放大器的基本工作原理.ppt
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1、12放大器放大器 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。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、小信号耦合方式直接、阻容、变压器、光电频率直流、低频、高频、视频 放大器放大器 类型类型晶体管电压小信号低频阻容3Voltage Gain iOuUUA 衡量放大器放大微弱信号的能力iOiIIA Current Gain IiUi+-IoUo+-iOuUUdBAlg20)(iOPPPA Power GainRSUS+- -信号源RL负载AMP4 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
2、 iiiIUR 传输电压信号要求传输电压信号要求R RiR Rs sSource Voltage Gain isiusOusRRRAUUA RiRLRSUS+- -IiUi+-AMPIoUo+-Ri5 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 OOOIUR 当负载变化时,当负载变化时,UoUo基本不变,则要求基本不变,则要求RoRo小小RLRSUS+- -IiUi+-IoUo+-AMP+- -RoOU RoRo的计算与电路分析方法一致的计算与电路分析方法一致Ro6晶体管输入、输出特性的非线性产生非线性失真,uBEiBQAmplitudePhase 其大小与工作点位置、信号大小有
3、关 Auf07+uoRsC1UBBRbUCCRcC2us+-+-+-+-RLui+-+-uBEuCEiCiB 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。tuCEQUCEQtiBIBQtuBEUBEQtiCICQ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。+1.电路的电路的组成组成8+uoRsC1UBBRbUCCRcC2us+-+-+-+-RLui+-+-uBEuCEiCiBv晶体管必须工作在放大区v信号能输入v信号能输出v波形基本不失真 习惯画法C1+-RLRbRsus+UccC2Rcui-+-uo9三极管放三极管
4、放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理10放大元件放大元件iC= iB,工作在放大区,要工作在放大区,要保证集电结反偏,保证集电结反偏,发射结正偏。发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T11作用:作用:使发射使发射结正偏,并提结正偏,并提供适当的静态供适当的静态工作点。工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T12集电极电源,集电极电源,为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECE
5、BRCC1C2T13集电极电阻,集电极电阻,将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T14耦合电容:耦合电容:电解电容,有极性。电解电容,有极性。大小为大小为10 F50 F作用:作用:隔离隔离输入输出与输入输出与电路直流的电路直流的联系,同时联系,同时能使信号顺能使信号顺利输入输出。利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T15可以省去可以省去电路改进:采用单电源供电电路改进:采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T16单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB17ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIE
6、Q=IBQ+ICQ静态工作点静态工作点RB+ECRCC1C2T18-+-+UBEQUCEQIBQICQbCCbBEQCCBQRURUUI BQCQII RcIUUCQCCCEQ Re)1(RUUIbBEQCCBQ BQCQII Re)Rc(IUUCQCCCEQ RcRb+Ucc(1)(1)+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+UccReIEQ(2)(2)192bb1b2BQRRRUccU CQBEQBQEQIReUUI Re)Rc(IUUCQCCCEQ Rb2+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb1+UccReIEQ(3)(3)I1BQ1II +-+UBEQUCEQICQRc+Ucc
7、ReIEQ(4)(4)-UEECQBEQEEEQIReUUI Re)Rc(I)UU(UCQEECCCEQ 20 若基极接地或负电压,则偏置电流I IBQBQ=0=0,管子截止,此时 U UCEQCEQ=U=UCC CC 。 若RbRb=60K=60K,则I IBQBQ=200uA=200uA,I ICQCQ=8mA=8mA,U UCEQCEQ=-12V=-12V,这是不可能这是不可能 的。此时的。此时放大器工作在饱和状态, 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
8、,=40=40,U UCCCC=12V=12V, R Rb b=240K=240K, RcRc=3K=3K。求静态。求静态 工作点工作点Q Q 。A50K240V7 . 012IBQ 解:解:V63212UCEQ mA2IIBQCQ 最大I ICQMCQM为Ucc-UUcc-UCE(CE(satsat) )/Rc/Rc, 放大器工作在放大放大器工作在放大 区。区。 CQMBQII-+-+UBEQUCEQIBQICQRcRb+Ucc Discussion Discussion21-UccRb+-+UBEQUCEQIBQICQIEQRe已知:已知:U UBE(BE(onon) )=0.7V=0.7
9、V,=50=50,-U-UCCCC=-20V=-20V, R Rb b=200K=200K, Re=4KRe=4K。求静态工。求静态工 作点作点Q Q。A504502007 . 020IBQ 解:解:V1045 . 220UCEQ mA5 . 2IIBQCQ CONCLUSION 管子截止时:管子截止时:UCEQ=UCC 饱和时:饱和时:UCEQ=UCES 022usRsiC+uoC1UBBRbUCCRc+-+-+-+-RLui+-+-uBEuCEiBC2+Uce+uoRsusRbRc-+-RLui+-UbeIcIb23 ui uo ui uo ui Ui uo(a) ui uo(b) 图(a
10、)和图(b)的直流通路相同24+UccDC Pass+Ucc+-us+-uoAC Passus+-+-uo25图解分析法:形象、直观,但难以准确定量分 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,仅适用于交简便,结果误差小,仅适用于交 流小信号工作状态。流小信号工作状态。静态工作动态工作求静态点Q(直流通路直流通路)求Au Ri Ro(交流通路交流通路)估算法图解法等效电路法等效电路法计算机仿真计算机仿真26Rsus+uoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-ui 根据I I
11、BQBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。 用估算法求出基极电流I IBQBQ(假设为40A40A) Analysis StepUCEIC满足什么关系?满足什么关系?27 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=40A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 。 根据集电极电流i iC C与集、射间电压u uCECE的 关系式uCE=UCCiCRC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 。Rsus+uoRbUCCRcC2-+-RL+-+-uBEuCEiCiBC1UBB+-+-+-
12、ui 作直流负载线。28 IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA 由由uCE=UCCiCRC所决定的直流负载线所决定的直流负载线IB=40A的输的输出特性曲线出特性曲线 过过Q点作水平点作水平 线,在纵轴上线,在纵轴上 的截距即为的截距即为ICQ 过过Q点作垂线,点作垂线, 在横轴上的截在横轴上的截 距即为距即为UCEQUccUcc/RcUcEQIcQ两者的交点两者的交点Q就是静态工作点就是静态工作点QDC Load Line29v 由输出特性曲线和交流负载线求iC C和uCECEv 根据静态分析方法,求出静态工作点Q Qv 画放大器交流通路v 根据ui i在输入
13、特性上求uBE和iB B v 根据 在输出特性中画交流负载线 LcceRIU LR Analysis Step+-+uoRsRbRcus+-+-RLui+-UbeuceIcIb30-+uoRsRbRcus+-+-RLui+-+-UbeuceIcIbLcceRIU IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA UccUcc/RcUcEQIcQQAC Load Line交流负载线31tttic(mA)ICQ IB=0 0 20A 40A 60A 80A ic(mA)uCE(V)QUCEQIBQUBEQQ1Q2Quce相位如何相位如何uce与与ui反相!反相!Q点点怎么变化怎
14、么变化Q点的变化沿点的变化沿一条直线一条直线32 IB=0 0 uCE/V 20A 40A 60A 80A iC/mA UccUcc/RcUcEQIcQQUCESRCRC 负载线斜率减小 Q Q点沿I IBQBQ=40uA=40uA曲线平移达Q Q3 3R Rb b I IBQBQ Q Q点沿负载线上移R Rb b I IBQBQ Q Q点沿负载线下移RCRC 负载线斜率增大 Q Q点沿I IBQBQ=40uA=40uA曲线平移达Q Q4 4Q1R Rb bQ2R Rb bQ3RCRCQ4RCRC 极限点Q Q1 1 进入饱和状态 极限点Q Q2 2 进入截止状态33(a) 饱和失真0uCEi
15、CQICQiCt0tQQuCEUCEQ0UCEQICQSaturation 34(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCEUCEQICQCutoff Cutoff 35 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C C2 2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。 静态工作点Q Q设置得不合适,会产生非线性失真。即Q Q点选得偏高,易产生饱和失真;Q Q点选得偏低,
16、易产生截止失真。36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。 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、Ro37+uoRsRbRcus+-+-RLui+-+-ubeuceIcIbLR brbeecebI IcIb+- -ube26)1(300 EQbeImVr ecbI rbebeRsRbus+-+uiLR +uoRc-RLIbIc38计算Au、Ri、RobeLbebLbbebLorRrIRIrIRIUUAciu ecbI rbebeRs
17、Rbus+-+uiLR +uoRc-RLIbIcRiRoRL=RC/RLbeB/rRIURiii 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,则 CoRR 3940已知:Ucc=12V,Rs=1k,Rb=300k,Rc=3k,RL=3k, =50。试求:1.RL接入和断开两种情况下电路的电压增益AuAu; 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AusAus 。C1+-RLRbRsus+UccC2Rcui-+-uo解:先求静态工作点QA40RURUUIbCCbBEQCCBQ mA2IIBQCQ V6RcIUUCQCCCEQ 41
18、再计算rbe 再求三极管的动态输入电阻 963)mA(2mV)(26)501(300)mA(mV)(26)1(300EQbe Ir1.RL接入时的电压放大倍数 78963. 0333350beL rRAu RL断开时的电压放大倍数 156963. 0350beC rRAu 2.输入电阻 96. 0963. 0/300/beB rRRik 输出电阻 3Co RR k 3. 4 .76)156(96. 0196. 0oo uisiisisusARRRUUUUUUA 7842固定偏置电路Single Base Resistor Biasing CircuitC1+-RLRbRsus+UccC2Rcu
19、i-+-uo43三极管三极管VBE、ICBO参数均为温度的函数:参数均为温度的函数: VBE 温度温度T ICQ ICBO ICBO: 硅管小(可忽略),锗管大。硅管小(可忽略),锗管大。44(1)(1)分压式偏置电路分压式偏置电路( (Voltage Divider Biasing Circuit) )UB= UCC Rb2/(Rb1 + Rb2) IC=IE = (UB UBE)/ReIB = IC/ UCE = UCCIC ( Rc+Re)BEBB1RBVVII两条件:两条件:稳定过程?稳定过程? (2)(2)直流分析直流分析45(3) (3) 交流计算交流计算3)输出电阻输出电阻 Ou
20、tput impedance2)输入电阻输入电阻 Input impedance = rbe / Rb1 / Rb2 rbeiii/ IUR1)电压放大倍数电压放大倍数 Small-signal voltage gainiouUUA0,.o.ooSL=URIURrbe=300+(1+)26 mV/ IEbebLbrIRILCLbeLRRRrRCR46已知:UCC=12V,RB1=20k,RB2=10k,RC=3k,=50 RE=2kRL=3k。试估算静态工作点,并求电压增益、 输入电阻和输出电阻。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解:解:1.用估算法计算静态工
21、作点V75. 3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2B RRIUUIIRUUIIURRRUCQ47681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501(30026)1(300beLEQbe rRAIru3.求输入电阻和输出电阻 k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR2.求电压放大倍数482b2bb1CCBQRRRUU CQBEQBQEQIReUUI ReIUUCQCCCEQ ReICQ+ Rb1 IBQUCEQUBEQ+UccR
22、b2Rsus +uiRL+uo+UccC1C2Rb1 ReRb249LbLeoRI )1(RIU 1.AuLbeLiouR)1(rR)1(UUA LbbebobebiRI )1(rIUrIU Rsus +uiRL+uo+UccC1C2Rb1 ReRb2surbe bIi+ou + iu bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 LCLR/RR 50R)1(r/RIURLbebiii 2. 输入电阻输入电阻RiRiRorbe subIi+ou + iu bI + RsRb1 ReRLceIbIeIcRb2 RbLbeibibbiiR)1(rURUIRUI LR 51sbesbeebb
23、1RrURrURUIIII 1Rr/RIURsbeeorbe 3. 输出电阻输出电阻RobI+U bI RsRb1 ReceIbI1IcRb2 SR Ro5253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。试求:1.估算静态工作点; 2.电压增益 AuAu; 3.输入电阻 RiRi; 4.输出电阻 RoRo。A402)501(2007 . 012R)1(RUUIebBEQCCBQ 解:解:1.用估算法计算静态工作点mA24050IIBQCQ V82212ReIUU
24、CQCCCEQ Rsus +uiRL+uo+UccC1C2RbRe54 950ImV26)1(300rEQbe98. 02 . 15195. 02 . 151R)1(rR)1(ALbeLu K2 . 1R/RRLeL2. Au3. Ri K4 .47)2 . 15195. 0/(200R)1(r/RRLbebi4. Ro 5 .20511 . 095. 0/21Rr/RRsbeeo K1 . 01 . 0/200R/RRSbS55己知:己知:U UCCCC=12V=12V,R Rb b=100k=100k,R Rb1b1=40k=40k,R Rb2b2=80k=80k,R Re e=3.6k=
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- 放大器 基本 工作 原理
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