模拟电子电路第二章图解分析法.

2019年12月24日星期二模拟电子线路12019年12月24日星期二12―4―3放大器的主要性能指标线性放大器IoRL＋－Uo＋－UiIi图2―18放大器等效为有源二端口网络的框图放大的基本概念①幅度增大（放大）②频谱不变（波形）2019年12月24日星期二模拟电子线路2线性放大器Io+_Uo+_UiIi信号源负载信号源负载放大器二端口网络通用模型UoIoUiIi2019年12月24日星期二2电压放大器互导放大器互阻放大器电流放大器2019年12月24日星期二模拟电子线路32019年12月24日星期二3＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－UoIsAisIiRLRsRiRoIoIiAroIiRLRi＋－Ro＋－UoIsIiRoAgsUiRLRiRoIoUs＋－Rs＋－Ui图2―19放大器二端口网络模型(a)电压放大器(b)电流放大器(c)互导放大器(d)互阻放大器低频小信号放大器的三个主要指标:放大倍数、输入电阻、输出电阻2019年12月24日星期二模拟电子线路42019年12月24日星期二4一、放大倍数AiouUUA电压放大倍数电流放大倍数互导放大倍数互阻放大倍数ioiIIAiogUIAiorIUA其中，Au和Ai为无量纲的数值，而Ag的单位为西门子(S)，Ar的单位为欧姆(Ω)。有时为了方便，Au和Ai可取分贝(dB)为单位，即),(lg20),(lg20dBIIAdBUUAioiiou2019年12月24日星期二模拟电子线路52019年12月24日星期二5二、输入电阻RiiiiIUR＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo(a)电压放大器Ii2019年12月24日星期二模拟电子线路6三、输出电阻Ro00sIUooosIUR或＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo(a)电压放大器IiIo加压求流法2019年12月24日星期二62019年12月24日星期二模拟电子线路72019年12月24日星期二7四、非线性失真系数THDmnnmIITHD122由于小信号非线性失真很小，一般只在大信号工作时才考虑THD指标。普通功放THD在（1～10%），高保真功放在1%之内。当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形中除基波I1m成分之外，还包含有一定数量的谐波In,n=2,3,…，该失真为非线性失真。它是由放大电路中的非线性器件引起。2019年12月24日星期二模拟电子线路82019年12月24日星期二8放大器对输入信号中的不同频率分量具有不同的放大倍数和附加相移，输出波形相对输入波形产生畸变，称为放大器的线性失真或频率失真。这是由于放大器中含有线性电抗元件引起。五、线性失真两种失真的区别线性失真仅使信号中各频率分量的幅度和相位发生相对变化，但不会产生新的频率分量；非线性失真则产生了新的频率分量。2019年12月24日星期二模拟电子线路9静态：输入信号为零（ui=0或ii=0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。2―5放大器图解分析法2019年12月24日星期二模拟电子线路10电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和UCE（或IBQ、ICQ、和UCEQ）表示。直流通路共射极放大电路输入信号为零（ui接地）；电容开路静态等效电路uiUCCuoUCC2019年12月24日星期二模拟电子线路11动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。2019年12月24日星期二模拟电子线路12电容短路，直流量为零，UCC成为交流地动态等效电路icvce+-uoui共射极放大电路uiuoUcc2019年12月24日星期二模拟电子线路13由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。晶体三极管电路分析方法直流分析法分析指标：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：图解法、估算法交流分析法分析指标：Au、Ri、Ro分析方法：图解法、微变等效电路法2019年12月24日星期二模拟电子线路14图解法即利用三极管的输入、输出特性曲线与管外电路所确定的负载线，通过作图的方法进行求解。要求：已知三极管特性曲线和管外电路元件参数。优点：便于直接观察Q点位置是否合适，输出信号波形是否会产生失真.具有直观,形象的优点.2019年12月24日星期二模拟电子线路15符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流分量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量2019年12月24日星期二模拟电子线路162―5―1直流图解分析直流负载线方程特性曲线方程CCCCCEIiCECRiUuufiBQB)(交流通道：只考虑交流信号的分电路。直流通道：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。即分析交流输入信号为零时，放大电路中直流电压与直流电流的数值。2019年12月24日星期二模拟电子线路17RCUoUs＋V＋＋－Rs＋－UiC1RB(UCC)C2RL＋－UCC图2–16共发射极放大电路2019年12月24日星期二模拟电子线路18（1）由输入回路确定IBQ分析步骤：RBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ(a)直流通路BBECCBRUUIBCCRU7.0BCCRU2019年12月24日星期二模拟电子线路19（2）由电路输出特性确定ICQ与UCEQ写出管外输出回路直流负载线方程(UCEIC)。在输出特性曲线上作直流负载线。找出负载线与特性曲线中IB=IBQ曲线的交点，即Q点，得到ICQ与UCEQ。CCCCCERiUu2019年12月24日星期二模拟电子线路20uCE=UCC–iCRC直流负载线UCCiCuCECCCRU由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCEQ静态ICQCR1:斜率为UCC2019年12月24日星期二模拟电子线路21图2―21放大器的直流图解分析(b)Q点与RB、RC的关系uCE/V21012012340μA30μA20μA10μAiC/mA4684MNQRBQ3Q2Q4RCRBQ1RC2019年12月24日星期二模拟电子线路22例4在图2―20(a)电路中，若RB=560kΩ,RC=3kΩ,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图2―21(b)所示，试用图解法确定直流工作点。umRUUIBBEQCCBQ2002.05607.012解取UBEQ=0.7V，由估算法可得在输出特性上找两个特殊点：当uCE=0时，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M点；当iC=0时，uCE=UCC=12V，得N点。由图中Q点的坐标可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。2019年12月24日星期二模拟电子线路23确定静态工作点(方法同前)。画交流负载线。画波形，分析性能。过Q点、作斜率为-1/RL的直线即交流负载线。分析步骤:图解法直观、实用，容易看出Q点设置是否合适，波形是否产生失真，但不适合分析含有电抗元件的复杂电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。2―5―2交流图解分析其中RL=RC//RL是交流负载电阻2019年12月24日星期二模拟电子线路24RB+UCCRCC1C2RL交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！RBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ2019年12月24日星期二模拟电子线路25交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！RCuoUi＋－RBRL＋－ΔiBΔiC＋－ΔUCE2019年12月24日星期二模拟电子线路26RBUCCRCIBQICQ＋－UCEQRCuoUi＋－RBRL＋－ΔiBΔiC＋－ΔUCE(a)直流通路(b)交流通路RCUoUs＋V＋＋－Rs＋－UiC1RB(UCC)C2RL＋－UCCuCEiCiB2019年12月24日星期二模拟电子线路27RCUoUs＋V＋＋－Rs＋－UiC1RB(UCC)C2RL＋－UCCuCEiCiBRCuoUi＋－RBRL＋－ibic＋－uce2019年12月24日星期二模拟电子线路28由交流通路知：ceCEQCEcCQCuUuiIi,瞬时值直流值交流值CECEQCECCQCuUuiIi,即cLceceCEQCEiRuuUu'LCECRuik1LCQCCEQCERIiUu)(交流负载线方程RCuoUi＋－RBRL＋－ibic＋－uce2019年12月24日星期二模拟电子线路29iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)输入回路的工作波形图2―22放大器的交流图解分析2019年12月24日星期二模拟电子线路30图2―22放大器的交流图解分析(b)输出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQttuCEuCEUCCUCEQICQRL′ICQUCCRC交流负载线k＝－RL′1Q1Q2IBQA2019年12月24日星期二模拟电子线路31iBuBEQiCuCEuCE怎么变化假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit2019年12月24日星期二模拟电子线路32uce相位如何uce与ui反相！iCuCEictucetuCE也沿着负载线变化2019年12月24日星期二模拟电子线路33各点波形RB+UCCRCC1C2uitiBtiCuCEtuotuitiCuCuoiBuo比ui幅度放大且相位相反2019年12月24日星期二模拟电子线路34例输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。tuBE0QuBEiB0iCuCE0QtiBIBQiCtICQtuCE0-1/RLVCEQibui+-iBVBBiCUCCRBRC+-uBE+-uCE+-+-RLC1C2uo2019年12月24日星期二模拟电子线路35结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu(2)虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变（3）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。tuituBEUBEQiBtIBQiCtICQuCEtUCEQuo000000t图2―23共射极放大器的电压、电流波形2019年12月24日星期二模拟电子线路36（1）合适的静态工作点iCuCEuo可输出的最大不失真信号ib2-5-3直流工作点与放大器非线性失真的关系2019年12月24日星期二模拟电子线路37Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真图2―24Q点不合适产生的非线性失真（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形2019年12月24日星期二模拟电子线路38图2―24Q点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0放大器的截止失真和饱和失真.avi（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”2019年12月24日星期二模拟电子线路39LCQomRIUCESCEQomUUUUopp=2Uom放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，即放大器的最大不失真输出幅度.avi2019年12月24日星期二模拟电子线路40图2―22放大器的交流图解分析ICQiCiBmaxiBminiCQtuCEUCCUCEQICQRL′ICQUCCRC交流负载线k＝－RL′1Q1Q2IBQA2019年12月24日星期二模拟电子线路41Q点位置与波形失真：Q点过低，uO负半周易截止失真。PNP管Q点过高，uO正半周易饱和失真。Q点过低，uO正半周易截止失真。NPN管Q点过高，uO负半周易饱和失真。由于PNP管电压极性与NPN管相