放大器的基本工作原理

1、2021/3/10講解：XX1 2021/3/10講解：XX2 放大器放大器 放大器是放大電信號的裝置，其基本任務(wù)是將微 弱信號不失真地放大到所需的值，即用較小的信號去 控制較大的信號。 器件電子管、晶體管、集成電路 用途放大電壓、電流、功率信號 信號大信號、小信號 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 低頻 阻容 2021/3/10講解：XX3 Voltage Gain i O u U U A 衡量放大器放大微弱信號的能力 i O i I I A Current Gain Ii Ui + - Io Uo + - i O i

2、 O u U U U U dBAlg20)( i O P P P A Power Gain RS US + - - 信號源 RL 負載 AMP 2021/3/10講解：XX4 衡量放大器對輸入信號的衰減程度，其大小應(yīng)從 信號有效地傳輸來確定 i i i I U R 傳輸電壓信號要求傳輸電壓信號要求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 2021/3/10講解：XX5 衡量放大器對帶負載的能力，其大小應(yīng)從 信號有效地傳輸來確定 O O O

3、I U R 當負載變化時，當負載變化時，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 + - AMP + - - RO O U RoRo的計算方法與電路分析一致的計算方法與電路分析一致 RO 2021/3/10講解：XX6 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 其大小與工作點位置、信 號大小有關(guān) Au f 0 2021/3/10講解：XX7 + Uo Rs C1 UBB Rb UCC Rc C2 Us + - + - - + - + - RL Ui + - + -

4、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Ui后，晶體管各極電流、 電壓隨信號而變，放大器處于動態(tài)(交 流)工作。 + + 2021/3/10講解：XX8 + 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信號能輸入 v信號能輸出 v波形基本不失真 C1 + - RL Rb Rs Us +Ucc

5、 C2 Rc Ui - + + - Uo 2021/3/10講解：XX9 - + - + 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 BQCQ II Re)Rc(IUU CQCCCEQ Rc Rb +Ucc (1)(1) + - + UBEQ UCEQ IBQ ICQ Rc Rb +Ucc Re IEQ (2)(2) 2021/3/10講解：XX10 2bb1 b2 BQ RR R UccU CQ BEQBQ EQ I Re UU I Re)Rc(IUU CQ

6、CCCEQ 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 CQEECCCEQ 2021/3/10講解：XX11 若基極接地或負電壓，則偏置電流I IBQBQ=0=0，管子截止，此時 U UCEQCEQ=U=UCC CC 。 若Rb=60KRb=60K，則I IBQBQ=200uA=200uA，I ICQCQ=8mA=8mA，U UCEQCEQ=-12V

7、=-12V，這是不可能這是不可能 的。此時的。此時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， Rc=3KRc=3K。求靜態(tài)。求靜態(tài) 工作點工作點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

8、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 2021/3/10講解：XX12 -Ucc Rb + - + UBEQ UCEQ IBQ ICQ IEQ Re 已知：已知：U UBE(BE(onon) )=0.7V=0.7V，=50=50，-U-UCCCC=-20V=-20V， R Rb b=200K=200K， Re=4KRe=4K。求靜態(tài)工。求靜態(tài)工 作點作點Q Q。 A50 450200 7 . 020 IBQ 解：解： V1045 . 220UCEQ mA5 . 2I

9、I BQCQ CONCLUSION 管子截止時：管子截止時：UCEQ=UCC 飽和時：飽和時：UCEQ=UCES 0 2021/3/10講解：XX13 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 2021/3/10講解：XX14 Ui Uo Ui Uo Ui Ui Uo (a) Ui Uo (b) 圖(a)和圖(b)的直流通路相同 2021/3/10講解：XX15 +Ucc DC

10、Pass +Ucc + - Us + - Uo AC Pass Us + - + - Uo 2021/3/10講解：XX16 圖解分析法：形象、直觀，但難以準確定量分 析，用來分析非線性失真。 等效電路法：等效電路法：對器件建模進行電路分析，運算 簡便，結(jié)果誤差小，僅適用于交 流小信號工作狀態(tài)。 靜態(tài)工作 動態(tài)工作 求靜態(tài)點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 2021/3/10講解：XX17 一一. Graphical Analysis Rs Us + Uo Rb UCC Rc C2 - + - RL + - + - uBE u

11、CE iC iB C1 UBB + - + - + - Ui 根據(jù)I IBQ BQ在輸出特性曲線中找到對應(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 2021/3/10講解：XX18 求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。直流負載線 與輸出特性曲線上IB=40A的交點就是靜態(tài)工作點Q， 由靜態(tài)工作點Q便可在坐標上查得靜態(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 + U

12、o Rb UCC Rc C2 - + - RL + - + - uBE uCE iC iB C1 UBB + - + - + - Ui 作直流負載線。 2021/3/10講解：XX19 IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA 由由uCE=UCCiCRC所決定的直流負載線所決定的直流負載線 IB=40A的輸?shù)妮?出特性曲線出特性曲線 過過Q點作水平點作水平 線，在縱軸上線，在縱軸上 的截距即為的截距即為ICQ 過過Q點作垂線，點作垂線， 在橫軸上的截在橫軸上的截 距即為距即為UCEQ Ucc Ucc/Rc UcEQ IcQ 兩者的交點兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點就是靜

13、態(tài)工作點 Q DC Load Line 2021/3/10講解：XX20 v 由輸出特性曲線和交流負載線求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載線 Lcce RIU L R Analysis Step + - + Uo Rs Rb Rc Us + - + - RL Ui + - Ube Uce Ic Ib 2021/3/10講解：XX21 - + Uo Rs Rb Rc Us + - + - RL Ui + - + - Ube Uce Ic Ib Lcce RIU

14、IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA Ucc Ucc/Rc UcEQ IcQ Q AC Load Line 交流負載線 2021/3/10講解：XX22 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 2021/3/10講解：XX23 IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA Ucc Ucc/Rc UcEQ IcQ Q UCES RCRC 負載線斜率增小 Q Q點沿I IBQBQ=40uA=40uA曲線平移達Q Q3 3

15、R Rb b I IBQ BQ Q Q點沿負載線上移 R Rb b I IBQ BQ Q Q點沿負載線下移 RCRC 負載線斜率增大 Q Q點沿I IBQBQ=40uA=40uA曲線平移達Q Q4 4 Q1 R Rb b Q2 R Rb b Q3 RCRC Q4 RCRC 極限點Q Q1 1 進入飽和狀態(tài) 極限點Q Q2 2 進入截止狀態(tài) 2021/3/10講解：XX24 (a) 飽和失真 0 uCE iC Q ICQ iC t 0 t Q Q uCE UCEQ 0 UCEQ ICQ Saturation 2021/3/10講解：XX25 (b) 截止失真 0 uCE iC Q ICQ iC

16、t 0 t Q Q UCEQ 0 uCE UCEQ ICQ Cutoff 2021/3/10講解：XX26 放大器中的各個量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量 和交流分量兩部分組成。 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。 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。負載電阻RL越小，交流負載線越陡， 使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。 靜態(tài)工作點Q Q設(shè)置得不合適，會產(chǎn)生非線性失真。 即Q Q點選得偏高，易產(chǎn)生飽和失真；Q Q點選得偏低，易 產(chǎn)生截止失真。 2021/3/10講解：XX27 非線性元件晶體管在工作

17、點附近的微小 范圍內(nèi)，可等效成一個線性電路，此時放大電路可用線性電路 的分析方法來分析。 二二. Small-Signal Equivalent Circuit Analysis Analysis Step 用估算法計算靜態(tài)工作點Q，并求出rbe 畫出交流通路 晶體管用交流小信號等效電路代替 用電路分析法計算Au、Ri、Ro 2021/3/10講解：XX28 + Uo Rs Rb Rc Us + - + - - RL Ui + - + - 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

18、 I rbe b e Rs Rb Us + - - + Ui L R + Uo Rc - RL IbIc 2021/3/10講解：XX29 計算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 計算Ro的方法是：信號源短路， 負載RL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 2021/3/10講解：XX30 FEATURES

19、2021/3/10講解：XX31 Example 1 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Q A40 R U R UU I b CC b BEQCC BQ mA2II BQCQ V6RcIUU CQCCCEQ 2021/3/10講解：XX32 再計算rbe 再求三極管的動態(tài)輸入電阻 963 )mA(2

20、mV)(26 )501(300 )mA( mV)(26 )1(300 EQ be I r 1.RL接入時的電壓放大倍數(shù) 78 963. 0 33 33 50 be L r R Au RL斷開時的電壓放大倍數(shù) 156 963. 0 350 be C r R Au 2.輸入電阻 96. 0963. 0/300/ beB rRRi k 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 2021/3/10講解：XX33 已知：UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3

21、k，=50 RE=2kRL=3k。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓增益、 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.用估算法計算靜態(tài)工作點 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 Example 2 2021/3/10講解：XX34 68 1 . 1 33 33 50

22、k1 . 11100 65. 1 26 )501(300 26 )1(300 be L EQ be r R 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 2021/3/10講解：XX35 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 2021/3/10講解：XX36 LbLeo R

23、I )1(RIU 1.Au 二二. AC Analysis Lbe L i o u R)1(r R)1( U U A Lbbeb obebi RI )1(rI UrIU Rs Us + + 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 2021/3/10講解：XX37 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

24、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 2021/3/10講解：XX38 sbesbee bb1 Rr U Rr U R U IIII 1 Rr /R I U R sbe eo 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 2021/3/10講解：XX39 CC AMP 2021/3/10講解：XX40 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

25、 RS S=100=100， =50=50。 試求：1.估算靜態(tài)工作點； 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.用估算法計算靜態(tài)工作點 mA24050II BQCQ V82212ReIUU CQCCCEQ Example 1 Rs Us + + Ui RL + Uo +Ucc C1 C2 Rb Re 2021/3/10講解：XX41 950 I mV26 )1(300r EQ be 98. 0 2 . 15195. 0 2 . 151 R)1(r R)1

26、( 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 2021/3/10講解：XX42 己知：己知：U UCC CC=12V =12V，R Rb b=100k=100k，R Rb1 b1=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(

27、onon) )=0.8V=0.8V， =50=50。試求： 解：解：1.用估算法計算靜態(tài)工作點 Example 2 Rs Us + + Ui RL + Uo +Ucc C1 C2 Rb1 Re Rb Rb2 1.估算靜態(tài)工作點； 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 2021/3/10講解：XX43 99. 0 8 . 15195. 0 8 . 151 Au 2. Au、 Ri、 Ro K5 .53)8 . 15195. 0/(7 .126R

28、i 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 2021/3/10講解：XX44 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 IBQ UCEQ UBEQ +Ucc Rb2 ICQ Rc 2021/3/1

29、0講解：XX45 LbLCo RIRIU 二二. AC Analysis 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 2021/3/10講解：XX46 CB AMP 2021/3/10講解：XX47 3.5 FET Amplifier RgRs Rd +UDD +UDSQ UGSQ + IDQ SDGS RIU 2 )off(GS GS DSSD U U 1II ID UGS 0 Q IDQ

30、UGSQ )RR(IUU SdDQDDDSQ 2021/3/10講解：XX48 Rg1 Rg2 Rs Rd +UDD + UDSQ UGSQ + IDQ 2 )off(GS GS DSSD U U 1II SDGGS RIUU 2g1g 2g DDG RR R UU ID UGS 0 Q IDQ UGSQUG )RR(IUU SdDQDDDSQ 2. Voltage Divider Biasing 2021/3/10講解：XX49 二二. FET Amplifier 1.1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 Rg1 +UDD C1 + Rg2Rs Rd Rg C2 Cs Ui + Uo RL Common-Source Amplifier 根據(jù)分壓式偏置電路求靜態(tài)工作點根據(jù)分壓式偏置電路求靜態(tài)工作點 202