基本放大電路的分析方法

1、3.2 基本放大電路的分析方法 3.2.1 放大電路的靜態(tài)分析 放大電路的靜態(tài)分析有計(jì)算法和圖解分析法兩種。 （1）靜態(tài)工作狀態(tài)的計(jì)算分析法 根據(jù)直流通路可對(duì)放大電路的靜態(tài)進(jìn)行計(jì)算 (03.08) IC=b IB (03.09)VCE=VCCICRc (03.10) IB、IC和VCE這些量代表的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。 在測(cè)試基本放大電路時(shí)，往往測(cè)量三個(gè)電極對(duì)地的電位VB、VE和VC即可確定三極管的工作狀態(tài)。 （2）靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析法 放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析如圖03.08所示。圖03.08 放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析 直流負(fù)載線的確定方法： 1 / 20 1. 由

2、直流負(fù)載列出方程式VCE=VCCICRc 2. 在輸出特性曲線X軸及Y軸上確定兩個(gè)特殊點(diǎn)¾¾VCC和VCC/Rc,即可畫(huà)出直流負(fù)載線。 3. 在輸入回路列方程式VBE =VCCIBRb 4. 在輸入特性曲線上，作出輸入負(fù)載線，兩線的交點(diǎn)即是Q。 5. 得到Q點(diǎn)的參數(shù)IBQ、ICQ和VCEQ。 例3.1：測(cè)量三極管三個(gè)電極對(duì)地電位如圖03.09所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。 圖03.09 三極管工作狀態(tài)判斷 例3.2：用數(shù)字電壓表測(cè)得VB =4.5 V 、VE =3.8 V 、VC =8 V，試判斷三極管的工作狀態(tài)。 電路如圖03.10所示圖03.10 例3.2電路圖 3.2

3、.2 放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析 (1) 交流負(fù)載線 交流負(fù)載線確定方法： 1. 通過(guò)輸出特性曲線上的Q點(diǎn)做一條直線，其斜率為1/RL'。 2. RL'= RLRc，是交流負(fù)載電阻。 3. 交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)，工作點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)軌跡。 4. 交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相交，通過(guò)Q點(diǎn)。 圖03.11 放大電路的動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析 (2) 交流工作狀態(tài)的圖解分析 動(dòng)畫(huà)    圖03.12 放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析（動(dòng)畫(huà)3-1） 通過(guò)圖03.12所示動(dòng)態(tài)圖解分析，可得出如下結(jié)論： 1. vi®­ vBE®­ iB®

4、­ iC®­ vCE®¯ |-vo| ­； 2. vo與vi相位相反； 3. 可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 可以確定最大不失真輸出幅度。 (3) 最大不失真輸出幅度 波形的失真 飽和失真由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。 截止失真由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。   （動(dòng)畫(huà)3-2）     示波器圖形  (a) 截止失真 (b) 飽和失真 圖03.13 放大器的截止失真和飽和失真（動(dòng)畫(huà)3-3） 放大電路的最大不失真輸出幅度 放大電

5、路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1. 工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位； 2. 要有合適的交流負(fù)載線。  動(dòng)畫(huà)    圖03.14 放大器的最大不失真輸出幅度（動(dòng)畫(huà)3-4） (4) 非線性失真 放大器要求輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間是線性關(guān)系，不能產(chǎn)生失真。 由于三極管存在非線性，使輸出信號(hào)產(chǎn)生了非線性失真。 非線性失真系數(shù)的定義：在某一正弦信號(hào)輸入下，輸出波形因非線性而產(chǎn)生失真，其諧波分量的總有效值與基波分量之比，用THD表示，即 (5) 輸出功率和功率三角形 放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率: 在輸出特性曲線上，正好是三角形DABQ的面積，這一三

6、角形稱為功率三角形。要想Po大，就要使功率三角形的面積大，即必須使 Vom 和Iom 都要大。圖03.15 功率三角形   3.2.3 三極管的低頻小信號(hào)模型 (1) 模型的建立 1. 三極管可以用一個(gè)模型來(lái)代替。 2. 對(duì)于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。 3. 小信號(hào)意味著三極管在線性條件下工作，微變也具有線性同樣的含義。 三極管的低頻小信號(hào)模型如圖03.16所示。圖03.16 雙極型三極管h參數(shù)模型 （2) 模型中的主要參數(shù) rbe三極管的交流輸入電阻 根據(jù)二極管的方程式 對(duì)于三極管的發(fā)射結(jié) b'相當(dāng)基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)，b才是基極。所以其動(dòng)態(tài)電導(dǎo)為 reb'VT /

7、 iE re=reb'|QVT /IEQ=26 mV/ IEQ rbe|Q= rbb' +(1+b) VT / iE300 W+(1+b)26 mV/ IEQ （03.11）對(duì)于小功率三極管rbb 300 W，高頻管rbb' 50W相當(dāng)于基區(qū)的體電阻。 b ib輸出電流源 表示三極管的電流放大作用。反映了三極管具有電流控制電流源CCCS的特性。 (3) h參數(shù) 三極管的模型也可用網(wǎng)絡(luò)方程導(dǎo)出。三極管的輸入和輸出特性曲線如下： ，稱為輸入電阻，即 rbe。 ，稱為電壓反饋系數(shù)。 ，稱為電流放大系數(shù)，即b。 ，稱為輸出電導(dǎo)，即1 / rce。h參數(shù)的物理含義見(jiàn)圖03.17和

8、圖03.18。圖03.17 h11和h12的意義 h參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 h參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。 h參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對(duì)交流小信號(hào)的分析 圖03.18 h21和h22的意義 (4) h參數(shù)微變等效電路簡(jiǎn)化模型 簡(jiǎn)化的三極管h參數(shù)模型，如圖03.19所示。圖中作了兩處忽略 h12反映三極管內(nèi)部的電壓反饋，因數(shù)值很小，一般可以忽略。 h22=1/rce具有電導(dǎo)的量綱，與電流源并聯(lián)時(shí)，因分流極小，可作開(kāi)路處理。圖03.19 三極管簡(jiǎn)化h參數(shù)模型 3.2.4 共射組態(tài)基本放大電路微變等效電路分析法 (1) 共射組態(tài)基本放大電路 共發(fā)射極交流基本放大電路如

9、圖03.20（a）所示。 Rb1和Rb2系偏置電阻。 C1是耦合電容，將輸入信號(hào)vi耦合到三極管的基極。 Rc是集電極負(fù)載電阻。 Re是發(fā)射極電阻，Ce是Re的旁路電容。 C2是耦合電容，將集電極的信號(hào)耦合到負(fù)載電阻RL上。 Rb1、Rb2、Rc和Re處于直流通路中，如圖03.20（b）。RC 、RL相并聯(lián)，處于輸出回路的交流通路之中。 (a) 共射基本放大電路（動(dòng)畫(huà)3-5） (b) h參數(shù)微變等效電路（動(dòng)畫(huà)3-6） 圖03.20 共射組態(tài)交流基本放大電路及其微變等效電路 (2) 直流計(jì)算 圖03.20電路的直流通路如圖03.21(a)所示，用戴維寧定理進(jìn)行變換后如圖03.21(b)所示。因此

10、靜態(tài)計(jì)算如下： IB=( VCCVBE)/ Rb+(1+b)Re (03.12) VCC= VCC Rb2 / (Rb1+Rb2) (03.13) Rb= Rb1Rb2 (03.14) IC=bIB VC= VCCICRc VCE= VCC ICRcIERe= VCCIC(Rc+Re) (03.15)(a) 直流通路 (b) 用戴維定理進(jìn)行變換 圖03.21 基本放大電路的直流通路 (3) 交流計(jì)算 根據(jù)圖03.20(b)的微變等效電路，有 RL= Rc RL 電壓放大倍數(shù)Av Av = = RL / rbe (03.16) 輸入電阻Ri Ri = = rbe / Rb1/ Rb2rbe =

11、rbb +(1+)26 mV/ IE =300+(1+)26 mV/ IE (03.17) 根據(jù)圖03.04(a)求輸出電阻的原理，應(yīng)將圖03.20(b)微變等效電路的輸入端短路，將負(fù)載開(kāi)路。在輸出端加一個(gè)等效的輸出電壓。于是輸出電阻Ro Ro = rceRcRc (03.18)  3.2.5 共集組態(tài)基本放大電路 共集組態(tài)基本放大電路如圖03.22所示，其直流工作狀態(tài)和動(dòng)態(tài)分析如下。 (a) 共集組態(tài)放大電路 (b) CC放大電路直流通路 圖03.22 共集組態(tài)放大電路及其直流通路 (1) 直流分析 將共集組態(tài)基本放大電路的直流通路畫(huà)于圖03.22(b)之中，于是有IB=( VCC

12、VBE)/ Rb+(1+b)Re IC=bIBVCE= VCCIERe= VCCICRe (2) 交流分析 將圖03.22(a)的CC放大電路的中頻微變等效電路畫(huà)出，如圖03.23所示。 中頻電壓放大倍數(shù) (03.19) 比較共射和共集組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，它們的分子都是b乘以輸出電極對(duì)地的交流等效負(fù)載電阻，分母都是三極管基極對(duì)地的交流輸入電阻。 圖03.23 CC組態(tài)微變等效電路 圖03.24 求Ro的微變等效電路（動(dòng)畫(huà)3-7） 輸入電阻 Ri=Rb1/ Rb2/rbe +(1+b)RL) (03.20) /Re輸出電阻 輸出電阻可從圖03.24求出。將輸入信號(hào)源 短路，負(fù)載開(kāi)路，由所加的等效輸出信號(hào)Vo可以求出輸出電流     3.2.6 共基組態(tài)基本放大電路 共基組態(tài)放大電路如圖03.25所示，其直流通路如圖03.26所示。 圖03.25 共基組態(tài)放大電路 圖03.26 共基放大電路的直流通路 (1) 直流分析 與共射組態(tài)相同。 (2) 交流分析 共基極組態(tài)基本