放大电路分析基础.ppt
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1、第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院第二章第二章 放大电路分析基础放大电路分析基础2.1 放大电路工作原理放大电路工作原理 2.2 放大电路的直流工作状态放大电路的直流工作状态 2.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析 2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路静态工作点的稳定及其偏置电路 2.5 多级放大电路多级放大电路2.6 放大电路的频率特性放大电路的频率特性2.7差动放大器差动放大器 第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.1 放大电路工作原理放大电路工作原理2.1.1 放大电路的组成原理放大电路的组成原理图2-1 共发射极基本放大电路 电容C1为耦合电容,其作用是:使交
2、流信号顺利通过加至放大器输入端,同时隔直流,使信号源与放大器无直流联系。C1一般选用容量大的电解电容,它是有极性的,使用时,它的正极与电路的直流正极相连,不能接反。C2的作用与C1相似,使交流信号能顺利传送至负载,同时,使放大器与负载之间无直流联系。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 (1)发射结必须正向运用;集电结必须反向运用。图中Rb,UBB即保证e结正向运用;Rc,UCC保证c结反向运用。(2)电路中应保证输入信号能加到三极管的发射结,以控制三极管的电流。(3)保证信号电压输出加至负载。放大电路的组成原则:放大电路的组成原则:第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图2 2
3、 单电源共发射极放大电路上图中使用两个电源,为了方便,可以采用单电源供电,如下图所示:第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.1.2 直流通路和交流通路直流通路和交流通路图 2-2 电路的直流通路和交流通路可画成如图 2-3(a)、(b)所示。图2 3 基本共e极电路的交、直流通路第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 放大电路的分析主要包含两个部分放大电路的分析主要包含两个部分:直流分析,又称为静态分析,用于求出电路的直流工作状态,即基极直流电流IB;集电极直流电流IC;集电极与发射极间直流电压UCE。交流分析,又称动态分析,用来求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻三项性能指标
4、。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.2 放大电路的直流工作状态放大电路的直流工作状态2.2.1 解析法确定静态工作点解析法确定静态工作点由图2-3(a)所示,首先由基极回路求出静态时基极电流IBQ:硅管锗管第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 根据三极管各极电流关系,可求出静态工作点的集电极电流ICQ:再根据集电极输出回路可求出UCEQcCCCCEQRIUU-=BQCQII=b第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 【例1】估算图2-2放大电路的静态工作点。设UCC=12 V,Rc=3k,Rb=280k,。解解 根据公式(2-1)、(2-3)、(2-4)得第二章 放
5、大电路分析基础延安大学西安创新学院2.2.2 图解法确定静态工作点图解法确定静态工作点 将图2-3(a)直流通路改画成图2-4(a)。由图a、b两端向左看,其iCuCE关系由三极管的输出特性曲线确定,如图2-4(b)所示。由图a、b两端向右看,其iCuCE关系由回路的电压方程表示:uCE=UCC-iCRcuCE与iC是线性关系,只需确定两点即可:第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图图2 4 静态工作点的图解法静态工作点的图解法第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 由上可得出用图解法求Q点的步骤:(1)在输出特性曲线所在坐标中,按直流负载线方程uCE=UCC-iCRc,作出直流
6、负载线。(2)由基极回路求出IBQ。(3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线,与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 【例2】如图2-5(a)所示电路,已知Rb=280k,Rc=3k,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图2-5(b)所示,试用图解法确定静态工作点。图2 5 例 2 电路图第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院解解 首先写出直流负载方程,并作出直流负载线:然后,由基极输入回路,计算IBQ直流负载线与iB=IBQ=40A这一条特性曲线的交点,即为Q点,从图上查出IBQ=40 A,ICQ=2mA,UCEQ
7、=6V,与例1结果一致。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.2.3 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响 1.Rb对对Q点的影响点的影响图2 6 电路参数对Q点的影响第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.Rc对对Q点的影响点的影响 Rc的变化,仅改变直流负载线的N点,即仅改变直流负载线的斜率。Rc减小,N点上升,直流负载线变陡,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线右移。Rc增大,N点下降,直流负载线变平坦,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线向左移。如图2-6(b)所示。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院3.UCC对对Q点的影响点的影响 UCC的变化
8、不仅影响IBQ,还影响直流负载线,因此,UCC对Q点的影响较复杂。UCC上升,IBQ增大,同时直流负载线M点和N点同时增大,故直流负载线平行上移,所以工作点向右上方移动。UCC下降,IBQ下降,同时直流负载线平行下移。所以工作点向左下方移动。如图2-6(c)所示。实际调试中,主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点,而很少通过改变UCC来改变工作点。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析2.3.1 图解法分析动态特性图解法分析动态特性1.交流负载线的作法交流负载线的作法图图2 7 交流负载线的画法交流负载线的画法第二章 放大电路分析基础延安大学西安
9、创新学院 交流负载线具有如下两个特点:(1)交流负载线必通过静态工作点,因为当输入信号ui的瞬时值为零时,如忽略电容C1和C2的影响,则电路状态和静态时相同。(2)另一特点是交流负载线的斜率由 表示。按照交流负载线的特点,可做出交流负载线。即过Q点,作一条 的直线,就是交流负载线。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 具体作法如下:首先作一条 的辅助线(此线有无数条),然后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线,如图2-7所示。由于 ,故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距,再与Q点相连即可得到。连接Q点和 点即为交流负载线。第二章 放大电
10、路分析基础延安大学西安创新学院 【例3】作出图2-5(a)的交流负载线。已知特性曲线如图2-5(b)所示,UCC=12V,Rc=3k,RL=3k,Rb=280k。解解 首先作出直流负载线,求出Q点,如例2所示。为方便将图2-5(b)重画于图2-8。显然作一条辅助线,使其取U=6 V、I=4mA,连接该两点即为交流负载线的辅助线,过Q点作辅助线的平行线,即为交流负载线。可以看出 相一致。与按 相一致。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图2 8 例 3 中交流负载线的画法第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.交流波形的画法交流波形的画法表 2-14060402040232126
11、4.567.56第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 仍以例3为例,设输入加交流信号电压为ui=Uimsint,则基极电流将在IBQ上叠加进ib,即iB=IBQ+Ibmsint,如电路使Ibm=20A,则图图2-9 基极、基极、集电极电流和电压波形集电极电流和电压波形第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 输出电压与输入电压相位是相反的。这是共e极放大电路的特征之一。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.3.2 放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真1.由三极管特性曲线非线性引起的失真由三极管特性曲线非线性引起的失真图2 10 三极管特性的非线性引起的失真第二章 放大
12、电路分析基础延安大学西安创新学院2.工作点不合适引起的失真工作点不合适引起的失真图图2 11 静态工作点不合适产生的非线性失真静态工作点不合适产生的非线性失真第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 放大电路存在最大不失真输出电压幅值Umax或峰-峰值Up-p。最大不失真输出电压是指:当工作状态已定的前提下,逐渐增大输入信号,三极管尚未进入截止或饱和时,输出所能获得的最大不失真输出电压。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图2 12 最大不失真输出电压第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下:(1)首先作出直流负载线,求出静态工作点Q。(2
13、)作出交流负载线。根据要求从交流负载线可画出输出电流、电压波形,或求出最大不失真输出电压值。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.3.3 微变等效电路法微变等效电路法 1.三极管的三极管的h参数微变等效电路参数微变等效电路 三极管处于共e极状态时,输入回路和输出回路各变量之间的关系由以下形式表示:式中iB、iC、uBE、uCE代表各电量的总瞬时值,为直流分量和交流瞬时值之和,即输出特性:输入特性:第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院用全微分形式表示uBE和iC,则有(2-8)(2-9)第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院令第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院则
14、(2-8)、(2-9)式可写成(2-14)(2-15)则式(2-14)、(2-15)可改写成(2-16)(2-17)cebccebbeUhIhIUhIhU22211211+=+=第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图2 13 完整的h参数等效电路第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.h参数的意义和求法参数的意义和求法三极管输出交流短路时的输入电阻(也可写成hie)三极管输入交流开路时的电压反馈系数(也可写成hre)第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院三极管输出交流短路时的电流放大系数(也可写成hfe)三极管输入交流开路时的输出导纳(也可写成hoe)第二章 放大电路分析
15、基础延安大学西安创新学院图2 14 从特性曲线上求出h参数第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 由于h12、h22是uCE变化通过基区宽度变化对iC及uBE的影响,一般这个影响很小,所以可忽略不计。这样(2-16)、(2-17)式又可简化为第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图2 15 简化等效电路第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图 2 16 rbe估算等效电路第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.3.4 三种基本组态放大电路的分析三种基本组态放大电路的分析1.放大电路的性能指标放大电路的性能指标2.(1)电压放
16、大倍数Au。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(2)电流放大倍数Ai。(3)功率放大倍数Ap。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(4)输入电阻ri。(5)输出电阻ro。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院图2 17 ro测量原理图 实际中,也可通过实验方法测得ro,测量原理图如图2-17 所示。第一步令RL时,测出放大器开路电压Uo。第二步接入RL,测得相应电压为Uo。而第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院2.共共e极放大电路极放大电路图2 18 共e极放大电路及其微变等效电路第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(1)电压放大倍数电压放大倍数LcLL
17、bORRRRIU/=-=式中bbeLurRAb-=bebirIU=第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(2)电流放大倍数电流放大倍数 由等效电路图2-18(b)可得IiIb,IoIc=Ib,则考虑Rb的作用,电流在输入端存在分流关系。考虑负载Rc、RL的影响,电流在输出端也存在一个分流关系。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 (3)输入电阻输入电阻ri:由图2-18(b)可直接看出ri=Rbri,式中由于 Ui=Ibrbe,所以 ri=rbe。当Rbrbe时,则ri=Rbrberbe第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院 (4)输出电阻输出电阻ro:由于当Us=0时,I
18、b=0,从而受控源Ib=0,因此可直接得出 ro=Rc。注意,因ro常用来考虑带负载RL的能力,所以,求ro时不应含RL,应将其断开。第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(5)源电压放大倍数源电压放大倍数第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院3.共共c极放大电路极放大电路图2 19 共c极放大电路及其微变等效电路第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(1)电压放大倍数电压放大倍数第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(2)电流放大倍数电流放大倍数第二章 放大电路分析基础延安大学西安创新学院(3)输入电阻输入电阻ri:共c极放大电路输入电阻高,这是共c极电路的特点之一。
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