模拟电路-图解法

放大电路的图解分析法用近似估算法求静态工作点用图解分析法确定静态工作点交流通路及交流负载线输入交流信号时的图解分析BJT的三个工作区输出功率和功率三角形静态工作情况分析动态工作情况分析1、基本放大电路的特点及相关约定交直流共存：各支路上的电压、电流均是交直流叠加。非线性器件：三极管PN结的伏安特性具有非线性。因而不适用线性电路的叠加分析方法。如何分析三极管放大电路呢？用什么方法分析呢特点图解分析法微变等效电路分析法VCCＶiRBEBRCC1C2T+++RL++––+–+–++–vBEvCE–iCiBiE–Ｖ0一、基本放大电路的图解分析——图解分析法约定交直流信号的表示方法2、直流通道和交流通道直流通路：直流电流的通路，用来计算静态工作点。（交流信号源置零，电容视为开路、电感视为短路）交流通路：交流电流的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。（直流电源置零，电容视为短路、电感视为开路）RBRCvivORLes++–+––例：画出下图放大电路的直流通路及交流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE二、放大电路的静态分析静态分析有计算法和图解分析法两种。静态工作状态的计算分析法静态工作状态的图解分析法无输入信号时（vi=0），分析计算iB、iE、iC、uCE、uBE由于vi=0，无交流分量，故实际分析、计算IB、IE、IC、UCE、UBE1、静态工作状态的计算分析法（估算）cCCCCEBCbBECCBRIVVIβIRVVIIB、IC和VCE代表放大电路的静态工作状态，在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位VB、VE和VC即可确定三极管的静态工作状态。根据直流通路对放大电路的静态参数（IB、IE、IC、UCE）进行计算IBIEICbCCRV例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：Aμ400.04mA30012RVIbCCBmAIIBC5.104.05.376V41.512RIVUCCCCCE请注意电路中IB和IC的数量级UBE0.7VRb+VCCRcC1C2RL+VCCRbRcT++–VBEVCE–ICIB饱和判断：uCE1V——不饱和；也可以计算ICS判断。2、静态工作状态的图解分析法BBECCBRUUICtanR1直流负载线斜率ICQUCEQCCCRUUCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O输出回路负载线输出回路特性曲线在输入、输出特性曲线上确定静态工作状态直流负载线放大电路静态工作状态的图解分析输出回路直流负载线静态工作点cCCCCERIVVbBECCBRVVI同理，根据输入回路的特性曲线、输入回路的直流负载线，可确定UBE、IB①由直流负载列出方程VCE=VCC－ICRc②在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。3、用图解法确定静态工作点（Q点）③在输入回路列方程式VBE=VCC－IBRb④在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。⑤得到Q点的参数IBQ、ICQ和VCEQ。uBE/VUBEQIBQVCC/RbuCE/VUCEQICQVCCVCC/Rc当VCC、Rc一定，直流负载线不变；当Rb变化时，IB变化，Q点将沿直流负载线移动。注意：①当RB、RC、VCC固定时，静态工作点在输入、输出特性图上是一个固定的工作点。4、说明③调整RB、RC、VCC均可改变静态工作点的位置。合理设置静态工作点是静态分析的主要目的。②设置静态工作点的目的之一，是使双极性晶体管的发射结正偏、集电结反偏（即工作在放大状态）。否则，输入的微弱信号将无法得到放大。④静态时，ui=0，由于输出耦合电容的作用，u0=0。三、动态图解分析1、动态特点⑴交直流共存，iB、iC、uBE、uCE中的直流分量不变，即静态工作点Q不变。⑵交流分量（ib、ic、ube、uce）不再为零.⑶iB、iC、uBE、uCE均随时间变化，其轨迹将沿负载线变化——交流负载线。动态图解分析的关键——确定动态时的负载线（交流负载线）2、输出空载时（RL=∞）的动态图解分析输入信号vi≠0，分析iB、iE、iC、uCE、uBE、u0iB-+uBE+iC-uCEuBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uce=VCC-iCRc=(VCC-ICRc)-icRc=UCE–icRc交流负载线方程注意：输出空载，交流分量ic仅流过Rcu0=uce=-icRcUCE=VCC-ICRcIBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号ui静态工作点空载时的交流负载线斜率：-1/RcICUCEicuCE也沿着负载线变化uCEUCE与Ui反相！1b+b2CRcCVRCCb1uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反共射极放大电路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uA通过图解分析，可得如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。#动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？各点波形结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot3、输出有负载的动态图解分析输出端接入负载RL：不影响Q，但影响动态！iB-+uBE+iC-uCE+++R--uoTuRbRLic+其中：CLL//RRRuce=-ic（RC//RL）=-icRL交流通路：ic同时流过Rc、RL的并联等效电阻icceCECEuUu'LccecCCCCERiuRIVU')(LccCCCCERiRIVuCCcIii'')(LCLCcCCCCERiRIRIVu''LCCCCERiVu交流负载线斜率：-1/RL’'''LCCELCcCCCCCRIURIRIVV有负载时交流负载线交流负载线确定方法：a.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/R'L。R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。b.交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。c.交流负载线与直流负载线相交Q点。当外加一个正弦输入电压时，将产生一正弦电流ib，在ib的作用下，放大电路的工作点将沿着交流负载线移动。所以只有交流负载线才能描述动态时iC与uCE的关系，而直流负载线只能用来确定静态工作点，不能表示放大电路的动态工作情况。iCuCEuo可输出的最大不失真信号（1）合适的静态工作点ib4、非线性失真与Q点位置的关系为取得最大不失真，Q点应取在负载线中点。iCuCEuo（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形iCuCEuo（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；图02.14放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）2.要有合适的交流负载线。通过图解分析，可得如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。5、输出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVVIP要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。例：试分析图示电路，已知VCC=12V，Rc=3KΩ，Rb=300KΩ,β=50，ui=20sinωt（mv）,求出uBE、iB、iC、uCE、u0和AV(设T为硅管)。iB-+uBE+iC-uCE注意：输入特性曲线的动态rbe为：):(26)1(300bmAIImvrEEe单位为iB-+uBE+iC-uCEA40300K0.7-12IB静态计算：2mA4050IIBCV7.0UBEVRIVCCCC63212UCEbebrt20Sini动态计算：K19632/26)501(300rbeAtSinib20AtSiniB2040mAtSiniC2VtSinRiURiVuCcCECCCCCE36VtSinRiuCc3015002.0/3/0iUUUAuituBEtiBtiCtuCEtuot各电压、电流信号波形共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）uA40300k2V1bBECCBRVVI（2）当Rb=100k时，3.2mAuA4080BCII5.6V3.2mA2k-V12CcCCCEIRVV静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：uA120100k2V1bCCBRVImA6.9uA12080BCIIV2.79.6mA2k-V12CcCCCEIRVVmA62k2V1cCESCCCMRVVICMBII由于所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题小结•直流通路、交流通路概念及画法•静态工作点的确定(估算法和图解分析法)•动态电路的图解分析(交流负载线、各点波形)•波形失真静态工作点的关系•最大不失真幅度思考题：作业题：P1413.3.2（ace）3.3.53.3.6