放大电路分析方法

1、1,2-3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真*,估算法,2,一. 直流通道和交流通道,在放大电路中直流信号和交流信号是同时存在的，为了分析研究方便，将两种信号对电路的作用分开讨论，即分为直流通路和交流通路。,直流通路:在直流电源作用下直流电流流过的通路，即静态电流通路。主要用于求解静态工作点。,直流通路的确定方法: (a)将电容开路； (b)将电感短路，忽略内阻； (c)信号源短路，保留内阻。,3,交流通路:在输入信号作用下交流电流流过的通路，即动态电流通路。主要用于确定放大电路的动态参数。,交流通路的确定方法: (a)将电容视为

2、短路； (b)将电感视为开路； (c)将直流电源视为短路。(小内阻),信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。,在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则，求解静态工作点q时应用直流通路，求解动态参数时应用交流通路，两种通路必须分清，不可混淆。,4,利用上述原则，直接耦合和阻容耦合共射放大电路的直、交流通路分别为:,5,rc耦合共射放大电路,6,对交流信号(输入信号ui),7,二. 图解分析法,在已知放大管的输入、输出特性曲线和元件其他参数条件下，采用作图方法对放大电路进行分析的方法称为图解分析法。,在静态工作情况下，可以用估算法进行q点估算，也可用图解法确定。,8,1、用图解法确定q

3、点,以基本共射放大电路为例，用虚线将图分为三部分，输入回路、放大回路和输出回路。,9,采用作图方法在ib / ube 坐标系内分别作出曲线，其交点即为ibq、ubeq。,电路静态时，ui=0，输入回路电路方程为：,显然方程(1)为一直线方程，称为输入负载线；方程(2)为指数曲线。,10,应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为： vcc- ic rc = uce 在放大回路中可测量出ic/uce座标系中在不同ib下的关系曲线, 上述直线方程与输出关系曲线在ib = ibq时的交点值即为icq、uceq。,上述直线方程对应的直线即为输出负载线，也称直流负载线。,11,2、用图解法进行动态分析,当

4、加入输入信号i0时，输入回路方程为： ubbui-ibrb =ube 该直线与横轴交点为(vbbui,),与纵轴交点为( , vbbui/rb ),斜率仍为-1/rb。,根据给定的ui作输入负载线，其与输入特性曲线交点便是在ui作用下ib的变化量ib,12,在输出回路中找到ib = ibq + ib的一条特性曲线，输出负载线与该曲线的交点为(uceq- uce， icq ic)，由此得到的uce即为输出电压变化量。,则电压放大倍数au应为,13,由图解分析可看出： 当ui时,ib, ic,而uce; 当ui时, ib, ic,而uce; 由此得知输出电压的变化与输入电压的变化是反相的。,另外可

5、从图中看出，改变rb可使q点产生移动，使ib 、ic、uce及au发生改变。同样改变rc也可使au改变，但不改变q点的位置。,14,如果输入信号ui为正弦信号vi时，在输出回路得到一幅值放大、变化反相的正弦信号vo 。,15,根据定义， 式中负号示表示输出信号电压与输入信号电压的相位相反。,动态分析步骤如下：,（1）根据vi的波形在三极管输入特性曲线上求ib,求ib，在输入特性曲线上找到q点，vbe=vbe+vi，ib= ib+ib， 根据vi的波形对应画出vbe和ib的波形图。,（2）在输出特性曲线上作输出负载线，求ic及vce的波形,根据ib的波形可画出对应的ic和vce的波形。交流量vc

6、e的波形 就是输出电压vo的波形。,（3）求电压增益,16,a)、直流负载线,直流通路下负载的var关系曲线。,1. 三极管的输出特性。,2. uce=vccicrc 。,直流 负载线,与输出特性的交点就是q点,ib,3. 直流负载线和交流负载线,17,b)、交流负载线,其中：,交流通路下负载的var关系曲线。,18,该直线具有两个特征： 当i=0时，bjt的ic应为icq , uce应为uceq ，即该直线必定经过q点； 动态条件下ic对uce的斜率为-1/rl，满足关系式,这样在输出回路特性曲线中通过q点和所作的一条斜率为1/ (rc/ rl)的直线就为交流负载线。,19,交流负载线的作法

7、,ib,交流负载线,对直接耦合放大电路，直流负载线和交流负载线重合斜率均为1/ (rc/ rl )，而阻容耦合放大电路只有在空载时两条负载线才重合。,直流负载线,过q点作一条直线，与横坐标交点为（uceq+icqrl，0），该直线即为交流负载线，斜率为：,20,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，要把q设置在交流负载线的中间部分。如果q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。,下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载(rl=)。,4、用图解法分

8、析放大电路的非线性失真,21,uo,可输出的最大不失真信号,a).选择合适静态工作点,22,bjt临界饱和电压uces :si管为0.3v, ge管为0.1v。 uom的取值方法为：以q点为基准，取(uceq uces)和 (icqrc/ rl )中较小值。为获得最大uom ，一般将 q点取在交流负载线的中点。,最大不失真输出电压uom ：,23,uo,b). q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,24,b). q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,25,5.图解法实用范围,图解法的特点是直观形象的反映晶体管 的工作情况，但是必须实测所用管的特性曲 线，而且用图解法进行

9、定量分析时误差较大 。此外，晶体管的特性曲线只能反映信号频 率较低时的电压、电流关系，而不反映信号 频率较高时，极间电容产生的影响。因此， 图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而 工作频率不太高时的情况。实用中多用于分 析q点位置、最大不失真输出电压uom 和失真 情况。,26,？,思 考 题,1. 试分析下列问题：,共射极放大电路,（1）增大rc时，负载线将如何变化？q点怎样变化？,（2）增大rb时，负载线将如何变化？q点怎样变化？,（3）减小vcc时，负载线将如何变化？q点怎样变化？,（4）减小rl时，负载线将如何变化？q点怎样变化？,27,共射极放大电路,？,思 考 题,2. 放大电路如

10、图所示。当测得bjt的vce 接近vcc的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？,截止状态,答：,故障原因可能有：, rb支路可能开路，ib=0， ic=0， vce= vcc - ic rc= vcc 。, c1可能对地短路，vbe=0， ib=0， ic=0， vce= vcc - ic rc= vcc 。,28,作业：看懂“图解分析法” 预习“等效电路分析法”,29,三. 微变等效电路分析法,由于放大电路中bjt是一个非线性器件，电路的分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和定律。如能在一定条件下，建立bjt的线性化模型，将bjt非线性器件线性化，那么，对放大电路的分析就

11、迎刃而解了。从实际的bjt特性曲线可见，在小范围内可将其非线性作线性化处理，此时，bjt的电流、电压有线性关系存在。这样，在小信号范围可建立bjt的线性模型了。,下面介绍常用的线性等效模型，使我们能简化对放大电路的分析，应注意各种模型的使用范围和条件。,30,1.直流模型,在对共射极放大电路求解q点时，一般将ubeq取固定值0.7v或0.2v，即认为ube可等效为一个直流恒压源，这样就可将输入特性折线化，如图(a)；,而在输出特性中，由于icib，说明仅决定于ib，而与uceq无关，所以其特性曲线可近似看成一平行于uceq的直线，如图 (b)；,该模型的使用条件为：bjt工作在直流静态的放大状

12、态，且: ubeuon uceube,这样就可以将bjt等效为直流模型如图(c) ，理想二极管规定了电流的方向。,31,用直流模型估算q点,（1）根据输入回路估算ibq,rb称为偏置电阻，ib称为偏置电流。,32,（2）根据输出回路估算uceq、icq,ic,uce,33,2.小信号模型,如果放大电路的输入信号电压很小，就可以把bjt在小范围内的特性曲线近似用直线代替，从而把bjt当成线性元件来处理，这就是小信号建模的指导思想。,bjt可以看成一个有源双口网络，该网络有输入和输出两个端口，一般用ui、uo和i1、i2来表示网络的特性，以这些参数为基础产生了如z参数法、y参数法、h参数法等不同的

13、分析方法；,其中h参数法是在低频分析中应用较广的分析方法。,34,（1）bjt的h参数小信号模型,bjt在共射极电路的输入回路和输出回路有关系式：,ube (ib, uce) ic (ib, uce) ,设bjt在小信号下工作，对上两式取全微分，得 （1） （2）,35,两式中dube, duce, dib, dic表示无限小的信号增量，假定在小信号作用下电流、电压的变化没有超过特性曲线的线性区，无限小信号增量可以用有限增量代替，即可用电压、电流的交流分量代替，则上式可写为：,(h11e,h12e),(h21e,h22e),输出端交流短路时的输入电阻，单位为欧姆（）；,输出端交流短路时的正向电

14、流传输比或电流放大系数（无量纲）；,输入端交流开路时的反向电压传输比（无量纲）；,输入端交流开路时的输出电导，单位为西门子（s）；,36,hie，hre，hfe，hoe称为bjt在共射极接法下的h参数， 由于四个h参数的单位量纲各不相同，故称该参数为混合参数。,等效模型图如下：,以上所得电路就是把bjt线性化后的线性模型。在分析计算时，可以利用这个模型来代替bjt，从而,可以把bjt当作线性电路来处理，使非线性复杂电路的计算得以解决。,37,(2)h参数的意义,hoe:称1/ hoe为ce结动态 电阻rce, hoe ic / u ce,hie:称为小信号作用下be结动态电阻rbe； hie

15、ube/ib,hre:称为内反馈系数 hre u be/ u ce,hfe:即放大倍数 hfe ic /ib,38,(3)简化的h参数模型图,忽略低频工作状态下对bjt影响较小的因素， h参数模型可简化如图形式。,在输入回路中hreuce比ube小得多，而输出回路中负载电阻rc（或rl）比bjt输出电阻1/hoe小得多，所以在模型中常常可以把hre和hoe忽略掉。用rbe代替hie，并且用代替hfe。,39,(4) h参数的确定,按照简化的h参数模型： hre 0；hfe ； hoe 0 实际需要确定的参数只有hie(即rbe),由于bjt的h参数与q点有关，因此在电路动态分析前，必须首先确定

16、电路的q点。,其中：rbb 为基区体电阻 ；re 为发射区体电阻；对低频小功率管 rbb 200，常温下ut 26mv,h参数模型称为bjt低频小信号模型，或称微变等效模型。主要用于研究bjt的动态参数。,40,4根据放大电路的小信号模型等效电路计算放大电路的交流指标 au、ri、ro。,(5)放大电路小信号模型分析法的一般步骤,1根据直流通路估算静态工作点，并确定h参数；,2画出放大电路的交流通路；,3根据交流通路用bjt的h参数小信号模型代替电路中的bjt，画出放大电路的小信号模型等效电路。 （注意：由于输入信号常用正弦电压,所以,小信号等效电路中的电压、电流均用相量表示。）,41,四.共

17、射电路的动态参数分析,放大电路的动态参数主要有au 、ri、ro等，利用h参数模型可以方便的求解出这些参数。,以rc耦合共射放大电路为例求解动态参数。,42,利用静态模型求出q点参数；,画出交流通路下h参数等效模型图；,43,电压放大倍数au的计算,注意：求解au时必须考虑负载电阻。,44,输入电阻ri的计算,对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小， 因此电压放大器一般总是希望得到较大的的输入电阻。,45,输出电阻ro的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的

18、内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,*：注意求解ro时不包含负载rl,46,所以：,用加压求流法求输出电阻：,47,例1:,阻容耦合共射放大电路，已知ube=0.7v =50,rb=377k,rc=6k,rs=100,rl=3k,vcc=12v ，计算: 1.电路的静态工作点q ; 2.电压放大倍数au、aus ; 3.输入、输出电阻ri、ro。,解：1.静态工作点q 根据直流通路可得： ibq=(vcc ube)/ rb =(120.7)/377=30(ua) icq= ibq =500.03=1.5(ma) uceq= vcc icq rc