放大電路分析方法1-交直流通道-圖解法(1)

1、放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。附加了小的交流信號。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流短路而如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流短路而對直流開路，即交直流所走的通道是不同的，即信號對直流開路，即交直流所走的通道是不同的，即信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。的不同分量可以分別在不同的通道分析。交流通道：交流通道：只考慮交流信號的分電路。只考慮交流信號的分電路。直流通道：直流通道：只考慮直流信號的分電路。只考慮直流信號的分電路。分析原則：先直流通道，后交流通道分析原則：先直流通道，后交流通道2.3.1 直流通道和交流通

2、道直流通道和交流通道2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法畫直流通路的原則畫直流通路的原則1.電容的容抗為無窮大，視為開路電容的容抗為無窮大，視為開路2.電感線圈的阻值很小，相當(dāng)短路電感線圈的阻值很小，相當(dāng)短路3.交流信號源視為短路，若有內(nèi)阻則保留交流信號源視為短路，若有內(nèi)阻則保留例：例：對直流信號（只有對直流信號（只有+VCC）開路開路開路開路RB+VCCRCC1C2T直流通道直流通道RB+VCCRC阻容耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路畫交流通路的原則畫交流通路的原則1.直流電源：內(nèi)阻為零，相當(dāng)于短路直流電源：內(nèi)阻為零，相當(dāng)于短路2.耦合電容（大電容）對交流相當(dāng)于短路耦合電容（大電

3、容）對交流相當(dāng)于短路對交流信號對交流信號(輸入信號輸入信號ui)短路短路短路短路置零置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路RL2.1(c)、2.1(d)(c)將將VBB反接；在輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻或一個(gè)電容。反接；在輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻或一個(gè)電容。(d)在在VBB支路加支路加Rb；電容；電容C1極性左邊為極性左邊為“+”；在；在-VCC與集電與集電極之間加極之間加Rc。P136二、二、試分析各電路是否能放大正弦交流信號，簡試分析各電路是否能放大正弦交流信號，簡述理由。設(shè)圖中所有電容對交流信號均可視為短路。述理由。設(shè)圖中所有電容對交流信號均可視為短路。(a)不能。直流通路

4、VBB被短路，交流通路輸入信號被短路即交直流通路時(shí)，輸入端的交直流電源互為短路。即交直流通路時(shí)，輸入端的交直流電源互為短路。(b)能。(c)不能。做直流通路，IB被ui短路。即直流被交流信即直流被交流信號源短路。號源短路。圖圖(a)圖圖(b)圖圖(c)(e)不能。交流通路中，輸入信號被電容C1、 C2、VCC短路(f)不能。交流通路輸出始終為零VCC置零短路。置零短路。 直流通路直流通路輸出始終為輸出始終為VCC圖圖(e)圖圖(f)2.3.2圖解法圖解法在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方在三極管的輸入、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。法求解放大電路的工作情況。一

5、、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析一、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析1. 先確定輸入回路先確定輸入回路 IBQ、 UBEQ。（因?yàn)椤＃ㄒ驗(yàn)閁BEQ通常通常已知為已知為0.7V，故一般采用，故一般采用估算的方法計(jì)算估算的方法計(jì)算IBQ）基本共射放大電路基本共射放大電路T2. 用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值。用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值。方法：靜態(tài)工作點(diǎn)不僅滿足晶體管本身的輸出特性曲線，方法：靜態(tài)工作點(diǎn)不僅滿足晶體管本身的輸出特性曲線，同時(shí)滿足外電路（全量）回路方程同時(shí)滿足外電路（全量）回路方程 uCE = VCC - - iCRc ，由，由回路方程可確定兩個(gè)特殊點(diǎn)回路方程可確定兩個(gè)特殊點(diǎn).cCCCCECCCEC 0 0 RViuV

6、ui時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)圖圖 2.2.1基本共射放大電路基本共射放大電路T此外此外uCE = VCC - - iCRc 可轉(zhuǎn)換方程為可轉(zhuǎn)換方程為iC= VCC/Rc - uCE/Rc若不考慮負(fù)載情況，即無若不考慮負(fù)載情況，即無RL思考：若考慮負(fù)載思考：若考慮負(fù)載RL呢？呢？/CCECEC 0 0 CCCCCRViuVui時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)若考慮若考慮RL負(fù)載情況，則外負(fù)載情況，則外電路（全量）回路方程為電路（全量）回路方程為 )/(CLCCCLCLRRiVRRR-/CCCCCERiVu-T此外此外可轉(zhuǎn)換方程為可轉(zhuǎn)換方程為/CCCCCERiVu-/CCECCCCRuRVi-輸出回路輸出回路輸出特性輸出特性cC

7、CCCECCCEC0 0 RViuVui，輸出回路負(fù)輸出回路負(fù)載線（直流載線（直流負(fù)載線）負(fù)載線）Q由靜態(tài)工作點(diǎn)由靜態(tài)工作點(diǎn) Q 確確定的定的 ICQ、UCEQ 為為靜態(tài)值。靜態(tài)值。直流負(fù)載線直流負(fù)載線(即外電路回路方程線，即外電路回路方程線，用來在圖解法中確定用來在圖解法中確定Q點(diǎn)點(diǎn)):由直流通路所確定的負(fù)載線，斜率由直流通路所確定的負(fù)載線，斜率-1/Rc外電路回路方程外電路回路方程【例例】已知已知圖示單管共射放大電路及輸出特性曲線，其圖示單管共射放大電路及輸出特性曲線，其中中Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集電極直流電源，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)

8、工作點(diǎn)。試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807 . 012(bBEQCCBQ - - - - RUVI做直流負(fù)載線，確定做直流負(fù)載線，確定 Q 點(diǎn)點(diǎn)根據(jù)根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .T0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 點(diǎn)確定靜態(tài)值為：點(diǎn)確定靜態(tài)值為：iC /mA二、二、 電壓放大倍數(shù)的分析電壓放大倍數(shù)的分析1. 交流通路的輸出回路交流通

9、路的輸出回路輸出通路的外電路是輸出通路的外電路是 Rc 和和 RL 的并聯(lián)。的并聯(lián)。icuceRBRCRLuiuo交流通路交流通路LcecRui-1其中：其中：ic與與uce反相（見反相（見放大電路波形分析）放大電路波形分析）CLLRRR/iC 和和 uCE是全量，與交流量是全量，與交流量ic和和uce有如下關(guān)系有如下關(guān)系CciiCEceuu所以：所以：LCECRui-1即：交流信號的即：交流信號的ic和和uce的變化沿著斜率為：的變化沿著斜率為：LR-1的直線。的直線。這條斜率的直線過這條斜率的直線過Q點(diǎn)，稱為點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線交流負(fù)載線（即動態(tài)信號遵循的負(fù)（即動態(tài)信號遵循的負(fù)載線，用來描述

10、動態(tài)信號的變化狀態(tài)）載線，用來描述動態(tài)信號的變化狀態(tài)）盡管交流信號正負(fù)間切換，但它總有為盡管交流信號正負(fù)間切換，但它總有為0的時(shí)候（的時(shí)候（即即Q點(diǎn)點(diǎn)）。）。交流負(fù)載線交流負(fù)載線交流負(fù)載線斜率為：交流負(fù)載線斜率為：LCLL/ 1RRRR - -，其中，其中OIBiC / mAuCE /VQ非常重要：非常重要：對于直接耦合，直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一直對于直接耦合，直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一直線；對于阻容耦合，只有空載情況下直流負(fù)載線與交流負(fù)載線線；對于阻容耦合，只有空載情況下直流負(fù)載線與交流負(fù)載線才是同一直線。才是同一直線。注：斜率相同注：斜率相同+均過均過Q點(diǎn)點(diǎn)=同一直線同一直線事實(shí)上，

11、上圖是阻容耦合并且接聯(lián)負(fù)載時(shí)對應(yīng)的情況。事實(shí)上，上圖是阻容耦合并且接聯(lián)負(fù)載時(shí)對應(yīng)的情況。2. 動態(tài)工作情況圖解分析動態(tài)工作情況圖解分析0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE交流負(fù)載線交流負(fù)載線直流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC輸出回路工作輸出回路工作情況分析情況分析3. 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)BECEIOuuuuAu 【例例】用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸

12、入、輸出特性曲線如前面圖，出特性曲線如前面圖，RL = 3 k 。 uCE = (4.5 7.5) V = - - 3 V uBE = (0.72 0.68) V = 0.04 V解：由輸入特性曲線得解：由輸入特性曲線得IBQ為為40 A；由已知量；由已知量畫直流負(fù)載線，得畫直流負(fù)載線，得到輸出特性曲線上的到輸出特性曲線上的Q點(diǎn)。點(diǎn)。求求 確定交流負(fù)載線確定交流負(fù)載線(見圖中見圖中過過Q點(diǎn)紅直線點(diǎn)紅直線)LR k 5 . 1/LCLRRR取取 iB = (60 20) A = 40 A則輸入、輸出特性曲線上有則輸入、輸出特性曲線上有7504. 03BECE- - - - uuAuT在放大電路中

13、，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線非線性失真性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把為了得到盡量大的輸出信號，要把Q Q設(shè)置在交流設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果負(fù)載線的中間部分。如果Q Q設(shè)置不合適，信號進(jìn)入截設(shè)置不合適，信號進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。下面將分析失真的原因。為簡化分析，假設(shè)負(fù)載為下面將分析失真的原因。為簡化分析，假設(shè)負(fù)載為空載空

14、載(RL= )。三、波形非線性失真的分析三、波形非線性失真的分析iCuCEuo可輸出的可輸出的最大不失最大不失真信號真信號選擇靜態(tài)工作點(diǎn)選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ib1. 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)過低，引起過低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真的波形失真ibui結(jié)論：結(jié)論：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真截止失真iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真時(shí)管截止失真時(shí)的輸出的輸出 uo 波形。波形。uo 波形頂部失真波形頂部失真uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQiCuC

15、E2. Q點(diǎn)過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)點(diǎn)過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)放大電路產(chǎn)生飽和失真生飽和失真ib輸入輸入波形波形uo輸出波形輸出波形uo 波形底部失真波形底部失真解決方案（降解決方案（降Q，指遠(yuǎn)離飽和區(qū)）：指遠(yuǎn)離飽和區(qū)）：1.更換小更換小管，以便在同樣管，以便在同樣的的IBQ情況下減小情況下減小ICQ；2.增大基極電阻增大基極電阻Rb，減小，減小基極靜態(tài)電流基極靜態(tài)電流IBQ，減小集，減小集電極靜態(tài)電流電極靜態(tài)電流ICQ；2.減小集電極電阻減小集電極電阻Rc，改，改變交流負(fù)載線斜率使其更變交流負(fù)載線斜率使其更陡，且增大管壓降陡，且增大管壓降UCEQ。Q點(diǎn)與失真點(diǎn)與失真動畫片動畫片在括號內(nèi)用“

16、”和“”表明下列說法是否正確。只要是共射放大電路，輸出電壓的底部失真都是飽和失真。()三種特殊情況：三種特殊情況：（1）信號過大時(shí)，底部和頂部都會失真；）信號過大時(shí)，底部和頂部都會失真；（2）如果是兩級共射放大電路，輸出端的底部）如果是兩級共射放大電路，輸出端的底部失真，有可能是前一級共射放大大電路的頂部失真（失真，有可能是前一級共射放大大電路的頂部失真（截止失真）被后一級反相了；截止失真）被后一級反相了；（3）對于）對于PNP型管組成的共射放大電路，其輸型管組成的共射放大電路，其輸出電壓的波形表現(xiàn)與出電壓的波形表現(xiàn)與NPN型管組成的共射放大電路正型管組成的共射放大電路正好相反，當(dāng)輸出電壓底部

17、失真時(shí)為截止失真。好相反，當(dāng)輸出電壓底部失真時(shí)為截止失真。習(xí)題2.8若將圖圖示電路中的NPN管換成PNP管，其它參數(shù)不變，則為使電路正常放大電源應(yīng)作如何變化？Q點(diǎn)如何變化？若輸出電壓波形底部失真，則說明電路產(chǎn)生了什么失真？如何消除？解：由正電源改為負(fù)電源； Q點(diǎn)數(shù)值不變，但UBEQ、UCEQ的極性均為“-” ；輸出電壓波形底部失真對應(yīng)輸入信號正半周失真，對PNP管而言，管子進(jìn)入截止區(qū)，即產(chǎn)生了截止失真； 消除方法：升高Q點(diǎn)（即增大IB），減小Rb可做到。3.3.用圖解法估算最大輸出幅度用圖解法估算最大輸出幅度有負(fù)載情況有負(fù)載情況:輸出波形無明輸出波形無明顯失真時(shí)能夠輸出的最大電顯失真時(shí)能夠輸出

18、的最大電壓，即輸出特性曲線中壓，即輸出特性曲線中A、B所限定的范圍。所限定的范圍。 Q 盡量設(shè)在線段盡量設(shè)在線段 AB 的中點(diǎn)。則的中點(diǎn)。則 AQ = QB，CD = DE如何求最大不失真輸出電壓如何求最大不失真輸出電壓(用有效值表示用有效值表示)？OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流負(fù)載線交流負(fù)載線Uom=min(UCEQ-UCES),(VCC/-UCEQ) /2其中其中UCES=0.7V；VCC/是交流負(fù)載線的橫軸截距，與是交流負(fù)載線的橫軸截距，與B點(diǎn)橫坐標(biāo)近似相點(diǎn)橫坐標(biāo)近似相等；等；(VCC/-UCEQ)=ICQ(RC/RL)。無負(fù)載情況：無負(fù)載情況：Uom=min(U

19、CEQ-UCES),(VCC-UCEQ) /2此圖畫的不太準(zhǔn)，曲線此圖畫的不太準(zhǔn)，曲線平臺開始處應(yīng)基本一致平臺開始處應(yīng)基本一致習(xí)題習(xí)題2.4 電路如圖圖(a)所示，圖(b)是晶體管的輸出特性，靜態(tài)時(shí)UBEQ=0.7V。利用圖解法分別求出RL為斷路和3K時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)和最大不失真輸出電壓（有效值）。 (a) (b)解：解：空載時(shí)交直流空載時(shí)交直流負(fù)載線方程為負(fù)載線方程為uCE= 12-3iC2Uo=min(UCEQ-UCES),( VCC-UCEQ)/負(fù)載時(shí)交直流負(fù)載線方程為負(fù)載時(shí)交直流負(fù)載線方程為uCE= 6-1.5iC20,2,6BQCQCEQIA ImA UV靜態(tài)工作點(diǎn)Q1：20,2,3B

20、QCQCEQIA ImA UV靜態(tài)工作點(diǎn)Q2：2Uo=min(UCEQ-UCES),( VCC/-UCEQ)/2=min3-0.7, 6-3/2=2.3/=1.63V負(fù)載交直流負(fù)載線負(fù)載交直流負(fù)載線橫軸截距橫軸截距VCC/=6縱軸截距為縱軸截距為42=min6-0.7, 12-6/2=5.3/=3.75V4.4.用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響(設(shè)設(shè)RL= ，即無負(fù)載的情況，即無負(fù)載的情況)(1) 改變改變 Rb，保持，保持VCC ，Rc ， 不變；不變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 減小，減小，Q 點(diǎn)下移；點(diǎn)下移；Q 點(diǎn)上移；點(diǎn)上移；Q2Q3(2)改變改變 VC C，保持，保持 Rb，Rc ， 不變；不變；升高升高VCC，交直流負(fù)載線右平移，交直流負(fù)載線右平移OIBiCuCE Q1Q2Q3VCC、VBB雙電源雙電源VCC單電源單電源交直流負(fù)載