放大电路的分析方法教学课件PPT.ppt

2 4放大电路的分析方法 2 4 1共射基本放大电路的静态分析 2 4 2共射基本放大电路的动态图解分析 第2章半导体三极管及其基本放大电路 任务1放大电路静态工作点的测量 任务2放大电路交流工作状态的测试 任务3放大电路异常现象的测试 任务4静态工作点对输出波形影响的测试 由于交流信号均叠加在静态工作点上 且交流信号幅度很小 因此对工作在放大模式下的电路进行分析时 应先进行直流分析 后进行交流分析 放大电路的分析方法 2 4 1共射基本放大电路的静态分析 1 静态工作点的估算 第2章半导体三极管及其基本放大电路 动画 放大器的静态工作点 静态 无信号输入 vi 0 时电路的工作状态 例2 1用估算法计算静态工作点 已知 vcc 12v rc 4k rb 300k 37 5 解 请注意电路中ib和ic的数量级 2 估算输入电阻 输出电阻和放大倍数 1 晶体管输入电阻rbe的估算公式 晶体管的输入电阻rbe 晶体管基极和发射极之间交流电压vi与相应交流电流ib之比 估算公式为 rbb是晶体管基区电阻 在小电流 ieq约几毫安 情况下 低频小功率管约为300 因此 在低频小信号时 从式可见 rbe与静态电流ieq有关 静态工作点不同 rbe取值也不同 常用小功率管的rbe约为1k 左右 2 放大器的输入电阻ri和输出电阻ro 输入电阻ri 输入电阻ri 从放大器输入端看进去的交流等效电阻 从图中可以看出 一般 所以 图3 3 8放大器的交流通路 ri表示放大器从信号源吸取信号幅度的大小 ri越大 信号源内阻损耗越小 放大器得到的有效输入信号越大 结论 单级放大器的输入电阻ri近似等于晶体管的输入电阻rbe ro表示放大器带负载的能力 输出电阻越小 输出信号时 自身损耗越小 带负载的能力越强 输出电阻ro 输出电阻ro 从放大器输出端 不包括外接负载电阻 看进去的交流等效电阻 因晶体管输出端在放大区呈现近似恒流特性 其动态电阻很大 所以输出电阻近似等于集电极电阻 即 图3 3 8交流通路 3 估算放大倍数的公式 放大器输出端外接负载电阻时 等效负载电阻 故 即 解 即利用三极管的输入 输出特性曲线与管外电路所确定的负载线 通过作图的方法进行求解 要求 已知三极管特性曲线和管外电路元件参数 优点 便于直接观察q点位置是否合适 输出信号波形是否会产生失真 3 图解法确定静态工作点 1 由电路输入特性确定ibq 也可直接计算出ibq 写出管外输入回路直流负载线方程 ube ib 图解法分析步骤 在输入特性曲线上作直流负载线 找出对应交点 得ibq与ubeq 2 由电路输出特性确定icq与uceq 写出管外输出回路直流负载线方程 uce ic 在输出特性曲线上作直流负载线 找出负载线与特性曲线中ib ibq曲线的交点 即q点 得到icq与uceq 例2 2已知电路参数和三极管输入 输出特性曲线 试求ibq icq uceq q 输入回路直流负载线方程ube vbb ibrb ubeq ibq 输出回路直流负载线方程uce vcc icrc ib ibq q icq uceq 2 4 2共射基本放大电路的动态图解分析 第2章半导体三极管及其基本放大电路 确定静态工作点 方法同前 画交流负载线 画波形 分析性能 过q点 作斜率为 1 r l的直线即交流负载线 其中r l rc rl 分析步骤 图解法直观 实用 容易看出q点设置是否合适 波形是否产生失真 但不适合分析含有电抗元件的复杂电路 同时在输入信号过小时作图精确度降低 第2章半导体三极管及其基本放大电路 例2 3输入正弦信号时 画各极电压与电流的波形 q ube ib 0 ibq icq vceq 结论 1 放大电路中的信号是交直流共存 可表示成 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 动画 放大电路的放大作用 失真分析 在放大电路中 输出信号应该成比例地放大输入信号 即线性放大 如果两者不成比例 则输出信号不能反映输入信号的变化情况 放大电路将产生非线性失真 为了得到尽量大的输出信号 要把q点设置在交流负载线的中间部分 如果q点设置不合适 信号进入截止区或饱和区 会造成非线性失真 静态工作点对波形的影响 uo 可输出的最大不失真信号 选择静态工作点 uo 1 q点过低 信号进入截止区 放大电路产生截止失真 顶部失真 2 q点过高 信号进入饱和区 放大电路产生饱和失真 底部失真 第2章半导体三极管及其基本放大电路 q icq vceq q点在中点 动态范围最大 输出波形不易失真 q点升高 不失真动态范围减小 输出易饱和失真 q点降低 不失真动态范围减小 输出易截止失真 q q 动画 动态工作原理失真图解法 第2章半导体三极管及其基本放大电路 q点位置与波形失真 由于pnp管电压极性与npn管相反 故横轴uce可改为 uce 消除截止失真 升高q点 减小rb 增大ibq 任务1放大电路静态工作点的测量 做一做 任务放大电路静态工作点的测量 测试电路如图所示电路 其中rb由51k 电阻与500k 电位器 rp 相串联构成 rc 1k rl 1k vt为s9013 不接rl 不接ui 接入vcc 20v 用万用表测量三极管的静态工作点 测量ube 并记录 ube v 调节rb rp 观察ube有无明显变化 并记录 ube 有 无 明显变化 测试电路如图所示电路 其中rb由51k 电阻与500k 电位器 rp 相串联构成 rc 1k rl 1k vt为s9013 调节rb rp 使uce 10v 注意 如果uce始终达不到10v 在不改变电源电压的前提下 此时应该如何调节电路的参数 如果uce始终超过10v 在不改变电源电压的前提下 此时应该如何调节电路的参数 结论 此时 三极管的发射结偏 集电结偏 即工作区 任务放大电路静态工作点的测量 调节rb rp 观察uce有无明显变化 并记录 uce 有 无 明显变化 任务放大电路静态工作点的测量 在放大区 调节rb rp 时 ube 有 无 明显变化 ib 有 无 明显变化 而ic ib必然 有 无 明显变化 因此 uce vcc icrc也会 有 无 明显变化 即调节rb rp 不可以 可以 明显改变放大器的工作点和工作状态 任务放大电路静态工作点的测量 结论 实验结果分析 rb变 ib变 ic变 uce变 任务2放大电路交流工作状态的测试 做一做 测试电路如图所示 其中rb由51k 电阻与500k 电位器 rp 相串联构成 rc 1k rl 1k vt为s9013 不接rl 不接ui 接入vcc 20v 用万用表测量三极管的静态工作点 调节rb rp 使uce 10v 任务放大电路交流工作状态的测试 保持步骤 输入端接入ui fi 1khz ui 10mv 用耳机分别监听输入和输出端音频信号 并比较音量大小 结论 输出信号音量与输入信号音量相比 要大的多 基本接近 要小的多 即从实际接听效果可判断该电路 具有 不具有 放大作用 保持步骤 不接耳机 用示波器 ac输入 同时观察ui ube波形 并记录ui ube波形 任务放大电路交流工作状态的测试 结论 ui与ube波形幅度大小 基本相同 完全不同 另外 接入ui后 由于ube中 含有 不含有 直流分量 即ube为 纯交流量 交直流叠加量 因此 ube ube ui或ui ib ib ib或ib ic ib ib ib ib ib ic ic或 ib ic 保持步骤 用示波器y2轴输入 dc输入 交替 显示 观察uce波形和幅度大小 并记录uce波形和幅度大小 任务放大电路交流工作状态的测试 结论 输出电压的波形与输入电压波形 基本相同 完全不同 输出电压的幅度 远大于 远小于 基本等于 输入电压的幅度 即 实现了 没有实现 信号的不失真放大 结论 uce中 含有 不含有 直流分量 即uce为 纯交流量 交直流叠加量 因此 uce uce uce或uce 保持步骤 改用示波器y2轴输入观察uo的波形和幅度大小 并记录uo的波形和幅度大小 从实验中可以看出 由于电容c2的隔直流作用 实际的输出电压uo中 含有 不含有 直流成分 即uo uce uce或uce 任务放大电路交流工作状态的测试 结论 ui与uo 同相 反相 即共射基本放大电路为 同相 反相 放大电路 实际上 不接rl时 uce vcc icrc vcc ic ic rc vcc icrc icrc uce uo 即uo icrc 由此即可看出该放大电路 具有 不具有 倒相作用 任务放大电路交流工作状态的测试 保持步骤 观察和比较ui与uo的相位关系 并记录 ui与uo的相位关系为 同相 反相 任务3放大电路异常现象的测试 做一做 任务放大电路异常现象的测试 不接rl 不接ui 接入vcc 20v 用万用表测量三极管的静态工作点 调节rb rp 使uce 10v 保持步骤 输入端接入ui fi 1khz ui 10mv 用耳机分别监听输入和输出端音频信号 并比较音量大小 保持步骤 用短路线将rc两端短接 用耳机监听输出端有无声音输出或用示波器观察有无电压输出 并记录 结论 rc 0时 有 无 交流电压输出 因为此时输出交流被 开路 短路 保持步骤 去掉rc两端的短路线 然后将rb支路断开 用耳机监听输出端有无声音输出或用示波器观察有无电压输出 并记录 结论 ube 0 ib 0 时 有 无 交流电压输出 因为此时三极管工作在 放大状态 非放大状态 任务放大电路异常现象的测试 通过测试 体会集电极偏置电阻rc和基极偏置电阻rb的作用 任务放大电路异常现象的测试 做一做 任务4静态工作点对输出波形影响的测试 测试电路如图所示 其中rb由51k 电阻与500k 电位器 rp 相串联构成 rc 1k rl 1k vt为s9013 1 不接ui 接入vcc 20v 调节rb rp 使uce 10v 2 保持步骤1 输入端接入ui fi 1khz ui 10mv 用示波器同时观察此时输入 输出电压的波形 并记录输出电压波形有无明显失真 任务静态工作点对输出波形影响的测试 3 保持步骤2 调节ui ui 大小 使输出电压最大且输出电压波形无明显失真 任务静态工作点对输出波形影响的测试 4 保持步骤3 调节rb rp 增大