放大電路基本分析及仿真方法-偏置電路

模擬電路基礎(chǔ)UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina第二部分基本放大電路及其分析仿真方法實(shí)例引入——溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)熱敏電阻在加熱器內(nèi)部實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)溫度并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，放大器把反映溫度的微小電信號(hào)進(jìn)行放大后交給單片機(jī)組成的控制電路。第二部分基本放大電路及其分析仿真方法關(guān)注的重點(diǎn)：◆放大器偏置（供電）電路◆放大電路基本分析方法●圖解法●簡(jiǎn)單估算（等效模型）●計(jì)算機(jī)輔助分析（仿真分析）第二部分基本放大電路及其分析仿真方法§2.1放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)§2.2基本共射放大電路的工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定§2.5晶體管放大電路的三種接法§2.6場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路§2.7放大電路的頻率響應(yīng)（第5章，P220）分布章節(jié)§2.1放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)典型音頻放大器電路一、放大的概念放大的對(duì)象：變化量（通常情況）放大的本質(zhì)：能量的控制與轉(zhuǎn)換放大的特征：功率放大（電壓或電流）放大的基本要求：不失真或失真小于一定值判斷電路能否放大的基本出發(fā)點(diǎn)VCC至少一路直流電源供電二、性能指標(biāo)1.

放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測(cè)試的參數(shù)信號(hào)源信號(hào)源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流對(duì)信號(hào)而言，任何放大電路均可等效成二端口網(wǎng)絡(luò)。源電壓放大倍數(shù)2、輸入電阻Ri放大電路一定要有信號(hào)源為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源索取信號(hào)。輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)獲取信號(hào)能力大小的參數(shù)。Au~US定義：對(duì)電壓放大器：Ri越大，Ii就越小，Ui就越接近US；即放大器對(duì)電壓信號(hào)源損失越小。RS對(duì)電流放大器：Ri越小，Ii就越大，Ii就越接近IS；即放大器對(duì)電流信號(hào)源損失越小。（U、I為有效值）RL3、輸出電阻RoAu~US放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~RoUO'RS如何確定電路的輸出電阻Ro

？步驟：1.所有的電源置零(將獨(dú)立源置零，保留受控源)。2.外加電源法。方法一：

理論分析計(jì)算方法（U、I為有效值）Au~USRS方法二：實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法Uo'1.測(cè)量開(kāi)路電壓。~RoUo'2.測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓。~RoUo'RLUo步驟：3.計(jì)算4.

通頻帶5.

最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。

由于（耦合）電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。下限頻率上限頻率6.

最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數(shù)§2.2基本共射放大電路的工作原理一、電路的組成及各元件的作用二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性三、波形分析四、放大電路的組成原則一、電路的組成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合適的IB。VCC：使UCE≥UBE，同時(shí)作為負(fù)載的轉(zhuǎn)換能源。Rc：將ΔiC轉(zhuǎn)換成ΔuCE(uo)。動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)：輸入（交變）電壓ui為零時(shí)，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，記作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射+-ui+-uO二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性

輸出電壓波形必然發(fā)生（嚴(yán)重）失真！要解決失真問(wèn)題，首先必需設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；且，Q點(diǎn)幾乎影響著所有的動(dòng)態(tài)參數(shù)！

為什么放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，卻要求晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流和極間電壓？+-ui+-uO三、基本共射放大電路的波形分析飽和失真底部失真截止失真頂部失真輸出和輸入反相！動(dòng)態(tài)信號(hào)馱載在靜態(tài)之上與iC變化方向相反

要想不失真，就要在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！+-ui+-uO四、放大電路的組成原則靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路（元件）參數(shù)。動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地（信號(hào)源與直流電源共地，有公共端）、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無(wú)直流分量。+-ui+-uo（1）阻容耦合放大電路：

+-ui+-uO兩種實(shí)用放大電路：

對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無(wú)直流分量。雙電源共射放大器構(gòu)成單電源共射放大器：+-ui+-uo+-ui+-uo簡(jiǎn)化畫(huà)法+-ui+-uO（1）阻容耦合放大電路耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對(duì)于交流信號(hào)近似為短路。其作用是“隔離直流、通過(guò)交流”。靜態(tài)時(shí)，C1、C2上電壓？動(dòng)態(tài)時(shí)，C1、C2為耦合電容?。璘BEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。負(fù)載上只有交流信號(hào)。（2）直接耦合放大電路問(wèn)題：1.兩種電源2.信號(hào)源與放大電路不“共地”共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)時(shí)，VCC和uI同時(shí)作用于晶體管的輸入回路。將兩個(gè)電源合二為一有直流分量－＋UBEQ有交流損失但Rb1必不可少?。。　?.3放大電路的分析方法一、放大電路的直流通路和交流通路二、圖解法三、等效電路法（估算方法）四、multisim仿真方法放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析圖解法微變等效電路法圖解法計(jì)算機(jī)仿真（multisim仿真）估算法阻容耦合共射放大器：基本思想：

非線性電路經(jīng)適當(dāng)近似后可按線性電路對(duì)待，利用疊加定理，分別分析電路中的交、直流成分?！o態(tài)工作點(diǎn)直流分析交流分析——?jiǎng)討B(tài)指標(biāo)求：IBQ、ICQ、UCEQ求：Au、Ri、Ro放大器工作時(shí)，信號(hào)（電流、電壓）均迭加在靜態(tài)工作點(diǎn)上。一、直流通路與交流通路+-ui+-uo1）直流分析——畫(huà)出直流通路

當(dāng)放大電路處于靜態(tài)時(shí)（直流電源作用），直流電流流經(jīng)的通路稱為放大器的直流通路。

作用：計(jì)算放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)法：電容開(kāi)路（隔直流）直流通路電感短路（電感上直流電壓為零）

交流信號(hào)源置零（交流電壓源短路，交流電流源開(kāi)路）；+-ui+-uo直流通路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算，求：IBQ、ICQ、UCEQ+-估算法：Rb2++ui+VCCRCuORb1直接耦合放大電路Rb2++ui+VCCRCuORb1RL+-+-Rb2++uiuORb1Rb2++ui+VCCRCuORb1直接耦合放大電路Rb2++ui+VCCRCuORb1RL+-+-Rb2++uiuORb1例：電路如圖所示，設(shè)UBE=0.7V，求VO=_____?解：例：電路如圖所示，已知Si-BJT的估算IB、IC、UCE解：畫(huà)出直流通路15V1k230k2k+RsRCC1C2RLvoRBRECE++VCCvs例：反饋式偏置電路如圖所示，求靜態(tài)Q（估算IB、IC、UCE）解：由直流通路有因2）交流分析——畫(huà)出交流通路

當(dāng)放大電路處于動(dòng)態(tài)時(shí)，交流電流流經(jīng)的通路稱為放大器的交流通路。

作用：求動(dòng)態(tài)指標(biāo)畫(huà)法：直流源置零電容短路，電感開(kāi)路恒壓源短路恒流源開(kāi)路交流通路+-ui+-uo+-ui+-uo二、圖解法（負(fù)載線、失真分析）輸入回路負(fù)載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負(fù)載線1.直流負(fù)載線直流負(fù)載線

放大器工作時(shí)瞬時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。2、交流負(fù)載線交流通路+-將該直線方程畫(huà)在iC~uCE平面上就是交流負(fù)載線。

放大器工作時(shí)瞬時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。2、交流負(fù)載線交流負(fù)載線畫(huà)法：過(guò)Q點(diǎn)（UCEQ，ICQ），作斜率為-1/(RC//RL)的直線。IBQQICQUCEQ直流負(fù)載線交流負(fù)載線3.失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！減小Rb能消除截止失真嗎？飽和失真消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，減小VBB，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：飽和失真（主要）是輸出回路產(chǎn)生的失真。最大不失真輸出電壓Uom

：比較（UCEQ－UCES

）與（VCC－UCEQ

），取其小者，除以(?)。這可不是好辦法！最大不截止失真電壓最大不飽和失真電壓靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低，波形截止失真靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高，波形飽和失真Multisin看失真4.圖解法實(shí)用范圍圖解法的特點(diǎn)是直觀形象的反映晶體管的工作情況，但是必須實(shí)測(cè)所用管的特性曲線，而且用圖解法進(jìn)行定量分析時(shí)誤差較大。此外，晶體管的特性曲線只能反映信號(hào)頻率較低時(shí)的電壓、電流關(guān)系，而不反映信號(hào)頻率較高時(shí)，極間電容產(chǎn)生的影響。因此，圖解法一般多適用于分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高時(shí)的情況。實(shí)用中多用于分析Q點(diǎn)位置、最大不失真輸出電壓Uom

和失真情況。1）直流偏置電路（即直流通路）要保證器件工作在放大狀態(tài)。（判斷發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的偏置）2）交流通路中觀察①信號(hào)能送入BJT②放大后信號(hào)能送到負(fù)載討論：1.

放大器的正常工作判別放大器能否正常工作取決于以下幾點(diǎn)：RBRC+VCCvivoT(a)VBBRBRC+VCCvivoT(c)CRBRC+VCCvivoT(b)解:(a)電路不能放大，基極沒(méi)有偏置電路，克服方法可在電源和基極間加電阻解決。

(b)不能放大，除沒(méi)有靜態(tài)工作點(diǎn)外，交流信號(hào)輸入時(shí)被電容短路了?？朔欧ㄊ羌悠?，并去掉電容。

(c)不能放大，交流時(shí)被VBB短路了，可以在VBB回路加電阻來(lái)解決。例:

放大電路如圖，電路中的電容器對(duì)輸入交流信號(hào)可視為短路，根據(jù)構(gòu)成放大電路的原則，試說(shuō)明下面的各種電路對(duì)交流信號(hào)有無(wú)放大作用，要說(shuō)明其理由。

RCRBTC1C2+VCCvivo(d)RBRBVCCvsvoT(e)TC2RCRBvivoC1RLVCC(f)C3(d)沒(méi)有基極電流,管子截止了。把基極電阻RB從電源改接到地。(e)不能放大，信號(hào)不能直接接管子的B-E之間，信號(hào)的負(fù)半周將截止。信號(hào)輸入應(yīng)加隔直電容。(f)偏置沒(méi)有問(wèn)題，但交流信號(hào)輸入時(shí)管子的集電極對(duì)地短路，即輸出對(duì)地短路。不能正常放大。討論：2.基本電路與輸出特性Q點(diǎn)如下1.在什么參數(shù)、如何變化時(shí)Q1→Q2→Q3→Q4？2.

從輸出電壓上看，哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下Uom最大？3.

設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？討論：如何穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時(shí)基本不變，這是靠IBQ的變化得來(lái)的。若溫度升高