放大电路的分析方法.ppt

第六讲 放大电路的分析方法,一、放大电路的直流通路和交流通路,二、图解法,三、等效电路法,一、放大电路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。 2. 交流通路：大容量电容相当于短路； 直流电源相当于短路（内阻为0）。,通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。,VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。,当VCCUBEQ时，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,直流通路,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,讨论一,画出图示电路的直流通路和交流通路。,将uS短路，即为直流通路。,二、图解法 应实测特性曲线 1. 静态分析：图解二元方程,输入回路负载线,Q,IBQ,UBEQ,Q,IBQ,ICQ,UCEQ,负载线,2. 电压放大倍数的分析,斜率不变,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,用图解分析法确定静态工作点, 首先，画出直流通路,静态工作情况分析, 列输入回路方程： VBE =VCCIBRb, 列输出回路方程（直流负载线）： VCE=VCCICRc, 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。, 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,动态工作情况分析,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce= -ic (Rc /RL),因为交流负载线必过Q点，即 vCE = vce + VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL,1. 交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE = VCEQ -(iC - ICQ ) RL,令 iC =0 得： vCE = VCEQ+ ICQR L,2. 输入交流信号时的图解分析,动态工作情况分析,共射极放大电路,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。,动态工作情况分析,3. BJT的三个工作区,当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0， iC= ICEO,vCE= VCES ，典型值为0.3V,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =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）,（2）当Rb=100k时，,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：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,练习、已知共射极放大电路的Vcc=12V，Rb=600k，Rc=3k， RL=3k，晶体管的输出特性如下图所示。 1用图解法求解静态工作点（设UBE=0.7V）； 2如ib=10sint(A)，利用晶体管输出特性画出ic和uce的 波形图，并求出输出电压的峰值Uom；(画出交流负载线） 3问用此电路能否得到Uo=1.5V(有效值)的不失真输出 电压，为什么？,？,思 考 题,1. 试分析下列问题：,共射极放大电路,（1）增大Rc时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（4）减小RL时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,共射极放大电路,？,思 考 题,2. 放大电路如图所示。当测得BJT的VCE 接近VCC的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？,截止状态,答：,故障原因可能有：, Rb支路可能开路，IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。, C1可能短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。,3. 失真分析,截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,减小Rb能消除截止失真吗？,饱和失真,饱和失真产生于晶体管的输出回路！,消除饱和失真的方法,消除方法：增大Rb，减小VBB，减小Rc，减小，增大VCC。,Rb或或 VBB ,Rc或VCC,最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,4、图解法的特点,形象直观； 适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析； 能够用于大信号分析； 不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。,直流负载线和交流负载线,Uom=?Q点在什么位置Uom最大？,交流负载线应过Q点，且斜率决定于（RcRL）,讨论二,1. 在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？ 2. 从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？ 3. 设计放大电路时，应根据什么选择VCC？,讨论三,2. 空载和带载两种情况下Uom分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？,已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？,三、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,输入回路等效为恒压源,输出回路等效为电流控制的电流源,1. 直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,2. 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,BJT的小信号建模,1. H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,输出端交流短路时的输入电阻；(单位： ）,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。（单位：S),其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1. H参数的引出,2. H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,3. 模型的简化,即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe,一般采用习惯符号,则BJT的H参数模型为, uT很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路, ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。,简化的h参数等效电路交流等效模型,查阅手册,基区体电阻,发射结电阻,发射区体电阻数值小可忽略,利用PN结的电流方程可求得,在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！,用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路,共射极放大电路,1. 利用直流通路求Q点,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,2. 画出小信号等效电路,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,3. 求电压增益,根据,则电压增益为,（可作为公式）,4. 求输入电阻,令,1. 电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。,解：,例题,例题,解：,（1）,（2）,3.