放大电路的分析就是在理解放大电路工作原理的基础上.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流放大电路的分析就是在理解放大电路工作原理的基础上.精品文档.放大电路的基本分析方法放大电路的分析就是在理解放大电路工作原理的基础上，求解静态工作点和各项动态性能指标。通过对电路工作状态的分析以及对电路参数和性能指标的估算，来判断放大电路能否正常工作、评价电路性能的优劣，以便正确设计和选用放大电路。放大电路建立合适的静态工作点，是保证信号被正常放大的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，即正确区分直流通路和交流通路。分析电路的步骤是先静态后动态 。一、直流通路与静态计算1直流通路 当放大电路中不加输入信号(即u i = 0)时，电路中各处的电压、电流都是固定不变的直流量，这时电路处于直流工作状态，简称静态。在直流工作状态下，对直流量的分析计算称为静态分析。静态分析旨在求解放大电路静态工作点的值(IBQ、ICQ和UCEQ)，应该在直流通路中进行。直流通路是在直流电源作用下，直流电流流经的通路。 画直流通路应根据三条原则：电容视为开路；电感视为短路(若有直流电阻，则保留其直流电阻)；信号源短路，但保留其内阻。如图2-7所示。 图2-72静态计算静态计算就是计算放大电路的静态工作点UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ。通常，硅管的|UBEQ |0.7V，锗管的|UBEQ |0.3V，无须求解。以基本共射放大电路为例，如图2-7 (a)所示。用等效电路分析法进行静态分析。图2-8基本共射放大电路的直流等效电路如图2-8 (b)所示。其静态分析方法和步骤如下：列输入回路方程求IBQ：由可得根据放大区电流方程得列输出回路电压方程求UCEQ：由可得【例21】设图2-8 (b)的单管共射放大电路中，UCC = 12V，Rc = 3k，Rb = 280 k，NPN型硅三极管的等于50，试估算静态工作点。解：设三极管的UBEQ=0.7V，则根据式、和式可得二、交流通路与动态分析 在静态工作点的基础上，给电路输人交流信号后，电路中各处的电压、电流都处于交、直流混合在一起的工作状态。电路中的电压、电流和均包含两个分量，即： 其中，IB、IC和UCE是在电源单独作用下产生的电流、电压，实际上就是放大电路的静态值，称为直流分量。而ib、ic和uce是在输入信号单独作用下产生的电流、电压，称为交流分量。这时，如果我们对外加的交流信号及其响应单独进行分析的话，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。动态分析旨在计算放大电路的性能指标(如Ri、Ro、Au、UOM等)，应该通过交流通路进行。交流通路是在输入信号作用下，交流信号流经的通路。 画交流通路应遵循两条原则：大容量的电容(如耦合电容、射极或基极旁路电容等)视为短路；无内阻的直流电源(如UCC、UEE等)视为短路。例，图2-8 (a)的交流通路如图2-9所示。图2-9 基本共发射极电路的交流通路 三、静态工作点的稳定静态工作点不稳定的原因很多，环境温度变化、电源电压波动以及晶体管特性的分散性都会造成工作点的变化。在这些因素中，以温度的变化和晶体管特性的分散性影响最大。 1、温度对静态工作点的影响2、稳定静态工作点的措施(1) 二极管温度补偿电路图2-10 二极管稳定补偿电路 IR为二极管的反向电流。当温度升高时，一方面会导致IC增大，另一方面也会使IR增大导致IB减小，从而使IC随之减小。当参数配合得当时，IC可基本不变。其过程简述如下：(2) 直流负反馈Q点稳定电路利用直流负反馈稳定Q的方法有两种：直流电压负反馈，如图2-11 (a)所示；直流电流负反馈电路，如图2-11 (b)所示。现以2-11 (b)图为例说明其稳定Q点的原理。3、分压式电流负反馈Q的稳定电路的静态分析当满足 时， ，由如图2-12 (b)所示的直流通路得三极管基极电位的静态值为：集电极电流的静态值为： 基极电流的静态值为：集电极与发射极之间电压的静态值为：四、图解分析法三极管是非线性器件，其输入回路的电流与电压之间的关系可以用输入特性曲线来描述；输出回路的电流与电压之间的关系可以用输出特性曲线来描述。图解法就是在三极管的输入、输出特性曲线上，直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。1、 静态图解分析法图解法静态分析的任务是，用作图的方法确定放大电路的静态工作点，即求出IBQ、ICQ和UCEQ对图27 (a)所示的基本共射放大电路用图解法进行静态分析时，应首先画出其直流通路如图27 (b)所示。然后按照如下的分析方法和步骤进行。其静态图解分析过程如图213所示。图213 放大电路静态工作状态的图解分析(1) 列输入回路方程(即输入直流负载线方程) (2)在输入特性曲线的平面上，作出输入直流负载线，两线的交点即是放大电路的静态工作点(也称为Q点)，从图上可读出IBQ和UBEQ的值。列输出回路方程(即输出直流负载线方程)(3)在输出特性曲线的平面上，作出输出直流负载线。作法为：分别在X轴和Y轴上确定两个特殊点N(UCC，0)和M(0，UCCRC)，过M、N两点所作的直线即为输出直流负载线。(4)输出直流负载线与IBQ所确定的那条输出特性曲线的交点，就是Q点。从图上可读出ICQ和UCEQ值。2、 动态图解分析法用图解法对放大电路进行动态分析，旨在确定最大不失真输出电压Uom，分析非线性失真情况，也可测出电压放大倍数。对图27 (a)所示的共射放大电路进行动态分析时，应首先画出其交流通路如图29所示。然后按照如下的方法和步骤进行。（1）交流负载线式中：，称为交流负载电阻。由上式可知，交流负载线的斜率为，即因而可得出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的直线AB，即为交流负载线。如下图：图214 放大电路动态工作状态的图解分析从图中可以计算出线段，则B点坐标为由此可以得到交流负载线的作法之二：过Q和B两点作直线AB，即为交流负载线。（2）波形失真分析信号(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。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；而截止失真则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。（3）静态工作点偏低时产生截止失真当静态工作点偏低时(Q点接近截止区)，交流量的负向峰值到来时，BJT工作在截止区，交流信号不能被放大，输出电流波形的负半周被削顶，而输出电压波形正半周被削顶，产生截止失真。增大UCC值(实际一般不采用)或减小Rb值，可以使得输入直流负载线向上平行移动，使Q点上移，从而消除截止失真，如图215所示。图215 放大电路放大电路发生截止失真的情况（4）静态工作点偏高时产生饱和失真当静态工作点偏高(Q点接近饱和区)，交流量正向峰值到来时，BJT将工作在饱和区。交流信号不能被线性放大，输出电流波形的正半周被削顶。而输出电压波形负半周被削底，产生饱和失真。如图216所示。图216放大电路发生饱和失真的情况（5）求最大不失真输出电压设三极管的饱和管压降为UCES，则最大不失真输出电压的有效值可用如下公式计算：（6）求解电压放大倍数利用图解法求解电压放大倍数可遵循如下步骤：首先将输入信号ui叠加在静态发射结上，得到 uBE(UCE+uce)，在BJT输入特性上作图得到iB (=IB+ib )，根据放大区电流关系得到 ，在BJT输出特性上作图得到，uce 即为输出电压uo，如图218所示。分别测量输出电压UOPP与输人电压UIPP的蜂值，即可求得电压放大倍数Au，其表达式如下：（7）输出功率和功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率可由下式计算：在输出特性曲线上，正好是三角形DBQ的面积，这一三角形称为功率三角形，如图219所示。要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使最大值UOM和IOM都要大。图219放大电路的输出功率三角形【例22】电路如图220所示，设UCC =15V，Rb 调整到300k，Rc =3k，RL =2K，三极管的输出特性曲线见图221。试：在输出特性曲线上画出直流负载线；定出Q点；画出交流负载线；确定电路最大不失真输出时uCE 的变化范围，计算最大不失真输出电压(有效值)的大小：图220例22电路解 (1)电路的直流负载线方程为：根据方程在坐标轴上的交点(15V，0mA)和(0V，5mA)，连接这两点作出直流负载线。图221例题22图解(2) 固定式偏置电路的基极电流可以通过下式计算：在图222中找出的那条曲线与直流负载线的交点，即为Q点，由图中可读出Q点的纵坐标为2.5mA，横坐标为7.5V即ICQ=2.5mA，UCEQ约为7.5V。(3)画交流负载线方法一：选辅助线方程为因为由此可得辅助线与坐标轴的交点分别是(5V，0mA)和(0V，4.2mA)，在这两点之间画一直线即为辅助线，过Q点做辅助线的平行线即得交流负载线。画交流负载线方法二：根据交流负载线方程求交流负载线在UCE 轴上的截距。当iC =0时，过(10.7V，0mA)点和Q点画直线。即为交流负载线。(4) Q点沿交流负载线移动范围对应的uCE变化范围大约是4.610.7V，所以此时输出电压有效值：五、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)。1、三极管的微变等效模型 型图222三极管及其微变等效模对于图222(a)中共发射极接法三极管的输入端口来说，当输入信号较小时，输入特性曲线上以静态工作点为中心，很小的动态工作范围可近似认为是一段直线。这段直线代表三极管输入端口一一基极b和发射极e之间的等效电阻，该电阻的大小将随着静态工作点的不同而变化，是个动态电阻，叫做三极管的输入电阻rbe。对于一般的低频小功率三极管，rbe可以由公式来估算，其中的rbb是三极管基区体电阻，IEQ是三极管静态时的发射极电流。对于三极管集电极和发射极间的输出端口来说，三极管放大区的输出特性曲线可近似看成是一族平行于x轴的直线，这些直线代表基极电流对集电极电流的控制能力。所以，三极管的输出端可以等效成个电流控制电流源ic，控制变量是ib，受控系数是 2、微变等效电路分析法如下图所示固定偏置共射放大电路，用微变等效电路法进行动态分析的方法和步骤如下：图223固定偏置共射放大电路 (1)画出放大电路的微变等效电路对于共射放大电路，先画出它的交流通路，然后把图中的BJT用其h参数简化模型来替代，即可得到共射放大电路的微变等效电路，如图224所示。图中将微变等效电路中的电压和电流都看成正弦量，采用复数符号标定。图224固定偏置共射放大电路的微变等效电路(2) 计算电压放大倍数列输入回路方程可得：由BJT输入电阻的计算公式可得：列输出回路方程可得由电压放大倍数计算公式，可得：(3)计算输入电阻ri(4) 计算输出电阻roro = R C 【例23】 单级共射放大电路如图225所示，已知三极管的=45，UBEQ=0.7V，Rb=470k，RC =6k，Re =1k，RL =4k，Rs =1.25k，UCC =+20V，耦合电容C1、C2、Ce的容量足够大。试完成下列分析计算：(1) 计算电路的静态工作点；(2) 计算源电压放大倍数；(3) 输入、输出电阻。图225例23的电路图解 ： (1)静态分析。由图225的直流通路得到输入回路的回路方程为一般有 ，可得基极电流所以 (2) 由于射极旁路电容Ce的存在，将交流通路中的射极电阻Re短路，因此，电路的微变等效电路如图226所示。图226例23的微变等效电路电压放大倍数为 所以(3) 输入电阻输出电阻综上所述，对放大电路进行分析的步骤是：从静态分析到动态分析；分析的方法有图解法和估算法两种。这两种分析方法各有长短，互为补充，可根据不同情况选用适当的方法。