《模电》教学2第三节-放大电路的基本分析方法.ppt

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1、第三节 放大电路的基本分析方法,直流通路与交流通路,静态工作点的近似估算,图解法,微变等效电路法,下页,总目录,电容相当于开路电感相当于短路,一、直流通路与交流通路,1. 直流通路,用于放大电路的静态分析。,在直流通路中:,下页,上页,首页,大电容和理想电压源相当于短路电感和理想电流源相当于开路,2. 交流通路,用于放大电路的动态分析。,在交流通路中:,下页,上页,首页,动画,二、 静态工作点的近似估算,静态工作点: 外加输入信号为零时,三极管的IBQ , ICQ , UBEQ , UCEQ 在输入输出特性曲线上对应一个点 Q点。,UBEQ可近似认为：硅管 UBEQ = ( 0.6 0.8 )

2、 V锗管 UBEQ = ( 0.1 0.3 ) V,静态分析(估算静态工作点)讨论对象是直流成分。,下页,上页,首页,IBQ Rb + UBEQ = VCC,IB,IC,由图中的直流通路,估算方法:,ICQ Rc + UCEQ = VCC,可求得单管放大电路的静态工作点的值为:,下页,上页,首页,例2.3.1 设单管共射放大电路中,VCC=12V, Rc= 3 k , Rb= 280 k, = 50,试估算静态工作点。,解: 设UBEQ = 0.7V, 则,下页,上页,首页,三、图解法,（一）图解法的过程图解法既可分析静态,也可分析动态。过程一般是先静态后动态。,1. 图解分析静态任务:用作图

3、法确定静态工作点,求出IBQ, ICQ和UCEQ。,由于输入特性不易准确测得,一般用近似估算法求IBQ和UBEQ 。,下面主要讨论输出回路的图解法。,下页,上页,首页,M,N,下页,上页,输出回路的等效电路,首页,iB=IBQ,VCC,ICQ,UCEQ,根据输出回路方程uCE = VCC iCRc 作直流负载线，与横坐标交点为VCC , 与纵坐标交点为VCC/Rc ，,直流负载线与特性曲线 iB=IBQ 的交点即Q点, 如图示。,Q,直流负载线和静态工作点的求法,斜率为-1/Rc ，是静态工作点的移动轨迹。,下页,上页,首页,例2.3.2 试用图解法确定下图所示电路的静态工作点。,12,2,6

4、,Q,4,解：首先估算IBQ,UBE,UCE,IB,iC,= 40A,uCE = 12-3 iC,IBQ =,VCC - UBEQ,Rb,IBQ,输出回路方程,IBQ = 40 A ICQ=2mA UCEQ=6V,下页,上页,首页,2. 图解分析动态,动态分析(估算动态技术指标)讨论对象是交流成分。,下页,上页,首页,交流负载线,画法：过静态工作点Q ， 作一条斜率为-1/（Rc/RL）的直线。,uCE = - ic(RC / RL),交流负载线：描述放大电路的动态工作情况。,下页,上页,首页,Q,IBQ,40,20,60,0.7,uBE,UBEQ,UCEQ,uCE,0.72,0.68,iB,

5、放大电路动态工作情况,下页,上页,交流负载线,首页,用图解法求放大电路的放大倍数,假设IBQ附近有一个变化量iB ，在输入特性上找到相应的uBE ，在输出特性的交流负载线上找到相应的iC和uCE。,则电压放大倍数：,电流放大倍数：,下页,上页,首页,=,4.5-7.5,0.72-0.68,= - 75,负号表示uCE与uBE反相位,下页,上页,7.5,4.5,Q,IBQ,40,20,60,0.7,uBE,UBEQ,UCEQ,uCE,0.72,0.68,iB,交流负载线,首页,结论：,uBEQ,uCEQ,iBQ,iCQ,由右图可知：单管共射放大电路中，1.交、直流并存2.有电压放大作用3.有倒相

6、作用,uo,ui,下页,上页,首页,3. 图解法的步骤,（一）画输出回路的直流负载线（二）估算 IBQ，确定Q 点，得到 ICQ和 UCEQ （三）画交流负载线（四）求电压放大倍数,下页,上页,首页,Q点过低,（二）图解法的应用,1. 分析非线性失真,Q,UCEQ,ICQ,截止失真,uCE波形出现 顶部失真。,交流负载线,iB,下页,上页,首页,饱和失真,交流负载线,ICQ,UCEQ,uCE波形出现底部失真。,iB,Q点过高,下页,上页,首页,2. 用图解法估算最大输出幅度,Q,iB=0,C,D,E,A,B,Q点应尽量设在交流负载线上线段AB的中点。,若CD = DE，则,否则,交流负载线,直

7、流负载线,下页,上页,首页,3. 分析电路参数对静态工作点的影响,Q1,Q2,VCC,Rb1Rb2,Q1,Q2,VCC,Rc2Rc1,增大Rc ，Q点靠近饱和区。,增大Rb ，Q点靠近截止区。,下页,上页,首页,Q1,Q2,VCC,2 1,Q1,Q2,VCC2,VCC2VCC1,VCC1,VCC升高时,Q点移向右上方,Uom增大，三极管静态功耗也增大。, 增大时，特性曲线上移，Q点移近饱和区。,下页,上页,首页,四、微变等效电路法,适用条件：微小交流工作信号， 三极管工作在线性区。解决问题：处理三极管的非线性问题。,等效：从线性电路的三个引出端看进去，其电压、电流的变化关系和原来的三极管一样。

8、,下页,上页,首页,（一）简化的h参数微变等效电路,1. 三极管的等效电路,Q,iB,iB,iB,Q,uBE,以共射接法三极管为例,三极管特性曲线的局部线性化,iC = iB,输入端可等效为一个电阻。,输出端可等效为一个受控电流源。,下页,上页,首页,由以上分析可得三极管的微变等效电路,三极管的简化h参数等效电路,rbe,uBE,iC,iB,uCE,iB,e,c,b,此电路忽略了三极管输出回路等效电阻 rce 。,下页,上页,首页,用简化的微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。,rbe,uI,ic,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,单管共射放大电路的等效

9、电路,先画出三极管的等效电路，再依次画出放大电路的交流通路,下页,上页,首页,电压放大倍数：,Au=,uo,ui,=,- ib Rc/ RL,ib rbe,=,rbe,- Rc/ RL,输入电阻：,= Rb/ rbe,输出电阻：,Ro,ui = 0 RL = ,Ri=,ui,ii,uo,io,=,Ro = Rc,io,下页,上页,rbe,uI,ic,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,首页,2. rbe的近似估算公式,rbe rbb+ (1+ ),26(mV),IEQ,其中: rbb是三极管的基区体电阻,若无特别说明,可认为rbb约为300,26为常温下温度的电压当量,单位为mV。

10、,下页,上页,首页,rbe rbb+ (1+ ),26(mV),IEQ,分析以下两式,Au与不成比例。,若 值一定,可适当提高IEQ得到较大的Au 。,可看出:,可减小Rb或增大VCC ，但要注意三极管的非线性及安全工作区。,下页,上页,首页,3. 等效电路法的步骤,确定放大电路的静态工作点Q。,(4) 列出电路方程并求解。,(3) 画出放大电路的微变等效电路。,(2) 求出Q点处的和rbe 。,下页,上页,首页,（二）微变等效电路法的应用,分析下图所示接有射极电阻的单管放大电路,+,+,-,-,rbe,uI,iC,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,Re,下页,上页,首页,uI

11、= ib rbe + (1+ ) ib Re,uI, RL,uO,Au=,= -,rbe +(1+ ) Re,若 (1+ ) Re rbe ，则,Au -, RL,(1+ ) Re,uO = - ib RL,其中RL= Rc / RL,下页,上页,首页,Ri=rbe +(1+ ) Re/ Rb,Ro Rc,uI,+,-,uI = ib rbe + (1+ ) ib Re,iI = ib,Ri = rbe +(1+ ) Re,Ri ,Ri,Ri = Ri / Rb,下页,上页,首页,例2.3.3 图示放大电路中, = 501. 试估算放大电路的静态工作点；2. 求电压放大倍数；3. 求输入电阻和

12、输出电阻。,下页,上页,820,3k,3k,首页,240k,(12v),解:直流通路如图所示,IBQRb + UBEQ + IEQ Re = VCC,IBQ =,VCC- UBEQ,Rb+(1+ ) Re,= 0.04 mA,ICQ = IBQ = 50 0.04 mA = 2 mA IEQ,UCEQ =VCC - ICQ Rc - IEQ Re = 12-2 ( 3 + 0.82 ) V = 4.36 V,下页,上页,首页,rbe rbb+(1+ ),26(mV),IEQ, RL,Au,= -,rbe +(1+ ) Re,= - 1.75,Ri=rbe +(1+ ) Re/ Rb = 36.

13、3k,Ro Rc = 3k,射极电阻Re使电压放大倍数降低,下页,上页,首页,小结:,图解法,优点: 1. 既能分析静态, 也能分析动态的工作情况； 2. 直观 形象； 3. 适合分析具有特殊输入/输出特性的管子； 4. 适合分析工作在大信号状态下的放大电路。缺点: 1. 特性曲线存在误差； 2. 作图麻烦,易带来误差； 3. 无法分析复杂电路和高频小工作信号。,下页,上页,首页,微变等效电路法,优点: 1.简单方便。 2.适用于分析任何基本工作在线性范围的简单或复杂的电路。缺点: 1.只能解决交流分量的计算问题。 2. 不能分析非线性失真。 3. 不能分析最大输出幅度 。,下页,上页,首页,上页,首页,课堂练习,