基本放大電路的分析方法

1、 晶體管基本放大電路的分析包括靜態(tài)分析和動態(tài)分析。晶體管基本放大電路的分析包括靜態(tài)分析和動態(tài)分析。 分析放大電路時，必須根據(jù)先靜態(tài)、后動態(tài)的原則。分析放大電路時，必須根據(jù)先靜態(tài)、后動態(tài)的原則。 放大電路的動態(tài)分析用放大電路的交流通路來分析。放大電路的動態(tài)分析用放大電路的交流通路來分析。 具體的分析方法有圖解法和微變等效電路具體的分析方法有圖解法和微變等效電路 放大電路的靜態(tài)分析用放大電路的直流通路來分析。放大電路的靜態(tài)分析用放大電路的直流通路來分析。 具體的分析方法有和圖解法。具體的分析方法有和圖解法。 3.5 基本放大電路的分析方法基本放大電路的分析方法 由于晶體管的特性曲線是非線性的，不能

2、用數(shù)學(xué)表由于晶體管的特性曲線是非線性的，不能用數(shù)學(xué)表 達(dá)式來描述，只能用特性曲線來表示。在分析放大電路達(dá)式來描述，只能用特性曲線來表示。在分析放大電路 時可采用圖解的方法。時可采用圖解的方法。 在放大電路的輸入回路，可以用晶體管的輸入特性在放大電路的輸入回路，可以用晶體管的輸入特性 曲線和直流通路的輸入回路方程式來描述。曲線和直流通路的輸入回路方程式來描述。 在放大電路的輸出回路，可以用晶體管的輸出特性在放大電路的輸出回路，可以用晶體管的輸出特性 曲線和直流通路的輸出回路方程式來描述。曲線和直流通路的輸出回路方程式來描述。 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 3.5.1 圖解法圖解法 對分壓偏置共射基本放

3、大電路進(jìn)行靜態(tài)圖解分析，對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)圖解分析， 求解靜態(tài)工作點。求解靜態(tài)工作點。其求解過程如下：其求解過程如下： 分壓偏置共射放大電路分壓偏置共射放大電路 + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C e C i U o U VT e R c R b2 R b1 R CC V VT 直流通路直流通路 先畫出分壓偏置共射放大電路的直流通路先畫出分壓偏置共射放大電路的直流通路 對基極偏置回路用戴維南定理進(jìn)行變換，使基極偏對基極偏置回路用戴維南定理進(jìn)行變換，使基極偏 置電路只具有一個網(wǎng)眼，以方便列出輸入回路方程。置電路只具有一個網(wǎng)

4、眼，以方便列出輸入回路方程。 (1) 輸入回路的圖解輸入回路的圖解 用戴維寧定理進(jìn)行等效變換用戴維寧定理進(jìn)行等效變換 用戴維南定理用戴維南定理 進(jìn)行變換進(jìn)行變換 / 1 B I m A /V BE U O 變換后的等效直流通路變換后的等效直流通路 CCb2 CC b1b2 VR V RR b2b1 b2b1 b RR RR R BbBEBeCC (1)I RUI RV BbBECC I RU V bbe (1)RRR 晶體管的輸入特性曲線：晶體管的輸入特性曲線： Q IBQ V b CC R BE ()If U B 過過(0， )點，作斜率為點，作斜率為 的直線的直線 稱為輸入直流負(fù)載線。稱為

5、輸入直流負(fù)載線。 CC b V R b 1 R BE UQ R 斜率斜率 1 b 其與晶體管的輸入特性曲線交于靜態(tài)工其與晶體管的輸入特性曲線交于靜態(tài)工 作點作點Q，對應(yīng)坐標(biāo)為，對應(yīng)坐標(biāo)為IBQ和和UBEQ。 列輸入回路方程列輸入回路方程 /V CE U O /mA C I CC V Q U CEQ ICQ IBQ )( CEC UfI 晶體管的輸出特性曲線為：晶體管的輸出特性曲線為： 過過M點點(VCC，0)和和N點點(0， VCC/(Rc+ Re)確定的直線稱確定的直線稱 為輸出回路的為輸出回路的直流負(fù)載線。直流負(fù)載線。 與與IBQ輸出特性曲線交于輸出特性曲線交于Q 點，點，坐標(biāo)為坐標(biāo)為 I

6、CQ和和 UCEQ。 。 (2) 輸出回路的圖解輸出回路的圖解 ec CC RR V ec 1 RR 斜率 直流負(fù)載線直流負(fù)載線 輸出回路的圖解分析輸出回路的圖解分析 列輸出回路方程列輸出回路方程 CcCEEeCC I RUI RV CceCECC ()IRRUV化簡得化簡得 (3) 列輸出回路方程式列輸出回路方程式 UCE=VCC IC (Rc +Re) (4) 在輸出特性曲線上確定兩個特殊點在輸出特性曲線上確定兩個特殊點(VCC ，0)； (0，VCC / (Rc + Re) ) ，即可畫出輸出直流負(fù)載線。，即可畫出輸出直流負(fù)載線。 直流負(fù)載線的確定方法：直流負(fù)載線的確定方法： (1) 列

7、輸入回路方程式列輸入回路方程式 V CC= IBRb + UBE (2) 在輸入特性曲線上，作出輸入直流負(fù)載線，兩線的在輸入特性曲線上，作出輸入直流負(fù)載線，兩線的 交點即是交點即是Q，由此可確定，由此可確定IBQ ，UBEQ 。 (5) 得到得到Q點的參數(shù)點的參數(shù)IBQ、 UBEQ、ICQ和和UCEQ。 放大電路的動態(tài)分析是在有輸入信號作用下的求解過放大電路的動態(tài)分析是在有輸入信號作用下的求解過 程，先做出放大電路的交流通路。程，先做出放大電路的交流通路。 + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C e C i U o U VT 交流通路交流通

8、路 根據(jù)交流通路，可得交流輸出電壓根據(jù)交流通路，可得交流輸出電壓 放大電路集電極輸出回路的交流負(fù)載電阻是放大電路集電極輸出回路的交流負(fù)載電阻是RL = Rc/ RL 。 2. 共射放大電路的動態(tài)圖解分析共射放大電路的動態(tài)圖解分析 (1) 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 ocecL uu i R 放大電路的動態(tài)是建立在靜態(tài)的基礎(chǔ)上的，放大電路的動態(tài)是建立在靜態(tài)的基礎(chǔ)上的，動態(tài)時工動態(tài)時工 作點的運動軌跡一定通過靜態(tài)工作點作點的運動軌跡一定通過靜態(tài)工作點Q。 交流負(fù)載線描述交流負(fù)載線描述 動態(tài)信號的動態(tài)信號的運動軌跡。運動軌跡。 它在輸出特性曲線上它在輸出特性曲線上 要比直流負(fù)載線陡，要比直流負(fù)載線陡， 因

9、為交流負(fù)載電阻小因為交流負(fù)載電阻小 于直流負(fù)載電阻。于直流負(fù)載電阻。 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 /V CE U O /mA C I CC V Q U CEQ ICQ IBQ ec CC RR V Lc / 1 RR 斜率 輔助線 過靜態(tài)工作點過靜態(tài)工作點Q做一條直線，斜率等于交流負(fù)載做一條直線，斜率等于交流負(fù)載電阻電阻 的倒數(shù)，即為的倒數(shù)，即為交流負(fù)載線。交流負(fù)載線。 交流負(fù)載線 交流負(fù)載線確定步驟：交流負(fù)載線確定步驟： (3) 交流負(fù)載線與直交流負(fù)載線與直 流負(fù)載線相交流負(fù)載線相交Q點。點。 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 /V CE U O /mA C I CC V Q U CEQ ICQ IBQ ec

10、 CC RR V Lc / 1 RR 斜率 輔輔 助助 線線 (1) 作出放大電路的交流通路。作出放大電路的交流通路。 (2) 確定輸出回路交流通路的交流負(fù)載電阻為：確定輸出回路交流通路的交流負(fù)載電阻為： RL= RLRc (4) 交流負(fù)載線是有交交流負(fù)載線是有交 流輸入信號時動態(tài)工作流輸入信號時動態(tài)工作 點的運動軌跡。點的運動軌跡。通過通過Q 點做一條直線，令其斜點做一條直線，令其斜 為為-1/R L ，該直線即為，該直線即為 交流負(fù)載線。交流負(fù)載線。 交流負(fù)載線 (2) 電壓放大倍數(shù)分析電壓放大倍數(shù)分析 用用UBE表示直流量、表示直流量、 ube 表示交流量、表示交流量、 uBE表示交直流

11、表示交直流 量的總合。量的總合。 放大電路的交流工作狀態(tài)可以通過圖解的方法來表示。放大電路的交流工作狀態(tài)可以通過圖解的方法來表示。 動態(tài)時，電路中的電流和電壓將在靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上動態(tài)時，電路中的電流和電壓將在靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上 疊加交流量?？梢圆捎媒弧⒅绷鞣珠_的分析方法，即先疊加交流量?？梢圆捎媒?、直流分開的分析方法，即先 分析靜態(tài)，再分析動態(tài)，然后再把它們疊加起來。分析靜態(tài)，再分析動態(tài)，然后再把它們疊加起來。 UBEubeuBE O O t t be uBE u Ot BE U 放大電路中直流、交流和交直流的表示放大電路中直流、交流和交直流的表示 O iB uBE CE UV1 0 iC

12、uCE 2 1 12108642 V mA B1 I ICQ IBQ uBE t O iB t Q B2 I B1 I B2 I UCEQ O iC t C1 I C2 I CQ I O t O uCE V Lc/ 1 RR IBQ Q UBEQ IBQ C1 I C2 I 1 1 2 2 3 3 4 4 放大電路的動態(tài)圖解分析放大電路的動態(tài)圖解分析 動態(tài)圖解分析的過程如下：動態(tài)圖解分析的過程如下： 1. 首先畫出輸入首先畫出輸入 電壓波形電壓波形ube(t) 2. 根據(jù)輸入特性曲線和根據(jù)輸入特性曲線和 ube(t)畫出畫出ib波形波形 3. 根據(jù)根據(jù)ib波形和交流波形和交流 負(fù)載線畫出負(fù)載線

13、畫出ic波形波形 4. 根據(jù)交流負(fù)載線和根據(jù)交流負(fù)載線和 ic波形畫出波形畫出uce波形波形 ube i b ic uce 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 通過圖解分析，可得如下結(jié)論：通過圖解分析，可得如下結(jié)論： (1) ui ube ib ic uce |-uo| (2) uo與與ui相位相反；相位相反； O iB uBE CE UV1 0 iC uCE 2 1 12108642 V mA B1 I ICQ IBQ uBE t O iB t Q B2 I B1 I B2 I UCEQ O iC t C1 I C2 I CQ I O t O uCE V i ube b ic uce Lc/ 1 RR I

14、BQ Q UBEQ IBQ C1 I C2 I 1 1 2 2 3 3 4 4 測量出測量出ube的幅度的幅度 測量出測量出uce的幅度的幅度 三極管的電流三極管的電流 放大作用放大作用 3. 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 可以確定最大不失真輸出幅度可以確定最大不失真輸出幅度。 oce u ibe uu A uu (3) 輸出波形失真分析輸出波形失真分析 飽和失真：飽和失真： 截止失真：截止失真： 0 iC uCE 2 1 12108642 V mA B1 I IBQQ B2 I UCEQ O iC t C1 I C2 I t O uCE V ic

15、 uce C1 I C2 I 交流負(fù)載線 截止失真 a b c d e a b c d e * * * * * * * * CQ I ICQ 0 uCE 2 1 12108642 V ICQ Q B2 I UCEQ Ot C1 I C2 I CQ I t O uCE V ic uce C1 I C2 I 交流負(fù)載線 飽和失真 a b d d c c b e e a * * IBQ B1 I iCiCmA 由晶體管特性曲線的非線性引起的輸出信號失真，稱為由晶體管特性曲線的非線性引起的輸出信號失真，稱為 非線性失真，主要有飽和失真和截止失真。非線性失真，主要有飽和失真和截止失真。 由于放大電路的工

16、作點達(dá)到了晶體管由于放大電路的工作點達(dá)到了晶體管 的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，管， 輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。 由于放大電路的工作點達(dá)到了晶體管由于放大電路的工作點達(dá)到了晶體管 的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，管， 輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。 放大器截止失真和飽和失真放大器截止失真和飽和失真(NPN晶體管晶體管) (a)飽和失真飽和失真(b)截止失真截止失真 (4) 放大電路的最大不失真輸出幅度放大電路的最大不失真輸出幅度 ommaxCEQCESCQL =min,

17、UUUI R 放大電路的最大不失真輸出幅度是指放大電路的輸出放大電路的最大不失真輸出幅度是指放大電路的輸出 信號在不失真的情況下所能達(dá)到的最大值，一般用信號在不失真的情況下所能達(dá)到的最大值，一般用Uommax 或或Iommax表示。表示。 放大電路的最大不失真輸出幅度放大電路的最大不失真輸出幅度 (5) 輸出功率和功率三角形輸出功率和功率三角形 omom omom o 2 1 22 IU IU P 要想要想Po大，就要使功率三大，就要使功率三 角形的面積大，即必須使角形的面積大，即必須使Uom 和和Iom 都要大。都要大。 功率三角形功率三角形 放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率放大電路向電阻

18、性負(fù)載提供的輸出功率: 在輸出特性曲線上，正好在輸出特性曲線上，正好 是三角形是三角形 ABQ的面積，這一的面積，這一 三角形稱為功率三角形。三角形稱為功率三角形。 A A B B /V CE uO /mA C i IBQ CC V Q 交流負(fù)載線 ICQ UCEQUCES 3.5.2 微變等效電路法微變等效電路法 微變等效電路法：在小信號條件下，把非線性的晶體微變等效電路法：在小信號條件下，把非線性的晶體 管用線性模型來代替，用線性電路的分析方法來計算基本管用線性模型來代替，用線性電路的分析方法來計算基本 放大電路。放大電路。 1. 晶體管低頻小信號模型晶體管低頻小信號模型 在低頻小信號下，

19、將晶體管看成在低頻小信號下，將晶體管看成 一個線性有源雙端口網(wǎng)絡(luò)。一個線性有源雙端口網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)晶體管的輸入和輸出特性曲線，根據(jù)晶體管的輸入和輸出特性曲線， 端口特性表示為：端口特性表示為： ),( ),( CEBC CEBBE uifi uifu 在低頻正弦信號作用下，上式可寫成復(fù)數(shù)形式：在低頻正弦信號作用下，上式可寫成復(fù)數(shù)形式： be11b12ce c21b22ce UhIhU IhIhU 在低頻小信號作用下，在靜態(tài)工作點在低頻小信號作用下，在靜態(tài)工作點Q對上式取全微分：對上式取全微分： ),( ),( CEBC CEBBE uifi uifu CEB CEB BEBE BEBCE BCE

20、 CC CBCE BCE ddd ddd UI UI uu uiu iu ii iiu iu 式中出現(xiàn)的四個系數(shù)，分別為：式中出現(xiàn)的四個系數(shù)，分別為： CE B BE 11 U i u h 稱為輸入電阻稱為輸入電阻rbe 量綱為量綱為。 B CE BE 12 I u u h 稱為電壓反饋系數(shù)稱為電壓反饋系數(shù) 根據(jù)根據(jù)PN結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并利用結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并利用PN結(jié)的電流方程可以推導(dǎo)出結(jié)的電流方程可以推導(dǎo)出 T bebb EQ (1) U rr I bb r 是晶體管的基區(qū)體電阻，一般在是晶體管的基區(qū)體電阻，一般在200 300 之間之間 CE B C 21 U i i h 稱為稱為電流放大電

21、流放大 系數(shù)，即系數(shù)，即 B CE C 22 I u i h 稱為輸出電導(dǎo)稱為輸出電導(dǎo) 即即1 / rce， ，量綱為 量綱為S h11、h12、h21和和h22稱為晶體管的稱為晶體管的H參數(shù)，其大小與參數(shù)，其大小與Q有關(guān)。有關(guān)。 c b be U b I 12ce h U 11 h 21 b h I 22 1 h c I ce U c b be U b I be r c I b I ce U h12很小，很小， rce很大，很大，h12和和h22可忽略，得到晶體管的簡化可忽略，得到晶體管的簡化H 參數(shù)等效電路。參數(shù)等效電路。 晶體管的晶體管的H參數(shù)等效電路如圖所示。參數(shù)等效電路如圖所示。 晶

22、體管低頻小信號模型沒有考慮結(jié)電容的晶體管低頻小信號模型沒有考慮結(jié)電容的 影響。只適用于放大電路的低頻和中頻段，影響。只適用于放大電路的低頻和中頻段， 不適用于高頻放大電路。不適用于高頻放大電路。 2. 采用微變等效電路法對共射基本放大電路進(jìn)行分析采用微變等效電路法對共射基本放大電路進(jìn)行分析 (1) 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，先畫出直對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，先畫出直 流通路。流通路。 分壓偏置共射放大電路分壓偏置共射放大電路 + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C e C i U o U VT

23、e R c R b2 R b1 R CC V VT 直流通路直流通路 用戴維南定理進(jìn)行變換：用戴維南定理進(jìn)行變換： 計算求解法計算求解法 CCb2 CC b1b2 VR V RR b2b1 b2b1 b RR RR R BbBEEeCC I RUI RV EB (1)II CCBE B be (1) VU I RR BE 0.7VU CB II CcCEEeCC I RUI RV CECCCce ()UVIRR 列輸入回路方程：列輸入回路方程： 晶體管的管壓降：晶體管的管壓降： 基極電流為：基極電流為： 集電極電流為：集電極電流為： 列輸出回路方程：列輸出回路方程： 對于硅管：對于硅管： 估算

24、法估算法 當(dāng)當(dāng)I1=(510) IB時，可忽略時，可忽略IB，基極電位為：，基極電位為： CCb2 B b1b2 VR U RR BEBE UUU EBBE E ee UUU I RR BE 0.7VU對于硅管：對于硅管： CE II E B 1 I I CcCEEeCC I RUI RV列輸出回路方程：列輸出回路方程： CECCCce ()UVIRR + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C C i U o U VT e 分壓偏置射放大電路交流微變等效電路分壓偏置射放大電路交流微變等效電路 (2) 動態(tài)分析動態(tài)分析 對分壓偏置共射基本放大電

25、路進(jìn)行動態(tài)分析，先畫出交流對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行動態(tài)分析，先畫出交流 通路。通路。 將耦合電容和旁路電容短路將耦合電容和旁路電容短路 將直流電源交流短路。將直流電源交流短路。 將晶體管用低頻將晶體管用低頻 小信號模型代替小信號模型代替 得到微變等效電路。得到微變等效電路。 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) obcL (/ /)UIRR 由輸入回路：由輸入回路： bebi rIU 電壓放大倍數(shù)為：電壓放大倍數(shù)為： be L be Lc beb Lcb i o u )/()/( r R r RR rI RRI U U A 根據(jù)放大電路的微根據(jù)放大電路的微 變等效電路，可求變等效電路，可求 出其電壓

26、放大倍數(shù)出其電壓放大倍數(shù) 由輸出回路：由輸出回路： 式中：式中： be E 26mV 3001 (mA) r I LCL /RRR 輸入電阻輸入電阻 beb2b1 i i i /rRR I U R 輸入電阻是從放大電路的輸入端看進(jìn)去的等效電阻，其輸入電阻是從放大電路的輸入端看進(jìn)去的等效電阻，其 表達(dá)式為：表達(dá)式為： 輸出電阻輸出電阻 s U Rs RL I o b I 0 0 o U 共射放大電路求輸出電阻共射放大電路求輸出電阻 輸出電阻是從放大電路的輸出端看進(jìn)去的信號源等效內(nèi)輸出電阻是從放大電路的輸出端看進(jìn)去的信號源等效內(nèi) 阻，其表達(dá)式為：阻，其表達(dá)式為： S L o o 0 o U R U

27、 R I c R 【例例3.5.1】 電路如圖電路如圖3.5.1所示，設(shè)所示，設(shè)VCC15V，Rb1=60k、 Rb2=20k 、Rc=3k 、Re=2k 、Rs=600 ，電容，電容C1、C2 和和Ce都足夠大，都足夠大， 60，UBE=0.7V，RL=3 k 。試計算：。試計算： (1) 電路的靜態(tài)工作點；電路的靜態(tài)工作點； (2) 電路的中頻電壓放大倍數(shù)電路的中頻電壓放大倍數(shù) 、輸入電阻、輸入電阻Ri和輸出電阻和輸出電阻Ro； (3) 若信號源具有若信號源具有Rs600的內(nèi)阻，求源電壓放大倍數(shù)的內(nèi)阻，求源電壓放大倍數(shù) 。 u A us A 例例3.5.1 電路圖電路圖 【解解】(1) 求解靜態(tài)工作點求解靜態(tài)工作點 CCb2 CC b1b2 3.75V VR V RR b1b2 b b1b2 15k R R R RR CCBEQ BQ be 22A (1) VU I RR CQBQ 1.32mAII 對直流通路進(jìn)行戴維南對直流通路進(jìn)行戴維南 變換。變換。 列輸入回路方程，得列輸入回路方程，得 列輸出回路方程，得列輸出回路方程，得 CEQCCCQc