基本放大电路的分析方法

1、 晶体管基本放大电路的分析包括静态分析和动态分析。晶体管基本放大电路的分析包括静态分析和动态分析。 分析放大电路时，必须根据先静态、后动态的原则。分析放大电路时，必须根据先静态、后动态的原则。 放大电路的动态分析用放大电路的交流通路来分析。放大电路的动态分析用放大电路的交流通路来分析。 具体的分析方法有图解法和微变等效电路具体的分析方法有图解法和微变等效电路 放大电路的静态分析用放大电路的直流通路来分析。放大电路的静态分析用放大电路的直流通路来分析。 具体的分析方法有和图解法。具体的分析方法有和图解法。 3.5 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法 由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能

2、用数学表由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能用数学表 达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路 时可采用图解的方法。时可采用图解的方法。 在放大电路的输入回路，可以用晶体管的输入特性在放大电路的输入回路，可以用晶体管的输入特性 曲线和直流通路的输入回路方程式来描述。曲线和直流通路的输入回路方程式来描述。 在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性 曲线和直流通路的输出回路方程式来描述。曲线和直流通路的输出回路方程式来描述。 1. 静态分析静态分析 3.5.1 图解法图解法 对分压偏置共射基本放

3、大电路进行静态图解分析，对分压偏置共射基本放大电路进行静态图解分析， 求解静态工作点。求解静态工作点。其求解过程如下：其求解过程如下： 分压偏置共射放大电路分压偏置共射放大电路 + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C e C i U o U VT e R c R b2 R b1 R CC V VT 直流通路直流通路 先画出分压偏置共射放大电路的直流通路先画出分压偏置共射放大电路的直流通路 对基极偏置回路用戴维南定理进行变换，使基极偏对基极偏置回路用戴维南定理进行变换，使基极偏 置电路只具有一个网眼，以方便列出输入回路方程。置电路只具有一个网

4、眼，以方便列出输入回路方程。 (1) 输入回路的图解输入回路的图解 用戴维宁定理进行等效变换用戴维宁定理进行等效变换 用戴维南定理用戴维南定理 进行变换进行变换 / 1 B I m A /V BE U O 变换后的等效直流通路变换后的等效直流通路 CCb2 CC b1b2 VR V RR b2b1 b2b1 b RR RR R BbBEBeCC (1)I RUI RV BbBECC I RU V bbe (1)RRR 晶体管的输入特性曲线：晶体管的输入特性曲线： Q IBQ V b CC R BE ()If U B 过过(0， )点，作斜率为点，作斜率为 的直线的直线 称为输入直流负载线。称为

5、输入直流负载线。 CC b V R b 1 R BE UQ R 斜率斜率 1 b 其与晶体管的输入特性曲线交于静态工其与晶体管的输入特性曲线交于静态工 作点作点Q，对应坐标为，对应坐标为IBQ和和UBEQ。 列输入回路方程列输入回路方程 /V CE U O /mA C I CC V Q U CEQ ICQ IBQ )( CEC UfI 晶体管的输出特性曲线为：晶体管的输出特性曲线为： 过过M点点(VCC，0)和和N点点(0， VCC/(Rc+ Re)确定的直线称确定的直线称 为输出回路的为输出回路的直流负载线。直流负载线。 与与IBQ输出特性曲线交于输出特性曲线交于Q 点，点，坐标为坐标为 I

6、CQ和和 UCEQ。 。 (2) 输出回路的图解输出回路的图解 ec CC RR V ec 1 RR 斜率 直流负载线直流负载线 输出回路的图解分析输出回路的图解分析 列输出回路方程列输出回路方程 CcCEEeCC I RUI RV CceCECC ()IRRUV化简得化简得 (3) 列输出回路方程式列输出回路方程式 UCE=VCC IC (Rc +Re) (4) 在输出特性曲线上确定两个特殊点在输出特性曲线上确定两个特殊点(VCC ，0)； (0，VCC / (Rc + Re) ) ，即可画出输出直流负载线。，即可画出输出直流负载线。 直流负载线的确定方法：直流负载线的确定方法： (1) 列

7、输入回路方程式列输入回路方程式 V CC= IBRb + UBE (2) 在输入特性曲线上，作出输入直流负载线，两线的在输入特性曲线上，作出输入直流负载线，两线的 交点即是交点即是Q，由此可确定，由此可确定IBQ ，UBEQ 。 (5) 得到得到Q点的参数点的参数IBQ、 UBEQ、ICQ和和UCEQ。 放大电路的动态分析是在有输入信号作用下的求解过放大电路的动态分析是在有输入信号作用下的求解过 程，先做出放大电路的交流通路。程，先做出放大电路的交流通路。 + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C e C i U o U VT 交流通路交流通

8、路 根据交流通路，可得交流输出电压根据交流通路，可得交流输出电压 放大电路集电极输出回路的交流负载电阻是放大电路集电极输出回路的交流负载电阻是RL = Rc/ RL 。 2. 共射放大电路的动态图解分析共射放大电路的动态图解分析 (1) 交流负载线交流负载线 ocecL uu i R 放大电路的动态是建立在静态的基础上的，放大电路的动态是建立在静态的基础上的，动态时工动态时工 作点的运动轨迹一定通过静态工作点作点的运动轨迹一定通过静态工作点Q。 交流负载线描述交流负载线描述 动态信号的动态信号的运动轨迹。运动轨迹。 它在输出特性曲线上它在输出特性曲线上 要比直流负载线陡，要比直流负载线陡， 因

9、为交流负载电阻小因为交流负载电阻小 于直流负载电阻。于直流负载电阻。 交流负载线交流负载线 /V CE U O /mA C I CC V Q U CEQ ICQ IBQ ec CC RR V Lc / 1 RR 斜率 辅助线 过静态工作点过静态工作点Q做一条直线，斜率等于交流负载做一条直线，斜率等于交流负载电阻电阻 的倒数，即为的倒数，即为交流负载线。交流负载线。 交流负载线 交流负载线确定步骤：交流负载线确定步骤： (3) 交流负载线与直交流负载线与直 流负载线相交流负载线相交Q点。点。 交流负载线交流负载线 /V CE U O /mA C I CC V Q U CEQ ICQ IBQ ec

10、 CC RR V Lc / 1 RR 斜率 辅辅 助助 线线 (1) 作出放大电路的交流通路。作出放大电路的交流通路。 (2) 确定输出回路交流通路的交流负载电阻为：确定输出回路交流通路的交流负载电阻为： RL= RLRc (4) 交流负载线是有交交流负载线是有交 流输入信号时动态工作流输入信号时动态工作 点的运动轨迹。点的运动轨迹。通过通过Q 点做一条直线，令其斜点做一条直线，令其斜 为为-1/R L ，该直线即为，该直线即为 交流负载线。交流负载线。 交流负载线 (2) 电压放大倍数分析电压放大倍数分析 用用UBE表示直流量、表示直流量、 ube 表示交流量、表示交流量、 uBE表示交直流

11、表示交直流 量的总合。量的总合。 放大电路的交流工作状态可以通过图解的方法来表示。放大电路的交流工作状态可以通过图解的方法来表示。 动态时，电路中的电流和电压将在静态直流量的基础上动态时，电路中的电流和电压将在静态直流量的基础上 叠加交流量。可以采用交、直流分开的分析方法，即先叠加交流量。可以采用交、直流分开的分析方法，即先 分析静态，再分析动态，然后再把它们叠加起来。分析静态，再分析动态，然后再把它们叠加起来。 UBEubeuBE O O t t be uBE u Ot BE U 放大电路中直流、交流和交直流的表示放大电路中直流、交流和交直流的表示 O iB uBE CE UV1 0 iC

12、uCE 2 1 12108642 V mA B1 I ICQ IBQ uBE t O iB t Q B2 I B1 I B2 I UCEQ O iC t C1 I C2 I CQ I O t O uCE V Lc/ 1 RR IBQ Q UBEQ IBQ C1 I C2 I 1 1 2 2 3 3 4 4 放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析 动态图解分析的过程如下：动态图解分析的过程如下： 1. 首先画出输入首先画出输入 电压波形电压波形ube(t) 2. 根据输入特性曲线和根据输入特性曲线和 ube(t)画出画出ib波形波形 3. 根据根据ib波形和交流波形和交流 负载线画出负载线

13、画出ic波形波形 4. 根据交流负载线和根据交流负载线和 ic波形画出波形画出uce波形波形 ube i b ic uce 交流负载线交流负载线 通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论： (1) ui ube ib ic uce |-uo| (2) uo与与ui相位相反；相位相反； O iB uBE CE UV1 0 iC uCE 2 1 12108642 V mA B1 I ICQ IBQ uBE t O iB t Q B2 I B1 I B2 I UCEQ O iC t C1 I C2 I CQ I O t O uCE V i ube b ic uce Lc/ 1 RR I

14、BQ Q UBEQ IBQ C1 I C2 I 1 1 2 2 3 3 4 4 测量出测量出ube的幅度的幅度 测量出测量出uce的幅度的幅度 三极管的电流三极管的电流 放大作用放大作用 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；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可以确定最大不失真输出幅度。 oce u ibe uu A uu (3) 输出波形失真分析输出波形失真分析 饱和失真：饱和失真： 截止失真：截止失真： 0 iC uCE 2 1 12108642 V mA B1 I IBQQ B2 I UCEQ O iC t C1 I C2 I t O uCE V ic

15、 uce C1 I C2 I 交流负载线 截止失真 a b c d e a b c d e * * * * * * * * CQ I ICQ 0 uCE 2 1 12108642 V ICQ Q B2 I UCEQ Ot C1 I C2 I CQ I t O uCE V ic uce C1 I C2 I 交流负载线 饱和失真 a b d d c c b e e a * * IBQ B1 I iCiCmA 由晶体管特性曲线的非线性引起的输出信号失真，称为由晶体管特性曲线的非线性引起的输出信号失真，称为 非线性失真，主要有饱和失真和截止失真。非线性失真，主要有饱和失真和截止失真。 由于放大电路的工

16、作点达到了晶体管由于放大电路的工作点达到了晶体管 的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，管， 输出电压表现为底部失真。输出电压表现为底部失真。 由于放大电路的工作点达到了晶体管由于放大电路的工作点达到了晶体管 的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，管， 输出电压表现为顶部失真。输出电压表现为顶部失真。 放大器截止失真和饱和失真放大器截止失真和饱和失真(NPN晶体管晶体管) (a)饱和失真饱和失真(b)截止失真截止失真 (4) 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度 ommaxCEQCESCQL =min,

17、UUUI R 放大电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出放大电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出 信号在不失真的情况下所能达到的最大值，一般用信号在不失真的情况下所能达到的最大值，一般用Uommax 或或Iommax表示。表示。 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度 (5) 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 omom omom o 2 1 22 IU IU P 要想要想Po大，就要使功率三大，就要使功率三 角形的面积大，即必须使角形的面积大，即必须使Uom 和和Iom 都要大。都要大。 功率三角形功率三角形 放大电路向电阻性负载提供的输出功率放大电路向电阻

18、性负载提供的输出功率: 在输出特性曲线上，正好在输出特性曲线上，正好 是三角形是三角形 ABQ的面积，这一的面积，这一 三角形称为功率三角形。三角形称为功率三角形。 A A B B /V CE uO /mA C i IBQ CC V Q 交流负载线 ICQ UCEQUCES 3.5.2 微变等效电路法微变等效电路法 微变等效电路法：在小信号条件下，把非线性的晶体微变等效电路法：在小信号条件下，把非线性的晶体 管用线性模型来代替，用线性电路的分析方法来计算基本管用线性模型来代替，用线性电路的分析方法来计算基本 放大电路。放大电路。 1. 晶体管低频小信号模型晶体管低频小信号模型 在低频小信号下，

19、将晶体管看成在低频小信号下，将晶体管看成 一个线性有源双端口网络。一个线性有源双端口网络。 根据晶体管的输入和输出特性曲线，根据晶体管的输入和输出特性曲线， 端口特性表示为：端口特性表示为： ),( ),( CEBC CEBBE uifi uifu 在低频正弦信号作用下，上式可写成复数形式：在低频正弦信号作用下，上式可写成复数形式： be11b12ce c21b22ce UhIhU IhIhU 在低频小信号作用下，在静态工作点在低频小信号作用下，在静态工作点Q对上式取全微分：对上式取全微分： ),( ),( CEBC CEBBE uifi uifu CEB CEB BEBE BEBCE BCE

20、 CC CBCE BCE ddd ddd UI UI uu uiu iu ii iiu iu 式中出现的四个系数，分别为：式中出现的四个系数，分别为： CE B BE 11 U i u h 称为输入电阻称为输入电阻rbe 量纲为量纲为。 B CE BE 12 I u u h 称为电压反馈系数称为电压反馈系数 根据根据PN结的内部结构，并利用结的内部结构，并利用PN结的电流方程可以推导出结的电流方程可以推导出 T bebb EQ (1) U rr I bb r 是晶体管的基区体电阻，一般在是晶体管的基区体电阻，一般在200 300 之间之间 CE B C 21 U i i h 称为称为电流放大电

21、流放大 系数，即系数，即 B CE C 22 I u i h 称为输出电导称为输出电导 即即1 / rce， ，量纲为 量纲为S h11、h12、h21和和h22称为晶体管的称为晶体管的H参数，其大小与参数，其大小与Q有关。有关。 c b be U b I 12ce h U 11 h 21 b h I 22 1 h c I ce U c b be U b I be r c I b I ce U h12很小，很小， rce很大，很大，h12和和h22可忽略，得到晶体管的简化可忽略，得到晶体管的简化H 参数等效电路。参数等效电路。 晶体管的晶体管的H参数等效电路如图所示。参数等效电路如图所示。 晶

22、体管低频小信号模型没有考虑结电容的晶体管低频小信号模型没有考虑结电容的 影响。只适用于放大电路的低频和中频段，影响。只适用于放大电路的低频和中频段， 不适用于高频放大电路。不适用于高频放大电路。 2. 采用微变等效电路法对共射基本放大电路进行分析采用微变等效电路法对共射基本放大电路进行分析 (1) 静态分析静态分析 对分压偏置共射基本放大电路进行静态分析，先画出直对分压偏置共射基本放大电路进行静态分析，先画出直 流通路。流通路。 分压偏置共射放大电路分压偏置共射放大电路 + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C e C i U o U VT

23、e R c R b2 R b1 R CC V VT 直流通路直流通路 用戴维南定理进行变换：用戴维南定理进行变换： 计算求解法计算求解法 CCb2 CC b1b2 VR V RR b2b1 b2b1 b RR RR R BbBEEeCC I RUI RV EB (1)II CCBE B be (1) VU I RR BE 0.7VU CB II CcCEEeCC I RUI RV CECCCce ()UVIRR 列输入回路方程：列输入回路方程： 晶体管的管压降：晶体管的管压降： 基极电流为：基极电流为： 集电极电流为：集电极电流为： 列输出回路方程：列输出回路方程： 对于硅管：对于硅管： 估算

24、法估算法 当当I1=(510) IB时，可忽略时，可忽略IB，基极电位为：，基极电位为： CCb2 B b1b2 VR U RR BEBE UUU EBBE E ee UUU I RR BE 0.7VU对于硅管：对于硅管： CE II E B 1 I I CcCEEeCC I RUI RV列输出回路方程：列输出回路方程： CECCCce ()UVIRR + + + + L R e R c R b2 R b1 R + + CC V 2 C 1 C C i U o U VT e 分压偏置射放大电路交流微变等效电路分压偏置射放大电路交流微变等效电路 (2) 动态分析动态分析 对分压偏置共射基本放大电

25、路进行动态分析，先画出交流对分压偏置共射基本放大电路进行动态分析，先画出交流 通路。通路。 将耦合电容和旁路电容短路将耦合电容和旁路电容短路 将直流电源交流短路。将直流电源交流短路。 将晶体管用低频将晶体管用低频 小信号模型代替小信号模型代替 得到微变等效电路。得到微变等效电路。 电压放大倍数电压放大倍数 obcL (/ /)UIRR 由输入回路：由输入回路： bebi rIU 电压放大倍数为：电压放大倍数为： be L be Lc beb Lcb i o u )/()/( r R r RR rI RRI U U A 根据放大电路的微根据放大电路的微 变等效电路，可求变等效电路，可求 出其电压

26、放大倍数出其电压放大倍数 由输出回路：由输出回路： 式中：式中： be E 26mV 3001 (mA) r I LCL /RRR 输入电阻输入电阻 beb2b1 i i i /rRR I U R 输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，其输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，其 表达式为：表达式为： 输出电阻输出电阻 s U Rs RL I o b I 0 0 o U 共射放大电路求输出电阻共射放大电路求输出电阻 输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内 阻，其表达式为：阻，其表达式为： S L o o 0 o U R U

27、 R I c R 【例例3.5.1】 电路如图电路如图3.5.1所示，设所示，设VCC15V，Rb1=60k、 Rb2=20k 、Rc=3k 、Re=2k 、Rs=600 ，电容，电容C1、C2 和和Ce都足够大，都足够大， 60，UBE=0.7V，RL=3 k 。试计算：。试计算： (1) 电路的静态工作点；电路的静态工作点； (2) 电路的中频电压放大倍数电路的中频电压放大倍数 、输入电阻、输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro； (3) 若信号源具有若信号源具有Rs600的内阻，求源电压放大倍数的内阻，求源电压放大倍数 。 u A us A 例例3.5.1 电路图电路图 【解解】(1) 求解静态工作点求解静态工作点 CCb2 CC b1b2 3.75V VR V RR b1b2 b b1b2 15k R R R RR CCBEQ BQ be 22A (1) VU I RR CQBQ 1.32mAII 对直流通路进行戴维南对直流通路进行戴维南 变换。变换。 列输入回路方程，得列输入回路方程，得 列输出回路方程，得列输出回路方程，得 CEQCCCQc