放大器的基本工作原理

深入浅出的详细讲解三极管和MOS管工作原理

CHAP.3 Basic Amplifier CircuitsCHECKPOINT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, 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. 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 BJT三种组态放大器和 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. 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. 的性能. 了解放大器的频率特性. 了解放大器的频率特性.

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§ 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.

放大器晶体管 器件——电子管,晶体管,集成电路 电压 用途——放大电压,电流,功率信号

放大器 类型

小信号 信号——大信号,小信号 低频 频率——直流,低频,高频,视频 阻容 耦合方式——直接,阻容,变压器,光电

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一. Main Properties1. Gain衡量放大器放大微弱信号的能力Ii 信 号 源 RS + US + Ui Io + Uo 负 RL 载

AMP

UO Voltage Gain A = u Ui UO UO Au (dB) = 20 lg Ui Ui

IO Current Gain Ai = Ii PO Power Gain AP = Pi

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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Ii RS + US + Ui Ri Ri AMP Io + Uo RL

Ui Ri = Ii

传输电压信号要求Ri>>Rs

UO Ri = Au Source Voltage Gain A = us Us Rs + Ri

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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Ii RS + US + Ui RO AMP +′ UO

Io + Uo RO

RL

-

Ro的计算方法与电路分析一致 Ro的计算方法与电路分析一致

UO RO ≠ IO

当负载变化时,Uo基本不变,则要求Ro小 当负载变化时,Uo基本不变,则要求Ro小 基本不变 Ro

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4. DistortionsDistortions Nonlinear Linear(Frequency) Amplitude PhaseQ Au φ

iB

uBE晶体管输入,输出特性的 非线性产生非线性失真, 其大小与工作点位置,信 号大小有关 0

∫∫

f

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二. Basic Circuit—CE Circuit—iBIBQ ICQ

iCt

tC1+

iC+

C2+

+

iBRb + UBEQ UBB -

+ Rs + Us Ui -

uBE

uBE t

+

uCEUCEQ

uCEQ

Rc RL Uo + UCC t -

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.

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iCC1 + Rs + Us Ui Rb + UBB -

C2 + Rc RL Uo + UCC -

iB uBE +

+

uCE-

习惯画法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Rs + Us C1 + Ui RL Rb Rc C2 + Uo +Ucc

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三. DC and AC Pass1. DC Pass—Find Q-point Pass— QRb IBQ Rc ICQ + UCEQ

+UccRb IBQ

Rc ICQ +

+Ucc

IEQ

I BQ

U CC U BEQ U CC = ≈ Rb RbI CQ = β I BQ U CEQ = U CC I CQ Rc

I BQ

U CC U BEQ = R b + (1 + β ) ReI CQ = β I BQ

U CEQ ≈ U CC I CQ ( Rc +

Re)

Re

- -

UBEQ

+

(1)

UBEQ

+

UCEQ

(2)

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Rb1

Rc IBQ ICQ +

+Ucc

Rc ICQ +

+Ucc

I1Rb2

IEQ

Re

IEQ

I 1 >> I BQ U BQ = Ucc ×I EQ

R b2 R b1 + R b 2

I EQ

U EE U BEQ = ≈ I CQ Re

U BQ U BEQ = ≈ I CQ Re

U CEQ ≈ ( U CC + U EE ) I CQ ( Rc + Re)

U CEQ ≈ U CC I CQ ( Rc + Re)

Re -UEE

-

UBEQ

+

UCEQ

(3)

UBEQ

+

UCEQ

(4)

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Example 1Rb IBQ

Discussion

若基极接地或负电压,则偏置电流IBQ=0 I =0,管子截止,此时 UCEQ=UCC . 若Rb=60KΩ,则IBQ=200uA,ICQ=8mA,UCEQ=-12V 这是不可能 Rb=60KΩ 12V,这是不可能 Rb=60K I =200uA, =8mA, 此时放大器工作在饱和状态, UCEQ= UCE(sat),ICQ=βIBQ 的.此时 不再成立. 最大ICQM为[Ucc-UCE(sat)]/RC,I < ICQM 放大器工作在放大 [Ucc]/RC, I [Ucc BQ β 区.

- -

UBEQ

+

ICQ + UCEQ

已知: =0.7V,β=40, =12V, 已知:UBE(on)=0.7V,β=40,UCC=12V, =240KΩ Rc=3KΩ Rb=240KΩ, Rc=3KΩ.求静态 +Ucc Rc 工作点Q 工作点Q .12 0.7 V ≈ 50A 解: I BQ = 240K I CQ = β I BQ = 2mAU CEQ = 12 2 × 3 = 6V

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已知: =0.7V,β=50, 20V, Example 2 已知:UBE(on)=0.7V,β=50,-UCC=-20V,-UccRb IBQ ICQ + UCEQ

=200KΩ Re=4KΩ Rb=200KΩ, Re=4KΩ.求静态工 作点Q 作点Q. 解: I BQ =20 0.7 ≈ 50A 200 + 50 × 4

IEQ

Re

UBEQ

+

I CQ = β I BQ = 2.5mAU CEQ = 20 + 2.5 × 4 = 10V

CONCLUSION 管子截止时: 管子截止时:UCEQ=UCC 饱和时: 饱和时:UCEQ=UCES ≈0

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2. AC Pass—Find Au,Ri,Ro Pass— Au,Ri,iCC1 + Rs + Us Ui Rb + UBB Ic Ib + Rs + Us Ui Rb + Uce + Ube - C2 + Rc RL Uo + UCC +

iB uBE +

+

uCE-

Rc

RL Uo

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Example 1 Plot AC pass of figure (a) and (b)

Ui

Ui Uo

Ui

Uo

(a)

(b)

Ui

Uo

Ui

Uo

图(a)和图(b)的直流通路相同

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Example 2 Plot DC and AC pass+Ucc

+Ucc +Uo

+Us

+ +UsUo

-

-

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§ 3.2 Basic Analysis of Amplifier估算法

分析 放大器

静态工作—求静态点Q(直流通路 直流通路) 直流通路 图解法 动态工作 —求Au Ri Ro(交流通路 交流通路) 交流通路 等效电路法 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.

分析方法等效电路法: 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.