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1、2023年6月2日星期五,1,5.1 放大器的基本概念和主要参数,5.2 放大器的组成和工作原理,5.3 放大器的图解分析法,5.4 微变等效电路法,第五章 放大器的工作原理 和分析方法,2023年6月2日星期五,2,放大器在模拟电路中占特别重要的地位。一方面，在现实生活中有许多微弱信号需要放大，另一方面，放大器又是滤波器、振荡器等各种模拟电路关键组成部分。放大器可分为：电压放大器，电流放大器，跨导放大器和跨阻放大器。,2023年6月2日星期五,3,放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。,一.放大器的基本概念,5.1放大器的基本概念和主要参
2、数,为保证不失真，应为线性,2023年6月2日星期五,4,1.放大倍数表示放大器的放大能力,（1）电压放大倍数定义为:AU=UO/UI,（2）电流放大倍数定义为:AI=IO/II,（3）互阻增益定义为:Ar=UO/II,（4）互导增益定义为:Ag=IO/UI,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,二.放大器的主要技术指标,放大倍数:增益 dB=20logA,功率放大倍数 AP=PO/PI,dB=10logAP,2023年6月2日星期五,5,2.输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻,一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越
3、小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。,2023年6月2日星期五,6,3.输出电阻Ro从放大电路输出端 看进去的等效电阻,2023年6月2日星期五,7,输出电阻是表明放大电路带负载的能力，RO越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,输出电阻的定义：,2023年6月2日星期五,8,4.通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,2023年6月2日星期五,9,5.最大输出幅度,表示在输出波形没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压，一般指电压的有效值：,2023年6月2日星期五,10,6.非线性失真系数,所
4、有的谐波总量与基波成分之比：,2023年6月2日星期五,11,三种组态对应于三种放大器：,放大电路组成原则：,共射放大器，共基放大器，共集放大器。,1、置于放大区；,2、正确设置静态工作点；,3、输入电压的变化转化成基极电流的变化，再转 化成集电极电流的变化；,4、输出端接负载，把集电极电流的变化转化成负载的电压变化。,一放大器的组成,5.2 放大器的组成和工作原理,2023年6月2日星期五,12,放大原理：,三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。,二放大器的原理,2023年6月2日星期五,13,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,参考点,共射放
5、大电路组成,2023年6月2日星期五,14,共射放大电路组成,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。,基极电源与基极电阻,2023年6月2日星期五,15,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,2023年6月2日星期五,16,共射放大电路,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,2023年6月2日星期五,17,耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,+,+,2023年6月2日星期五,18,单电源供电,可以省去,2023年6月2日星期五,19,单电源供电,2023年6月2日星期五,20,放大原
6、理说明,2023年6月2日星期五,21,2023年6月2日星期五,22,结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：,（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。,2023年6月2日星期五,23,由于电源的存在IB0,IC0,IC,IE=IB+IC,无信号输入时,1.静态工作点ui=0时电路的工作状态,三.静态工作点,(IC,UCE),(IB,UBE),2023年6月2日星期五,24,(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,为什么要设置静态工作点？,放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号
7、不失真。,2023年6月2日星期五,25,2.静态工作点的估算,直流通路和交流通路,元件,直流,电阻,交流,交流电压源,直流电压源,交流电流源,直流电流源,电容,电感,短路,短路,断路,断路,R,1/jC,R,jL,vs,is,Is,0,Ec,很多元件的直流和交流特性不同，需要画出直流和交流通路用于不同情况的分析。,2023年6月2日星期五,26,将交流电压源短路，将电容开路。,直流通路的画法：,画出放大电路的直流通路,2023年6月2日星期五,27,直流通道,ICQ=IBQ,对于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP锗管UBEQ-0.2V,静 态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ 和U
8、CEQ,2023年6月2日星期五,28,对交流信号(输入信号ui),1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路分析动态工作情况交流通路的画法：,2023年6月2日星期五,29,交流通道,2023年6月2日星期五,30,（1）估算IB（UBE 0.7V),Rb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）,2023年6月2日星期五,31,（2）估算UCE、IC,IC,UCE,IC=IB,2023年6月2日星期五,32,例：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。,解：,请注意电路中IB和IC的
9、数量级,UBE 0.7V,2023年6月2日星期五,33,5.3放大器的图解分析法,1、画出直流通路，求解直流负载线和静态工作点2、求解交流负载线3、由静态工作点和交流负载线得出相应信息,2023年6月2日星期五,34,UCE=VCCICRC,由估算法求出IBQ，IBQ对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,1.放大器的直流通路,直流负载线方程,UCEQ,ICQ,IBQ,2023年6月2日星期五,35,求IBQ,对于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP锗管UBEQ-0.2V,1、估算法,2、图解法,输入特性曲线,输入回路直流负载线,Q,IBQ,2023年6月2日星期五,36,2.交流负载线
10、,输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态范围,交流负载,UCEQ,ICQ,2023年6月2日星期五,37,交流负载线满足的方程为,交流负载线穿过静态工作点，则：,过 和Q点作直线就是交流负载线。,其中EC是与横轴交点坐标EC/RL是与纵轴交点坐标,2023年6月2日星期五,38,求交流负载线斜率,其中：,2023年6月2日星期五,39,纯交流量ic和uce有如下关系：,这就是说，交流负载线的斜率为：,交流负载线的作法：斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q点。,2023年6月2日星期五,40,交流负载线的作法,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q
11、点。,注意：（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,2023年6月2日星期五,41,的说明：,当C2足够大时，C2上的电压基本不变，始终等于VCEQ,2023年6月2日星期五,42,即为,对红框中电路做戴维宁等效,2023年6月2日星期五,43,1.静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真,ib,ui,结论：iB 波形失真,截止失真,4非线性失真与Q的关系,2023年6月2日星期五,44,iC、uCE(uo)波形失真,NPN 管截止失真时的输出 uo 波形。uo 波形顶部失真,uo=uce,截止区,2023年6月2日星期五
12、,45,O,IB=0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC/mA,uo=uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,2.Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真饱和失真,uo 波形底部失真,饱和区,2023年6月2日星期五,46,3.用图解法估算最大输出幅度,对于NPN管电路，求最大输出幅度的方法：,求直流工作点的ICQ 和VCEQ,根据交流负载，用,求,如果,，则最大不失真幅度为,如果,，则最大不失真幅度为,(中点),2023年6月2日星期五,47,4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响,（1）改变 Rb，保持VCC，Rc，不变；,Rb 增大，,Rb 减小，,Q 点下移；
13、,Q 点上移；,（2）改变 VCC，保持 Rb，Rc，不变；,升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。,Q2,2023年6月2日星期五,48,3.改变 Rc，保持 Rb，VCC，不变；,4.改变，保持 Rb，Rc，VCC 不变；,增大 Rc，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。,图 2.4.9(c),图 2.4.9(d),2023年6月2日星期五,49,5图解法的用途,求解静态工作点分析波形失真,求最大输出幅度,求电压增益,2023年6月2日星期五,50,思路：将非线性的BJT等效成一
14、个线性电路,条件：交流小信号，需要事前求解静态工作点,5.4 微变等效电路法,2023年6月2日星期五,51,1、,三极管的h参数等效电路（参考3.4节内容）,首先考察输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,一.三极管的共射低频h参数模型,2023年6月2日星期五,52,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,b,e,c,rbe,b,e,2023年6月2日星期五,53,考察输出回路,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,且电流源两端还要并联一个大电阻rce。,2023年6月2日星期五,54,rce
15、的含义,2023年6月2日星期五,55,rce很大，一般忽略。,画出三极管的h参数等效电路,2023年6月2日星期五,56,2.三极管的简化微变等效电路,请注意如下问题：电流源为一受控源，而不是独立的电源。电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。,2023年6月2日星期五,57,3、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,2023年6月2日星期五,58,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,4、输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,2023年6月2日星期五,59,当信号源有内阻时：
16、,问题:Au和Aus的关系如何?,定义:,2023年6月2日星期五,60,所以：,用加压求流法求输出电阻：,5、输出电阻的计算：,根据定义,2023年6月2日星期五,61,求：1.静态工作点。2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻RO。3.若输出电压的波形出现如 下失真，是截止还是饱和 失真？应调节哪个元件？如何调节？,电路如图所示，元件参数已给出，三极管的=43，三极管的VBE=0.7V,输出波形,例,2023年6月2日星期五,62,解：1.计算工作点的思路：直流通路IBICVCE(1)先在输入回路求IB：因为VCC=IBRb+VBE 所以：IB=(VCC-VBE)/Rb=(20V-0.7
17、V)/470k=41 A(2)根据IB求IC：IC=IB=4341A=1.76mA(3)最后根据输出回路求VCE：因为 VCC=ICRC+VCE 所以 VCE=VCC-ICRC=20V-1.76mA6.2k=9.1V,2.思路：微变等效电路,AU、Ri、R0,2023年6月2日星期五,63,2023年6月2日星期五,64,本章小结,1基本放大电路的组成。BJT加上合适的偏置电路（偏置电路保证BJT 工作在放大区）。2交流与直流。正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。直流通路：交流电压源短路，电容开路。交流通路：直流电压源短路，电容短路。3三种分析方法。（1）估算法（直流模型等效电路法）估算Q。（2）图解法分析Q（Q的位置是否合适）；分析动态（最大不失真输出电压）。（3）h参数交流模型法分析动态（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。,2023年6月2日星期五,65,作 业,58，59，511，516，517,
