基本放大電路的分析方法

1、3.2基本放大電路的分析方法3.2.1放大電路的靜態(tài)分析放大電路的靜態(tài)分析有 計算法和圖解分析法兩種。(1) 靜態(tài)工作狀態(tài)的計算分析法根據(jù)直流通路可對放大電路的靜態(tài)進行計算. 亠(03.08)I C= I B(03.09)VCe=VCcIcR(03.10)I b、Ic和Vce這些量代表的工作狀態(tài)稱為 靜態(tài)工作點，用Q表示。在測試基本放大電路時，往往測量三個電極對地的電位 Vb、VE和VC即可確定 三極管的工作狀態(tài)。(2) 靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析法放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析如圖03.08所示。圖03.08放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析直流負載線的確定方法:1. 由直流負載列出方程式VcE=V

2、cc I只2. 在輸出特性曲線X軸及丫軸上確定兩個特殊點一一V和 V R,即可畫出 直流負載線。3. 在輸入回路列方程式 Vbe =Vcc I BRb4. 在輸入特性曲線上，作出輸入負載線，兩線的交點即是Q5得到Q點的參數(shù) I BQ I CC和口 VcEQ例3.1 :測量三極管三個電極對地電位如圖03.09所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。圖03.09三極管工作狀態(tài)判斷例3.2 :用數(shù)字電壓表測得 Vb =4.5 V、Ve =3.8 V、Vc =8V,試判斷三極管的工 作狀態(tài)。電路如圖03.10所示圖03.10例3.2電路圖3.2.2放大電路的動態(tài)圖解分析(1) 交流負載線交流負載線確定方法:1.

3、 通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線，其斜率為1/R-2. FL= Rl/ FC，是交流負載電阻。3. 交流負載線是有交流輸入信號時，工作點 Q的運動軌跡。4. 交流負載線與直流負載線相交，通過 Q點。圖03.11放大電路的動態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析(2) 交流工作狀態(tài)的圖解分析動畫圖03.12放大電路的動態(tài)圖解分析(動畫3-1)通過圖03.12所示動態(tài)圖解分析，可得出如下結(jié)論:1. Vir V BE i B i C= V CE 心 |-V o|；2. Vo與Vi相位相反；3. 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。(3) 最大不失真輸出幅度 波形的失真飽和失真 由于

4、放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性 失真。截止失真由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性 失真。（動畫3-2）示波器圖形（a） 截止失真（b）飽和失真圖03.13放大器的截止失真和飽和失真（動畫3-3） 放大電路的最大不失真輸出幅度放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：1.工作點Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；2.要有合適的交流負載線。動畫圖03.14放大器的最大不失真輸出幅度（動畫3-4）（4）非線性失真放大器要求輸出信號與輸入信號之間是線性關(guān)系，不能產(chǎn)生失真。由于三極管存在非線性，使輸出信號產(chǎn)生了 非線性失真非線性失真系數(shù)的定義：在某一正弦信號輸

5、入下，輸出波形因非線性而產(chǎn)生 失真，其諧波分量的總有效值與基波分量之比，用THD表示，即(5) 輸出功率和功率三角形放大電路向電阻性負載提供的 輸出功率:在輸出特性曲線上，正好是三角形 =ABQ的面積，這一三角形稱為 功率三角形 要想Po大，就要使功率三角形的面積大，即必須使 Vom和lom都要大。?c/mA323三極管的低頻小信號模型(1) 模型的建立1.三極管可以用一個模型來代替2.對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。3小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也具有線性同樣的含義。屜=hn三極管的低頻小信號模型如圖03.16所示。圖03.16雙極型三極管h參數(shù)模型(2) 模型中的主要參數(shù)

6、rbe三極管的交流輸入電阻根據(jù)二極管的方程式2腫-1)對于三極管的發(fā)射結(jié)b相當(dāng)基區(qū)內(nèi)的一個點，b才是基極。所以其動態(tài)電導(dǎo)為rebVt / i Er e=r eb q Vt /I eq=26 mV/ I eqrbec= rbb +(1+ -) Vt / i 300門+(1+J26 mV/ I eq(03.11 ) 對于小功率三極管 九300門，高頻管rb. -5 相當(dāng)于基區(qū)的體電阻。 門b輸出電流源表示三極管的電流放大作用。反映了三極管具有電流控制電流源CCCS勺特性。（3）h參數(shù)三極管的模型也可用網(wǎng)絡(luò)方程導(dǎo)出。三極管的輸入和輸出特性曲線如下:VBE = / （也 “CE）!c - /（8,吃E

7、）加1=（4叫E仏E）山司，稱為輸入電阻，即be。CE二- ，l7n， ： ：i，稱為電壓反饋系數(shù)。，稱為電流放大系數(shù)，即：。.-r I .，稱為輸出電導(dǎo)，即 1 / r ceh參數(shù)的物理含義見圖03.17和圖03.18圖03.17 hii和hi2的意義h參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。h 參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。h 參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流小信號的分析圖03.18 h2i和h22的意義(4) h參數(shù)微變等效電路簡化模型簡化的三極管h參數(shù)模型，如圖03.19所示。圖中作了兩處忽略hi2反映三極管內(nèi)部的電壓反饋，因數(shù)值很小，一般可以忽略。h22=i/rce具有電導(dǎo)

8、的量綱，與電流源并聯(lián)時，因分流極小，可作開路處理e圖03.19三極管簡化h參數(shù)模型324共射組態(tài)基本放大電路微變等效電路分析法(1)共射組態(tài)基本放大電路共發(fā)射極交流基本放大電路如圖 03.20( a)所示。R bi和Rb2系偏置電阻。C是耦合電容，將輸入信號w耦合到三極管的基極。R是集電極負載電阻。艮是發(fā)射極電阻，ce是艮的旁路電容。C2是耦合電容，將集電極的信號耦合到負載電阻R上。共射基本放大電路(動畫3-5)(b)h參數(shù)微變等效電路 (動畫3-6)Ri、氐、R和艮處于直流通路中，如圖03.20 (b)。FC、R相并聯(lián)，處于輸 出回路的交流通路之中。(a)圖03.20共射組態(tài)交流基本放大電路

9、及其微變等效電路(2)直流計算圖03.20電路的直流通路如圖03.21(a)所示，用戴維寧定理進行變換后如圖 03.21(b)所示。因此靜態(tài)計算如下：IB=( Vcc - VBe)/ R +(1 + B)RJ(03.12)VCC = VCc Rb2 / (嘉+R)(03.13)FV = Rb/ FL(03.14)IC= ： I BVC= V CC I cR：用戴維定理進行變換VCe= V CC I cR I eR= VCC I C(R+R)(03.15)(a)直流通路(b)圖03.21基本放大電路的直流通路(3) 交流計算根據(jù)圖03.20(b)的微變等效電路，有A =認氐=伽 +(1 + 0)

10、26 niV/E嘰= 弘R；Rl = Rc / R電壓放大倍數(shù)A輸入電阻Rv =. i. = p R./be(03.16)r be /Rbl/R)2 r be = r bb +(1+ p )26 mV/ I e=300 Q +(1+ p )26 mV/ I e(03.17)根據(jù)圖03.04(a)求輸出電阻的原理，應(yīng)將圖03.20(b)微變等效電路的輸入端 短路，將負載開路。在輸出端加一個等效的輸出電壓。于是輸出電阻R?R)=r ce / R= R(03.18)3.2.5共集組態(tài)基本放大電路共集組態(tài)基本放大電路如圖03.22所示，其直流工作狀態(tài)和動態(tài)分析如下叫)0 +(a)共集組態(tài)放大電路(b)

11、 CC放大電路直流通路圖03.22共集組態(tài)放大電路及其直流通路(1) 直流分析將共集組態(tài)基本放大電路的直流通路畫于圖03.22(b)之中，于是有I B=( VCc VBe)/ FT +(1+ ：)RIVCe= V CC I eR= vcc i cRe(2) 交流分析將圖03.22(a)的CC放大電路的中頻微變等效電路畫出，如圖03.23所示中頻電壓放大倍數(shù)氐+(1 +即；(03.19)II比較共射和共集組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式， 它們的分子都是1乘以 輸出電極對地的交流等效負載電阻，分母都是三極管基極對地的交流輸入電阻。圖03.23 CC組態(tài)微變等效電路圖03.24求R的微變等效電路(動

12、畫 3-7)II輸入電阻R=Ri 嗣/ rbe +(1+ JRZ )(03.20) 輸出電阻輸出電阻可從圖03.24求出。將輸入信號源短路，負載開路，由所加的 等效輸出信號Vo 可以求出輸出電流盤=人+/人+從=人(1+0)+(尬&)盤二冋(1+0”厲+尺)+ (勿&)Ro二冬二&包+丘；F1 + 丄0(03 21)326共基組態(tài)基本放大電路共基組態(tài)放大電路如圖03.25所示，其直流通路如圖03.26所示。V,圖03.25共基組態(tài)放大電路LF.+lvT圖03.26共基放大電路的直流通路(1)直流分析與共射組態(tài)相同。(2)交流分析共基極組態(tài)基本放大電路的微變等效電路如圖03.27所示血圖03.2

13、7 CB組態(tài)微變等效電路 電壓放大倍數(shù)A =H=B R / r be 輸入電阻R= = rbe /(1+ B ) / R rbe /(1+ p )(03.22) 輸出電阻Ro R給管點已煤作因為驗F胡廠血 所以20V-0JV 470kG屋本奘射放火 電路的計耳 電路如用所示，元件參數(shù) ,三極管的43*三 腕00*求靜態(tài)工血胡鳳忌M2kGP- I 3.9kdlLK_計算工作點的思路：直 沁 t *7 P T & 壯解：直流通路如虛線權(quán)所示. (1 )先在輸入回路求丘：41jjA(2) 根據(jù)禰求&:/c-/?/b= 43 x 41 pA * 1,76mA(3) 最后根提輸出回路求仏: 因為心 Jc

14、c+咯所以心気-心峨亠2OV- L76mA x 6.2kn-9.1V注意：求直流工作點時，指的 是0，V 0,又因為電路是穩(wěn) 定的，所以電容器G和G兩端的壓 降嶺產(chǎn)(U叭臨IV.綜合例題電路如圖所示* cc=12V, 晶體管為硅管，防5 05 試估算：靜態(tài)工作點；(2)電刪大倍數(shù)兒；求放大電路的輸入電阻敘求放大電路的輸出電忸飩;最大輸出電壓椿罠耐12k2kflc C2 Jtc=12V解題思路=直流通路0一儉從變等效電路一求血.解：0T計算靜態(tài)工作蕉思路：A燈0 % *滄一&根據(jù)直流通路和分壓式射極 偏置穩(wěn)定工作點電路*由于扁遠 小于人，所以先求斥 甩妝=10 x 12V4VAl+b?2 0+1 &氐上經(jīng)士也亦】血血 忍 2/cET65mA,Aifc/“33pAKr檢-A: 肌-12V-1.654V-5.4叵卑電壓放工倍數(shù)D畫微畫等效電路畫法：畫三捉管的等效電路 -*電容和直流電薄短路一畫三個 也極所連接的元件一-用相量標(biāo)出也 壓*電滅及其極44求心幾 *300+ (1 + 0)年-3000 +51*26T65-求幾幾4昨+-zcmA6.0-4.5-3.0-1.5-080|lA6O|1A4O|1A/?C+Ae 20JlA3 ：6 9 12 15