + - - ii ui + - io uo +

3、 - amp + - - ro o u roro的計(jì)算方法與電路分析一致的計(jì)算方法與電路分析一致 ro 晶體管輸入、輸出特性的 非線性產(chǎn)生非線性失真， ube ib q amplitude phase 其大小與工作點(diǎn)位置、信 號(hào)大小有關(guān) au f 0 + uo rs c1 ubb rb ucc rc c2 us + - + - - + - + - rl ui + - + - ube uce ic ib 分析 各元件的作用 ui=0，晶體管各極電流、電壓為直流 值，放大器處于靜態(tài)(直流)工作。 t uceq uceq t ib ibq t ube ubeq t ic icq 加入輸入信號(hào)ui后，

4、晶體管各極電流、 電壓隨信號(hào)而變，放大器處于動(dòng)態(tài)(交 流)工作。 + + + uo rs c1 ubb rb ucc rc c2 us + - + - - + - + - rl ui + - + - ube uce ic ib v晶體必須工作管在放大區(qū) v信號(hào)能輸入 v信號(hào)能輸出 v波形基本不失真 習(xí)慣畫法 c1 + - rl rb rs us +ucc c2 rc ui - + + - uo - + - + ubeq uceq ibq icq b cc b beqcc bq r u r uu i bqcq ii rciuu cqccceq re)1(r uu i b beqcc bq bqc

5、q ii re)rc(iuu cqccceq rc rb +ucc (1)(1) + - + ubeq uceq ibq icq rc rb +ucc re ieq (2)(2) 2bb1 b2 bq rr r uccu cq beqbq eq i re uu i re)rc(iuu cqccceq rb2 + - + ubeq uceq ibq icq rc rb1 +ucc re ieq (3)(3) i1 bq1 ii + - + ubeq uceq icq rc +ucc re ieq (4)(4) -uee cq beqee eq i re uu i re)rc(i)uu(u cqe

6、eccceq 若基極接地或負(fù)電壓，則偏置電流i ibqbq=0=0，管子截止，此時(shí) u uceqceq=u=ucc cc 。 若rbrb=60k=60k，則i ibqbq=200ua=200ua，i icqcq=8ma=8ma，u uceqceq=-12v=-12v，這是不可能這是不可能 的。此時(shí)的。此時(shí)放大器工作在飽和狀態(tài)， u uceqceq= = u uce(ce(satsat) )，i icqcq=i=ibq bq 不再成立。 已知：已知：u ube(be(onon) )=0.7v=0.7v，=40=40，u ucccc=12v=12v， r rb b=240k=240k， rcrc=

7、3k=3k。求靜態(tài)。求靜態(tài) 工作點(diǎn)工作點(diǎn)q q 。 a50 k240 v7 . 012 ibq 解：解： v63212uceq ma2ii bqcq 最大i icqmcqm為ucc-uucc-uce(ce(satsat) )/rc/rc， 放大器工作在放大放大器工作在放大 區(qū)。區(qū)。 cqm bq i i - + - + ubeq uceq ibq icq rc rb +ucc discussion discussion -ucc rb + - + ubeq uceq ibq icq ieq re 已知：已知：u ube(be(onon) )=0.7v=0.7v，=50=50，-u-ucccc=

8、-20v=-20v， r rb b=200k=200k， re=4kre=4k。求靜態(tài)工。求靜態(tài)工 作點(diǎn)作點(diǎn)q q。 a50 450200 7 . 020 ibq 解：解： v1045 . 220uceq ma5 . 2ii bqcq conclusion 管子截止時(shí)：管子截止時(shí)：uceq=ucc 飽和時(shí)：飽和時(shí)：uceq=uces 0 us rs ic + uo c1 ubb rb ucc rc + - + - - + - + - rl ui + - + - ube uce ib c2 + + uce + uo rs us rb rc - + - - rl ui + - ube ic ib

9、ui uo ui uo ui ui uo (a) ui uo (b) 圖(a)和圖(b)的直流通路相同 +ucc dc pass +ucc + - us + - uo ac pass us + - + - uo 圖解分析法：形象、直觀，但難以準(zhǔn)確定量分 析，用來分析非線性失真。 等效電路法：等效電路法：對(duì)器件建模進(jìn)行電路分析，運(yùn)算 簡(jiǎn)便，結(jié)果誤差小，僅適用于交 流小信號(hào)工作狀態(tài)。 靜態(tài)工作 動(dòng)態(tài)工作 求靜態(tài)點(diǎn)q(直流通路直流通路) 求au ri ro(交流通路交流通路) 估算法 圖解法 等效電路法等效電路法 rs us + uo rb ucc rc c2 - + - rl + - + - ub

10、e uce ic ib c1 ubb + - + - + - ui 根據(jù)i ibq bq在輸出特性曲線中找到對(duì)應(yīng)的曲線。 用估算法求出基極電流i ibq bq（假設(shè)為40a 40a） analysis step 求靜態(tài)工作點(diǎn)q，并確定uceq、icq的值。直流負(fù)載線 與輸出特性曲線上ib=40a的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)q， 由靜態(tài)工作點(diǎn)q便可在坐標(biāo)上查得靜態(tài)值icq 和uceq 。 根據(jù)集電極電流i ic c與集、射間電壓u uce ce的 關(guān)系式uce=uccicrc可畫出一條直線，該直線在縱軸 上的截距為ucc/rc ，在橫軸上的截距為ucc 。 rs us + uo rb ucc rc c2

11、 - + - rl + - + - ube uce ic ib c1 ubb + - + - + - ui 作直流負(fù)載線。 ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma 由由uce=uccicrc所決定的直流負(fù)載線所決定的直流負(fù)載線 ib=40a的輸?shù)妮?出特性曲線出特性曲線 過過q點(diǎn)作水平點(diǎn)作水平 線，在縱軸上線，在縱軸上 的截距即為的截距即為icq 過過q點(diǎn)作垂線，點(diǎn)作垂線， 在橫軸上的截在橫軸上的截 距即為距即為uceq ucc ucc/rc uceq icq 兩者的交點(diǎn)兩者的交點(diǎn)q就是靜態(tài)工作點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn) q dc load line v 由輸出特性曲線和交

12、流負(fù)載線求ic c和ubebe v 根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點(diǎn)q q v 畫放大器交流通路 v 根據(jù)ui i在輸入特性上求ube和ib b v 根據(jù) 在輸出特性中畫交流負(fù)載線 lcce riu l r analysis step + - + uo rs rb rc us + - + - rl ui + - ube uce ic ib - + uo rs rb rc us + - + - rl ui + - + - ube uce ic ib lcce riu ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma ucc ucc/rc uceq icq q ac load

13、line 交流負(fù)載線 tt t ic(ma) icq ib=0 0 20 a 40 a 60 a 80 a ic(ma) uce(v) q uceq ibq ubeq q1 q2 q ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma ucc ucc/rc uceq icq q uces rcrc 負(fù)載線斜率增小 q q點(diǎn)沿i ibqbq=40ua=40ua曲線平移達(dá)q q3 3 r rb b i ibq bq q q點(diǎn)沿負(fù)載線上移 r rb b i ibq bq q q點(diǎn)沿負(fù)載線下移 rcrc 負(fù)載線斜率增大 q q點(diǎn)沿i ibqbq=40ua=40ua曲線平移達(dá)q q4

14、4 q1 r rb b q2 r rb b q3 rcrc q4 rcrc 極限點(diǎn)q q1 1 進(jìn)入飽和狀態(tài) 極限點(diǎn)q q2 2 進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) (a) 飽和失真 0 uce ic q icq ic t 0 t q q uce uceq 0 uceq icq saturation (b) 截止失真 0 uce ic q icq ic t 0 t q q uceq 0 uce uceq icq cutoff cutoff 放大器中的各個(gè)量ube，ib，ic和uce都由直流分量 和交流分量?jī)刹糠纸M成。 由于c c2 2的隔直作用，放大器的輸出電壓uo等于uce 中的交流分量，且與輸入電壓ui反相。

15、放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有 效值之比求出。負(fù)載電阻rl越小，交流負(fù)載線越陡， 使uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。 靜態(tài)工作點(diǎn)q q設(shè)置得不合適，會(huì)產(chǎn)生非線性失真。 即q q點(diǎn)選得偏高，易產(chǎn)生飽和失真；q q點(diǎn)選得偏低，易 產(chǎn)生截止失真。 非線性元件晶體管在工作點(diǎn)附近的微小 范圍內(nèi)，可等效成一個(gè)線性電路，此時(shí)放大電路可用線性電路 的分析方法來分析。 analysis step 用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)q，并求出rbe 畫出交流通路 晶體管用交流小信號(hào)等效電路代替 用電路分析法計(jì)算au、ri、ro + uo rs rb rc us + - + - - rl ui + - + -

16、ube uce ic ib l r b rbe e c e b i ic ib + - - ube 26 )1(300 eq be i mv r e c b i rbe b e rs rb us + - - + ui l r + uo rc - rl ibic 計(jì)算au、ri、ro be l beb lb beb lo r r ri ri ri ri u u a c i u e c b i rbe b e rs rb us + - - + ui l r + uo rc - rl ibic riro rl=rc/rl beb /rr i u r i i i 計(jì)算ro的方法是：信號(hào)源短路， 負(fù)載r

17、l斷開，在輸出端加電壓u， 求出由u產(chǎn)生的電流i，則，則 co rr 已知：ucc=12v，rs=1k，rb=300k，rc=3k，rl=3k， =50。 試求：1.rl接入和斷開兩種情況下電路的電壓增益auau； 2.輸入電阻ri和輸出電阻ro； 3.輸出端開路時(shí)的源電壓增益ausaus 。 c1 + - rl rb rs us +ucc c2 rc ui - + + - uo 解：先求靜態(tài)工作點(diǎn)q a40 r u r uu i b cc b beqcc bq ma2ii bqcq v6rciuu cqccceq 再計(jì)算rbe 再求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻 963 )ma(2 mv)(26 )5

18、01(300 )ma( mv)(26 )1(300 eq be i r 1.rl接入時(shí)的電壓放大倍數(shù) 78 963. 0 33 33 50 be l r r au rl斷開時(shí)的電壓放大倍數(shù) 156 963. 0 350 be c r r au 2.輸入電阻 96. 0963. 0/300/ beb rrrik 輸出電阻 3 co rr k 3. 4 .76)156( 96. 01 96. 0 oo u is i is i s us a rr r u u u u u u a 78 已知：ucc=12v，rb1=20k，rb2=10k，rc=3k，=50 re=2krl=3k。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并

19、求電壓增益、 輸入電阻和輸出電阻。 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb1 rb2 re ce + + + 解：解：1.用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) v75. 3)23(65. 112 )( a33ma 50 65. 1 ma65. 1 2 7 . 04 v412 1020 10 eccqccceq cq bq e beqb eq cc b2b1 b2 b rriuu i i r uu ii u rr r u cq 68 1 . 1 33 33 50 k1 . 11100 65. 1 26 )501(300 26 )1(300 be l eq be r r

20、a i r u 3.求輸入電阻和輸出電阻 k3 k994. 01 . 1/10/20/ o beb2b1 c i rr rrrr 2.求電壓放大倍數(shù) 2b 2bb1 cc bq r rr u u cq beqbq eq i re uu i reiuu cqccceq re icq + + rb1 ibq uceq ubeq +ucc rb2 rs us + + ui rl + uo +ucc c1 c2 rb1 re rb2 lbleo ri )1(riu 1.au lbe l i o u r)1(r r)1( u u a lbbeb obebi ri )1(ri uriu rs us + +

21、 ui rl + uo +ucc c1 c2 rb1 re rb2 s u rbe bii + o u + i u b i + rs rb1 re rl c eibie ic rb2 lcl r/rr r)1(r/r i u r lbeb i i i 2. 輸入電阻輸入電阻ri ri ro rbe s u bii + o u + i u b i + rs rb1 re rl c eibie ic rb2 rb lbe i b i b b i i r)1(r u r u i r u i l r sbesbee bb1 rr u rr u r u iiii 1 rr /r i u r sbe eo

22、 rbe 3. 輸出電阻輸出電阻ro bi + u b i rs rb1 re c eib i1 ic rb2 s r ro 己知：己知：u ucc cc=12v =12v，r rb b=200k=200k，r re e=2k=2k，r rl l=3k=3k，r rs s=100=100， =50=50。 試求：1.估算靜態(tài)工作點(diǎn)； 2.電壓增益 auau； 3.輸入電阻 riri； 4.輸出電阻 roro。 a40 2)501(200 7 . 012 r)1(r uu i eb beqcc bq 解：解：1.用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) ma24050ii bqcq v82212reiuu cqc

23、cceq rs us + + ui rl + uo +ucc c1 c2 rb re 950 i mv26 )1(300r eq be 98. 0 2 . 15195. 0 2 . 151 r)1(r r)1( a lbe l u k2 . 1r/rr lel 2. au 3. ri k4 .47)2 . 15195. 0/(200r)1(r/rr lbebi 4. ro 5 .20 51 1 . 095. 0 /2 1 rr /rr sbe eo k1 . 01 . 0/200r/rr sbs 己知：己知：u ucc cc=12v =12v，r rb b=100k=100k，r rb1 b1

24、=40k =40k，r rb2 b2=80k =80k，r re e=3.6k=3.6k， r rl l=3.6k=3.6k，r rs s=100=100，u ube(be(onon) )=0.8v=0.8v， =50=50。試求： 解：解：1.用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) rs us + + ui rl + uo +ucc c1 c2 rb1 re rb rb2 1.估算靜態(tài)工作點(diǎn)； 2.電壓增益 auau； 3.輸入電阻 riri； 4.輸出電阻 roro。 v8 8040 8012 ubq ma2 6 . 3 8 . 08 icq v8 . 46 . 3212uceq 99. 0 8 . 15

25、195. 0 8 . 151 au 2. au、 k5 .53)8 . 15195. 0/(7 .126ri 5 .20 51 1 . 095. 0 /6 . 3ro 950rbe k8 . 1rl k1 . 0rs s u rbe bii + o u + i u b i + rs rb1 re rl c eibie ic rb2 ri ro l r rb 2b 2bb1 cc bq r rr u u cq beqbq eq i re uu i re)rc(iuu cqccceq rs us rl + uo c1 c2 rb1 re rb2 +ucc rc + cb re + + rb1 ib

26、q uceq ubeq +ucc rb2 icq rc lblco ririu be l i o u r r u u a bebi riu rbe s u b ii + o u + i u b i + rs re rc rl ce ib ie ic l r riro 1 r /r i u r be e i i i co rr rgrs rd +udd +udsq ugsq + idq sdgs riu 2 )off(gs gs dssd u u 1ii id ugs 0 q idq ugsq )rr(iuu sddqdddsq rg1 rg2 rs rd +udd + udsq ugsq + idq 2 )off(gs gs dssd u u 1ii