7放大电路的分析方法

1一、复习引入一般情况下，在放大电路中直流量和交流信号总是共存的。对于放大电路的分析一般包括两个方面的内容：静态工作情况和动态工作情况的分析。前者主要确定静态工作点（直流值），后者主要研究放大电路的动态性能指标。二、新授（一）估算法工程估算法也称近似估算法，是在静态直流分析时，列出回路中的电压或电流方程用来近似估算工作点的方法，本章的静态工作点求解，就应用了近似估算法。例如在UCCUBE条件下，由基极回路得IB=(UCC-UBE)/Rb≈UCC/Rb如果三极管工作在放大区，则IC≈βIB由图的输出回路，有UCE=UCC-ICRC对于任何一种电路只要确定了IC、UCE，即确定了电路的静态工作点。在电子元器件选择计算时，常用经验公式。这些公式就是运用估算法得出的。（二）微变等效电路分析法21．三极管的微变等效模型所谓“微变”是指微小变化的信号，即小信号。在低频小信号条件下，工作在放大状态的三极管在放大区的特性可近似看成线性的。这时，具有非线性的三极管可用一线性电路来等效，称之为微变等效模型。（1）三极管基极与发射极之间等效交流电阻rbe当三极管工作在放大状态时，微小变化的信号使三极管基极电压的变化量△uBE只是输入特性曲线中很小的一段，这样△iB与△uBE可近似看作线性关系，用一等效阻rbe来表示，即rbe=△uBe/△iBrbe称为三极管的共射输入电阻，通常用下式估算rbe=rbb’+(1+β)re对于低频小功率管rbb′约为几百欧（常取300），高频管和大功率管约为几欧至几十欧。根据PN结的伏安特性可导出室温下发射结结电阻re=UT/IE=26mV/IE,IE为发射极静态电流，单位为mA。因此，对于低频小功率管，rbe=估算式可写成rbe≈300+(1+β)UT/IE=300+(1+β)26mV/IEmArbe≈300+β26mV/IcmA(）3rbe是动态电阻，只能用于计算交流量，式仅适用于0.1mA＜IC＜5mA范围内，否则将产生较大误差。（2）三极管集电极与发射极之间等效为受控电流源工作在放大状态的三极管，其输出特性可近似看作为一组与横轴平行的直线，即电压uCE变化时，电流IC几乎不变，呈恒流特性。只有基极电iB变化，ic才变化，并且ic=βiB，因此，三极管集电极与发射极之间可用一受控电流βiB来等效，其大小受基极电流ib的控制，反映了三极管的电流控制作用。图中，受控电流源βiB也可用gmub’e表示。gm为比例系数，称为跨导，它定义为gm=ic/ube’|ucc=0=1/regm表示基极电压对集电极电流的控制能力，单位为毫西门子（ms）。gm为一实数，与三极管工作点有关，而与频率无关。gm越大，管子的放大能力越强。由此，由此得出图所示三极管简化微变等效电路。VTibe+－+－ubecibucerbeβib+－ebcube+－ib（a）（b）图1三极管简化微变等效电路41、三极管放大电路的微变等效电路分析三极管的微变等效电路分析法只能用于放大电路的动态分析，而不能用于静态分析。画出共射基本放大电路的微变等效电路，如图2所示。从图中可以看出，输入电阻Ri为Rb与rbe的并联值，所以输入电阻为RRrRiiβiSusbbebbi++－－iicLRuo+－ui图2Ri基本共射电路的微变等效电路Ri=Rb//rbe≈rbe当us被短路时，ib=0,ic=0，从输出端看进去，只有电阻Rc，所以输出电阻为R0=RC从图2中输入回路可以看出Ui=ibrbe令RL′=RC//RL，其输出电压为UO=-ic(RC//RL)=-icRL′=-βibRL′因此，电压放大倍数为Au=uo/ui=-iβRL/rbe式中，负号表示U0志ur相位相反。源电压放大倍数为Aus=uo/ui=ui/us·uo/ui=由于Rbrbe,可得Aus=Rb//rbe/(Rs+Rb)//rbe·Au≈-rbe/(Rs+rbe)·βRL′/rbe=β5RL′(Rs+rbe)例1某电子设备中一级放大电路如图1（a）所示,已知IEQ=1.9mA,β=50,信号源内阻Rs=500，试估算Au、Aus、Ri、Ro。解：首先画出该电路的交流通路如图2（a）所示，因为电阻Rel未并接旁路电容，三极管发射极通过Rel接地。将三极管用简化微变等效模型替换，画出该电路的微变等效电路如图2（c）所示。（1）求rbe由于IC≈IEQ=1.9mA为已知.故rbe≈300+β26mV/ICmA=300+50×2.6/2.9()≈998注意!若ic未知,则必须通过静态分析先求出IC。R20KΩRR10KΩR2KΩR2KΩR200ΩR2KΩCCC50uFVT+Ucc+12V2＋－ee21b1b2Le1usc+－suiRRRRRRVT＋－b1b2Le1usc+－s+－uoui（a）电路图（b）交流通路6RRRRRR＋－b1b2Le1usc+－s+－uobecierbeβibiicbRRii`uiRRRRbe1cs+－uobecierbeβibiicbio（c）微变等效电路（d）求的等效电路图3例1的图（2）求输入电阻Ri从图3（c）可以看出，输入电阻Ri为Rb1、Rb2与、Rel支路的等效电阻Ri′三者并联。rbe与Rel中流过电流不同，流过rbe的电流为ib，而流过Rel的电流为ie，故rbe与Rel不能直接串联相加。因为ui=ibrbe+ieRel=ib[rbe+(1+β)Rel]所以Ri′=ui/ib=rbe+(1+β)Rel故Ri=Rb1//Rb2//Ri′=Rb//Ri′即Ri=Rb//[rbe+(1+β)Rel]则由公式可算出本题的Ri=6.69k（3）求输出电阻Ro7当us被短路且RL→∞时，如图3（b）所示，由KVL可得ibrbe+(1+β)ibRel+ib(Rs//Rb)=0ib=0即受控电流源开路，则ic=0R0=uo/io=uo/iRcR0=RC则本题中的R0=3.9k（4）求放大倍数Au令RL′=RC//RL，因为uo=-icRL′=-βibRL′，所以Au=uo/ui=-βRL′/(rbe+(1+β)Rel)式中，负号表示uo与ui相伴相反。代入数据得Au=-6.43（5）求源电压放大倍数AusAus=uo/us=(uo/ui)·（ui/us）=Au·iiRi/ii(Rs+Ri)=Ri/(Rs+Ri)Au代入数据或得Aus=-5.98作业布置1、放大电路的输入电阻Ri愈；由向信号源索取的电流愈小；输出电阻R0愈，则带负载能力愈强。（a.大b.小）2、试画出图中各电路的直流通路和交流通路。设和电路中的电容均足够大。83、试估算图中各电路的静态工作点（只列出IBQ、ICQ和UCEQ的表达式）。RRRRCCCVT+Ucc2ee21be1c+－ui＋－RRRRRCCCVT+Ucc2ee1b1b2c2c1+－uiC3＋－uo（a）(b)习题2、3的图