华科模电--CH04-3放大电路的分析方法.ppt

4.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,小信号模型分析法,图解法,计算机仿真,放大电路分析方法,图解分析法,小信号模型分析法,准备知识, 直流负载线和交流负载线,1. 静态工作点的图解分析,2. 动态工作情况的图解分析,3. 非线性失真的图解分析,4. 图解分析法的适用范围,1. BJT的H参数及小信号模型,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,3. 小信号模型分析法的适用范围,4.3 放大电路的分析方法,画直流通路和交流通路的原则,1. 直流通路和交流通路,交流通道：只考虑交流信号的分电路。,直流通道：只考虑直流信号的分电路。,直流电压源内阻为0 即在交流通路中相当于接地,耦合电容: 隔直传交 即在交流通路中电容相当于短路,在直流通路总电容相当于接地,直流电流源内阻为 即在交流通路中相当于开路,一、直流负载线,IC,VCE,VCEIC满足什么关系？,1. 三极管的输出特性。,2. 回路方程VCE=VCCICRC,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2 直流负载线和交流负载线,其中：,回路方程：,二、交流负载线,2 直流负载线和交流负载线,这条直线通过Q点，称为交流负载线。,vCEiC满足什么关系？,IB,交流负载线,三、交流负载线的作法,2 直流负载线和交流负载线,(1)交流负载线斜率为-1/RL,(2)交流负载线必过Q点, 列输入回路方程, 列输出回路方程（直流负载线） vCE=VCCiCRc, 首先，画出直流通路,直流通路,4.3.1 图解分析法,1. 静态工作点的图解分析,采用该方法分析电路，必须已知三极管的输入输出特性曲线。, 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。, 在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,1. 静态工作点的图解分析,iB,vCE怎么变化,？,假设vBE有一微小的变化,4.3.1 图解分析法,2. 动态工作的图解分析,vCE的变化沿一条直线,vce相位如何,？,vce与vi反相！,各点波形,2. 动态工作情况的图解分析,vi=Vsint, 共射极放大电路中的电压、电流波形,vi=0,vo,Q点过低，信号进入截止区，放大电路产生截止失真,4.3.1 图解分析法,？,如果Q点过低，vo波形会怎样变化？,Q点过高，信号进入饱和区，放大电路产生饱和失真,？,如果Q点过高，vo波形会怎样变化？,4.3.1 图解分析法,3. 静态工作点对波形失真的影响,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,非线性失真: 输出信号与输入信号不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况。,3. 静态工作点对波形失真的影响,波形的失真,饱和失真,截止失真,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。,3. 静态工作点对波形失真的影响,由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。,# 放大区是否为绝对线性区？,？,vo,Q点过低，信号进入截止区，放大电路产生截止失真,4.3.1 图解分析法,Q点过高，信号进入饱和区，放大电路产生饱和失真,# 静态工作点设置在放大区是否就不会产生失真？,？,放大电路的动态范围,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,3. 静态工作点对波形失真的影响,vom,vom,vom,# 如何使得放大电路获得较大不失真输出电压？,？,放大电路的动态范围,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,要有合适的交流负载线。,3. 静态工作点对波形失真的影响,2vom,2vom,# 如何使得放大电路获得较大不失真输出电压？,？,放大电路的动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,要有合适的交流负载线。,3. 静态工作点对波形失真的影响,2vom,可输出的最大不失真信号,4. 图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点： 直观、形象。 有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念； 有助于正确选择电路参数、合理设置静态工作点; 能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态， 也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,4.3.2 小信号模型分析法,1. BJT的H参数及小信号模型,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。,1. BJT的H参数及小信号模型, 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，已知输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,BJT双口网络,输出端交流短路时的输入电阻；,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。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的引出,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型,BJT双口网络,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数小信号模型, 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。,反映了BJT的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的流向决定。,hrevce是一个受控电压源。反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。,hre,hoe很小， 一般忽略。,c,b,e,1. BJT的H参数及小信号模型, 简化小信号模型,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的确定, 一般用测试仪测出；,rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,rbe= rbb + (1+ )( re+ re ) rbb + (1+ )re,其中对于低频小功率管 rbb200,则,4.3.2 小信号模型分析法,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（1）利用直流通路求Q点,共射极放大电路,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（2）画小信号等效电路,H参数小信号等效电路,画小信号等效电路： 1）交流通路 2）三极管小信号模型 3）3个电极外围元件,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（3）求放大电路动态指标,根据,则电压增益为,（可作为公式）,电压增益,H参数小信号等效电路,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（3）求放大电路动态指标,输入电阻,输出电阻,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=RL=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。 （2） 求Avs，Av，Ro，Ri,解：（1）,静态工作点为Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,例题,（2）画小信号等效电路,画交流通路,注意： 电流方向一致性,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=RL=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。 （2） 求Av，Ro，Ri,解：（1）,静态工作点为Q（40A，3.2mA，5.6V,例题,(2)确定小信号参数,ii,3. 小信号模型分析法的适用范围,前提条件： 放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其VT特性曲线的线性范围（即放大区）内。,优点： 分析放大电路