放大器的基本工作原理

1、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Voltage Gain iOuUUA 衡量放大器放大微弱信號的能力iOiIIA Current Gain IiUi+-IoUo+-iOiOuUUUUdBAlg20)( iOPPPA Power GainRSUS+- -信號源RL負(fù)載AMP 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

2、定 iiiIUR 傳輸電壓信號要求傳輸電壓信號要求RiRsRsSource Voltage Gain isiusOusRRRAUUA RiRLRSUS+- -IiUi+-AMPIoUo+-Ri 衡量放大器對帶負(fù)載的能力，其大小應(yīng)從信號有效地傳輸來確定 OOOIUR 當(dāng)負(fù)載變化時，當(dāng)負(fù)載變化時，UoUo基本不變，則要求基本不變，則要求RoRo小小RLRSUS+- -IiUi+-IoUo+-AMP+- -ROOU 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晶體管輸入、輸出特性的非線性產(chǎn)生非線性失真，uBEiBQAmplitudePhase 其大小與工作點位置、信號大小有關(guān) Auf

3、0+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiB 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。tuCEQUCEQtiBIBQtuBEUBEQtiCICQ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。+UoRsC1UBBRbUCCRcC2Us+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiCiBv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+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-+-Uo-+-+UBEQUCEQIBQICQbCCbBEQCCBQRURU

4、UI BQCQII RcIUUCQCCCEQ Re)1(RUUIbBEQCCBQ BQCQII Re)Rc(IUUCQCCCEQ RcRb+Ucc(1)(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)(2)2bb1b2BQRRRUccU CQBEQBQEQIReUUI Re)Rc(IUUCQCCCEQ Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)(3)I1BQ1II +-+UBEQUCEQICQRc+UccReIEQ(4)(4)-UEECQBEQEEEQIReUUI Re)Rc(I)UU(UCQEECCCEQ 若基極接地或負(fù)電壓，則偏置電流

5、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=-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

6、 。A50K240V7 . 012IBQ 解：解：V63212UCEQ mA2IIBQCQ 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)。 CQMBQII-+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+Ucc Discussion Discussion-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe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

7、 Q。A504502007 . 020IBQ 解：解：V1045 . 220UCEQ mA5 . 2IIBQCQ CONCLUSION 管子截止時：管子截止時：UCEQ=UCC 飽和時：飽和時：UCEQ=UCES 0UsRsiC+UoC1UBBRbUCCRc+-+-+-+-RLUi+-+-uBEuCEiBC2+Uce+UoRsUsRbRc-+-RLUi+-UbeIcIb Ui Uo Ui Uo Ui Ui Uo(a) Ui Uo(b) 圖(a)和圖(b)的直流通路相同+UccDC Pass+Ucc+-Us+-UoAC PassUs+-+-Uo圖解分析法：形象、直觀，但難以準(zhǔn)確定量分 析，用來分

8、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RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui 根據(jù)I IBQBQ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 IBQBQ（假設(shè)為40A40A） Analysis Step 求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。直流負(fù)載線 與輸出特性曲線上IB=40A的交點就是靜態(tài)工作點Q， 由靜態(tài)工作點Q便可在坐

9、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 uCECE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 。RsUs+UoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-Ui 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)妮敵鎏匦郧€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

10、軸上的截 距即為距即為UCEQUccUcc/RcUcEQIcQ兩者的交點兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點就是靜態(tài)工作點QDC Load Linev 由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC C和uBEBEv 根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q Qv 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 LcceRIU LR Analysis Step+-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-UbeUceIcIb-+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbLcceRIU IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/m

11、A UccUcc/RcUcEQIcQQAC Load Linetttic(mA)ICQ IB=0 0 20A 40A 60A 80A ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Q IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA UccUcc/RcUcEQIcQQUCESRCRC 負(fù)載線斜率增小 Q Q點沿I IBQBQ=40uA=40uA曲線平移達(dá)Q Q3 3R Rb b I IBQBQ Q Q點沿負(fù)載線上移R Rb b I IBQBQ Q Q點沿負(fù)載線下移RCRC 負(fù)載線斜率增大 Q Q點沿I IBQBQ=40uA=40uA曲線平移達(dá)Q Q4 4Q1R R

12、b bQ2R Rb bQ3RCRCQ4RCRC 極限點Q Q1 1 進入飽和狀態(tài) 極限點Q Q2 2 進入截止?fàn)顟B(tài)(a) 飽和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0UCEQICQSaturation (b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCEUCEQICQCutoff 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(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載線越陡，使Uom減小，電壓放

13、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。非線性元件晶體管在工作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。 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+UoRsRbRcUs+-+-RLUi+-+-UbeUceIcIbLR brbeecebI IcIb+- -Ube26)1(300 EQbeImVr ecbI rbebeRsRbUs+-+UiLR +UoRc-RLIbIc

14、beLbebLbbebLorRrIRIrIRIUUAciu ecbI rbebeRsRbUs+-+UiLR +UoRc-RLIbIcRiRoRL=RC/RLbeB/rRIURiii 計算Ro的方法是：信號源短路，負(fù)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 CoRR 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+-RLRbRsUs+UccC2RcUi-+-Uo解：先求靜態(tài)工作點QA40RURUUIb

15、CCbBEQCCBQ mA2IIBQCQ V6RcIUUCQCCCEQ 再計算rbe 再求三極管的動態(tài)輸入電阻 963)mA(2mV)(26)501(300)mA(mV)(26)1(300EQbe Ir1.RL接入時的電壓放大倍數(shù) 78963. 0333350beL rRAu RL斷開時的電壓放大倍數(shù) 156963. 0350beC rRAu 2.輸入電阻 96.0963.0/300/beB rRRik 輸出電阻 3Co RR k 3. 4 .76)156(96. 0196. 0oo uisiisisusARRRUUUUUUA 78已知：UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3

16、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。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解：解：1.用估算法計算靜態(tài)工作點V75. 3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2B RRIUUIIRUUIIURRRUCQ681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501(30026)1(300beLEQbe rRAIru3.求輸入電阻和輸出電阻 k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1

17、CiRRrRRR2b2bb1CCBQRRRUU CQBEQBQEQIReUUI ReIUUCQCCCEQ ReICQ+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccRb2RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1 ReRb2LbLeoRI )1(RIU 1.AuLbeLiouR)1(rR)1(UUA LbbebobebiRI )1(rIUrIU RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1 ReRb2 sUrbe bIi+oU + iU bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 LCLR/RR R)1(r/RIURLbebiii RiRorbe sUbIi+oU + iU bI

18、 + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 RbLbeibibbiiR)1(rURUIRUI LR sbesbeebb1RrURrURUIIII 1Rr/RIURsbeeorbe bI+U bI RsRb1 ReceIbI1IcRb2 SR Ro己知：己知：U UCCCC=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； 2.電壓增益 AuAu； 3.輸入電阻 RiRi； 4.輸出電阻 RoRo。A402)501(2007 . 012R)1(RUUIebBEQCC

19、BQ 解：解：1.用估算法計算靜態(tài)工作點mA24050IIBQCQ V82212ReIUUCQCCCEQ RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2RbRe 950ImV26)1(300rEQbe98. 02 . 15195. 02 . 151R)1(rR)1(ALbeLu K2 . 1R/RRLeL3. Ri K4 .47)2 . 15195. 0/(200R)1(r/RRLbebi4. Ro 5 .20511 . 095. 0/21Rr/RRsbeeo K1 . 01 . 0/200R/RRSbS己知：己知：U UCCCC=12V=12V，R Rb b=100k=100k，R Rb1b1=

20、40k=40k，R Rb2b2=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.用估算法計算靜態(tài)工作點RsUs +UiRL+Uo+UccC1C2Rb1ReRbRb21.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。V880408012UBQ mA26 . 38 . 08ICQ V8 . 46 . 3212UCEQ 99. 08 . 15195. 08 . 151Au K5 .53)8 . 15195

21、. 0/(7 .126Ri 5 .20511 . 095. 0/6 . 3Ro 950rbe K8 . 1RL K1 . 0RSsUrbe bIi+oU + iU bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 RiRoLR Rb2b2bb1CCBQRRRUU CQBEQBQEQIReUUI Re)Rc(IUUCQCCCEQ RsUs RL+UoC1C2Rb1 ReRb2+UccRc+CbRe+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccRb2ICQRcLbLCoRIRIU beLiourRUUA bebirIU rbe sUbIi+oU + iU bI + RsReRcRLceIbIeIcLR RiRo 1r/RIURbeeiiiCoRR RgRsRd+UDD+UDSQUGSQ+IDQSDGSRIU 2)off(GSGSDSSDUU1II IDUGS0QIDQUGSQ)RR(IUUSdDQDDDSQ Rg1 Rg2 RsRd +UDD +UDSQUGSQ+IDQ2)off(GSG