精編放大電路的分析就是在理解放大電路工作原理的基礎(chǔ)上資料(20210128100719)

1、r1_ +UocRc(b)直流通路靜態(tài)計(jì)算就是計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)UBEQ I BQ ICQ和 UCEQ 通常，硅管的 | UBEQ = 0.7V，鍺管的| UBEQ | = 0.3V，無須求解。以基本共射放大電路為例，如圖2-7 (a)所示。用等效電路分析法進(jìn)行靜態(tài)分析。(10宜流等效電路放大電路的基本分析方法放大電路的分析就是在理解放大電路工作原理的基礎(chǔ)上，求解靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。通過 對(duì)電路工作狀態(tài)的分析以及對(duì)電路參數(shù)和性能指標(biāo)的估算，來判斷放大電路能否正常工作、評(píng)價(jià)電路性能 的優(yōu)劣，以便正確設(shè)計(jì)和選用放大電路。放大電路建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，是保證信號(hào)被正常放大的前提。分析

2、放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，即正確區(qū)分直流通路和交流通路。分析電路的步驟是先靜態(tài) 后動(dòng)態(tài)。一、直流通路與靜態(tài)計(jì)算 1直流通路當(dāng)放大電路中不加輸入信號(hào) (即u i = 0)時(shí)，電路中各處的電壓、電流都是固定不變的直流量，這時(shí) 電路處于直流工作狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。在直流工作狀態(tài)下，對(duì)直流量的分析計(jì)算稱為靜態(tài)分析。靜態(tài)分析旨 在求解放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的值 (IBQ ICQ和UCEQ)應(yīng)該在直流通路中進(jìn)行。直流通路是在直流電源作 用下，直流電流流經(jīng)的通路。畫直流通路應(yīng)根據(jù)三條原則：電容視為開路；電感視為短路(若有直流電阻，則保留其直流電阻)；信號(hào)源短路，但保留其內(nèi)阻。如圖2-7所示。r T+Ucc

3、 I戸鬥+Rl Uo(a)原理圖圖2-72靜態(tài)計(jì)算圖2-8列輸入回路方程求I BQ由 U CC = 1 BQ % U BEQ可得I BQ二U CC - U BEQRb(譏)根據(jù)放大區(qū)電流方程得CQ 二：I BQ列輸出回路電壓方程求UCEQ 由 U cc = 1 CQ R)U CEQ可得 U CEQ = U CC _ I CQ Rc【例2- 1】設(shè)圖2-8 （b）的單管共射放大電路中，UCC= 12V , Rc = 3k Q , Rb = 280 k Q , NPN型硅三極管的B等于50,試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。解：設(shè)三極管的 UBEQ0.7V，則根據(jù)式、和式可得I BQUcc-U BEQRb12-0

4、.7280(mA) ： 40 卩)這時(shí)，如果我們對(duì)外加的交流信號(hào)及其響應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行分析的話，即只對(duì)電路的交流工作狀態(tài)（簡稱動(dòng)I CQ 冷 I；-I BQ = 50 0.04 (mA) = 2 mAUceq =U cc - Icq RC =12-2 3(V)=6V二、交流通路與動(dòng)態(tài)分析在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給電路輸人交流信號(hào)后，電路中各處的電壓、電流都處于交、直流混合在 起的工作狀態(tài)。電路中的電壓、電流和均包含兩個(gè)分量，即：iB - I B ib ic - I C icUCE U CE uce其中，IB、IC和UCE是在電源單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，實(shí)際上就是放大電路的靜態(tài)值，稱為直 流分量。而

5、ib、ic和uce是在輸入信號(hào)單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，稱為交流分量。態(tài)）進(jìn)行分析，稱為動(dòng)態(tài)分析。動(dòng)態(tài)分析旨在計(jì)算放大電路 的性能指標(biāo)（如R、FO、Au、UOM等），應(yīng)該通過交流通路 進(jìn)行。交流通路是在輸入信號(hào)作用下，交流信號(hào)流經(jīng)的通 路。畫交流通路應(yīng)遵循兩條原則： 大容量的電容（如耦合 電容、射極或基極旁路電容等）視為短路；無內(nèi)阻的直流 電源（如UCC UEE等）視為短路。例，圖 2-8 （a）的交流通 路如圖2-9所示。圖2-9基本共發(fā)射極電路的交流通路三、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因很多，環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)以及晶體管特性的分散性都會(huì)造成工作點(diǎn)的變化在這些因素中，以溫度

6、的變化和晶體管特性的分散性影響最大。1 、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施(1)二極管溫度補(bǔ)償電路圖2-10二極管穩(wěn)定補(bǔ)償電路IR為二極管的反向電流。當(dāng)溫度升高時(shí)，一方面會(huì)導(dǎo)致IC增大，另一方面 也會(huì)使IR增大導(dǎo)致IB減小，從而使IC隨之減小。當(dāng)參數(shù)配合得當(dāng)時(shí)，IC可基 本不變。其過程簡述如下:(2)直流負(fù)反饋Q點(diǎn)穩(wěn)定電路利用直流負(fù)反饋穩(wěn)定 Q的方法有兩種：直流電壓負(fù)反饋，如圖 2-11 (a)所 示；直流電流負(fù)反饋電路，如圖 2-11 (b)所示?，F(xiàn)以2-11 (b)圖為例說明其穩(wěn) 定Q點(diǎn)的原理。66RcRlRlnuo +LJccCQ直流屯壓負(fù)反瑣電昭（或們）仟1叫i Lq（

7、U 】EQ）t3、分壓式電流負(fù)反饋 Q的穩(wěn)定電路的靜態(tài)分析1 rA?丄GLJ+UgcKTrnuiPhf竝b）直流電流負(fù)反諛電路+gTKTIc+ ua (J曲) IRz|卜巴=ce-I2IL皿一 網(wǎng)t+UeR.（a）放大電路 I B 基極電位的靜態(tài)值為：時(shí),Il “2 Ib 丨2，由如圖2-12 （b）所示的直流通路得三極管UbRb2Ucc集電極電流的靜態(tài)值為:基極電流的靜態(tài)值為:IcLcp集電極與發(fā)射極之間電壓的靜態(tài)值為:CECClc(RcRe)四、圖解分析法三極管是非線性器件，其輸入回路的電流與電壓之間的關(guān)系可以用輸入特性曲線來描述；輸出回路的電流與電壓之間的關(guān)系可以用輸出特性曲線來描述。圖

8、解法就是在三極管的輸入、輸出特性曲線上，直接 用作圖的方法求解放大電路的工作情況。1、靜態(tài)圖解分析法圖解法靜態(tài)分析的任務(wù)是，用作圖的方法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，即求出IBQ ICQ和UCEQ對(duì)圖2 7 (a)所示的基本共射放大電路用圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)，應(yīng)首先畫出其直流通路如圖27(b)所示。然后按照如下的分析方法和步驟進(jìn)行。其靜態(tài)圖解分析過程如圖213所示。(a)輸入特性曲線fb)輸出特性曲線圖2 13放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析(1) 列輸入回路方程(即輸入直流負(fù)載線方程)U BE 二 U cc - 1 BRb(也稱(2) 在輸入特性曲線的平面上，作出輸入直流負(fù)載線，兩線的交點(diǎn)即是放大

9、電路的靜態(tài)工作點(diǎn) 為Q點(diǎn))，從圖上可讀出I BQ和 UBEQ的值。列輸出回路方程(即輸出直流負(fù)載線方程)X軸和Y軸上確定兩個(gè)特殊點(diǎn)(3) 在輸出特性曲線的平面上，作出輸出直流負(fù)載線。作法為：分別在N(UCC, 0)和M(0, UCCy RC)，過M N兩點(diǎn)所作的直線即為輸出直流負(fù)載線。輸出直流負(fù)載線與I BQ所確定的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)，就是Q點(diǎn)。從圖上可讀出I CQ和UCEQ值。2、動(dòng)態(tài)圖解分析法用圖解法對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，旨在確定最大不失真輸出電壓Uom分析非線性失真情況，也可測出電壓放大倍數(shù)。對(duì)圖2 7 (a)所示的共射放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)首先畫出其交流通路如圖2-9所示。然

10、后按照如下的方法和步驟進(jìn)行。(1) 交流負(fù)載線U。一Ic(RcRl) IcRL式中：rL二Rl/Rc，稱為交流負(fù)載電阻。11由上式可知，交流負(fù)載線的斜率為L ,即tgr因而可得出交流負(fù)載線的具體作法之一：通RlRl過輸出特性曲線上的 Q點(diǎn)，做一條與橫軸夾角為 a的直線AB,即為交流負(fù)載線。如下圖：CEV)圖2 14放大電路動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析從圖中可以計(jì)算出線段0B二Uceo IcqRL ,貝y B點(diǎn)坐標(biāo)為Uceo IcqRL, 0由此可以得到交流負(fù)載線的作法之二：過Q和B兩點(diǎn)作直線AB,即為交流負(fù)載線。(2) 波形失真分析信號(hào)(電壓或電流)波形被放大后幅度增大，而形狀應(yīng)保持原狀。如發(fā)生不對(duì)

11、稱或局部變形現(xiàn)象都稱為 波形失真。由于三極管非線性特性而引起的失真，稱為非線性失真。包括飽和失真和截止失真兩種。飽和 失真是由于放大電路的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的飽和區(qū)而引起的；而截止失真則是由于放大電路的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的截止區(qū)而引起的。放大器要求輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間是線性關(guān)系，應(yīng)盡量避免失真現(xiàn)象出現(xiàn)。(3) 靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)產(chǎn)生截止失真當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)(Q點(diǎn)接近截止區(qū))，交流量的負(fù)向峰值到來時(shí)，BJT工作在截止區(qū)，交流信號(hào)不能被放大，輸出電流波形的負(fù)半周被削頂，而輸出電壓波形正半周被削頂，產(chǎn)生截止失真。增大UCC值(實(shí)Q點(diǎn)上移，從而消除截止失真,際一般不采用）或減小Rb值，可以使得輸入直

12、流負(fù)載線向上平行移動(dòng)，使 如圖2 15所示。截止失真a）輸人波形分析（b）輸出陂形分析圖215放大電路放大電路發(fā)生截止失真的情況（4）靜態(tài)工作點(diǎn)偏高時(shí)產(chǎn)生飽和失真當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高（Q點(diǎn)接近飽和區(qū)），交流量正向峰值到來時(shí)，BJT將工作在飽和區(qū)。交流信號(hào)不能被線性放大，輸出電流波形的正半周被削頂。而輸出電壓波形負(fù)半周被削底，產(chǎn)生飽和失真。如圖2 16所示。圖2 16放大電路發(fā)生飽和失真的情況（5 ）求最大不失真輸出電壓設(shè)三極管的飽和管壓降為UCES則最大不失真輸出電壓的有效值可用如下公式計(jì)算:om=An U CEQ_U CES ,LqrL（6）求解電壓放大倍數(shù)利用圖解法求解電壓放大倍數(shù)可遵循如下步

13、驟：首先將輸入信號(hào)ui疊加在靜態(tài)發(fā)射結(jié)上，得到uBE = UCEuce）,在 BJT 輸入特性上作圖得到iB （=IB+ib ）,根據(jù)放大區(qū)電流關(guān)系得到沁mA)ic（=lc ic二 I ib，在BJT輸出特性上作圖得到 Uce（二Uce Uce） , uce即為輸出電壓 uo,如圖218所示。分別測量輸出電壓UOPP與輸人電壓 UPP的蜂值，即可求得電壓放大倍數(shù)Au,其表達(dá)式如下:A _UppU ipp（7 ）輸出功率和功率三角形放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率可由下式計(jì)算:Po =X= 1 U OM I OM 2 . 2 2在輸出特性曲線上，正好是三角形 DBQ的面積，這一三角形稱為功率三

14、角形， 如圖2佃 所示。要想PO大，就要使功率三角形的面積大， 即必須使最大值 UOM和IOM都要大。MQD ”【例2 2】電路如圖220所示，設(shè)=15V，Rb調(diào)整到300k Q，Rc =3k Q，RL =2K Q，三極管的輸出特性曲線見圖 性曲線上畫出直流負(fù)載線；定出范圍，計(jì)算最大不失真輸出電壓（有效值）的大?。篣CC221。Q點(diǎn)；畫出交流負(fù)載線；確定電路最大不失真輸出時(shí)O十Sc試：在輸出特uCE的變化圖2 佃放大電路的輸出功率三角形CipDOs圖2 20例2 2電路解(1)電路的直流負(fù)載線方程為：U CE =UcC IcRc =15-3lc根據(jù)方程在坐標(biāo)軸上的交點(diǎn)(15V, 0mA)和(0

15、V , 5mA)，連接這兩點(diǎn)作出直流負(fù)載線。圖2 21例題22圖解(2)固定式偏置電路的基極電流可以通過下式計(jì)算:1 BQVCC U BEQRb15-0.730050(譏)在圖2 22中找出的那條曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn), 橫坐標(biāo)為 7.5V .即 ICQ=2.5mA, UCEQ為 7.5V。(3)畫交流負(fù)載線方法一：選輔助線方程為即為Q點(diǎn)，由圖中可讀出 Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為2.5mA,因?yàn)?RRC/ Rl =1.2 (kQ)由此可得輔助線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)分別是(5V, 0mA)和 (0V, 4.2mA),在這兩點(diǎn)之間畫一直線即為輔助線, 過Q點(diǎn)做輔助線的平行線即得交流負(fù)載線。畫交流負(fù)載線方法二：根據(jù)交

16、流負(fù)載線方程UCE - U CEQ I CQ RL _ i C RL求交流負(fù)載線在UCE軸上的截距。當(dāng) iC =0 時(shí)，Uce 二U ceq cqR = 7.7 2.5 T0.7 (V)過(10.7V , 0mA)點(diǎn)和Q點(diǎn)畫直線。即為交流負(fù)載線。 Q點(diǎn)沿交流負(fù)載線移動(dòng)范圍對(duì)應(yīng)的uCE變化范圍大約是 4.6 10.7V，所以此時(shí)輸出電壓有效值:10.7-4.62. 2(V)五、微變等效電路分析法微變等效電路分析法(又叫小信號(hào)等效電路分析法 )是在輸入低頻小信號(hào)的前提下，用BJT的h參數(shù)模型代替交流通路中的三極管，得到放大電路的微變等效電路，然后利用線性電路的基本定理來計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)(如電

17、壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等)。1、三極管的微變等效模型Icbo-+WheUberbe0微變等效模型(a)三極管圖2 22三極管及其微變等效模對(duì)于圖2 22(a)中共發(fā)射極接法三極管的輸入端口來說，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸入特性曲線上以靜 態(tài)工作點(diǎn)為中心，很小的動(dòng)態(tài)工作范圍可近似認(rèn)為是一段直線。這段直線代表三極管輸入端口一一基極b和發(fā)射極e之間的等效電阻，該電阻的大小將隨著靜態(tài)工作點(diǎn)的不同而變化，是個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，叫做三極管 的輸入電阻rbe。對(duì)于一般的低頻小功率三極管，rbe可以由公式來估算，其中的 rbb是三極管基區(qū)體電阻，I EQ是三極管靜態(tài)時(shí)的發(fā)射極電流。R 26 (mV)R 26 (mV

18、)rbe f (1-)300 (1-)-I EQI EQ (mA)對(duì)于三極管集電極和發(fā)射極間的輸出端口來說，三極管放大區(qū)的輸出特性曲線可近似看成是一族平行于x軸的直線，這些直線代表基極電流對(duì)集電極電流的控制能力。所以，三極管的輸出端可以等效成一個(gè) 電流控制電流源ic,控制變量是ib，受控系數(shù)是32、微變等效電路分析法如下圖所示固定偏置共射放大電路，用微變等效電路法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的方法和步驟如下：圖223固定偏置共射放大電路(1)畫出放大電路的微變等效電路對(duì)于共射放大電路，先畫出它的交流通路，然后把圖中的BJT用其h參數(shù)簡化模型來替代，即可得到共射放大電路的微變等效電路，如圖2 24所示。圖中將微變等效電路中的電壓和電流都看成正弦量，采用復(fù)數(shù)符號(hào)標(biāo)定。AVel圖224固定偏置共射放大電路的微變等效電路(2)計(jì)算電壓放大倍數(shù)列輸入回路方程可得：Uj =.5由BJT輸入電阻的計(jì)算公式可得：26 (mV)I eq (mA)30026(mV)I eq (mA)列輸出回路方程可得U。一IcR； URL由電壓放大倍數(shù)計(jì)算公式，可得:代二U/Uj=rRL/rbe (3)計(jì)算輸入電阻riA p /1 i = Rb / b ：- rbe(4)計(jì)算輸出電阻r