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1、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。,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。,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、
2、视频,放大器 类型,一.Main Properties,1.Gain,Voltage Gain,衡量放大器放大微弱信号的能力,Current Gain,Power Gain,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,传输电压信号要求RiRs,Source Voltage Gain,3.Output Resister RO,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,当负载变化时,Uo基本不变,则要求Ro小,Ro的计算方法与电路分析一致,4.Distortions,晶体管输入、输出特性的非线性产生非线性失真,,Disto
3、rtions,Nonlinear,Linear(Frequency),Amplitude,Phase,其大小与工作点位置、信号大小有关,二.Basic CircuitCE,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。,+,+,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,习惯画法,三.DC and AC Pass,1.DC PassFind Q-point,Example 1,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R
4、b=60K,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=IBQ 不再成立。,已知:UBE(on)=0.7V,=40,UCC=12V,Rb=240K,Rc=3K。求静态 工作点Q。,解:,最大ICQM为Ucc-UCE(sat)/RC,放大器工作在放大 区。,Discussion,Example 2,-Ucc,解:,CONCLUSION 管子截止时:UCEQ=UCC 饱和时:UCEQ=UCES 0,2.AC PassFind Au、Ri、Ro,Example 1 Plot AC pass of figure
5、(a)and(b),图(a)和图(b)的直流通路相同,Example 2 Plot DC and AC pass,3.2 Basic Analysis of Amplifier,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 简便,结果误差小,仅适用于交 流小信号工作状态。,分析放大器,静态工作,动态工作,求静态点Q(直流通路),求Au Ri Ro(交流通路),估算法,图解法,等效电路法,分析方法,一.Graphical Analysis,根据IBQ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IBQ(假设为40A),Ana
6、lysis Step,1.DC Analysis,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iC与集、射间电压uCE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。,作直流负载线。,由uCE=UCCiCRC所决定的直流负载线,IB=40A的输出特性曲线,过Q点作水平 线,在纵轴上 的截距即为ICQ,过Q点作垂线,在横轴上的截 距即为UCEQ,Ucc,Ucc/Rc,由输出特性曲线和交流负载线求iC和
7、uBE,根据静态分析方法,求出静态工作点Q,画放大器交流通路,根据ui在输入特性上求uBE和iB,根据 在输出特性中画交流负载线,2.AC Analysis,Analysis Step,交流负载线,iB(uA),Q-point and Nonlinear Distortions,UCES,RC 负载线斜率增小 Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q3,Rb IBQ Q点沿负载线上移,Rb IBQ Q点沿负载线下移,RC 负载线斜率增大 Q点沿IBQ=40uA曲线平移达Q4,极限点Q1 进入饱和状态,极限点Q2 进入截止状态,Saturation Distortions,Cutoff Distort
8、ions,Cutoff Distortions,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。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。,Summary,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。,二.Sma
9、ll-Signal Equivalent Circuit Analysis,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,计算Au、Ri、Ro,RL=RC/RL,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,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,CE AMP,Example 1,解:先求静态工作点Q,再计算rbe,78,已知:UCC=12V,RB1=20k,RB2=10k,RC=3k,=50 RE=2
10、kRL=3k。试估算静态工作点,并求电压增益、输入电阻和输出电阻。,解:1.用估算法计算静态工作点,Example 2,3.求输入电阻和输出电阻,2.求电压放大倍数,3.3 Common-Collector Amplifier,一.DC Analysis,1.Au,二.AC Analysis,2.输入电阻Ri,rbe,3.输出电阻Ro,方法:信号源Us短路,去掉负载RL,输出端加电压U,产生 电流I,Ro=U/I。,FEATURES,输出电压信号与输入电压信号同相 电压放大倍数小于1,但约等于1 输入电阻大 输出电阻很小,CC AMP,己知:UCC=12V,Rb=200k,Re=2k,RL=3
11、k,RS=100,=50。试求:1.估算静态工作点;2.电压增益 Au;3.输入电阻 Ri;4.输出电阻 Ro。,解:1.用估算法计算静态工作点,Example 1,2.Au,3.Ri,4.Ro,己知:UCC=12V,Rb=100k,Rb1=40k,Rb2=80k,Re=3.6k,RL=3.6k,RS=100,UBE(on)=0.8V,=50。试求:,解:1.用估算法计算静态工作点,Example 2,1.估算静态工作点;2.电压增益 Au;3.输入电阻 Ri;4.输出电阻 Ro。,2.Au、Ri、Ro,3.4 Common-Base Amplifier,一.DC Analysis,二.AC
12、Analysis,FEATURES,输出电压信号与输入电压信号同相 电压放大倍数大 输入电阻很小 输出电阻大,CB AMP,3.5 FET Amplifier,一.Bias Circuits,1.Self-bias Circuit,只要偏压,不要偏流。FET种类较多,应用时注意极性。,Features,2.Voltage Divider Biasing,二.FET Amplifier,1.静态分析,Common-Source Amplifier,根据分压式偏置电路求静态工作点,2.动态分析,Common-Drain Amplifier,1.静态分析,Rg1,+UDD,C1,+,Rg2,Rs,R
13、g,C2,Ui,+,Uo,RL,根据分压式偏置电路求静态工作点,2.动态分析,不失真地、有效地传递信号,常用耦合方式,3.6 Multistage Amplifiers,1.Interstage Coupling Mode,一.Bias Problems,要求,缺点:前、后级静态工作点相互有影响,需考 虑电平配置和零漂。,优点:易实现阻抗匹配。原、副边可以不共地。输出电压的极性可随意改变。,缺点:体积大,尤其是低频工作时。,缺点:低频工作时,信号较难通过耦合电容。,优点:可放大缓变的信号、便于电路集成化,直接耦合,变压器耦合,阻容耦合,优点:容易实现,各级工作点独立。,2.Selection
14、of Configuration,输入级,中间级,输出级,高效率地输出功率,3.Selection of Quiescent Point,4.Common-Source Coupling,二.Gain、Input and Output Resistance,Calculation,明确各级电路的组态,正确使用计算公式。,计算电压增益时,需把后级的输入电阻作为前级 的负载电阻。,多级放大器的输入电阻,一般地讲就是第一级的 输入电阻。若第一级是CC组态,则需考虑第二级 的输入电阻。,多级放大器的输出电阻,一般地讲就是末级的输 出电阻。若末级是CC组态,则需把前级的输出电 阻作为末级的信号源内阻。,3.7 Amplifier Frequency Response,放大器要放大的信号通常不是一个单一频率的正弦波。而是由许多频率成分组合起来的复杂波形。由于放大电路中电抗元件与晶体管极间电容的存在,对不同频率的信号,放大器增益的大小和相位都不同。,相频特性,中频段:电压放大倍数近似为常数。低频段:耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大,以致不可视 为短路,因而造成电压放大倍数减小。高频段:晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小,以致不可视为开路,也会使电压放大倍数降低。,Amplifier Gain Versus Frequency Response,