第二章 放大电路分析基础

第二章放大电路分析基础第二章放大电路分析基础2.1放大电路工作原理2.2放大电路的直流工作状态2.3放大电路的动态分析2.4静态工作点的稳定及其偏置电路2.5多级放大电路电子课件二第二章放大电路分析基础2.1放大电路工作原理2.1.1电路的组成原理Uo＋－－＋UiUsRsRbC1Rc＋＋UBBVUCC＋C2RL－图2-1共发射极基本放大电路第二章放大电路分析基础(1)为保证三极管V工作在放大区,发射结必须正向运用;集电结必须反向运用。图中Rb,UBB即保证e结正向运用;Rc,UCC保证c结反向运用。（2）图中Rs为信号源内阻；Us为信号源电压；Ui为放大器输入信号。电容C1为耦合电容,其作用是:使交流信号顺利通过加至放大器输入端，同时隔直流,使信号源与放大器无直流联系。C1一般选用容量大的电解电容,它是有极性的,使用时,它的正极与电路的直流正极相连,不能接反。C2的作用与C1相似,使交流信号能顺利传送至负载,同时,使放大器与负载之间无直流联系。第二章放大电路分析基础图2–2单电源共发射极放大电路第二章放大电路分析基础2.1.2直流通路和交流通路图2-2电路的直流通路和交流通路可画成如图2-3(a)、(b)所示。图2–3基本共e极电路的交、直流通路(b)交流通路RbRc＋UCCUo＋－UsRsRbRc＋RL(a)直流通路－第二章放大电路分析基础放大电路的分析主要包含两个部分:直流分析,又称为静态分析,用于求出电路的直流工作状态,即基极直流电流IB;集电极直流电流IC;集电极与发射极间直流电压UCE。交流分析,又称动态分析,用来求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻三项性能指标。第二章放大电路分析基础2.2放大电路的直流工作状态2.2.1解析法确定静态工作点由图2-3(a)所示,首先由基极回路求出静态时基极电流IBQ:bBECCBQRUUI硅管VVUBE7.0,8.06.0取VVUBE2.0,3.01.0取锗管第二章放大电路分析基础cCCCCEQBQCQRIUUII根据三极管各极电流关系,可求出静态工作点的集电极电流ICQ：再根据集电极输出回路可求出UCEQ第二章放大电路分析基础【例1】估算图2-2放大电路的静态工作点。设UCC=12V,Rc=3kΩ,Rb=280kΩ,β＝５０。解根据公式(2-1)、(2-3)、(2-4)VUmAIAmAICEQCQBQ63212204.05040040.02807.012第二章放大电路分析基础2.2.2图解法确定静态工作点将图2-3(a)直流通路改画成图2-4(a)。由图a、b两端向左看,其iC~uCE关系由三极管的输出特性曲线确定,如图2-4(b)所示。由图a、b两端向右看,其iC～uCE关系由回路的电压方程表示:uCE=UCC-iCRcuCE与iC是线性关系,只需确定两点即可:第二章放大电路分析基础图2–4静态工作点的图解法(a)(b)bRciBuCEOiCaUCC4iB3iB2iB1iB0iCUCCRcUCCMNuCE直流负载线M(c)(d)iBuCEiC4iB3iB2iB1iB0UCCRcNUCCICQUCEQOOQ＝IBQ第二章放大电路分析基础由上可得出用图解法求Q点的步骤:(1)在输出特性曲线所在坐标中,按直流负载线方程uCE=UCC-iCRc,作出直流负载线。(2)由基极回路求出IBQ。(3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线,与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。第二章放大电路分析基础【例2】如图2-5(a)所示电路,已知Rb=280kΩ,Rc=3kΩ,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图2-5(b)所示,试用图解法确定静态工作点。图2–5例2电路图第二章放大电路分析基础解首先写出直流负载方程,并作出直流负载线:CCCCCERiUu.,,,4312,0;,12,0即得直流负载线连接这两点点得点得NmARUiuMVUuicCCCCECCCEC然后,由基极输入回路,计算IBQAmARUUIbBECCBQ4004.0102807.0123直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点,即为Q点,从图上查出IBQ=40μA,ICQ=2mA,UCEQ=6V,与例1结果一致。第二章放大电路分析基础2.2.3电路参数对静态工作点的影响1.Rb对Q点的影响图2–6电路参数对Q点的影响iCNORb＜RbQ2QQ1Rb＞RbIBQ2IBQIBQ1MuCEiCNOQ1QQ2Rc＞RcMuCERc＜Rc(b)Rc变化对Q点的影响(a)Rb变化对Q点的影响iCNOQ2Q1MuCEQUCC＞UCCUCC＜UCC(c)UCC变化对Q点的影响212IBQ121Rb增大，IBQ减小，Q点沿直流负载线下移；Rb减小，IBQ增大，Q点沿直流负载线上移。如图2-6(a)所示。第二章放大电路分析基础2.Rc对Q点的影响Rc的变化,仅改变直流负载线的N点,即仅改变直流负载线的斜率。Rc减小,N点上升,直流负载线变陡,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线右移。Rc增大,N点下降,直流负载线变平坦,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线向左移。如图2-6(b)所示。第二章放大电路分析基础3.UCC对Q点的影响UCC的变化不仅影响IBQ,还影响直流负载线,因此,UCC对Q点的影响较复杂。UCC上升,IBQ增大,同时直流负载线M点和N点同时增大,故直流负载线平行上移,所以工作点向右上方移动。UCC下降,IBQ下降,同时直流负载线平行下移。所以工作点向左下方移动。如图2-6(c)所示。实际调试中,主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点,而很少通过改变UCC来改变工作点。第二章放大电路分析基础2.3放大电路的动态分析2.3.1图解法分析动态特性1.交流负载线的作法图2–7交流负载线的画法iC/mANOQ交流负载线MuCE/VUUCEQUCCUCCI直流负载线′第二章放大电路分析基础交流负载线具有如下两个特点:(1)交流负载线必通过静态工作点,因为当输入信号ui的瞬时值为零时,如忽略电容C1和C2的影响,则电路状态和静态时相同。(2)另一特点是交流负载线的斜率由表示。'LR第二章放大电路分析基础过Q点,作一条的直线,就是交流负载线。'/LRIU具体作法如下:首先作一条的辅助线(此线有无数条),然后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线,如图2-7所示。由于,故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距,再与Q点'/LRIULcLRRR//'''LCQCEQCCRIUU连接Q点和点即为交流负载线。'CCU第二章放大电路分析基础【例3】作出图2-5(a)的交流负载线。已知特性曲线如图2-5(b)所示,UCC=12V,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,Rb=280kΩ。解首先作出直流负载线,求出Q点,如例2所示。为方便将图2-5(b)重画于图2-8。显然作一条辅助线,使其取ΔU=6V、ΔI=4mA,连接该两点即为交流负载线的辅助线,过Q点作辅助线的平行线,即为交流负载线。可以看出相一致。与按kRRRLcL5.1//'kRIUL5.1'VUCC9'VRIUULCCEQCC95.126''相一致。第二章放大电路分析基础图2–8例3中交流负载线的画法80AuCE/V012QN1234iC/mA640A60A20A0248M10UCCUCC交流负载线辅助线ICQ′第二章放大电路分析基础2.交流波形的画法表2-140604020402321264.567.56tAiB/mAiC/VuCE/021232第二章放大电路分析基础仍以例3为例,设输入加交流信号电压为ui=Uimsinωt,则基极电流将在IBQ上叠加进ib,即iB=IBQ+Ibmsinωt,如电路使Ibm=20μA,)(sin2040AtiB图2-9基极、集电极电流和电压波形tOtOuBE/mVuitOiib604020IBQtOiC/mAic321ICQtOuCE/V7.564.5UCEQuceUBEQui/mV第二章放大电路分析基础输出电压与输入电压相位是相反的。这是共e极放大电路的特征之一。uUutIIiIitIIiIitUUuUuceCEQCEcmCQCCQCbmBQbBQBbemBEQbeBEQBEsinsinsinUce=-icRc=-RcIcmsint第二章放大电路分析基础2.3.2放大电路的非线性失真1.由三极管特性曲线非线性引起的失真图2–10三极管特性的非线性引起的失真iBIBOQuiib(a)因输入特性弯曲引起的失真uBEiCicICQQUCEQuceUCCuCEOIBQib(b)输出曲线簇上疏下密引起的失真iCICQicQOUCEQuceUCCuCEibIBQ(c)输出曲线簇上密下疏引起的失真第二章放大电路分析基础2.工作点不合适引起的失真图2–11静态工作点不合适产生的非线性失真QQ交流负载线iCtOiCiBuCEuCEt交流负载线iCiCiBOtuCEuCEO(a)截止失真(b)饱和失真tICQiCOOuCEUCEQICQiCuCEUCEQO第二章放大电路分析基础放大电路存在最大不失真输出电压幅值Umax或峰-峰值Up-p。最大不失真输出电压是指:当工作状态已定的前提下,逐渐增大输入信号,三极管尚未进入截止或饱和时,输出所能获得的最大不失真输出电压。如ui增大首先进入饱和区,则最大不失真输出电压受饱和区限制,Ucem=UCEQ-Uces;如首先进入截止区,则最大不失真输出电压受截止区限制,Ucem=ICQ·R,最大不失真输出电压值,选取其中小的一个。如图2-12所示,),('cesCEQLCQUURI所以'LCQcemRIU3.输入信号幅值过大会引起双向失真第二章放大电路分析基础图2–12最大不失真输出电压ICQRLO246810121416UCEQiC/mA32BICQ直流负载线20AiB＝120A交流负载线DA0AuCE/VQCUces最大不失真输出波形失真输出波形40A60A80A100A′第二章放大电路分析基础关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下:(1)首先作出直流负载线,求出静态工作点Q。(2)作出交流负载线。根据要求从交流负载线可画出输出电流、电压波形,或求出最大不失真输出电压值。第二章放大电路分析基础2.3.3微变等效电路法1.三极管的h三极管处于共e极状态时,输入回路和输出回路各变量之间的关系由以下形式表示:输入特性:),(CEBBEuifu输出特性:),(CEBCuifi式中iB、iC、uBE、uCE代表各电量的总瞬时值,为直流分量和交流瞬时值之和,即ceCEQCEcCQCbeBEBEbBQBuUuiIiuuuiIi,,,第二章放大电路分析基础用全微分形式表示uBE和iC，则有CEICECBUBCCCEICEBEBUBBEBEduuudiiididuuudiiuduBQCEQBQCEQ（2-8）（2-9）第二章放大电路分析基础22211211huihiuhiuhiuBQCEQBQCEQICECUBCICEBEUBBE令第二章放大电路分析基础则(2-8)、(2-9)式可写成CEBCCEBBEduhdihdiduhdihdu22211211（2-14）（2-15）则式(2-14)、(2-15)可改写成cebccebbeUhIhIUhIhU22211211（2-16）（2-17）第二章放大电路分析基础图2–13完整的h参数等效电路＋－Ube＋－Ucebceh11h221IcIb＋－h12Uceh21Ib第二章放大电路分析基础2.h参数的意义和求法三极管输出交流短路时的输入电阻(也可写成hie)CEQCEQUBBEUBBEiuiuh11BQ