模拟电子线路(模电)基本放大器静态动态分析

基本放大电路,1放大电路的组成及技术指标2放大电路的分析方法3放大电路的稳定偏置4各种基本组态放大电路的分析与比较5放大电路的频率响应,一.放大的基本概念,基本放大电路由一个三极管与相应元件组成的基本组态放大电路。,1.放大电路用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。,2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,共发射极、共集电极、共基极、共源极、共漏极,放大对象：主要放大微弱、变化的信号（交流小信号），使UO或IO、PO得到放大！,放大实质：能量的转换直流能转为交流能三极管换能器,放大器的组成原则：,直流偏置电路（即直流通路）要保证器件工作在放大模式。,交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号vi时，应有vo输出。,判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。,元件参数的选择要保证信号能不失真地放大。即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数。,二.放大电路的组成及工作原理,(1)共发射极组态基本放大电路的组成(2)静态和动态(3)直流通路和交流通路(4)放大原理,三极管VT负载电阻RC、RL偏置电路VCC、RB耦合电容C1、C2,(1)共发射极组态基本放大电路的组成,起放大作用,将变化的电流转换为电压输出,提供直流偏置,隔直（流）通交（流）,(2)静态和动态,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流路和交流通路。动态是目的,静态是保证(不失真!),时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态,时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态,静态,动态,直流通路直流量传递的途径（耦合电容开路）交流通路交流量传递的途径（直流电源和耦合电容短路）,(3)直流通路和交流通路,(4)放大原理,三极管放大作用,变化的通过转变为变化的输出,三.放大电路的主要技术指标,(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带BW,(1)放大倍数,放大：输出信号的电压和电流幅度得到放大，所以输出功率也会有所放大放大倍数有：电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。,放大倍数定义,电压放大倍数,电流放大倍数,源电压放大倍数,源电流放大倍数,功率放大倍数,(2)输入电阻Ri,输入电阻：表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri越大放大电路从信号源吸取的电流越小,(3)输出电阻Ro,输出电阻：表明放大电路带负载的能力，Ro越大表明放大电路带负载的能力越差,也通过放大电路的负载特性曲线求Ro实验法,Ro=Uo/Io=(UoUo)/Io=(UoUo)RL/Uo=(Uo/Uo)1RL,注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。,(4)通频带BW,fL称为下限截止频率，fH称为上限截止频率。,放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的1/时，即,放大电路的分析方法,1放大电路的静态分析2放大电路的动态分析,一.放大电路的静态分析,分析对象：静态工作点(IBQ、ICQ和UCEQ)Q（Quiescent)分析方法：一、计算法二、图解分析法分析路径：直流通路,偏置电路,设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。,对偏置电路的要求,提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。,例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、C结反偏。,当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点。,例如：温度升高，三极管参数、ICBO、VBE(on),而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。,当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。,一、计算法,直流通路画法：C断开,IBQ、ICQ和UCEQ这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。,二、图解法,1.由直流负载列出方程uCE=VCCiCRc2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。,直流负载线的确定方法：,VCC、VCC/Rc,3.在输入回路列方程式uBE=VCCiBRb,4.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UCEQ。,二.放大电路的动态分析,分析对象：分析方法：一、图解分析法二、微变等效电路法分析路径：交流通路,交流通路画法：直流电源和C对交流相当于短路,uouceRLic（RLRLRC）,交流负载线的横截距为，由横截距和Q点就可方便地画出交流负载线。由图还可求出放大器的最大不失真输出电压。所谓不失真，是指uo的正、负半周完全对称，由图可见，uo的正半周最大值为，uo的负半周最大值为。因此放大器的最大不失真输出电压为,而当时，放大器有最大不失真输出电压，这就要求Q点近似位于交流负载线的中心。,一、图解法,uiuBEiBiCuCE|-uo|,波形的失真,饱和失真,截止失真,放大电路工作到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,放大电路工作到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,*最大不失真输出幅度,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；2.要有合适的交流负载线。,图解法,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/RL的直线即交流负载线。,其中RL=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。,例输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。,IBQ,ICQ,VCEQ,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,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vCE可改为-vCE。,消除截止失真升高Q点:减小RB，增大IBQ,失真波形分析思路：1，由NPN管构成共射组态电路，输出信号波形出现顶部失真。表明三极管集电极电压到达可能的最大值，即电源电压VCC。此时集电极电阻RC中没有电流流过，表明三极管工作在截止状态。所以顶部失真为截止失真。由三极管输出特性曲线可知，出现截止失真表明电路工作点设置过低，即ICQ较小引起。消除截止失真可提高工作点电流ICQ，电路上可减小基极偏置电阻RB，IBQ=(VCC-UBEQ)/RB增大，ICQ=IBQ+ICEQ也增大，可清除截止失真。,失真波形分析思路：2，如输出波形表明集电极电位已降到可能的最低电位，即饱和压降UCES，所以此时失真为饱和失真。饱和失真是由于三极管静态工作点设置偏高引起，可增大RB使IBQ减小，从而使ICQ变小，来消除饱和失真。3，注意：PNP管输出波形失真性质与NPN恰好相反。自己分析！,下图中示出了放大电路及其输入、输出波形，若要使0波形不失真，则（）A：RC增大B：RB增大C：VCC减小D：i增大,B,二、微变等效电路法,（1）模型的建立（2）共射电路的动态分析,三极管的微变等效电路,三极管各极电压和电流的变化关系，在较大范围内是非线性的。如果三极管工作在小信号情况下，信号只是在静态工作点附近小范围变化，三极管特性可看成是近似线性的，可用一个线性电路来代替，这个线性电路就称为三极管的微变等效电路。微：Q附近小范围内变：变化量,晶体管微变等效电路1.输入端等效,低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：,式中，IE为射极静态电流。,pn结方程：,对于三极管，,2.输出端等效互相平行、间隔均匀，且与u轴线平行。当u为常数时，从输出端c、e极看，三极管就成了一个受控电流源，,晶体三极管及微变等效（a）晶体三极管;（b）晶体三极管的微变等效,（2）共射电路的动态分析,微变等效电路的画法交流计算,三极管用简化模型代替,微变等效电路的画法,画出交流通路画,交流计算,3)输出电阻,2)输入电阻,1)电压放大倍数,rbe=200+(1+)26mV/IE,4)源电压放大倍数,例已知ICQ=1mA,=100,vi=20sint(mV),试画出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算vo。,1，放大器的输入电阻反映放大器向信号源索取电流的大小，而输出电阻反映出放大器的带负载能力。2，只有电路既放大电流又放大电压，才称其有放大作用；（）,讨论一,画图示电路的直流通路和交流通路。,讨论二,1、在什么参数、如何变化时Q1Q2Q3Q4？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