模電06(圖解法)

1、第四章第四章 雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)（P101P101185185）基本要求：基本要求： （了解、理解、掌握）（了解、理解、掌握）1、了解、了解BJT的的放大原理放大原理及輸入輸出的及輸入輸出的特性曲線特性曲線（上學(xué)（上學(xué)期）；期）；2、掌握、掌握BJT放大電路的放大電路的三種組態(tài)三種組態(tài)的組成、工作原理及的組成、工作原理及特點(diǎn)；特點(diǎn)；3、掌握、掌握靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的分析計(jì)算（包括圖解分的分析計(jì)算（包括圖解分析法和小信號(hào)模型分析法）；析法和小信號(hào)模型分析法）；4、掌握、掌握多級(jí)多級(jí)放大電路的分析計(jì)算；放大電路的分析計(jì)算；*4.3 放大電路的

2、分析方法放大電路的分析方法4.3.1 圖解分析法（圖解分析法（靜態(tài)動(dòng)態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)分析均可）分析均可）4.3.2 小信號(hào)模型分析法（僅小信號(hào)模型分析法（僅動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)分析）分析）1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析2. 動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析3. 非線性失真的圖解分析非線性失真的圖解分析4. 圖解分析法的適用范圍圖解分析法的適用范圍4.3.1 圖解分析法圖解分析法定義（廣義）：定義（廣義）：利用器件的伏安特性曲線，和其他條件，利用器件的伏安特性曲線，和其他條件，通過作圖，分析通過作圖，分析電路中電壓電流大小的方法。電路中電壓電流大小的方法。簡(jiǎn)單舉例：簡(jiǎn)單舉例：vi1/R

3、UsRvi sUv RUs+-vxix伏安特性方程伏安特性方程i ix與與v vx的關(guān)系應(yīng)該既滿足右邊電路的的關(guān)系應(yīng)該既滿足右邊電路的伏安特性；又伏安特性；又滿足左邊電路滿足左邊電路的的伏安特性。即為兩條伏安特性的交點(diǎn)。伏安特性。即為兩條伏安特性的交點(diǎn)。ixvx(ix,vx)圖解分析法定義（圖解分析法定義（BJT）：）：利用利用BJT的特性曲線，和管外電路的特性曲線，和管外電路的特性曲線，通過作圖，分析的特性曲線，通過作圖，分析放大電路靜動(dòng)態(tài)壓流的方法。放大電路靜動(dòng)態(tài)壓流的方法。已知：已知：BJT的特性曲線，電路參數(shù)和輸入信號(hào)的特性曲線，電路參數(shù)和輸入信號(hào)v vi 待求待求：.靜態(tài)分析靜態(tài)分析

4、確定直流壓流確定直流壓流IBQ、ICQ、VCEQ .動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析確定交流壓流、放大倍數(shù)（增益）確定交流壓流、放大倍數(shù)（增益）及討論電路參數(shù)對(duì)放大電路性能的影響。及討論電路參數(shù)對(duì)放大電路性能的影響。vi1/RUsRvi ssRiUv RUs+-vxixRs共射放大電路的圖解分析共射放大電路的圖解分析分成三部分：分成三部分：BJTBJT、輸入回路管外部分、輸出回路管外部分、輸入回路管外部分、輸出回路管外部分 列輸入回路伏安特性方程（輸入直流負(fù)載線方程）列輸入回路伏安特性方程（輸入直流負(fù)載線方程） 列輸出回路伏安特性方程（輸出列輸出回路伏安特性方程（輸出直流負(fù)載線直流負(fù)載線方程）方程）vCE=V

5、CCiCRc 畫出直流通路畫出直流通路bBBBBERiV v1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析1)輸入部分圖解分析（輸入部分圖解分析（BJT輸入特性曲線復(fù)習(xí)）輸入特性曲線復(fù)習(xí)） 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 ， 兩線的交點(diǎn)稱為輸入部分的靜態(tài)工作點(diǎn)（即兩線的交點(diǎn)稱為輸入部分的靜態(tài)工作點(diǎn)（即Q點(diǎn)），得到點(diǎn)），得到IBQ。bBBBBERiV v在輸出特性曲線上，作出直線在輸出特性曲線上，作出直線 vCE=VCCiCRc，與與IBQ曲線的交點(diǎn)稱為輸出部分的靜態(tài)工作點(diǎn)（曲線的交點(diǎn)稱為輸出部分的靜態(tài)工作點(diǎn)（Q點(diǎn)），從而得點(diǎn)），從而得到到VCEQ 和和ICQ。2)輸出部分

6、圖解分析（輸出部分圖解分析（BJT輸出特性曲線復(fù)習(xí)）輸出特性曲線復(fù)習(xí)） 列輸入回路伏安特性方程（輸入交流負(fù)載線方程）列輸入回路伏安特性方程（輸入交流負(fù)載線方程）2. 動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析靜態(tài)分析后，電路加上待放大的交流信號(hào)，假定為正弦信號(hào)。靜態(tài)分析后，電路加上待放大的交流信號(hào)，假定為正弦信號(hào)。則，則，總的電壓電流關(guān)系方程總的電壓電流關(guān)系方程如下：如下：tVsinsms vbBsBBBERiV vv 列輸出回路伏安特性方程（輸出列輸出回路伏安特性方程（輸出交流負(fù)載線交流負(fù)載線方程）方程）vCE=VCCiCRc輸出回路的直流和交流負(fù)載線方程完全相同，為什么？輸出回路的直流和

7、交流負(fù)載線方程完全相同，為什么？在在BJT的輸入特性曲線圖上畫出的輸入特性曲線圖上畫出vBE 、 iB 的波形的波形bBsBBBERiV vv)(bBBBBE靜靜RiV vtVsinsms v 在輸入特性曲在輸入特性曲線的線性線的線性區(qū)區(qū)內(nèi)，內(nèi)，iB和和vBE以以Q點(diǎn)坐標(biāo)為點(diǎn)坐標(biāo)為中中心心，隨，隨vs以正弦以正弦規(guī)律規(guī)律變化變化 根據(jù)根據(jù)iB的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出iC和和vCE 的波形的波形cCCCCERiV v相位相反！ 在輸出特性曲線在輸出特性曲線的平行等距的平行等距區(qū)區(qū)內(nèi)，內(nèi)，iC和和vCE以以Q點(diǎn)坐標(biāo)為點(diǎn)坐標(biāo)為中中心心，隨，隨iB以正弦以正弦規(guī)

8、律規(guī)律變化變化2. 動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析 共射極放大電路中的電壓、電流共射極放大電路中的電壓、電流波形（畫在互相對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸上）波形（畫在互相對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸上）輸出壓流的形狀與輸入壓流的形輸出壓流的形狀與輸入壓流的形狀相同，不失真。狀相同，不失真。3. 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響 工作點(diǎn)的位置是以工作點(diǎn)的位置是以靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)為中心，隨為中心，隨v vs s的幅值變化上下的幅值變化上下移動(dòng)；移動(dòng)； 所以為了使工作點(diǎn)一直保持在放大區(qū)內(nèi)，必須使靜態(tài)工作點(diǎn)所以為了使工作點(diǎn)一直保持在放大區(qū)內(nèi)，必須使靜態(tài)工作點(diǎn)處于合適的位置。處于合適的位置。 如果位

9、置不合適，則會(huì)產(chǎn)生如果位置不合適，則會(huì)產(chǎn)生波形失真波形失真。不失真不失真前提：工作點(diǎn)始終處于輸入特性曲線的前提：工作點(diǎn)始終處于輸入特性曲線的線性區(qū)線性區(qū)； 輸出特性曲線的輸出特性曲線的放大區(qū)放大區(qū)。截止失真的波形截止失真的波形 如果位置偏下（接近截止區(qū)，如果位置偏下（接近截止區(qū)， V VBEQBEQ、I IBQBQ、I ICQCQ太?。。?，則：則：截止失真截止失真。i iB B、i iC C、v vCECE均失真，（電流負(fù)半周失真，電壓正半周失真）均失真，（電流負(fù)半周失真，電壓正半周失真）受其限制，受其限制，最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓幅值幅值V VomomI ICQCQR RC

10、.C.如果位置偏上（接近飽和區(qū)，如果位置偏上（接近飽和區(qū)，V VBEQBEQ、I IBQBQ、I ICQCQ太大），太大），則：則：飽和失真飽和失真。i iC C、v vCECE均失真（電流正半周失真，電壓負(fù)半周失真）均失真（電流正半周失真，電壓負(fù)半周失真）受其限制，受其限制，最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓幅值幅值V Vomom= =V VCEQCEQ-V-VCES.CES.輸入信號(hào)過大，即使輸入信號(hào)過大，即使Q點(diǎn)設(shè)置合理，上下點(diǎn)設(shè)置合理，上下同同時(shí)失真時(shí)失真概念：概念：非線性失真非線性失真由于由于BJT特性曲線特性曲線的非線性引起的失真。的非線性引起的失真。（截止失真，飽和失（截止失真

11、，飽和失真）真）飽和失真的波形飽和失真的波形一般，一般，Q點(diǎn)設(shè)置應(yīng)滿足：點(diǎn)設(shè)置應(yīng)滿足：CEOcmCQIII CEScemCEQVVV vs較大時(shí)：選取在輸出交流負(fù)載線的中點(diǎn)較大時(shí)：選取在輸出交流負(fù)載線的中點(diǎn)vs較小時(shí)：為降低功率損耗，選取在輸出交流負(fù)載線的較小時(shí)：為降低功率損耗，選取在輸出交流負(fù)載線的中點(diǎn)偏下一些。中點(diǎn)偏下一些。舉例舉例4.3.1(P.123)阻容耦合放大電路阻容耦合放大電路(1)畫出直流通路，交流通路；畫出直流通路，交流通路；(2)靜態(tài)分析：估算靜態(tài)分析：估算IBQ ，并用，并用圖解法求出圖解法求出ICQ ，VCEQ ；(3)動(dòng)態(tài)分析。動(dòng)態(tài)分析。說明：說明：本電路中本電路中1

12、）交流信號(hào)源接地，不易被干擾；）交流信號(hào)源接地，不易被干擾；2）vBB與與vCC合為一個(gè)電源；合為一個(gè)電源；3）輸入與輸出回路中接有大電解電容（注意極性），稱）輸入與輸出回路中接有大電解電容（注意極性），稱為耦合電容，分別在信號(hào)源、放大電路、負(fù)載之間連接交為耦合電容，分別在信號(hào)源、放大電路、負(fù)載之間連接交流信號(hào)，分隔直流信號(hào)。稱為流信號(hào)，分隔直流信號(hào)。稱為阻容耦合阻容耦合方式。方式。解：解：(1)直流通路直流通路 T Rb Rc VCC 阻容耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路 直流通路直流通路 IBQ ICQ 與與直接耦合直接耦合共射放大電路共射放大電路直流通路相同！直流通路相同！ vO T

13、 Rb Rc vi 阻容耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路 交流通路交流通路 ib ic + _ + _ RL 交流通路交流通路 與與直接耦合直接耦合共射放大電路交共射放大電路交流通路不同！流通路不同！輸入輸出回路均不相同！輸入輸出回路均不相同！交流通路交流通路（2）靜態(tài)分析）靜態(tài)分析 IBQ=VCC-VBEQRbVCCRb=12V300K=40A T Rb Rc VCC 阻容耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路 直流通路直流通路 IBQ ICQ 輸出直流負(fù)載線方程輸出直流負(fù)載線方程vCE=VCC-iCRc =12-4kiC RCRL=RL vce= ic（RC RL）交流分量交流分量vCE

14、 =VCEQic（RC RL） =VCEQ+ICQRLiCRLvOTRBRC vi阻阻容容耦耦合合共共射射放放大大電電路路 交交流流通通路路ibic+_+_RL其中，其中，ic =iC ICQ（3）動(dòng)態(tài)分析（）動(dòng)態(tài)分析（回顧直接耦合電路回顧直接耦合電路）由交流通路可得由交流通路可得vCE=VCEQ+vce輸出回路交、直流通路不同，從而交、直流負(fù)載線方程不同！輸出回路交、直流通路不同，從而交、直流負(fù)載線方程不同！交流負(fù)載線方程交流負(fù)載線方程vCE =VCEQ+ICQRLiCRL交流負(fù)載線的出現(xiàn)是否影響最大不失真輸出電壓幅值？交流負(fù)載線的出現(xiàn)是否影響最大不失真輸出電壓幅值？LR 1LCQCEQRI

15、V 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 與直流負(fù)載線交于與直流負(fù)載線交于Q點(diǎn)！點(diǎn)！ 其斜率為其斜率為而在橫軸上的截距為而在橫軸上的截距為電路不帶負(fù)載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線電路不帶負(fù)載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合重合！4. 圖解分析法的適用范圍圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象。優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象。a a 有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等重要概念；有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等重要概念；b b 有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。性。c c 能全面地分

16、析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 不能分析信號(hào)幅度太小或工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，不能分析信號(hào)幅度太小或工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。標(biāo)。作業(yè)：作業(yè)：*P188 4.3.5例：例：Q點(diǎn)位置與電路參數(shù)的關(guān)系：點(diǎn)位置與電路參數(shù)的關(guān)系：設(shè)工作點(diǎn)原為設(shè)工作點(diǎn)原為Q2若若VCC、RC不變，不變，設(shè)設(shè)Rb IB Q點(diǎn)沿直流負(fù)載線上移。點(diǎn)沿直流負(fù)載線上移。（直流負(fù)載線不變）（直流負(fù)載線不變）從從Q2Q3若若VCC、Rb不變，不變， 設(shè)設(shè)RC

17、 直流負(fù)載線斜率直流負(fù)載線斜率 Q點(diǎn)沿點(diǎn)沿IB=常數(shù)的出特曲線左移。常數(shù)的出特曲線左移。 （IB不變）不變）從從Q2 Q1例：例：Q點(diǎn)位置與電路參數(shù)的關(guān)系：點(diǎn)位置與電路參數(shù)的關(guān)系：設(shè)工作點(diǎn)原為設(shè)工作點(diǎn)原為Q2設(shè)設(shè)Rb 、 RC不變，不變， 設(shè)設(shè)VCC IB 直流負(fù)載線向上平移直流負(fù)載線向上平移Q點(diǎn)向上方移動(dòng)。點(diǎn)向上方移動(dòng)。一般地，在電路中，一般地，在電路中， Rb Q 比較方便。比較方便。從從Q2 Q4例：例：Q點(diǎn)位置與電路參數(shù)的關(guān)系：點(diǎn)位置與電路參數(shù)的關(guān)系：設(shè)工作點(diǎn)原為設(shè)工作點(diǎn)原為Q2復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)： BJT的的V-I 特性曲線特性曲線 iB=f(vBE) vCE=const. (2) vCE增

18、大時(shí)，特性曲線右移。當(dāng)增大時(shí)，特性曲線右移。當(dāng)vCE1V后，特性曲線右移很少，后，特性曲線右移很少，可以認(rèn)為重合。所以常用可以認(rèn)為重合。所以常用vCE1V的任意一條特性曲線代表全部輸入特的任意一條特性曲線代表全部輸入特性曲線。性曲線。 (1) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）共射極連接共射極連接iC=f(vCE) iB=const.2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域: :放大區(qū)：放大區(qū)：1）vBE vth，vCEvBE，iB0 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏或零偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏或零偏。2）iC=iB