《电工电子技术基础及应用》课件 7.2 放大电路的分析方法

7.2放大电路的分析方法《第七章基本放大电路》放大电路的分析方法静态分析确定放大器的静态值：IBQ、ICQ、UCEQ、UBEQ，看三极管是否处在其伏安特性曲线的合适位置，这是放大器正常工作的前提条件动态分析确定放大器对信号的电压放大倍数Au、分析放大器的输入电阻Ri和输出电阻Ro等，这些动态参数反映了放大器质量性能的好坏学习目标1.熟悉静态分析的估算法2.熟悉动态分析方法7.2.1静态分析的估算法放大器的直流通路静态是指输入信号ui=0时的电路状态。在工程上对静态工作点的分析常采用估算法。IBQ、ICQ、UCEQ、UBEQ都是直流量，可以从放大器的直流通路求得。7.2.1静态分析的估算法画放大器的直流通路时，电容看成开路，电感看成短路，电源内阻忽略不计。一般将静态值符号表示为IBQ、ICQ、UCEQ、UBEQ，这四个值又叫放大电路的静态工作点，用Q表示。UBEQ的估算值，对硅三极管取0.7V，对锗三极管取0.3V。在计算时，若电路的电源电压大于UBEQ十倍时，UBEQ的值可以忽略不计。7.2.1静态分析的估算法从放大器的直流通路图可以得出下面的几个公式：需要强调的是ICQ=βIBQ只有在三极管工作于放大区时才成立7.2.1静态分析的估算法【例1】已知电源电压VCC=12V，集电极电阻RC=3kΩ，基极电阻RB=300kΩ，三极管为3DG6，β=50。求：（1）放大器的静态工作点；（2）若偏置电阻RB=30kΩ，再计算放大器的静态工作点，并说明此时三极管工作于什么状态。解:（1）7.2.1静态分析的估算法解:（1）解:（2）当RB=30kΩ时，

假设三极管仍工作于放大区，则显然假设是错误的，UCEQ不可能为负值。问题出在错误地使用了ICQ=βIBQ当集电极电位小于基极电位时，三极管已由放大区进入饱和区，此式已不再适用7.2.1静态分析的估算法三极管工作于饱和区时，其集电极和发射极之间的电压称为饱和电压，用UCES来表示（对于硅管，UCES取0.3V，锗管取0.1V）此时，集电极电流称为集电极饱和电流，用ICS来表示基极电流称为基极饱和电流，用IBS来表示7.2.1静态分析的估算法当即时，称三极管工作于临界饱和状态，此时，三极管临界于放大区和饱和区之间，关系仍适用由例题图可得7.2.1静态分析的估算法解：在电路中，若IBQ>IBS，就表明三极管已经进入了饱和状态，这是判别三极管工作于放大区还是饱和区的标准。此时的电路静态工作点应这样计算7.2.1静态分析的估算法解：即IBQ>IBS，三极管已经进入饱和区，所以此时三极管的静态工作点为7.2.1静态分析的估算法若静态工作点不合适，则三极管可能不会工作在放大区即使三极管的静态工作点在放大区，但Q点的位置不合适，则在有交流信号输入时，三极管也可能进入饱和区或者截止区7.2.1静态分析的估算法通常对放大电路有一个基本要求：输出信号不能失真失真，是指放大器的输出信号波形与输入信号的波形各点不成比例引起非线性失真最主要的原因是三极管的静态工作点位置选择不当，使放大器的工作范围超出了三极管特性曲线上的线性范围，使输出电压波形失真静态工作点对输出波形失真的影响7.2.1静态分析的估算法输出特性上的直线AB称为直流负载线令ICQ=0，则UCEQ=VCC，得B点坐标为B(VCC，0)令UCEQ=0，则ICQ=VCC/RC，得A点坐标为A(0，VCC/RC)连接AB即得到直流负载线7.2.1静态分析的估算法一般通过改变RB来改变IBQ，使Q点沿着直流负载线上下移动若增大RB，则IB减小，Q点下移若减小RB，则IB增大，Q点上移7.2.1静态分析的估算法静态工作点对输出波形失真的影响左侧最下面的电流波形，因静态工作点的位置太低，输入正弦波电压时，正弦波的负半周，三极管进入截止区工作，造成集电极电流iC的负半周被削平，输出电压uo的正半周被削平，这种失真就叫作截止失真7.2.1静态分析的估算法静态工作点对输出波形失真的影响左侧最上面的电流波形，由于静态工作点的位置太高，在输入信号正弦波的正半周，三极管进入饱和区，造成集电极电流iC的正半周被削平，输出电压uo的负半周被削平，这种失真就叫作饱和失真7.2.1静态分析的估算法【例2】试用估算法求图a所示放大电路的静态工作点，已知该电路中的三极管β=37.5，直流通路如图b所示。（a）（b）解:静态工作点Q在三极管输出特性曲线中的位置如图所示7.2.1静态分析的估算法7.2.2动态情况分析（图解法）放大电路加入交流输入信号时的状态称为动态。动态时，三极管的各个电流和电压均是直流分量和交流分量叠加而成。直流分量即为静态值，由上节的静态分析确定。动态分析考虑的只是交流分量，即纯交流量的传输过程及相应的动态参数。图解法和微变等效电路法是动态分析的两种基本方法，尤以后者最为常用。注意：直流分量可能是0，例如正、负双电源供电时！7.2.2动态情况分析（图解法）固定偏置共射极放大电路若在图所示电路中输入正弦信号，则晶体管的iB、iC、uBE、uCE都是在其直流量上叠加了一个交流分量，当正弦信号过零时，动态工作点与静态工作点重合。7.2.2动态情况分析（图解法）放大电路动态情况分析图可在静态工作点分析的基础上，通过作图来分析在ui作用下放大电路中电流、电压的变化情况，作图分析过程与信号传输过程相同，如图所示图中的波形反映了输出正弦信号随输入正弦信号变化而变化的过程和信号被放大及输入和输出反相的关系。7.2.3动态分析的微变等效电路法输入信号比较小时，如果三极管的静态工作点选择的比较合适，则三极管的输入和输出伏安特性曲线在一小段范围内就可以看成直线，把本来是非线性元件的三极管线性化放大器就是一个线性电路，可以使用基尔霍夫定律来对电路进行分析三极管的微变等效模型7.2.3动态分析的微变等效电路法三极管的微变等效模型输入特性当输入信号较小时，在静态工作点Q附近的曲线可以看成是直线△UBE与△IB的比值叫作三极管的输入电阻，用rbe来表示，它表示了三极管的输入特性7.2.3动态分析的微变等效电路法三极管的微变等效模型在微变等效电路法中，三极管的基极和发射极之间可以用一个电阻来等效低频小功率三极管的输入电阻常用下式来估算：式中IEQ是三极管发射极电流的静态值，单位是毫安/mArbb′的值通常取200Ω或300Ω，未给出数值时一般取300Ω进行计算rbe的值一般为几百欧到几千欧7.2.3动态分析的微变等效电路法三极管的微变等效模型输出特性三极管的输出伏安特性在放大区的中间可以看成是一组等距离的平行直线7.2.3动态分析的微变等效电路法三极管的微变等效模型对其中的任意一条直线，其uCE的变化量ΔuCE与该线上的ΔiC的比值是一个几乎无穷大的数，这反映出三极管在放大区时有与恒流源相似的性质（理想恒流源的内阻是无穷大）7.2.3动态分析的微变等效电路法三极管的微变等效模型从整组曲线来看，每一条特性曲线的集电极电流都与不同的基极电流相对应，这反映出集电极电流的受控性质在微变等效法中，把三极管的集电极和发射极之间等效成一个受控恒流源，即iC=βib7.2.3动态分析的微变等效电路法三极管的微变等效模型三极管的微变等效电路模型7.2.3动态分析的微变等效电路法放大器的交流通路交流通路画交流通路时，电容视为短路，直流电源也视为对地短路交流通路和微变等效电路的信号均为交流量（设为正弦量），所以各电压、电流均可用相量表示，也可以用纯交流表达式表示7.2.3动态分析的微变等效电路法放大器的微变等效电路微变等效电路在放大器的交流通路中，把三极管用它的微变等效电路模型代替，就得到了放大器的微变等效电路7.2.4放大电路的主要性能指标

电压放大倍数Au电压放大倍数是输出交流电压与输入交流电压的比值。即根据图，由欧姆定律可得共射放大电路——微变等效电路输入电压输出电压放大电路等效负载电阻电压放大倍数7.2.4放大电路的主要性能指标放大电路的输入电阻Ri放大电路的输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，如图所示，定义为输入电压有效值与输入电流有效值的比值：共射放大电路——微变等效电路由于通常近似有可见，共射极放大电路的输入电阻不高。从信号源的角度看，放大电路相当于一个负载，其等效阻值即为放大电路的输入电阻。7.2.4放大电路的主要性能指标放大电路的输出电阻R0放大电路的输出电阻是当信号源电压为零，保留内阻，断开负载，外加激励，从输出端看进去的等效电阻，如图所示，因受控电流源内阻无穷大，所以共射放大电路——微变等效电路RC一般为几千欧，因此共射极放大电路的输出电阻是较高的。从负载的角度看，放大电路相当于其信号源，输出电阻相当于信号源的内阻。输出电阻越小，放大电路输出信号越稳定，带负载能力越强。【例3】如图所示，在共射放大电路中，已知VCC=12V，RC=5.1KΩ，RB=400KΩ，RL=2KΩ，RS=100Ω，晶体管β=40。要求（1）估算静态工作点；（2）作微变等效电路；（3）计算电压放大倍数Au；（4）计算输入电阻和输出电阻；（5）计算源电压放大倍数Aus。7.