基本放大电路的分析方法

3.2基本放大电路的分析方法3.2.1放大电路的静态分析放大电路的静态分析有计算法和图解分析法两种。（1）静态工作状态的计算分析法根据直流通路可对放大电路的静态进行计算(03.08)IC=IB(03.09)VCE=VCC－ICRc(03.10)IB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位VB、VE和VC即可确定三极管的工作状态。（2）静态工作状态的图解分析法放大电路静态工作状态的图解分析如图03.08所示。图03.08放大电路静态工作状态的图解分析直流负载线的确定方法：1.由直流负载列出方程式VCE=VCC－ICRc2.在输出特性曲线X轴及Y轴上确定两个特殊点VCC和VCC/Rc,即可画出直流负载线。3.在输入回路列方程式VBE=VCC－IBRb4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和VCEQ。例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图03.09所示，试判断三极管的工作状态。图03.09三极管工作状态判断例3.2：用数字电压表测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，试判断三极管的工作状态。电路如图03.10所示图03.10例3.2电路图3.2.2放大电路的动态图解分析(1)交流负载线交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/RL'。2.RL'=RL∥Rc，是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。4.交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。图03.11放大电路的动态工作状态的图解分析(2)交流工作状态的图解分析动画图03.12放大电路的动态图解分析（动画3-1）通过图03.12所示动态图解分析，可得出如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|；2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。(3)最大不失真输出幅度①波形的失真饱和失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。（动画3-2）示波器图形(a)截止失真(b)饱和失真图03.13放大器的截止失真和饱和失真（动画3-3）②放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。动画图03.14放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）(4)非线性失真放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真。非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，即(5)输出功率和功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率:在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。要想Po大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。图03.15功率三角形3.2.3三极管的低频小信号模型(1)模型的建立1.三极管可以用一个模型来代替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。三极管的低频小信号模型如图03.16所示。图03.16双极型三极管h参数模型（2)模型中的主要参数①rbe——三极管的交流输入电阻根据二极管的方程式对于三极管的发射结b'相当基区内的一个点，b才是基极。所以其动态电导为reb'≈VT/iEre=reb'Q≈VT/IEQ=26mV/IEQrbeQ=rbb'+(1+)VT/iE≈300+(1+)26mV/IEQ（03.11）对于小功率三极管rbb’≈300，高频管rbb'≈50相当于基区的体电阻。②ib——输出电流源表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性。(3)h参数三极管的模型也可用网络方程导出。三极管的输入和输出特性曲线如下：，称为输入电阻，即rbe。，称为电压反馈系数。，称为电流放大系数，即。，称为输出电导，即1/rce。h参数的物理含义见图03.17和图03.18。图03.17h11和h12的意义h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。h参数与工作点有关，在放大区基本不变。h参数都是微变参数，所以只适合对交流小信号的分析图03.18h21和h22的意义(4)h参数微变等效电路简化模型简化的三极管h参数模型，如图03.19所示。图中作了两处忽略①h12反映三极管内部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。②h22=1/rce具有电导的量纲，与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。图03.19三极管简化h参数模型3.2.4共射组态基本放大电路微变等效电路分析法(1)共射组态基本放大电路共发射极交流基本放大电路如图03.20（a）所示。Rb1和Rb2系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通路中，如图03.20（b）。RC、RL相并联，处于输出回路的交流通路之中。(a)共射基本放大电路（动画3-5）(b)h参数微变等效电路（动画3-6）图03.20共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路(2)直流计算图03.20电路的直流通路如图03.21(a)所示，用戴维宁定理进行变换后如图03.21(b)所示。因此静态计算如下：IB=(VCC′－VBE)/[Rb′+(1+)Re](03.12)VCC′=VCCRb2/(Rb1+Rb2)(03.13)Rb′=Rb1∥Rb2(03.14)IC=IBVC=VCC－ICRcVCE=VCC－ICRc－IERe=VCC－IC(Rc+Re)(03.15)(a)直流通路(b)用戴维定理进行变换图03.21基本放大电路的直流通路(3)交流计算根据图03.20(b)的微变等效电路，有RL′=Rc∥RL电压放大倍数AvAv==－βRL’/rbe(03.16)输入电阻RiRi==rbe//Rb1//Rb2≈rbe=rbb’+(1+β)26mV/IE=300Ω+(1+β)26mV/IE(03.17)根据图03.04(a)求输出电阻的原理，应将图03.20(b)微变等效电路的输入端短路，将负载开路。在输出端加一个等效的输出电压。于是输出电阻RoRo=rce∥Rc≈Rc(03.18)3.2.5共集组态基本放大电路共集组态基本放大电路如图03.22所示，其直流工作状态和动态分析如下。(a)共集组态放大电路(b)CC放大电路直流通路图03.22共集组态放大电路及其直流通路(1)直流分析将共集组态基本放大电路的直流通路画于图03.22(b)之中，于是有IB=(VCC′－VBE)/[Rb′+(1+)Re]IC=IBVCE=VCC－IERe=VCC－ICRe(2)交流分析将图03.22(a)的CC放大电路的中频微变等效电路画出，如图03.23所示。①中频电压放大倍数(03.19)比较共射和共集组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是乘以输出电极对地的交流等效负载电阻，分母都是三极管基极对地的交流输入电阻。图03.23CC组态微变等效电路图03.24求Ro的微变等效电路（动画3-7）②输入电阻Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+)RL′)](03.20)//Re③输出电阻输出电阻可从图03.24求出。将输入信号源短路，负载开路，由所加的等效输出信号Vo′可以求出输出电流3.2.6共基组态基本放大电路共基组态放大电路如图03.25所示，其直流通路如图03.26所示。图03.25共基组态放大电路图03.26共基放大电路的直流通路(1)直流分析与共射组态相同。(2)交流分析共基极组态基本放大电路的微变等效电路如图03.27所示。图03.27CB组态微变等效电路①电压放大倍数Av==βRL′/rbe②输入电阻Ri==[rbe/(1+β)]∥Re≈rbe/(1+β)(03.22)③输出电阻Ro≈Rc例1例2