电工技术,放大电路的动态分析

1、 放大电路的动态分析放大电路的动态分析动态：动态：放大电路有信号输入（放大电路有信号输入（ui 0 0）时的工作状态。）时的工作状态。分析方法：分析方法： 微变等效电路法，图解法。微变等效电路法，图解法。所用电路：所用电路： 放大电路的交流通路。放大电路的交流通路。动态分析动态分析: : 计算电压放大倍数计算电压放大倍数Au、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro等。等。分析对象：分析对象： 各极电压和电流的交流分量。各极电压和电流的交流分量。目的：目的： 找出找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设计与电路参数的关系，为设计 打基础。打基础。微变等效电路法微变等效电路法 微变等

2、效电路：微变等效电路： 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。一个线性元件。线性化的条件：线性化的条件： 晶体管在晶体管在小信号小信号（微变量）情况下工作。因此，（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。似代替。微变等效电路法：微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数电压放大倍数Au、输入电阻、

3、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro等。等。晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出当信号很小时，在静态工作点当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近附近的输入特性在小范围内可近似线性化。似线性化。1. 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路 UBE IB对于小功率三极管：对于小功率三极管：)mA()mV(26)1()(200EbeIr rbe一般为几百欧到几千欧。一般为几百欧到几千欧。CEBBEbeUIUr (1) 输入回路输入回路CEbbeUiu 输入特性输入特性晶体管的晶体管的输入电阻输入电阻晶体管的输入回路晶体管的输入回路(B

4、、E之间之间)可用可用rbe等效代替，即由等效代替，即由rbe来确来确定定ube和和 ib之间的关系。之间的关系。IBO(2) 输出回路输出回路CEBCUII rce愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好因因rce阻值很高，一般忽阻值很高，一般忽略不计。略不计。晶体管的晶体管的输出电阻输出电阻输出特性输出特性ICUCEQ输出特性在线性工作区是输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。一组近似等距的平行直线。CEbcUii 晶体管的电晶体管的电流放大系数流放大系数晶体管的输出回路晶体管的输出回路(C、E之之间间)可用一受控电流源可用一受控电流源 ic= ib等效代替，即由等效代替，即由 来确定

5、来确定ic和和 ib之间的关系。之间的关系。 一般在一般在20200之间，在手册中常用之间，在手册中常用hfe表示。表示。BCCEceIIUr BcceIiu OibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +- -1. 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic= ib等效代替。等效代替。2. 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路将将交流通路交流通路中的

6、晶中的晶体管用晶体管微变等体管用晶体管微变等效电路代替即可得放效电路代替即可得放大电路的微变等效电大电路的微变等效电路。路。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSii交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路RBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii分析时假设输入为分析时假设输入为正弦交流，所以等效正弦交流，所以等效电路中的电压与电流电路中的电压与电流可用相量表示。可用相量表示。微变等效电路微变等效电路2. 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶将交流通路中的晶体管用晶体管微变等体管用晶

7、体管微变等效电路代替即可得放效电路代替即可得放大电路的微变等效电大电路的微变等效电路。路。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS等效电路法的步骤等效电路法的步骤( (归纳归纳) )1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点路的静态工作点 Q 。2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数求出静态工作点处的微变等效电路参数 和和 rbe 。3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出画出放大电路的微变等效电

8、路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。的交流通路。4. 列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。3.电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算bebirIU LcoRIU beLrRAu LCL/ RRR io :UUAu 定义定义当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路(未接未接RL)时，时，Lb RI 因因rbe与与IE有关有关故放大倍数与静故放大倍数与静态态 IE有关。有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。负载电阻愈小，放大倍数愈小。beCrRAu 式中的负号表示输出电压的相式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。位与输入相反。

9、例例1 1：iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS3.3.电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算 LcoRIU LCL/RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREEebebiRIrIU Ebbeb) 1 (RIrI EbeL) 1(RrRAu 例例2：由例由例1 1、例、例2 2可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算电压放大电压放大倍数倍数 Au 的公式也不同。的公式也不同。要根据微变等效电路找出要根据微变等效电路找出 ui与与i

10、b的关系、的关系、 uo与与ic 的关系。的关系。4.4.放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源放大电路对信号源( (或对前级放大电路或对前级放大电路) )来说，是来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻号源的负载电阻, ,也就是放大电路的输入电阻。也就是放大电路的输入电阻。定义：定义：输入电阻是对交输入电阻是对交流信号而言的，是流信号而言的，是动态电阻。动态电阻。iii IUr 输入电阻输入电阻信号源信号源Au放大电路放大电路SESRiIiU输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小输入电阻是表明

11、放大电路从信号源吸取电流大小的参数。的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。放大放大电路电路ir信号源信号源SESRiIiUiiIUri beB/rR 时时，当当beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1 (RIrI Ebeib)1 (RrUI EbeBi)1 (/RrRr beirr rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIRE例例2：iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC

12、+ +- -+ +- -+ +- -RS例例1：ririBRIBRI5. 放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路放大电路对负载对负载( (或对后级放大电路或对后级放大电路) )来说来说，是是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。源的内阻即为放大电路的输出电阻。RLoUoEro定义：定义：oooIUr 输出电阻：输出电阻：输出电阻是输出电阻是动态电阻，与动态电阻，与负载无关。负载无关。输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压

13、的变化愈小，的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRLoUAu放大放大电路电路SEiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：1. 放大倍数高放大倍数高; ;2. 输入电阻低输入电阻低; ;3. 输出电阻高输出电阻高. .CoooRIUr 例例3：求求ro的步骤：的步骤：1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUI 0 0 cb II所所以以2)

14、令令 或或0i U0S ErbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIERbbo IIII EoSBbeoSBbeoRUR/RrUR/RrU ESbeo1/11RRRrr 外加外加例例4oIor求求ro的步骤：的步骤：1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求2) 令令 或或0i U0S EERIVCCRCR bVBBuoui例：已知例：已知VBB=1V，Rb=24k，VCC=12V，Rc=5.1k，晶体管的晶体管的=100，rbe=2.2k，导通时，导通时UBEQ=0.7V。、静态工作点、静态工作点Q Q、求、求Au

15、、Ri、Ro解：解：、 静态工作点静态工作点Q ARUVIbBEQBBBQ5 .12ICQ IBQ=1.25mAUCEQ = VCC ICQ RC5.63v、求、求Au、Ri、Ro5 .19-bebCiOurRRUUAk2 .26bebiiirRIURk1 .50cUOOoRIURSUiI bUorbeIbR cR b例：图示电路，三极管的例：图示电路，三极管的=80，rbe=1K, UBE=0.7V+VCCR LRC3 k3 k+12Vuoui R b600 kU S、计算静态工作点、计算静态工作点Q、求、求Au、Aus、Ri、Ro解：解：、 静态工作点静态工作点Q V2 .7mA6 .1A

16、20cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIIRUVI、求、求Au、Aus、Ri、Rok3k160)( 120)(cobebibeLcisiiosisosbeLcRRrRRrRRRRRUUUUUUArRRAuu共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。此时BJT工工作在哪个区域？（忽略作在哪个区域？（忽略BJT的饱

17、和压降）的饱和压降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当）当Rb=100k 时，时，3.2mAA4080BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于所以所以BJ

18、T工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），交流通路交流通路RBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii二、动态分析图解法二、动态分析图解法cLceiRu 是一条斜率为是一条斜率为LR1且通过且通过 Q点的直线点的直线称为称为交流负载线交流负载线CLRR 所以交流负载线比直流负载更陡所以交流负载线比直流负载更陡当当 时，交直流负载重合时，交直流负载重合 LR直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线交流负载线应过交流负载线应过Q点，且点，且斜率决定于（斜率决定于（RcRL）BRILCQUBE

19、Q+VCCUCEQR LRCR buouiR LRCR bUiUo动态分析图解法动态分析图解法QuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo由由uo和和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。电压放大倍数。动态分析图解法动态分析图解法电压放大倍数将减小。电压放大倍数将减小。QuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicibuiuo 15.3.2 非线性失真非线性失真如果如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成作，将造成非线性失真非线性失真。若若Q设置过高，设置过高，动画动画晶体管进入饱晶体管进入饱和区工作，造成和区工作，造成饱和失真。饱和失真。Q2uo适当减小基极适当减小基极电流可消除失真。电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ115.3.2 非线性失真非线性失真若若Q