模擬電子線路模電基本放大器靜態(tài)動態(tài)分析

模擬電子線路模電基本放大器靜態(tài)動態(tài)分析目前一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)一.放大的基本概念

基本放大電路——由一個三極管與相應(yīng)元件組成的基本組態(tài)放大電路。

1.放大電路用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強(qiáng)。2.輸出信號的能量實(shí)際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負(fù)載。共發(fā)射極、共集電極、共基極、共源極、共漏極目前二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

放大對象：主要放大微弱、變化的信號（交流小信號），使UO或IO、PO得到放大！

放大實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)換——直流能轉(zhuǎn)為交流能三極管——換能器目前三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)放大器的組成原則：

直流偏置電路（即直流通路）要保證器件工作在放大模式。

交流通路要保證信號能正常傳輸，即有輸入信號vi時，應(yīng)有vo輸出。

判斷一個電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，則該電路就不具有放大作用。

元件參數(shù)的選擇要保證信號能不失真地放大。即電路需提供合適的Q點(diǎn)及足夠的放大倍數(shù)。目前四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)二.放大電路的組成及工作原理(1)共發(fā)射極組態(tài)基本放大電路的組成(2)靜態(tài)和動態(tài)(3)直流通路和交流通路(4)放大原理目前五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

三極管VT

負(fù)載電阻RC、RL

偏置電路VCC

、RB

耦合電容C1、C2(1)共發(fā)射極組態(tài)基本放大電路的組成——起放大作用——將變化的電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出——提供直流偏置——隔直（流）通交（流）目前六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

(2)靜態(tài)和動態(tài)

放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流路和交流通路。

動態(tài)是目的,靜態(tài)是保證(不失真!)—時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)—時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)靜態(tài)動態(tài)目前七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

直流通路——直流量傳遞的途徑（耦合電容開路）

交流通路——交流量傳遞的途徑

（直流電源和耦合電容短路）(3)直流通路和交流通路目前八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)(4)放大原理三極管放大作用變化的通過轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓妮敵瞿壳熬彭揬總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)三.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)(1)放大倍數(shù)(2)輸入電阻Ri(3)輸出電阻Ro(4)通頻帶BW目前十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)(1)放大倍數(shù)

放大：輸出信號的電壓和電流幅度得到放大，所以輸出功率也會有所放大放大倍數(shù)有：電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù),通常它們都是按正弦量定義的。目前十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)放大倍數(shù)定義電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)源電壓放大倍數(shù)源電流放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)目前十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)(2)輸入電阻

Ri

輸入電阻：表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)，Ri越大放大電路從信號源吸取的電流越小目前十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)(3)輸出電阻Ro

輸出電阻：表明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro越大表明放大電路帶負(fù)載的能力越差目前十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)也通過放大電路的負(fù)載特性曲線求Ro——實(shí)驗(yàn)法Ro=Uo/Io=(U'o―Uo)/Io=(U'o―Uo)RL/Uo

=[(U'o/Uo)―1]RL

注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。目前十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)(4)通頻帶BWfL稱為下限截止頻率，fH稱為上限截止頻率。

放大電路的增益A(f)是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A(f)下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的1/時，即目前十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)放大電路的分析方法1放大電路的靜態(tài)分析2放大電路的動態(tài)分析目前十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)一.放大電路的靜態(tài)分析分析對象：靜態(tài)工作點(diǎn)

(IBQ、ICQ和UCEQ)Q（Quiescent)分析方法：一、計算法二、圖解分析法分析路徑：直流通路目前十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

偏置電路設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。

對偏置電路的要求

提供合適的Q點(diǎn)，保證器件工作在放大模式。例如：偏置電路須保證三極管E結(jié)正偏、C結(jié)反偏。

當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時，能穩(wěn)定電路的Q點(diǎn)。例如：溫度升高，三極管參數(shù)、ICBO、VBE(on)而這些參數(shù)的變化將直接引起Q點(diǎn)發(fā)生變化。當(dāng)Q點(diǎn)過高或過低時，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或截止失真。目前十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

一、計算法直流通路畫法：C斷開IBQ、ICQ和UCEQ這些量代表的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。目前二十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)二、圖解法直流負(fù)載線目前二十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)1.由直流負(fù)載列出方程uCE=VCC－iCRc2.在輸出特性曲線上確定兩個特殊點(diǎn),即可畫出直流負(fù)載線。

直流負(fù)載線的確定方法：VCC、VCC/Rc3.在輸入回路列方程式uBE=VCC－iBRb4.在輸入特性曲線上，作出輸入負(fù)載線，兩線的交點(diǎn)即是Q。5.得到Q點(diǎn)的參數(shù)IBQ、ICQ和UCEQ。目前二十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

二.放大電路的動態(tài)分析分析對象：分析方法： 一、圖解分析法 二、微變等效電路法分析路徑：交流通路目前二十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)交流通路畫法：直流電源和C對交流相當(dāng)于短路uo＝uce＝－R’Lic（R’L＝RL∥RC）交流負(fù)載線斜率：－1/R’L特點(diǎn)：過Q點(diǎn)UAB＝R’LICQ目前二十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

交流負(fù)載線的橫截距為，由橫截距和Q

點(diǎn)就可方便地畫出交流負(fù)載線。由圖還可求出放大器的最大不失真輸出電壓。所謂不失真，是指

uo

的正、負(fù)半周完全對稱，由圖可見，uo

的正半周最大值為，uo

的負(fù)半周最大值為。因此放大器的最大不失真輸出電壓為

而當(dāng)＝時，放大器有最大不失真輸出電壓，這就要求

Q

點(diǎn)近似位于交流負(fù)載線的中心。

目前二十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)一、圖解法uiuBEiBiCuCE|-uo|

1、交直流迭加2、uo與ui相位相反3、非線性失真：飽和失真、截止失真結(jié)論：4、最大不失真輸出幅度目前二十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)目前二十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)目前二十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)①波形的失真飽和失真截止失真放大電路工作到三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真放大電路工作到三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真**最大不失真輸出幅度

注意：對于PNP管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。目前二十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)②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(diǎn)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(fù)載線。

目前三十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

圖解法

確定靜態(tài)工作點(diǎn)(方法同前)。

畫交流負(fù)載線。

畫波形，分析性能。過Q點(diǎn)、作斜率為-1/RL的直線即交流負(fù)載線。其中RL=RC//

RL分析步驟:

圖解法直觀、實(shí)用，容易看出Q點(diǎn)設(shè)置是否合適，波形是否產(chǎn)生失真，但不適合分析含有電抗元件的復(fù)雜電路。同時在輸入信號過小時作圖精確度降低。目前三十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)例輸入正弦信號時，畫各極電壓與電流的波形。tvBE0QvBEiB0iCvCE0QtiBIBQiCtICQtvCE0-1/RLVCEQibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2目前三十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)QiCtICQtvCE0VCEQibQ點(diǎn)在中點(diǎn)，動態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。Q點(diǎn)波動對輸出波形的影響：Q點(diǎn)升高，不失真動態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q點(diǎn)降低，不失真動態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCE0Q目前三十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)Q點(diǎn)位置與波形失真：Q點(diǎn)過低，vO負(fù)半周易截止失真。PNP管

Q點(diǎn)過高，vO正半周易飽和失真。Q點(diǎn)過低，vO正半周易截止失真。NPN管

Q點(diǎn)過高，vO負(fù)半周易飽和失真。由于PNP管電壓極性與NPN管相反，故橫軸vCE可改為-vCE。

消除飽和失真降低Q點(diǎn):增大RB，減小IBQ減小RC:負(fù)載線變徒,

輸出動態(tài)范圍增加。消除截止失真升高Q點(diǎn):減小RB，增大IBQ目前三十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)失真波形分析思路：

1，由NPN管構(gòu)成共射組態(tài)電路，輸出信號波形出現(xiàn)頂部失真。表明三極管集電極電壓到達(dá)可能的最大值，即電源電壓VCC。此時集電極電阻RC中沒有電流流過，表明三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。所以頂部失真為截止失真。

由三極管輸出特性曲線可知，出現(xiàn)截止失真表明電路工作點(diǎn)設(shè)置過低，即ICQ較小引起。消除截止失真可提高工作點(diǎn)電流ICQ，電路上可減小基極偏置電阻RB，IBQ=(VCC-UBEQ)/RB

增大，ICQ=ΒIBQ+ICEQ也增大，可清除截止失真。目前三十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)失真波形分析思路：

2，如輸出波形表明集電極電位已降到可能的最低電位，即飽和壓降UCES，所以此時失真為飽和失真。

飽和失真是由于三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置偏高引起，可增大RB使IBQ減小，從而使ICQ變小，來消除飽和失真。

3，注意：PNP管輸出波形失真性質(zhì)與NPN恰好相反。自己分析！目前三十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

下圖中示出了放大電路及其輸入、輸出波形，若要使ν0波形不失真，則（）A：RC增大B：RB增大C：VCC減小D：νi增大

B目前三十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)二、微變等效電路法（1）模型的建立（2）共射電路的動態(tài)分析目前三十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)三極管的微變等效電路

三極管各極電壓和電流的變化關(guān)系，在較大范圍內(nèi)是非線性的。如果三極管工作在小信號情況下，信號只是在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍變化，三極管特性可看成是近似線性的，可用一個線性電路來代替，這個線性電路就稱為三極管的微變等效電路。

微：Q附近小范圍內(nèi)變：變化量目前三十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

晶體管微變等效電路

1.輸入端等效低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式計算：

式中，IE為射極靜態(tài)電流。目前四十頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)pn結(jié)方程：

對于三極管，目前四十一頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

2.輸出端等效互相平行、間隔均勻，且與uＣＥ軸線平行。當(dāng)uＣＥ為常數(shù)時，從輸出端c、e極看，三極管就成了一個受控電流源，目前四十二頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)

晶體三極管及微變等效（a）晶體三極管;（b）晶體三極管的微變等效目前四十三頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)（2）共射電路的動態(tài)分析

微變等效電路的畫法

交流計算目前四十四頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)三極管用簡化模型代替

微變等效電路的畫法畫出交流通路畫目前四十五頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)交流計算3)輸出電阻2)輸入電阻1)電壓放大倍數(shù)rbe=200Ω+(1+β)26

mV/IE4)源電壓放大倍數(shù)目前四十六頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)目前四十七頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)目前四十八頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)目前四十九頁\總數(shù)五十七頁\編于八點(diǎn)例已知ICQ=1mA,=100,vi

=20sint(mV),試畫出圖示電路的交流通路及交流等效電路,并計算vo。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBBiCVCCRBRC