2.1 BJT放大电路的分析方法.ppt

第二章基本放大电路 2 3单管共射放大电路 一 共射放大电路的工作原理 二 静态工作点分析与计算 静态工作 动态工作 直流通路 Q点的近似计算 Q点的图解分析 Q点分析举例 2 2基本放大电路的组成 2 1电子技术与电子设备 第二章基本放大电路 三 动态参数分析与计算 交流通路与微变等效电路 动态参数的概念 动态参数的计算 五 静态工作点的稳定 放大电路中的失真现象 影响Q点稳定的因素 分压偏置式放大电路 四 基本放大电路分析举例 第二章基本放大电路 2 4单管放大电路三种接法及性能比较 一 共集电极放大电路 二 共基极放大电路 三 三种放大电路性能比较 2 5场效应管构成的放大电路 一 共源极放大电路 二 共漏极放大电路 第二章基本放大电路 end 2 6放大电路的频率特性 一 频率特性与波特图 二 频率失真 三 影响频率特性的因素 2 7多级放大电路简介 基本放大电路的组成 1 基本放大电路的组成原则 1 要有工作在放大状态的放大元件 三极管应工作在放大区 2 输入 输出信号要有耦合通路 基本放大电路的组成 2 共射极交流基本放大电路的结构 Common EmitterAmplifier Rb UBB RC UCC 放大元件为三极管 加直流偏置 使三极管工作在放大状态 即 UBE 0 UCB 0 UCC与UBB在数值关系上有要求吗 交流输入信号ui经耦合电容C1引入放大电路 C1 ui 经耦合电容C2可获得放大后的交流输出信号uo C2 uo 耦合电容作用 隔直流 通交流大小 几到几十微法 采用电解电容 基本放大电路的组成 3 基本共射放大电路的简化结构 RC C1 ui C2 uo UCC Rb UCC 实际放大电路中 两个电源往往合并为一个电源 并采用电位表示电源的简化结构 输入回路 输出回路 基本放大电路的组成 4 end 放大电路中电压 电流符号说明 由于放大电路中同时存在直流与交流量 因此在对其进行分析时 为了表达明确 特对电压 电流符号作如下规定 以三极管基极电流为例 IB 符号与下标均大写 表示直流分量 Ib 符号大写 下标小写 表示交流分量的有效值 iB 符号小写 下标大写 表示直流与交流的总量瞬时值 即 iB IB ib ib 符号与下标均小写 表示交流分量的瞬时值 共射放大电路的工作原理 1 当ui 0时 称放大电路处于静态 IBQ ICQ UBEQ UCEQ IBQ ICQ UBEQ UCEQ称为电路的静态工作点 Q点 静态时 由于电容C2的隔直作用uo 0 静态工作状态 共射放大电路的工作原理 2 当ui 0时 称放大电路处于动态 uC1 uC2 此时 uBE ube UBE uBE ui UBEQ 根据三极管的特性 基极电流将随基极电压变化 有 iB IBQ ib iB 则 iC iB IBQ ib ICQ ic iC uCE UCC iCRC 因为电容C2上电压uC2 UCEQ 所以 uo icRC ibRC uCE 结论 uO是ui经放大后的交流信号 end 动态工作状态 UCC ICQRC icRC UCEQ icRC 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 微变等效电路法 图解法 计算机仿真 直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号 但是 电容对交 直流的作用不同 如果电容容量足够大 可以认为它对交流不起作用 即对交流短路 而对直流可以看成开路 这样 交直流所走的通道是不同的 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 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析 例 对直流信号 只有 EC 对交流信号 输入信号ui 静态工作点的分析与计算 1 共射基本放大电路的直流通路 ui 0电容开路 步骤 静态工作点的分析与计算 2 估算法 根据三极管的伏安特性 有 根据三极管的电流放大作用 有 对输入回路 由KVL得 对输出回路 由KVL得 静态工作点的分析与计算 3 图解分析 GraphicalAnalysis 对输入回路 由KVL得 则 对输出回路 由KVL得 则 iB uBE 0 IBQ UBEQ Q Q IBQ UCEQ ICQ 直流负载线LoadLine UCC end 例 用估算法计算静态工作点 已知 UCC 12V RC 4k RB 300k 37 5 解 请注意电路中IB和IC的数量级 静态工作点的分析与计算 4 举例 已知电路的结构和参数 求解下面电路的静态工作点 解 原电路的直流通路如图 举例 计算静态值 若将RC改为6 5K欧 放大器能否正常工作 静态工作点分析举例 例 分析图示各放大电路的静态工作点 a b c d e 静态工作点分析举例 2 解 a 图的静态工作点如图所示 取 则 静态工作点分析举例 3 解 b 图的静态工作点与 a 图相似 取 则 错误 不可能是负值 表明此时三极管已进入饱和区 则 静态工作点分析举例 4 解 c 图中由于输入回路中的负电源 使三极管处于截止状态 则 静态工作点分析举例 5 解 d 图中静态工作点如图所示 由KVL定理 对于输入回路有 IBQ UBEQ UCEQ ICQ 取 又由KVL定理 对于输出回路有 静态工作点分析举例 6 解 e 图电路可等效为 由KVL定理 对于输入回路有 IBQ UBEQ UCEQ ICQ 取 又由KVL定理 对于输出回路有 各工作点如图所示 end 动态参数动态分析的方法 动态分析 放大倍数 输入电阻 输出电阻 一 电压放大倍数Au Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值 Au是复数 反映了输出和输入的幅值比与相位差 放大电路的动态参数 二 输入电阻ri 放大电路一定要有前级 信号源 为其提供信号 那么就要从信号源取电流 输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数 输入电阻越大 从其前级取得的电流越小 对前级的影响越小 定义 即 ri越大 Ii就越小 ui就越接近uS 放大电路的动态参数 三 输出电阻ro 放大电路对其负载而言 相当于信号源 我们可以将它等效为戴维南等效电路 这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻 放大电路的动态参数 如何确定电路的输出电阻ro 步骤 1 所有的电源置零 将独立源置零 保留受控源 2 加压求流法 方法一 计算 放大电路的动态参数 方法二 测量 1 测量开路电压 2 测量接入负载后的输出电压 步骤 3 计算 放大电路的动态参数 动态分析方法 动态分析指放大电路的交流信号的分析 分析步骤 1 画出放大电路的交流通路方法 将电路中的直流电源置 0 电容用短路线代替 2 画出放大电路的微变等效电路图方法 3 借助微变等效电路图求解电路的动态参数方法 动态分析 1 交流通路 因为动态参数均为交流参数 所以在计算动态参数时 可根据叠加原理 只考虑放大电路中交流分量的作用 称此时的等效电路为放大电路的交流通路 只有交流量的放大电路能正常工作吗 信号源 负载 UCC 0 电容短路 动态分析 1 交流通路 交流通路 电压放大倍数 动态分析 2 一 三极管的微变等效电路 1 输入回路 当信号很小时 将输入特性在小范围内近似线性 uBE 对输入的小交流信号而言 三极管相当于电阻rbe rbe的量级从几百欧到几千欧 2 输出回路 所以 1 输出端相当于一个受ib控制的电流源 2 考虑uCE对iC的影响 输出端还要并联一个大电阻rce rce的含义 动态分析 2 rce很大 一般忽略 3 三极管的微变等效电路 c b e 二 放大电路的微变等效电路 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替 1 电压放大倍数Au Aus的计算 在图示电路中 有 根据定义 则有 共射放大电路的电压放大倍数可达几十到几百 负号表明输入信号与输出信号相位相反 显然 AU随负载大小而变化 负载开路时 达到最大值 三 放大电路动态参数的计算 1 电压放大倍数的计算 定义对信号源电动势us的电压放大倍数为 显然 在RS 0时 Aus AU 即对于电压放大电路 信号源内阻越小越好 end 2 输入电阻的计算 对于为放大电路提供信号的信号源来说 放大电路是负载 这个负载的大小可以用输入电阻来表示 输入电阻的定义 是动态电阻 电路的输入电阻越大 从信号源取得的电流越小 因此一般总是希望得到较大的的输入电阻 3 输出电阻的计算 对于负载而言 放大电路相当于信号源 可以将它进行戴维南等效 戴维南等效电路的内阻就是输出电阻 计算输出电阻的方法 1 所有电源置零 然后计算电阻 对有受控源的电路不适用 2 所有独立电源置零 保留受控源 加压求流法 根据定义 放大电路的输出电阻即相对于负载的戴维南等效电路的内阻 故可采用外加电压法求解 端口开路 iO 独立源零处理 外加电源 根据定义 有 显然 右图电路中受控电流源电流为零 即ic 0 所以 共射放大电路的输出电路较大 3 输出电阻的计算 基本放大电路分析举例 1 例 在图示放大电路中 电容C1 C2与C3在信号频率范围内容抗可忽略不计 试求 1 画出直流通路 计算静态工作点Q 2 画出交流通路与微变等效电路 计算动态参数 解 画直流通路 什么是直流通路 基本放大电路分析举例 2 IBQ uBEQ ICQ ICC uCEQ 计算静态工作点Q 什么是静态工作点 根据KVL 有 根据KCL有 由三极管的特性有 1 2 3 4 若对硅管取UBEQ 0 7V 对锗管取UBEQ 0 3V 则可由上述方程组解得 基本放大电路分析举例 3 画交流通路 什么是交流通路 将电容与直流电源短路后的电路就是交流通路 基本放大电路分析举例 4 画微变等效电路 R1 RL R2 RC uO ui 什么是微变等效电路 根据动态参数的定义 有 end 静态工作点对放大电路工作的影响 1 放大电路正常放大工作时的图解过程 加入输入信号 引起基极电流变化 引起集电极电流变化 Q Q 放大信号输出 Q点对输出信号有影响吗 静态工作点对放大电路工作的影响 失真分析 2 Q点过高时放大电路工作过程图解 加入输入信号 引起集电极电流失真 输出放大信号失真 结论 Q点过高使三极管进入饱和区 引起的失真称为饱和失真 也称为底部失真 静态工作点对放大电路工作的影响 失真分析 3 Q点过低时放大电路工作过程图解 加入输入信号 引起集电极电流失真 输出放大信号失真 结论 Q点过低使三极管进入截止区 引起的失真称为截止失真 也称为顶部失真 Q点在什么位置 放大工作最好 静态工作点的稳定 1 为了保证放大电路的稳定工作 必须有合适的 稳定的静态工作点 但是 温度的变化严重影响静态工作点 对于前面的电路 固定偏置电路 而言 静态工作点由UBE 和ICEO决定 这三个参数随温度而变化 温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面 T UBE ICEO Q 一 温度对UBE的影响 静态工作点的稳定 2 二 温度对 值及ICEO的影响 总的效果是 静态工作点的稳定 3 小结 固定偏置电路的Q点是不稳定的 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区 从而导致失真 为此 需要改进偏置电路 当温度升高 IC增加时 能够自动减少IB 从而抑制Q点的变化 保持Q点基本稳定 常采用分压式偏置电路VoltageDividerBias来稳定静态工作点 电路见下页 静态工作点的稳定 4 分压式偏置电路 一 静态分析 RE射极直流负反馈电阻 CE交流旁路电容 本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程 1 静态工作点稳定的原理 2 求静态工作点 算法一 上述四个方程联立 可求出IE 进而 可求出UCE 本算法比较麻烦 通常采用下面介绍的算法二 三 方框中部分用戴维南定理等效为 进而 可求出IC UCE 算法二 算法三 B 可以认为与温度无关 似乎I2越大越好 但是RB1 RB2太小 将增加损耗 降低输入电阻 因此一般取几十k 例 已知 50 UCC 12V RB1 7 5k RB2 2 5k RC 2k RE 1k 求该电路的静态工作点 利用戴维南定理的计算结果 估算的结果 B 二 动态分析 EC uo 问题1 如果去掉CE 放大倍数怎样 去掉CE后的交流通路和微变等效电路 用加压求流法求输出电阻 可见 去掉CE后 放大倍数减小 输出电阻不变 但输入电阻增大了 问题2 如果电路如下图所示 如何分析 静态分析 直流通路 动态分析 交流通路 交流通路 微变等效电路 共集电极放大电路 1 1电路结构 输出信号由发射极引出 射极跟随器 输入回路 输出回路 共集电极放大电路 2 静态工作点计算 UBEQ IBQ ICQ UCEQ 对输入回路 由KVL有 即 所以 对输出回路 由KVL有 所以 共集电极放大电路 3 动态参数计算 因为 所以 电压放大倍数Au Au 1 表明输入与输出信号大小相等 相位相同 因为 所以 输入电阻Ri 输入电阻较大 可达几十K 共集电极放大电路 4 因为 所以 输出电阻Ro 输出电阻较小 可达几十 end 射极输出器的使用 1 将射极输出器放在电路的首级 可以提高输入电阻 2 将射极输出器