1、5.1 放大器的基本概念和主要參數(shù)5.2 放大器的組成和工作原理5.3 放大器的圖解分析法5.4 微變等效電路法第五章 放大器的工作原理 和分析方法10/13/202215.1 放大器的基本概念和主要參數(shù)5.2 放大器的組成和工作 放大器在模擬電路中占特別重要的地位。一方面，在現(xiàn)實生活中有許多微弱信號需要放大，另一方面，放大器又是濾波器、振蕩器等各種模擬電路關鍵組成部分。 放大器可分為：電壓放大器，電流放大器，跨導放大器和跨阻放大器。10/13/20222 放大器在模擬電路中占特別重要的地位。一方面，在現(xiàn)實生放大電路主要用于放大微弱的電信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，這里主要講電壓放大

2、電路。一.放大器的基本概念5.1放大器的基本概念和主要參數(shù)為保證不失真，應為線性10/13/20223放大電路主要用于放大微弱的電信號，輸出電壓或電流在幅度上得到1.放大倍數(shù)表示放大器的放大能力（1）電壓放大倍數(shù)定義為: AU=UO/UI（2）電流放大倍數(shù)定義為: AI=IO/II （3）互阻增益定義為: Ar=UO/II（4）互導增益定義為: Ag=IO/UI根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。二.放大器的主要技術指標放大倍數(shù): 增益 dB=20logA功率放大倍數(shù) AP=PO/PIdB=10logAP10/13/202241.放大倍

3、數(shù)表示放大器的放大能力（1）電壓放大倍數(shù)定義為2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進去的等效電阻iiui輸入電阻：Ri=ui / iiRiuSRS信號源一般來說， Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。（2）當信號源有內阻時， Ri越大， ui就越接近uS。Au輸入端輸出端10/13/202252. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進去的等效電阻iiuAuuS3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端 看進去的等效電阻輸出端Rouso輸出端10/13/20226AuuS3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端輸出端Ro 輸出電阻是表明放大電路帶負載的能力，RO越小，放大電路帶負載的

4、能力越強，反之則差。 輸出電阻的定義：10/13/20227 輸出電阻是表明放大電路帶負載的能力，RO越4. 通頻帶fAAm0.707AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fHfL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線 3dB帶寬10/13/202284. 通頻帶fAAm0.707AmfL下限截止頻率fH上限截5.最大輸出幅度 表示在輸出波形沒有明顯失真的情況下，放大電路能夠提供給負載的最大輸出電壓，一般指電壓的有效值：10/13/202295.最大輸出幅度 表示在輸出波形沒有明顯失真的6.非線性失真系數(shù) 所有的諧波總量與基波成分之比：10/13/2022106.非線性失真系數(shù) 所有

5、的諧波總量與基波成分之三種組態(tài)對應于三種放大器：放大電路組成原則：共射放大器，共基放大器，共集放大器。1、置于放大區(qū)；2、正確設置靜態(tài)工作點；3、輸入電壓的變化轉化成基極電流的變化，再轉 化成集電極電流的變化；4、輸出端接負載，把集電極電流的變化轉化成負載的電壓變化。一放大器的組成5.2 放大器的組成和工作原理靜態(tài)工作點：IBQ,VBEQ,ICQ,VCEQ10/13/202211三種組態(tài)對應于三種放大器：放大電路組成原則：共射放大器，共基放大原理：UCE（-ICRc）UBEIBIC（bIB）電壓放大倍數(shù)： 三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。二放大器的原理10/13/202212放大原

6、理：UCE（-ICRc）UBEIB放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)射結正偏。uiuo輸入輸出參考點Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大電路組成10/13/202213放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)射結共射放大電路組成使發(fā)射結正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點IB和UBE?；鶚O電源與基極電阻Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202214共射放大電路組成使發(fā)射結正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點IB和U集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202215集電極電源，為電路提供能量。并保證集

7、電結反偏。Rb+VCCV共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷?。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202216共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷?。Rb+耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。+uiuoRb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202217耦合電容：作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能單電源供電可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/13/202218單電源供電可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL10/單電源供電Rb+V

8、CCRCC1C2TRL10/13/202219單電源供電Rb+VCCRCC1C2TRL10/11/2022IBUBEQuiib放大原理說明10/13/202220IBUBEQuiib放大原理說明10/11/202220ICUCEicibIBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ10/13/202221ICUCEicibIBQuiOt iB Otu結論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE10/13/202222結論：（1）放大電

9、路中的信號是交直流共存，可表示成：（2）輸ui=0時由于電源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICIB無信號輸入時1.靜態(tài)工作點ui=0時電路的工作狀態(tài)三. 靜態(tài)工作點Rb+VCCRCC1C2TRL( IC,UCE )(IB,UBE)10/13/202223ui=0時由于電源的存在IB0IC0ICIE=IB+IC(IB,UBE) 和( IC,UCE )分別對應于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設置靜態(tài)工作點？ 放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。10/13/202224(IB,UBE) 和

10、( IC,UCE )分別對應于輸入輸出特 2. 靜態(tài)工作點的估算直流通路和交流通路元件直流電阻交流交流電壓源直流電壓源交流電流源直流電流源電容電感短路短路斷路斷路R1/jCRjLvsisIs0Ec很多元件的直流和交流特性不同，需要畫出直流和交流通路用于不同情況的分析。10/13/202225 2. 靜態(tài)工作點的估算直流通路和交流通路元件直流電阻交流開路 將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路的畫法：開路畫出放大電路的直流通路Rb+VCCRCC1C2TRL10/13/202226開路 將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路的畫直流通道Rb+VCCRCICQ= IBQ對于NPN硅管UBEQ0.7V

11、，PNP鍺管UBEQ-0.2V靜 態(tài)工作點Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ10/13/202227直流通道Rb+VCCRCICQ= IBQ對于NPN硅管UB對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RLuiuo1/C0將直流電壓源短路，將電容短路。交流通路分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法：Rb+VCCRCC1C2T10/13/202228對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RLuiuo1/C交流通道RbRCRLuiuo10/13/202229交流通道RbRCRLuiuo10/11/202229（1）估算IB（ UBE 0.7V)IBUBERb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。用估

12、算法分析放大器的靜態(tài)工作點（ IB、UBE、IC、UCE）Rb+VCCRC10/13/202230（1）估算IB（ UBE 0.7V)IBUBERb稱為偏置（2）估算UCE、ICICUCEIC= IBRb+VCCRC10/13/202231（2）估算UCE、ICICUCEIC= IBRb+VCCR例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級UBE 0.7V10/13/202232例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4K5.3放大器的圖解分析法1、畫出直流通路，求解直流負載線和靜態(tài)工作點2、求解

13、交流負載線3、由靜態(tài)工作點和交流負載線得出相應信息10/13/2022335.3放大器的圖解分析法1、畫出直流通路，求解直流負載線和靜UCE=VCCICRC由估算法求出IBQ，IBQ對應的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點QVCCICUCEQ1.放大器的直流通路直流負載線方程UCEQICQRb+VCCRCIBQ10/13/202234UCE=VCCICRC由估算法求出IBQ，IBQ對應的輸出求IBQ對于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP鍺管UBEQ-0.2VRb+VCCRCIBUBE1、估算法2、圖解法輸入特性曲線輸入回路直流負載線QIBQ10/13/202235求IBQ對于NPN硅管UBE

14、Q0.7V，Rb+VCCRCI2.交流負載線輸出端接入負載RL：不影響Q 影響動態(tài)范圍交流負載ICUCEQUCEQICQ10/13/2022362.交流負載線輸出端接入負載RL：不影響Q交流負載ICUCE 交流負載線滿足的方程為交流負載線穿過靜態(tài)工作點，則：過 和Q點作直線就是交流負載線。其中EC是與橫軸交點坐標EC/RL是與縱軸交點坐標10/13/202237 交流負載線滿足的方程為求交流負載線斜率icuce其中：uce=-ic（RC/RL） = -ic RLRbRCRLuiuo10/13/202238求交流負載線斜率icuce其中：uce=-ic（RC/RL純交流量ic和uce有如下關系：

15、這就是說，交流負載線的斜率為：uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或ic=（-1/ RL） uce交流負載線的作法：斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）經(jīng)過Q點。 10/13/202239純交流量ic和uce有如下關系：這就是說，交流負載線的斜率為交流負載線的作法ICUCEVCCQIB交流負載線直流負載線斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）經(jīng)過Q點。 注意：（1）交流負載線是有交流 輸入信號時工作點的運動軌跡。 （2）空載時，交流負載線與直流負載線重合。10/13/202240交流負載線的作法ICUCEVCCQIB交流負載線直流負載線的說明：當C2足夠大時，C2上的

16、電壓基本不變，始終等于VCEQ10/13/202241的說明：當C2足夠大時，C2上的電壓基本不變，始終等于VCE即為對紅框中電路做戴維寧等效10/13/202242即為對紅框中電路做戴維寧等效10/11/2022421. 靜態(tài)工作點過低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真ibui結論：iB 波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真4非線性失真與Q的關系10/13/2022431. 靜態(tài)工作點過低，引起 iB、iC、uCE 的波形iC 、 uCE (uo )波形失真NPN 管截止失真時的輸出 uo 波形。uo 波形頂部失真uo = uceOiCtOOQ

17、 tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQ截止區(qū)10/13/202244iC 、 uCE (uo )波形失真NPN 管截止失真時的輸OIB = 0QtOO NPN 管 uo波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib(不失真)ICQUCEQ2. Q 點過高，引起 iC、uCE的波形失真飽和失真uo 波形底部失真飽和區(qū)10/13/202245OIB = 0QtOO NPN 管 uo波形tiCuCE/V3.用圖解法估算最大輸出幅度OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流負載線對于NPN管電路，求最大輸出幅度的方法：求直流工作點的ICQ 和VCEQ根據(jù)交流

18、負載 ，用求如果，則最大不失真幅度為如果，則最大不失真幅度為(中點)10/13/2022463.用圖解法估算最大輸出幅度OiB = 0QuCE/ViC 4.用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響（1） 改變 Rb，保持VCC ，Rc ， 不變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，Rb 減小，Q 點下移；Q 點上移；Q2OIBiCuCE Q1Q3（2）改變 VCC，保持 Rb，Rc ， 不變； 升高 VCC，直流負載線平行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。Q210/13/2022474.用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響（1） 改變 Rb3. 改變 Rc，保持 Rb，VCC ，

19、不變；4. 改變 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不變；增大 Rc ，直流負載線斜率改變，則 Q 點向飽和區(qū)移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大 ，ICQ 增大，UCEQ 減小，則 Q 點移近飽和區(qū)。圖 2.4.9 (c)圖 2.4.9 (d)10/13/2022483. 改變 Rc，保持 Rb，VCC ， 不變；45圖解法的用途求解靜態(tài)工作點分析波形失真求最大輸出幅度求電壓增益4.57.5uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQiC10/13/2022495圖解法的用途求解靜態(tài)工作點

20、求最大輸出幅度求電壓增益4.5思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路條件：交流小信號，需要事前求解靜態(tài)工作點5.4 微變等效電路法10/13/202250思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路條件：交流小信號，需1、三極管的h參數(shù)等效電路（參考3.4節(jié)內容）首先考察輸入回路iBuBE當信號很小時，將輸入特性在小范圍內近似線性。uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。一 .三極管的共射低頻h參數(shù)模型10/13/2022511、三極管的h參數(shù)等效電路（參考3.4節(jié)內容）首先考察輸入回對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。becrbeibbeubeubei

21、b10/13/202252對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。bec考察輸出回路iCuCE輸出端相當于一個受 ib控制的電流源。近似平行且電流源兩端還要并聯(lián)一個大電阻rce。10/13/202253考察輸出回路iCuCE輸出端相當于一個受 ib控制的電流源。iCuCEiCuCErce的含義10/13/202254iCuCEiCuCErce的含義10/11/202254ubeibuceicuberbeibib rceuceicrce很大，一般忽略。畫出三極管的h參數(shù)等效電路10/13/202255ubeibuceicuberbeibib rceuceic2.三極管的簡化微變等效

22、電路等效ebcebcrbeic =ib請注意如下問題： 電流源為一受控源，而不是獨立的電源。 電流源的流向不能隨意假定，而是由ib決定。 該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。10/13/2022562.三極管的簡化微變等效電路等效ebcebcrbeic =3、電壓放大倍數(shù)的計算：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRbRCRL10/13/2022573、電壓放大倍數(shù)的計算：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeR電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRbRCRL4、輸入電阻的計算：根據(jù)輸入電阻的定義：10/13/202258電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望當信號源有內阻時：問題: Au和Aus的關系如何?定義:10/13/202259當信號源有內阻時：問題: Au和Aus的關系如何?定義:10rbeRbRC所以：用加壓求流法求輸出電阻：005、輸出電阻的計算：根據(jù)定義10/13/202260rbeRbRC所以：用加壓求流法求輸出電阻：005、輸出電阻求：1.靜態(tài)工作點。 2.電壓增益AU、輸入電阻Ri、 輸出電阻RO 。 3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 下