第6、7讲 第2章_放大电路分析方法

发布于:2021-06-15 09:16:42

第二章 基本放大电路

第六讲 第七讲 放大电路的分析方法
一、放大电路的直流通路和交流通路 二、图解法分析放大电路 三、等效电路法分析放大电路

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第二章 基本放大电路

2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

2.3 放大电路的分析方法
◇放大电路交直流并存: 放大电路交直流并存: 静态分析——直流通路,求静态工作点:IBQ、ICQ、UCEQ 直流通路,求静态工作点 静态分析 直流通路 动态分析——交流通路,求动态参数:A 动态分析——交流通路,求动态参数:Au、Ri、Ro ——交流通路 ◇晶体管的非线性——分析方法: 晶体管的非线性——分析方法: ——分析方法 图解法 微变等效电路法 ◇分析步骤:先静态,后动态 分析步骤:先静态,

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第二章 基本放大电路

2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

2.3.1 直流通路和交流通路 1.直流通路:直流信号(ω=0)可以通过的路径。 1.直流通路:直流信号(ω=0)可以通过的路径。 直流通路 (ω=0)可以通过的路径 =0, 电容开路; 电感短路。 ① Us=0,保留Rs;②电容开路;③电感短路。 2.交流通路:交流信号( 较高 可以通过的路径。 较高) 2.交流通路:交流信号(ω较高)可以通过的路径。 交流通路 电容短路; 电感开路; 直流电源V 短路( ① 电容短路;②电感开路;③直流电源VCC短路(内 阻为0);理想电流源开路。 阻为0 理想电流源开路。

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

□基本共射放大电路的直流通路和交流通路

ui=0

直流 通路

VBB、VCC
短路

交流 通路

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□阻容耦合单管共射放大电路

的直流通路和交流通路

直流通路

交流 通路

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

练*:画图示电路的直流通路和交流通路。 练*:画图示电路的直流通路和交流通路。

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

2.3.2 图解法
静态分析( 1. 静态分析(△uI=0) (1)输入回路 (1)输入回路

iB =f(uBE)|UCE——曲线 uBE=VCC-iBRb——直线
“两线”交点——静Q点: 两线”交点——静 ——

(UBEQ、IBQ)
通常 估算: 估算:
I BQ = V BB - U BEQ Rb

输入回路负载线, 输入回路负载线 斜率:1/Rb 斜率 Q IBQ

UBEQ
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

(2) 输出回路

iC=f(uCE)|IB

——曲线

uCE = VCC ? iC Rc

——直线 ——直线

直线与I 直线与IB=IBQ那条曲线的交 ——静 点 ——静Q点:

(ICQ、UCEQ)
直线斜率为: 直线斜率为: -1/Rc ——直流负载线: ——直流负载线: 直流负载线 直流工作点的轨迹, 直流工作点的轨迹,决定于 直流通路,与信号无关。 直流通路,与信号无关。
UCEQ ICQ Q IBQ

负载线斜 率:1/Rc

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

2. 动态分析(△uI≠0) 动态分析( ?放大倍数分析 放大倍数分析 u BE = V BB + ? u I ? iB R b

斜率不变

I B = I BQ + ? iB

? iC

?u I

? u CE
?uO ?uI
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给定 ? u I → ? i B → ? i C → ? u CE ( ? u O ) → A u = ? u O 与 ? u I 反相, A u 符号为“-”。

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(1)直流负载线和交流负载线 (1)直流负载线和交流负载线

△uCE=-△iCRL′

交流负载线——过Q点,且斜率 1/RL′; 过 点 且斜率=-1/R 交流负载线 沿交载线移动,比直载线陡。 iB、iC、uCE 沿交载线移动,比直载线陡。 →∞时 二者合一。 当RL→∞时,二者合一。
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

估算最大不失真输出电压( 估算最大不失真输出电压(动态范围)

△Uopp
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

▲交流负载具体作法如下: ? 交流负载具体作法如下: 根据 取一合适的△ △uCE=-△iCRL′ ,取一合适的△iC值于纵

轴,计算出△uCE值与横轴;连接两点的直线即斜率为计算出△ 值与横轴;连接两点的直线即斜率为 的辅助线(此线有无数条 1/RL′的辅助线 此线有无数条 ; 然后过 点作一条*行于 的辅助线 此线有无数条); 然后过Q点作一条*行于 辅助线的线即为交流负载线。 辅助线的线即为交流负载线。 , 故一般情况下交流负载线比直流 由于R ' = R // R ? L c L 负载线陡。反映动态Q点移动轨迹 点移动轨迹。 负载线陡。反映动态 点移动轨迹。

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

【例1】电路如图(a)所示, 已知Rb=280k , Rc=3k , VCC=12V, 三极管输出特性曲线如图(b)所示, 试用图解法确定 静态工作点, 并作出电路的交流负载线。?

解(1)估算IBQ,(2)由

uCE = VCC ? iC Rc 作直载线
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

iC / mA 4 N 3 ICQ 2 1 M 0 2 4 辅助线 6 8 V ′ 10 U 12 UCC CC VCC 0 uCE / V 交流负载线 Q 80 ?A 60 ?A 40 ?A 20 ?A

(3)由 (3)由△uCE=-△iCRL′作交载线 =4mA→△ =6V——辅助线) (取△iC=4mA→△uCE=6V——辅助线) ——辅助线

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iC UCC RC
Q

动态分析示意图( Au、 i (2) 动态分析示意图(求Au、Ai)
iB iB

C

1 交流负载线 k =- R′C Q1 Q i Bmax IBQ i Bmin A UCC u CE u CE

i Bmax IBQ i Bmin IBQ

ICQ

ICQ

Q2 t
t UBEQ u BE u BE (a) t

UCEQ

ICQR′L

t

(b)

Au=△uCE/△uBE Ai=△iC/△iB

放大器的交流图解分析? 图: 放大器的交流图解分析? (a)输入回路的工作波形;(b)输出回路的工作波形 输入回路的工作波形; 输出回路的工作波形 输入回路的工作波形
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

3.图解法应用 3.图解法应用
(1)分析波形失真 □ 工作点不合适引起失真

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

□ 由三极管非线性特性引起的失真
iB ib IB Q ic Q ICQ iC iC ib Q
I BQ I BQ

ICQ ic ib

O ui

uBE

O UCEQ

UCC

uCE

O

UCEQ

UCC

uCE

uce

uce

(a) 因输入特性弯曲引起的失真

(b) 输出曲线簇上疏下密引起的失真

(c) 输出曲线簇上密下疏引起的失真

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

(2)估算动态范围 ) 动态范围——最大不失真输出 动态范围——最大不失真输出 —— 电压U 交载线决定) 电压 om(交载线决定 交载线决定 Uop1=UCEQ-UCES Uop2=RL′ICQ Uom决定于Uop1、Uop2中小者 决定于U
如图中为U 如图中为Uop2,则

N
直流负载线 Q IBQ

ICQ

UCES

UCEQ

VCC′

M

Uom=Uop2 /√2

Uop1

Uop2

当Uop1=Uop2=Uop时(Q在交载线MN中点), 动态范围最大:Uom=Uop/√2=Uopp/2√2
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

只改变其中一个) (3)分析电路参数对静Q点的影响(Rb、Rc、VCC只改变其中一个) 分析电路参数对静Q点的影响(

VCC/Rc

IBQ=(VCC-UBEQ)/Rb UCEQ=VCC-ICQRc
VCC

IBQ

改变(V 不变)→IBQ变,Q点沿线上下移动 2—Q3) 点沿线上下移动(Q ① Rb改变 CC、Rc不变 点沿线上下移动 改变(V 不变→I 基本不变)→斜率变 斜率变, 点沿 ② Rc改变 CC、Rb不变 BQ、ICQ基本不变 斜率变,Q点沿 IB=IBQ线左右移 2—Q1)→UCE随之改变 线左右移(Q 线*移→动态范围 ③ VCC变→线*移 动态范围、静态功耗 BQ、ICQ、UCE)改变 线*移 动态范围、静态功耗(I 改变 、
↑→线*行右移 线*行右移→ 点移向右上方(Q (VCC↑→线*行右移→Q点移向右上方(Q2_Q4) 动态范围↑ 功耗↑ 动态范围↑、功耗↑)
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4、图解法的特点 形象直观;多用于分析 点位置、 形象直观;多用于分析Q点位置、最大不失真输 出电压和失真情况 情况; 出电压和失真情况; 适用于分析 于分析输出幅值较大而工作频率不太高的情 适用于分析输出幅值较大而工作频率不太高的情 况; 须实测所用管特性,定量分析时误差较大。 须实测所用管特性,定量分析时误差较大。

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

▲*题解答
2.4 电路如图(a)所示,图(b)是晶体管的输出特性, 静态时UBEQ=0.7V。利用图解法分别求出RL=∞和RL=3kΩ时的静 态工作点和最大不失真输出电压Uom(有效值)

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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

R b c′ R
+ -

IBQ

UCC′ V BB
VCC′ VCC

解:空载时:IBQ=(VBB-UBE)/Rb=20?A,由UCEQ=VCC-ICRC作直载 线,交点Q1——空载线 BQ=20?A,ICQ=2mA,UCEQ=6V ——空载线 空载线:I ≈5.3V, /√2≈3.75V。 Uop=UCEQ-UCES≈5.3V,有效值Uom=Uop/√2≈3.75V。 带载时: =3V,c- 端戴维南等效: 带载时:RL=3V,c-e端戴维南等效:VCC′=[RL/(RC+RL)]VCC=6V, =1.5k; 作负载线, RC′=RC∥RL=1.5k;由uCE= VCC′-iCRc′作负载线,与IBQ交点 ——有载线 有载线: 20μA, 2mA, 3V; Q2——有载线:IBQ=20μA,ICQ=2mA,UCEQ=3V; Uop=UCEQ-UCES≈ 2.3V,Uom=Uop/√2≈1.63V。 2.3V, ≈1.63V。
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

2.3.3 等效电路法 1.直流模型 静态模型) 直流模型( 1.直流模型(静态模型)
I BQ = V
BB

- U R
b

BEQ

I CQ = β I BQ U
CEQ

= V CC ? I CQ R c

UBEQ取定值——输入回路 取定值 输入回路 等效为直流恒压源 输出回路等效为电流控制 的电流源 βIBQ
理想二极管极性 限定了电流方向

利用估算法求解静态工作点,实质上利用了直流模型。 利用估算法求解静态工作点,实质上利用了直流模型。
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

2.晶体管共射 参数等效模型(交流模型) 2.晶体管共射h参数等效模型(交流模型) (1)h参数等效模型的由来

u ?uBE = f (iB, CE ) —输入回路 ? u ?iC = f (iB, CE ) —输出回路

iB = f (u BE ) |U CE

iC = f (uCE ) |I B
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

? 在低频、小信号作 在低频、 用下,对输入、 用下,对输入、输出回 路方程全微分: 路方程全微分:

?uBE ?uBE ? ?duBE = ?i U CE diB + ?u I B duCE ? B CE u ? u BE = f ( i B , CE ) ? ? ?iC ?di = ?iC i C = f ( i B , CE ) u ? C U CE diB + I B du CE ? ?iB ?uCE ? duBE代表uBE的变化部分——用Ube表示,……:
电阻 无量纲
h21

?U be = h11 I b + h12U ce ? ? I c = h21 I b + h22U ce
无量纲 电导 交流等效模型(按式子画模型) 交流等效模型(按式子画模型)
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

(2)h参数的物理意义 (2)h参数的物理意义
?u h11 = BE ? iB = rbe

U CE

h12 =

?uBE ?uCE

IB

b-e间动态电阻 间动态电阻, 间动态电阻 与Q有关 有关

内反馈系 数,很小 很小

?i h21 = C ? iB

U CE



h22 =

?iC ?uCE

IB

=

1 rce

电流放大系数

c-e间电导 间电导

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(3)简化的 (3)简化的h参数等效模型
输出回路对输入回路影响, ≥1V, 忽略不计. h12—输出回路对输入回路影响,当UCE≥1V,h12<10-2,忽略不计. 输出曲线上翘程度. 在放大区,输出特性*似水*, h22—输出曲线上翘程度. 在放大区,输出特性*似水*, h22<10-5S, 化对i 影响忽略不计. 等效模型方程简化为: 化对iC影响忽略不计. 等效模型方程简化为: uCE变

h12 =

?uBE ?uCE

IB

h22 =

?iC ?uCE

IB

=

1 rce

U be = h11 I b = rbe I b I c = h 21 I b = β I b

几百kΩ——输出动态电阻 kΩ—— 1/h22=rce >几百kΩ——输出动态电阻
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点附**似线性。 ▲等效分析:当信号很小时,Q点附**似线性。 等效分析:当信号很小时, 点附**似线性

iB ? iB ?uBE uBE
△iB∝△uBE

iC

? iC
?uCE uCE

rbe

u be ? u BE = = ? iB ib

? C = β? B i i
当IBQ一定,△iC与uCE基本无关
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▲ 三极管的微变等效电路

ib

ic
β ib
rce

c b

ic uce

ib

ube

rbe

uce

ube
e

ib

b
rbe

β ib

c

rce很大, 很大, 一般忽略。 一般忽略。

e
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2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

(4)rBE的*似公式
U be = I b r bb ' + I e r b ′e ′ I e = (1 + β)I r be = r b ′e ′ =
b

rbe

U be UT = = rbb' + rb'e ≈ rbb' + (1 + β) Ib I EQ
=100~ rbb′=100~300Ω, UT= 26mV
b ′e ′

U be = I b r bb ' + (1 + β)I

b

r b ′e ′ = I b [r bb ' + (1 + β)r
b ′e ′

]

U be = r bb ' + (1 + β)r Ib 26(mV) 26 = (Ω) I EQ (mA) I EQ 26 (Ω) I EQ

基区体电阻 发射结电阻 发射区体电阻 数值小可忽略

r be = r bb ' + (1 + β)

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3.用等效电路法分析放大电路 用等效电路法分析放大电路 等效
Ri Ro

& & & U i = I i ( R b + rbe ) = I b ( R b + rbe ) & & & U o = ? I c Rc = ? β I b Rc
& & = U o = ? β Rc Au & Ui R b + rbe
Ui Ri = = R b + rbe Ii

(1)静态分析—直流通路求静Q点 (1)静态分析—直流通路求静Q 静态分析 (2)动态分析 交流通路A 动态分析— (2)动态分析—交流通路Au、Ri、Ro 画微变等效电路(交流通路) ① 画微变等效电路(交流通路) ②
26 rbe = rbb' + (1 + β ) (?) I EQ

计算A ③ 计算Au、Ri、Ro

Ro =

Uo Io

U s =0

RL =∞ =

Uo = Rc U o / Rc
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例1:基本共射放大电路分析
(1)静态分析——直流通路 (1)静态分析——直流通路 静态分析—— IBQ=(VBB-UBE)/Rb=0.035mA

β = 80
rbb' = 200?

UBE=0.65V

I CQ = βI BQ ≈ 2.8mA ′ ′

U CEQ = VCC ? I CQ Rc ≈ 3.8V
(2)动态分析——交流通路 (2)动态分析——交流通路 动态分析——

UT rbe ≈ rbb' + (1 + β ) ≈ 952? I EQ
& = U o ? β ( Rc ∥ RL ) ≈ ?11 Au Ui Rb + rbe Ri = Rb + rbe ≈ 11k? Ro = Rc = 3k?
(a)直流通路 (a)直流通路 (b)交流通路 (b)交流通路
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▲阻容耦合共射放大电路的动态分析
' & & U o ? I c ( Rc ∥ RL ) β RL & Au = = =? & Ui I b rbe rbe

& & & & = U o = U i ? U o = Ri ? A & Aus u & & & U s U s U i Rs + Ri

Ri = R b ∥ rbe ≈ rbe

Ro = Rc

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第二章 基本放大电路

2.3放大电路的分析方法 2.3放大电路的分析方法

例2:阻容耦合共射放大电路分析 电路如图, β = 80, rbe = 1k ? ,静态时UBEQ 可略,电容对交流可视为短路。 (1)求静Q点; (2)求解Au、Ri、Ro和Aus。 解:(1)直流通路求静Q点 (1)直流通路求静Q 直流通路求静
I BQ = VCC ? U BEQ Rb ≈ 200?A

I CQ = β I BQ ≈ 1.6mA U CEQ = VCC ? I CQ Rc ≈ 7.2V

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第二章 基本放大电路

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(2) 交流通路计算动态参数

Ri
β = 80,rbe = 1k?

Ro Ui=Ii(Rb∥rbe)=Ibrbe

β ( Rc ∥ RL ) Uo=-βIb(Rc∥RL) & U Au = o = ? ≈ ?120 Ui rbe Ui=Us.Ri/(Rs+Ri) & & & & = U o = U i ? U o = ? Ri ? β ( Rc ∥ RL ) = ?60 Aus & & & U U U R +R r
s s i s i be

Ri = Rb ∥ rbe ≈ 1k? Ro = Rc = 3k?

讨论:提高Au途径?(β、IEQ、RL?)
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