模擬電子技術第二章-2

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圖2―16共射極放大電路2―4放大器的組成及其性能指標RCVRB(UCC)UCCUo＋C2RL＋－UCC：直流電源RB：基極偏置電阻RC：集電極偏置電阻RL：負載電阻US、RS：正弦信號源電壓及內阻Us＋－Rs＋－Ui＋C12（1）直流偏置電路屬于固定偏流電路，選擇合適的RB，RC，UCC使放大器工作在放大區(qū)。（2）當靜態(tài)工作點設置在放大區(qū)后，就要疊加需要放大的交流小信號US，為了使電路的靜態(tài)工作點不至于不發(fā)生漂移。必須選擇合理的疊加方式。該圖采用阻容耦合連接方式。（3）選擇合適的電容C1、C2使其電容阻抗對交流信號近似短路，這樣交流信號可以毫無損耗的送入輸入端。而電容對直流信號而言，又近似開路，因此交流信號的加入不會影響直流工作點。32―4―1基本放大器的組成原則(1)必須將晶體管偏置在放大狀態(tài)，并且要設置合適的工作點。(2)輸入信號必須加在基極—發(fā)射極回路。(3)必須設置合理的信號通路。

只有一個放大管的放大器為基本放大器，共有三種組態(tài)。42―4―2直流通路和交流通路（當放大器沒有送入交流信號時，即ui=0時）分析對象：直流成份→直流通路（偏置電路）直流（靜態(tài)）工作點分析：交流（動態(tài)）性能分析：（加入交流信號，電路進入動作狀態(tài)）分析對象：交流成分→交流通路5（1）畫直流通路的原則：①C開路②L短路（2）畫交流通路的原則：①C短路③直流電源對地短路（恒壓源處理）②L開路6RCUoUs＋V＋＋－Rs＋－UiC1RB(UCC)C2RL＋－UCC

圖2―16共射極放大電路7圖2―17共射放大器的交、直流通路RBUCCRC(a)直流通路(b)交流通路RCUoUs＋－RsRBRL＋－IiIo習慣用有效值8放大器的分析方法主要有兩種：圖解法：在晶體管特性曲線上通過作圖確定工作點及其在信號作用下的相對變化量。（輔助方法）特點：形象、直觀，對理解放大原理、波形關系及非線性失真有幫助，但對于小信號放大器，用圖解法難以準確地進行定量分析。等效電路法：利用器件模型進行電路分析的方法。（主要方法）特點：運算簡便，結果誤差小。92―5放大器圖解分析法2―5―1直流圖解分析

直流圖解分析是在晶體管特性曲線上，用作圖的方法確定出直流工作點，并求出IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ。一、IBQ、UBEQ的求解RBUCCRC10UCCUCC/RBQIBQUBEQ輸入特性曲線與方程UCC=IB×RB+UBE的交點Q為靜態(tài)工作點RBUCCRC11IBQ、UBEQ一般不用圖解法確定，而用估算法。

UBEQ=0.7（硅管）或0.3（鍺管）RBUCCRC12二、ICQ、UCEQ的求解輸出特性曲線與輸出回路方程的交點為靜態(tài)工作點。RBUCCRCiB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流負載線與Q點直流負載線13例4在圖2―20(a)電路中，若RB=560kΩ,RC=3kΩ,UCC=12V，晶體管的輸出特性曲線如圖2―21(b)所示，試用圖解法確定直流工作點。RBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ(a)直流通路輸出回路滿足：UCC=UCEQ+ICQ×RC14圖2―21放大器的直流圖解分析(b)Q點與RB、RC的關系uCE/V21012012340μA30μA20μA10μAiC/mA4684MNQ①②RBQ3Q2Q4RCRBQ1RCRB=560kΩ,RC=3kΩ,UCC=12VUCC=UCEQ+ICQ×RCRBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ15解:取UBEQ=0.7V，由估算法可得在輸出特性上找兩個特殊點：當uCE=0時，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M點；當iC=0時，uCE=UCC=12V，得N點。由圖中Q點的坐標可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。

16總結——輸出特性曲線方程，由晶體管的特性決定——直流負載線方程，由電路特性決定靜態(tài)工作點為下面兩條曲線的交點：172―5―2交流圖解分析交流圖解分析是在輸入信號作用下，通過作圖來確定晶體管各極電流和極間電壓的變化量。由于交流信號是疊加在靜態(tài)工作點上的，因此交流狀態(tài)的圖解法必須在直流狀態(tài)的基礎上分析。瞬時值直流值交流值18iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)輸入回路的工作波形19一、交流負載線的定義iB變化時，在輸出特性曲線上瞬時工作點（uCE和iC）移動的軌跡稱為交流負載線。二、交流負載線的斜率k=ΔiC/ΔuCE

ΔuCE=-ΔiCRL’

其中RL’=RC//RL

斜率:RCUoUs＋－RsRBRL＋－ΔuCEΔiCRL’20圖2―23共射極放大器的電壓、電流波形①疊加交流信號后，晶體管各極電流方向、極間電壓極性與靜態(tài)時相同。②直流量保證了交流量的不失真。③放大器的輸出與輸入信號是反相（或稱倒相）的。212-5-3直流工作點與放大器非線性失真的關系Q交流負載線iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真22Q點過低→動態(tài)工作點進入截止區(qū)，出現(xiàn)截止失真。對NPN管的共射極放大器，發(fā)生截止失真時，其輸出電壓出現(xiàn)“胖頂”的現(xiàn)象（頂部限幅），結論23圖2―24Q點不合適產(chǎn)生的非線性失真(b)飽和失真Q交流負載線iCiCiB0tuCEuCE0t024Q點過高→動態(tài)工作點進入飽和區(qū)，出現(xiàn)飽和失真。對NPN管的共射極放大器，發(fā)生飽和失真時，其輸出電壓出現(xiàn)“削底”現(xiàn)象（底部限幅）結論25

Uopp=2Uom放大器輸出動態(tài)范圍：受截止失真限制，其最大不失真輸出電壓的幅度為因飽和失真的限制，最大不失真輸出電壓的幅度為其中較小的即為放大器最大不失真輸出電壓的幅度，而輸出動態(tài)范圍Uopp則為該幅度的兩倍，即26非線性失真當輸入某一頻率的正弦信號時，其輸出波形中除基波成分之外，還包含有一定數(shù)量的諧波。該失真為非線性失真，飽和與截止失真屬于非線性失真，是由于放大器輸入、輸出特性的非線性引起。27線性失真放大器對輸入信號中的不同頻率分量具有不同的放大倍數(shù)和附加相移，輸出波形相對輸入波形產(chǎn)生畸變，稱為放大器的線性失真或頻率失真。這是由于放大器中含有電抗元件引起。28兩種失真的區(qū)別

線性失真僅使信號中各頻率分量的幅度和相位發(fā)生相對變化，但不會產(chǎn)生新的頻率分量；而非線性失真則是由于產(chǎn)生了新的頻率分量所致。292―6放大器的交流等效電路分析法當輸入小信號時，Q點處可用線性關系來近似伏安特性。因此，可作晶體管看作線性有源器件，并用相應的線性元件來等效，便可得到Q點處的交流小信號模型。302―6―1晶體管交流小信號電路模型

根據(jù)導出方法，可將晶體管小信號電路模型分為兩類：物理型電路模型（如：混合π型電路模型）網(wǎng)絡參數(shù)模型（如：H參數(shù)電路模型）它們是等價的，相互之間可以進行轉換。31各類符號的表示說明：(以集電極電流為例)

ICQ——集電極靜態(tài)電流

ic——集電極電流交流分量

iC——集電極總電流(iC=ICQ+ic)

Ic——集電極電流交流分量有效值

Icm——集電極電流交流分量最大值

32

一、混合π型電路模型1．忽略寄生效應分析晶體管在直流大信號時的等效電路33

圖2―25晶體管放大過程分析及電路模型uceib＋－＋－ubeic(a)共發(fā)射極晶體管uBE=UBEQ+ube，iB=IBQ+ibuCE=UCEQ+uce

，iC=ICQ+ic，晶體管各極端電壓和端電流在信號作用下變?yōu)椋?4首先分析輸入端的等效電路：＋－uberbebeib35再分析輸出等效電路：gmube＋－ucercerbc＋－uberbebce(b)36求解各參數(shù)值：1、rbe:反映ube對ib的控制作用其大小為輸入特性曲線中Q點切線斜率的倒數(shù)求解方法：372、ic=gmube：反映ube對ic的控制作用

383、rce:反映uce對ic的控制作用

4、rbc:反映uce對ib的控制作用

39掌握以下關系式：40cebrbb′rcc′PN＋N＋NCb′cCb′eree′b′

圖2―26平面管結構示意圖b′：基區(qū)的理論基極r

bb′通常取值200Ωe′c′41gmub’e＋－ube＋－ucercebcerbb′Cb′crb’eb′rb’cCb′e(a)高頻時的電路模型rberbc其中rb’e=(1+β)re，rbe=rbb’+rb’e，rb’c=βrce

gmube42(b)低頻時的電路模型圖2―27完整的混合π型電路模型gmube＋－ube＋－ucercebcerbb′rb′eb′rb′c′43

二、低頻H參數(shù)電路模型成立條件：低頻、小信號（6mV左右）交流信號。取iB和uCE為自變量，則有：線性雙端口網(wǎng)絡＋－＋－uBEuCEiBiC－44瞬時值有效值

（正弦量）因為，在Q點處，將輸入、輸出特性曲線線性化所以，duBE、

diC等式成立→ΔuBE

、

Δ

iC等式成立45＋－Ube＋－Ucebcehiehoe1hfeIbIcIb＋－h(huán)reUce圖2―28共發(fā)射極晶體管H參數(shù)電路模型46——輸出交流短路時的輸入電阻在輸入特性曲線上，表示在Q點處切線斜率的倒數(shù)，即hie=rbe。圖2―29在特性曲線上求H參數(shù)的方法uBEQIBQΔuBEiB(a)ΔiB0UBEQuCE＝UCEQ47——輸入交流開路時的反向電壓傳輸系數(shù)uBEQIBQΔuBEiB(b)0uBE1uCE1uCE2ΔuCEuBE2在輸入特性曲線上，反映輸入特性曲線族的疏密程度。hre↓→曲線愈密在放大區(qū)（如UCE>1）隨著uCE的增加，uBE幾乎不變。因此hre很小，一般認為hre≈048輸出交流短路時的電流放大系數(shù)

在輸出特性曲線上，反映在Q點附近兩條輸出特性曲線間的間隔。β=hfe

49輸入交流開路時的輸出電導在輸出特性曲線上，反映為Q點處切線斜率0iCuCE(d)QUCEQIBQiC2iC1ΔiCuCE2uCE1ΔuCE50iCUA0UCEQuCEI