放大电路的基本分析方法

1第三节放大电路的基本分析方法第三节放大电路的基本分析方法直流通路与交流通路静态工作点的近似估算图解法微变等效电路法下页总目录2第三节放大电路的基本分析方法电容相当于开路电感相当于短路一、直流通路与交流通路RbRcVT+VCC直流通路1.直流通路用于放大电路的静态分析。在直流通路中:RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uO下页上页首页3第三节放大电路的基本分析方法大电容和理想电压源相当于短路电感和理想电流源相当于开路2.交流通路用于放大电路的动态分析。在交流通路中:下页上页RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uORbRcVT+-uIRL+-uO交流通路首页动画4第三节放大电路的基本分析方法二、静态工作点的近似估算静态工作点:外加输入信号为零时,三极管的IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ在输入输出特性曲线上对应一个点Q点。UBEQ可近似认为：硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.3)V静态分析(估算静态工作点)讨论对象是直流成分。下页上页首页5第三节放大电路的基本分析方法IBQRb+UBEQ=VCC+-UBEQ+-UCEQIBIC由图中的直流通路,CCQCCCEQRIVUbBEQCCBQRUVIBQCQII估算方法:ICQRc+UCEQ=VCC可求得单管放大电路的静态工作点的值为:下页上页直流通路VT+VCCRbRc首页6第三节放大电路的基本分析方法[例2.3.1]设单管共射放大电路中,VCC=12V,Rc=3kΩ,Rb=280kΩ,β=50,试估算静态工作点。解:设UBEQ=0.7V,则A40mA04.0mA2807.012bBEQccBQRUVImA2mA04.050BQCQIIV6V)3212(cCQccCEQRIVURbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uO下页上页首页7第三节放大电路的基本分析方法三、图解法（一）图解法的过程图解法既可分析静态,也可分析动态。过程一般是先静态后动态。1.图解分析静态任务:用作图法确定静态工作点,求出IBQ,ICQ和UCEQ。由于输入特性不易准确测得,一般用近似估算法求IBQ和UBEQ。下面主要讨论输出回路的图解法。下页上页首页8第三节放大电路的基本分析方法+-uCE+-uCEVTRcVCCMNiCiC下页上页RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uO输出回路的等效电路首页9第三节放大电路的基本分析方法iB=IBQVCCICQRcVCCUCEQiC/mAuCE/VO根据输出回路方程uCE=VCC–iCRc作直流负载线，与横坐标交点为VCC,与纵坐标交点为VCC/Rc，直流负载线与特性曲线iB=IBQ的交点即Q点,如图示。Q直流负载线和静态工作点的求法斜率为-1/Rc，是静态工作点的移动轨迹。下页上页+-uCE+-uCEVTRcVCCMNiCiC首页10第三节放大电路的基本分析方法RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uO280kΩ3kΩ3kΩ12ViB=80μА6040200[例2.3.2]试用图解法确定下图所示电路的静态工作点。1226QiC/mA0uCE/V4解：首先估算IBQ+-UBE+-UCEIBiC=40μAuCE=12-3iCIBQ=VCC-UBEQRbIBQ输出回路方程IBQ=40μAICQ=2mAUCEQ=6V下页上页首页11第三节放大电路的基本分析方法2.图解分析动态动态分析(估算动态技术指标)讨论对象是交流成分。下页上页RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uOVT+-ΔuCE+-ΔuCEMNΔiCΔiC交流通路的输出回路RcRL首页12第三节放大电路的基本分析方法交流负载线iB=80μA60402001226QiC/mA0uCE/V4直流负载线画法：过静态工作点Q，作一条斜率为-1/（Rc//RL）的直线。ΔuCE=-Δic(RC//RL)交流负载线：描述放大电路的动态工作情况。下页上页VT+-ΔuCE+-ΔuCEMNΔiCΔiC交流通路的输出回路RcRL首页13第三节放大电路的基本分析方法QIBQ402060iB/μАuBE/V0iCOtiBOt0.7ΔuBEUBEQtuBEtuCEUCEQΔuCE0.720.68ΔiB放大电路动态工作情况下页上页交流负载线iB=80μА60402001226QiC/mA0uCE/V4直流负载线首页14第三节放大电路的基本分析方法用图解法求放大电路的放大倍数假设IBQ附近有一个变化量ΔiB，在输入特性上找到相应的ΔuBE，在输出特性的交流负载线上找到相应的ΔiC和ΔuCE。则电压放大倍数：ΔuBEAu=ΔuCE电流放大倍数：ΔiBΔiCAi=下页上页首页15第三节放大电路的基本分析方法Au=ΔuBEΔuCE=4.5-7.50.72-0.68=-75负号表示uCE与uBE反相位下页上页7.54.5QIBQ402060iB/μАuBE/V0iCOtiBOt0.7ΔuBEUBEQtuBEtuCEUCEQΔuCE0.720.68ΔiB交流负载线iB=80μА60402001226QiC/mA0uCE/V4直流负载线首页16第三节放大电路的基本分析方法结论：uBEQuCEQiBQiBOtOtuBEOtuCEOtiCiCQ由右图可知：单管共射放大电路中，1.交、直流并存2.有电压放大作用3.有倒相作用uoui下页上页首页17第三节放大电路的基本分析方法3.图解法的步骤（一）画输出回路的直流负载线（二）估算IBQ，确定Q点，得到ICQ和UCEQ（三）画交流负载线（四）求电压放大倍数下页上页首页18第三节放大电路的基本分析方法Q点过低iCOuCEiCtO（二）图解法的应用1.分析非线性失真QuCEtOUCEQICQ截止失真uCE波形出现顶部失真。交流负载线iB下页上页首页动画19第三节放大电路的基本分析方法饱和失真交流负载线iCOuCEQICQtOiCuCEtOUCEQuCE波形出现底部失真。iBQ点过高下页上页首页20第三节放大电路的基本分析方法OuCEiC2.用图解法估算最大输出幅度QiB=0μАCDEABQ点应尽量设在交流负载线上线段AB的中点。若CD=DE，则22omDECDU否则22minomDECDU，交流负载线直流负载线下页上页首页21第三节放大电路的基本分析方法OuCEiCOuCEiC3.分析电路参数对静态工作点的影响Q1Q2VCCRcVCCRb1Rb2Q1Q2VCCRc1VCCRc2Rc1VCCRc2增大Rc，Q点靠近饱和区。增大Rb，Q点靠近截止区。下页上页首页22第三节放大电路的基本分析方法OuCEiCuCEOiCQ1Q2VCCRcVCCβ2β1Q1Q2VCC2RcVCC2VCC2VCC1VCC1RcVCC1VCC升高时,Q点移向右上方,Uom增大，三极管静态功耗也增大。β增大时，特性曲线上移，Q点移近饱和区。下页上页首页23第三节放大电路的基本分析方法四、微变等效电路法适用条件：微小交流工作信号，三极管工作在线性区。解决问题：处理三极管的非线性问题。等效：从线性电路的三个引出端看进去，其电压、电流的变化关系和原来的三极管一样。下页上页首页24第三节放大电路的基本分析方法iBuBEOOiCuCE（一）简化的h参数微变等效电路1.三极管的等效电路QΔiBβΔiBΔiBQΔuBE以共射接法三极管为例三极管特性曲线的局部线性化rbe=ΔuBEΔiBΔiC=βΔiB输入端可等效为一个电阻。输出端可等效为一个受控电流源。下页上页首页25第三节放大电路的基本分析方法由以上分析可得三极管的微变等效电路三极管的简化h参数等效电路+-+-rbeΔuBEΔiCβΔiBΔuCEΔiBecb此电路忽略了三极管输出回路等效电阻rce。+-bce+-ΔuBEΔuCEΔiBΔiC下页上页首页26第三节放大电路的基本分析方法用简化的微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。+-+-rbeuIicβibuOibecbRcRLRb单管共射放大电路的等效电路先画出三极管的等效电路，再依次画出放大电路的交流通路下页上页RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uO首页27第三节放大电路的基本分析方法电压放大倍数：Au=uoui=-βibRc//RLibrbe=rbe-βRc//RL输入电阻：=Rb//rbe输出电阻：Roui=0RL=∞Ri=uiiiuoio=Ro=Rc+-uOio下页上页+-+-rbeuIicβibuOibecbRcRLRb首页仿真uI+-rbeicβibibecbRcRb28第三节放大电路的基本分析方法2.rbe的近似估算公式rbe≈rbb′+(1+β)26(mV)IEQ其中:rbb′是三极管的基区体电阻,若无特别说明,可认为rbb′约为300Ω,26为常温下温度的电压当量,单位为mV。下页上页首页29第三节放大电路的基本分析方法=rbe-βRc//RLAurbe≈rbb′+(1+β)26(mV)IEQ分析以下两式Au与β不成比例。若β值一定,可适当提高IEQ得到较大的Au。可看出:可减小Rb或增大VCC，但要注意三极管的非线性及安全工作区。下页上页RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uO首页30第三节放大电路的基本分析方法3.等效电路法的步骤(1)确定放大电路的静态工作点Q。(4)列出电路方程并求解。(3)画出放大电路的微变等效电路。(2)求出Q点处的β和rbe。下页上页首页31第三节放大电路的基本分析方法（二）微变等效电路法的应用分析下图所示接有射极电阻的单管放大电路++--rbeuIiCβibuOibecbRcRLRbRe下页上页接有发射极电阻的单管共射放大电路RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uORe首页32第三节放大电路的基本分析方法uI=ibrbe+(1+β)ibReuIβRL′uOAu==-rbe+(1+β)Re若(1+β)Rerbe，则Au≈-βRL′(1+β)ReuO=-βibRL′其中RL′=Rc//RL下页上页首页++--rbeuIicβibuOibecbRcRLRbRe33第三节放大电路的基本分析方法Ri=[rbe+(1+β)Re]//RbRo≈RcuI′+-uI′=ibrbe+(1+β)ibReiI′=ibRi′=rbe+(1+β)ReRi′RiRi=Ri′//Rb下页上页首页++--rbeuIicβibuOibecbRcRLRbRe34第三节放大电路的基本分析方法[例2.3.3]图示放大电路中,β=501.试估算放大电路的静态工作点；2.求电压放大倍数；3.求输入电阻和输出电阻。下页上页接有发射极电阻的单管共射放大电路RbRcVT+-uIRLC1C2+VCC+-uORe820Ω3kΩ3kΩ首页240kΩ(12v)35第三节放大电路的基本分析方法解:直流通路如图所示IBQRb+UBEQ+IEQRe=VCCIBQ=VCC-UBEQRb+(1+β)Re=0.04mAICQ=βIBQ=50×0.04mA=2mA≈IEQUCEQ=VCC-ICQRc-IEQRe=[12-2×(3+0.82)]V=4.36V下页上页IBQICQIEQ+-UBEQ+VCCRbRcVTRe直流通路首页36第三节放大电路的基本分析方法rbe≈rbb′+(1+β)26(mV)IEQ=[300+(1+50)×262]Ω=963ΩβRL′Au=-rbe+(1+β)Re=-1.75Ri=[rbe+(1+β)Re]//Rb=36.3kΩRo≈Rc=3kΩ射极电阻Re使电压放大倍数降低下页上页首页++--rbeuIiCβibuOibecbRcRLRbRe37第三节放大电路的基本分析方法小结:图解法优点:1.既能分析静态,也能分析动态的工作情况；2.直观形象；3.适合分析具有特殊输入/输出特性的管子；4.适合分析工作在大信号状态下的放大电路。缺点:1.特性曲线存在误差；2.作图麻烦,易带来误差；3.无法分析复杂电路和高频小工作信号。下页上页首页38第三节放大电路的基本分