放大电路的动态分析-放大电路的频率特性

15.3放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入(ui

0)时交流工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。动态分析:对外加的交流信号及其响应单独进行分析,即只对电路的交流工作状态(简称动态)进行分析,称为动态分析。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。所用电路：放大电路的交流通路。第1页，共25页。放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。电路中电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通路---只考虑交流信号的分电路。直流通路

---只考虑直流信号的分电路。不同的信号可以在不同的通路进行分析。15.3放大电路的动态分析第2页，共25页。输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。2）中，UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.求ro的步骤(加压求流法)：放大电路输入电阻的计算1微变等效电路法适当增加基极电流可消除失真。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。RL’的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。因rce阻值很高，一般忽略不计。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似线性化。由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数Au的公式也不同。RL’的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。RBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路画交流通路应遵循两条原则：①大容量的电容视为短路；②无内阻的直流电源视为短路。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE第3页，共25页。15.3.1微变等效电路法

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。线性化的条件：晶体管在小信号（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似代替。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电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。第4页，共25页。微变等效电路分析法

微变等效电路分析法(又叫小信号等效电路分析法)是在输入低频小信号的前提下，用BJT的h参数模型代替交流通路中的三极管，得到放大电路的微变等效电路，然后利用线性电路的基本定理来计算放大电路的性能指标(如电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等)。三极管的微变等效模型

图三极管及其微变等效模型第5页，共25页。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，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。1.晶体管的微变等效电路

UBE

IB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。15.3.1微变等效电路法(1)输入电路Q输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入电路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO第6页，共25页。(2)输出电路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数晶体管的输出电路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的关系。

一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。O第7页，共25页。ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶体管的微变等效电路rbeBEC晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。第8页，共25页。2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii第9页，共25页。rce愈大，恒流特性愈好因此，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。输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。晶体管的微变等效电路放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。放大电路的微变等效电路三极管的微变等效模型输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。2）中，UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.三极管的微变等效模型饱和失真：是由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的；所用电路：放大电路的交流通路。1微变等效电路法求ro的步骤(加压求流法)：求ro的步骤(加压求流法)：

分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第10页，共25页。3.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第11页，共25页。3.电压放大倍数的计算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数Au的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic

的关系。第12页，共25页。3.电压放大倍数的计算：在下图（即图15.1.2）中，UCC=12V，RC=4k，RB=300k，

=37.5，RL=4k。求电压放大倍数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE[解]已求得IC=1.5mA≈IERL’=RC∥RL=2kΩ第13页，共25页。4.放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义：输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。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。放大电路信号源+-+-第14页，共25页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：rirbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：ri第15页，共25页。5.放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维南等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义：输出电阻是动态电阻，与负载无关。输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，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。RSRL+_Au放大电路+_第16页，共25页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.例3：求ro的步骤(加压求流法)：1)断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或第17页，共25页。

用图解法对放大电路进行动态分析，旨在用作图的方法来分析各个电压和电流交流分量之间的传输情况和相互关系，也可测出电压放大倍数。1交流负载线式中：，称为交流负载电阻。15.3.2动态分析图解法

交流负载线反映动态时电流iC和电压uCE的变化关系，由于对交流信号短路，RL与RC并联，故得经整理可得：第18页，共25页。15.3.2图解法DC1.交流负载线交流负载线直流负载线交流负载线斜率

´IC/mA4321O48121620B80mAA60mA40mA20mAUCE/VQ交流负载线的具体作法之一：通过输出特性曲线上的Q点，做一条与横轴夹角为α的直线AB，即为交流负载线。第19页，共25页。15.3.2图解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的幅值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。交流负载线2.图解分析第20页，共25页。结论（1）交流信号的传输情况ui(即ube)ibiCu0（即uce）（2）电压和电流都含有直流分量和交流分量uBE=UBE+ubeuCE=UCE+uceiB=IBE+ibiC=IC+ic（3）输入信号电压ui和输出电压u0相位相反（4）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输入正弦电压的幅值（峰峰值）之比。RL’的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。第21页，共25页。3.非线性失真分析

非线性失真：信号(电压或电流)波形被放大后幅度增大，而形状应保持原状。如发生不对称或局部变形现象都称为波形失真。由于三极管非线性特性而引起的失真，称为非线性失真。

非线性失真包括饱和失真和截止失真两种。饱和失真：是由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的；截止失真：是由于放大电路的工作点到达了三极管的截止区而引起的。放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，应尽量避免失真现象出现。第22页，共25页。3.非线性失真如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，

晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE