第4讲基本放大电路(二)

1、第4讲 放大电路基础（二）教学内容：放大电路的分析方法教学内容：放大电路的分析方法直流通路与交流通路直流通路与交流通路图解法图解法等效电路法等效电路法重点：重点：放大电路中放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算；放大电路中放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算； 难点：难点：放大电路中直流通路及交流通路的分析。放大电路中直流通路及交流通路的分析。 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大电路放大电路分析方法分析方法静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真分析放大电路就是在分析放大电路就是在理解放大电路的工作原理理解放大

2、电路的工作原理的基础上求解的基础上求解静态工作点静态工作点IBQ , UBEQ , UCEQ, ICQ和和各项动态参数各项动态参数AU, Ri, Ro基本共射放大电路为例，针对电路中存在非线性器件基本共射放大电路为例，针对电路中存在非线性器件,而且直而且直流量与交流量同时作用的特点，提出分析方法。流量与交流量同时作用的特点，提出分析方法。2.3.1 2.3.1 直流通路与交流通路直流通路与交流通路 1.1.直流通路：直流通路：在直流电源作用下直流电流流经的通路，用在直流电源作用下直流电流流经的通路，用于于静态分析静态分析。对于直流通路：对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视电容视为

3、开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。为短路，但保留其内阻。2. 2. 交流通路：交流通路：在输入信号作用下交流电流流经的通路，在输入信号作用下交流电流流经的通路，用于用于动态分析动态分析。对于交流通路：对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。在放大电路中在放大电路中直流信号直流信号与与交流信号交流信号总是共存的，但是由于总是共存的，但是由于电电容容、电感电感等电抗元件的存在，等电抗元件的存在，直流信号流经的通路直流信号流经的通路与与交流信交流信

4、号流经的通路号流经的通路是是不完全相同不完全相同的。的。直流通路直流通路交流通路交流通路信号源视为短路信号源视为短路直流电源直流电源视为短路视为短路基本共射放大电路基本共射放大电路直接耦合共射放大电路直接耦合共射放大电路直流通路直流通路交流通路交流通路信号源视为信号源视为短路短路，但保但保留其内阻留其内阻直流电源直流电源视为短路视为短路阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路直流通路直流通路交流通路交流通路信号源视为信号源视为短路短路，电容电容视为开路视为开路直流电源视直流电源视为短路，电为短路，电容视为短路容视为短路ic7n在分析放大电路时，应遵循在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态先静

5、态，后动态”的原则，求解静态工作点应利用直流通路，求解动的原则，求解静态工作点应利用直流通路，求解动态参数时应利用交流通路。态参数时应利用交流通路。静态工作点合适，动态分析才有意义。静态工作点合适，动态分析才有意义。对于简单电路，不一定非画出直流通路不可对于简单电路，不一定非画出直流通路不可82.3.2 2.3.2 图解法图解法 一一. . 静态工作点的分析静态工作点的分析已知三极管的输入、输出特性曲线以及各元件参数的情况已知三极管的输入、输出特性曲线以及各元件参数的情况下，利用作图的方法对电路进行分析即为下，利用作图的方法对电路进行分析即为图解法图解法。基本共射放大电路基本共射放大电路cCC

6、CCERiVubBBBBERiVuQ点应在输入特性点应在输入特性曲线上，又满足曲线上，又满足Q点应在输出特点应在输出特性曲线上，又满性曲线上，又满足足当输入信号当输入信号0IucCCCCERiVubBBBBERiVu输入回路图解分析输入回路图解分析iB与与uBE关系关系bBBBBEBBBEBRViuVui时，时，00CCCCCECCCECRViuVui时，时，00输出回路图解分析输出回路图解分析uCE与与iC关系关系输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线Q点即为静态工作点点即为静态工作点二、电压放大倍数的分析二、电压放大倍数的分析当加入输入信号当加入输入

7、信号 ui时，时，输入回路方程为：输入回路方程为：biBBRuV, 0bBiBBBERiuVu该直线与横轴交点该直线与横轴交点: 与纵轴交点：与纵轴交点：斜率斜率)0 ,(VBBIubR1符号为“”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(当输入电压为正弦波时，若当输入电压为正弦波时，若Q点合适而且输入信号幅值较小，点合适而且输入信号幅值较小，晶体管晶体管b-e间动态电压为正弦，基极动态电流为正弦，集电极间动态电压为正弦，基极动态电流为正弦，集电极电流也为正弦，则输出电压也为反向正弦波，无失真。电流也为正弦，则输出电压也为反向正弦波，无失真。三、波形非线性失真分析三、波形

8、非线性失真分析若若Q 点过低：点过低：ib、ic 波形将产生底部失真，波形将产生底部失真，uo波形将产生顶部失真。这种波形将产生顶部失真。这种因为晶体管截止而产生的失真叫做因为晶体管截止而产生的失真叫做截止失真。截止失真。解决方法：加大解决方法：加大VBB，提高，提高Q。bBEQBBBQRUVI若若Q 点过高：点过高：ib、ic 波形将产生顶部失真，波形将产生顶部失真，uo波形将产生底部失真。这种波形将产生底部失真。这种因为晶体管饱和而产生的失真叫做因为晶体管饱和而产生的失真叫做饱和饱和失真。失真。解决方法：解决方法：1.加大加大Rb，降低，降低Q。 2.降低降低RC，使，使Q 右移右移 3.

9、换换值较小的晶体管值较小的晶体管BQCQIIcCQCCCEQRIVU14最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom：比较比较UCEQ与（与（ VCC- -UCEQ），取其小者，除以），取其小者，除以 。为使为使Uom尽可能大，应将尽可能大，应将Q点设置在放大区内负载线的中点，即横点设置在放大区内负载线的中点，即横坐标值为（坐标值为（VCC+UCES)/2的位置。的位置。截止失真和饱和失真都是比较极端的情况，在输入信号的整个周截止失真和饱和失真都是比较极端的情况，在输入信号的整个周期内，即使晶体管工作在放大区，也会因为输入特性和输出特性期内，即使晶体管工作在放大区，也会因为输入特性和输出特性的非

10、线性使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值比较小时，的非线性使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值比较小时，这种失真非常小，可忽略不计。这种失真非常小，可忽略不计。2四、直流负载线与交流负载线。四、直流负载线与交流负载线。ICQUCEQQIBQuCEiCuCERcVCCVCC斜率斜率1RC以阻容耦合共射放大电路为例以阻容耦合共射放大电路为例静态时静态时所确定的负载线称为所确定的负载线称为直流负载线直流负载线cCCCCERiVu放大电路外电路的伏安放大电路外电路的伏安特性曲线称为特性曲线称为负载线负载线动态动态 时时所确定的负载线称为所确定的负载线称为交流负载线。交流负载线。/LCLCCCE

11、RiRRiu(1)交流负载线必过交流负载线必过Q点点斜率斜率LCRR /1交流负载线与横轴的交点交流负载线与横轴的交点B：0),/(LCCQCEQRRIUBLCQRI空载时直流负载线与交流负载线重合空载时直流负载线与交流负载线重合Uom1Uom2最大不失真输出电压最大不失真输出电压21,minomomUU(2)斜率为斜率为-1/（RC/RL）16五、图解法的适用范围五、图解法的适用范围特点：特点：直观、形象，但要求实测晶体管的输入、输出曲线，而且直观、形象，但要求实测晶体管的输入、输出曲线，而且用图解法进行定量分析的误差较大。用图解法进行定量分析的误差较大。适用范围：适用范围：静态工作点位置、

12、最大不失真输出电压和失真情况分析。静态工作点位置、最大不失真输出电压和失真情况分析。注意：静态工作点位置由直流负载线确定，估算放大倍数、注意：静态工作点位置由直流负载线确定，估算放大倍数、最大不失真输出电压幅度和分析非线性失真情况必最大不失真输出电压幅度和分析非线性失真情况必须根据交流负载线来估算和分析。须根据交流负载线来估算和分析。2.3.32.3.3 等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1. 直流模型及静态工作点估算：直流模型及静态工

13、作点估算：适于适于Q点的分析点的分析输入：认为输入：认为b-e间等效间等效为直流恒压源为直流恒压源输出：输出：ICQ=IBQ等效为电流控制电流源等效为电流控制电流源理想二极管理想二极管晶体管的直流模型是晶体管在静态时工作在放大状态的模型，晶体管的直流模型是晶体管在静态时工作在放大状态的模型，其使用条件是其使用条件是输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源电流控制电电流控制电流源流源,BECEonBEUUUU且2. 2. 晶体管的晶体管的h h参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路为一个二端口网络，输

14、入回路、输出回路各为一个端口。、输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，低频小信号模型低频小信号模型h h参数等效模型的由来参数等效模型的由来输入特性输入特性 输出特性输出特性ce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU在低频、小信号作用下的关系式在低频、小信号作用下的关系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导很小与2212hh简化的简化的h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型EQ

15、Tbbebbbbbebe)1 ( IUrrrIUr查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在在输入特性曲线上，输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！mVUT263 3. . 放大电路的动态分析放大电路的动态分析利用利用h h参数等效模型计算放大电路的电压放大倍数、输入参数等效模型计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻电阻、输出电阻放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路1 1）电压放大倍数：）电压放大倍数：)()(bebbbebiirRIr

16、RIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 2 2）输入电阻：）输入电阻：3 3）输出电阻：）输出电阻：R Rbebe与与Q Q点紧密相关，故动态参数与点紧密相关，故动态参数与Q Q点紧密相关；对放大电路点紧密相关；对放大电路应遵循应遵循“先静态，后动态先静态，后动态”的原则，只有的原则，只有Q Q点合适，动态分点合适，动态分析才有意义析才有意义 例：已知例：已知VCC=12V，Rb=510k，RC=3k，晶体管的，晶体管的rbb=150，=80，UBEQ=0.7V;RL=3k;耦合电容对交流信号耦合电容对交流信号可视为短路。可视为短路。（1）求出电路的）求出电路的（2）若所加信号源内阻）若所加信号源内阻Rs为为2k，求出，求出oiuRRA、SOusUUA/mARUVIbBEQCCBQ0222. 05107 . 012mAmAIIBQCQ77. 10222. 080VRIVUcCQCCCEQ69. 6377. 112BEQCEQUU晶体管工作在放大区晶体管工作在放大区132577. 12680150CQTbbbeIUrr输入电阻输入电阻中不应含中不应含有有Rs!输出电阻输出电阻中不应含中不应含有有RL!)/()/(LCbLCcoRRIRRIUbebirIUbeLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRIURiiCRRouuA