放大电路分析方法课件.ppt
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1、2-3 放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真*估算法估算法一一.直流通道和交流通道直流通道和交流通道 在放大电路中直流信号和交流信号是同时存在放大电路中直流信号和交流信号是同时存在的,为了分析研究方便,将两种信号对电路的作在的,为了分析研究方便,将两种信号对电路的作用分开讨论,即分为直流通路和交流通路。用分开讨论,即分为直流通路和交流通路。直流通路直流通路:在直流电源作用下直流电流流过的通路,在直流电源作用下直流电流流过的通路,即静态电流通路。主要用于求解静态工作点。即静态电流通路。主
2、要用于求解静态工作点。直流通路的确定方法直流通路的确定方法:(a)(a)将电容开路;将电容开路;(b)(b)将电感短路,忽略内阻;将电感短路,忽略内阻;(c)(c)信号源短路,保留内阻。信号源短路,保留内阻。交流通路交流通路:在输入信号作用下交流电流流过的通路,在输入信号作用下交流电流流过的通路,即动态电流通路。主要用于确定放大电路的动态参即动态电流通路。主要用于确定放大电路的动态参数。数。交流通路的确定方法交流通路的确定方法:(a)(a)将电容视为短路;将电容视为短路;(b)(b)将电感视为开路;将电感视为开路;(c)(c)将直流电源视为短路。将直流电源视为短路。(小内阻小内阻)信号的不同分
3、量可以分别在不同的通路中分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。在分析放大电路时,应遵循在分析放大电路时,应遵循“先静态,后动态先静态,后动态”的的原则,求解静态工作点原则,求解静态工作点Q Q时应用直流通路,求解动态时应用直流通路,求解动态参数时应用交流通路,两种通路必须分清,不可混参数时应用交流通路,两种通路必须分清,不可混淆。淆。利用上述原则,直接耦合和阻容耦合共射放大电路利用上述原则,直接耦合和阻容耦合共射放大电路的直、交流通路分别为的直、交流通路分别为:RCRC耦合共射放大电路耦合共射放大电路开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC对交流信号对交
4、流信号(输入信号输入信号u ui i)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路二二.图解分析图解分析法法在已知放大管的输入、输出特性曲线和元件其在已知放大管的输入、输出特性曲线和元件其他参数条件下,采用作图方法对放大电路进行他参数条件下,采用作图方法对放大电路进行分析的方法称为分析的方法称为图解分析法图解分析法。在静态工作情况下,可以用估算法进行在静态工作情况下,可以用估算法进行Q Q点估点估算,也可用图解法确定。算,也可用图解法确定。1 1、用图解法确定、用图解法确定Q Q点点以基本共射放大电路为例,用虚线将图分为三部以基本共射放大电路为例,用虚线
5、将图分为三部分,输入回路、放大回路和输出回路。分,输入回路、放大回路和输出回路。采用作图方法在采用作图方法在i iB B/u/uBEBE 坐标系内分别作出曲线,坐标系内分别作出曲线,其交点即为其交点即为I IBQBQ、U UBEQBEQ。(2)1e(II(1)URIUTUBEUSBBEbBBB 电路静态时,电路静态时,u ui i=0=0,输入回路电路方程为:,输入回路电路方程为:显然方程显然方程(1)(1)为一直线方程,为一直线方程,称为称为输入负载线输入负载线;方程;方程(2)(2)为为指数曲线。指数曲线。应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为:应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为:
6、V VCCCC-I-IC C R RC C=U=UCECE在放大回路中可测量出在放大回路中可测量出i iC C/u/uCECE座标系中在不同座标系中在不同I IB B下的下的关系曲线关系曲线,上述直线方程与输出关系曲线在上述直线方程与输出关系曲线在I IB B=I IBQBQ时时的交点值即为的交点值即为I ICQCQ、U UCEQCEQ。上述直线方程对应的直上述直线方程对应的直线即为线即为输出负载线输出负载线,也,也称称直流负载线直流负载线。当加入输入信号当加入输入信号i i00时,时,输入回路方程为:输入回路方程为:U UBBBBu ui i-I-IB BR Rb b=U=UBEBE 该直线
7、与横轴交点为该直线与横轴交点为(V(VBBBBu ui i,),),与纵轴交点为与纵轴交点为(,V,VBBBBu ui i/R/Rb b),),斜斜率仍为率仍为-1/R-1/Rb b。根据给定的根据给定的u ui i作输入负载线,作输入负载线,其与输入特性曲线交点便是其与输入特性曲线交点便是在在u ui i作用下作用下I IB B的变化量的变化量i ib b在输出回路中找到在输出回路中找到I IB B=I IBQBQ +i ib b的一条特性曲线,输的一条特性曲线,输出负载线与该曲线的交点为出负载线与该曲线的交点为(U(UCEQCEQ-u uCECE,I ICQCQ i ic c),由此得到的
8、由此得到的u uCECE即为输出电即为输出电压变化量。压变化量。则电压放大倍数则电压放大倍数A Au u应为应为iCEiouuuuuA 由图解分析可看出:由图解分析可看出:当当u ui i时时,i ib b,i ic c,而而u uCECE;当当u ui i时时,i ib b,i ic c,而而u uCECE;由此得知输出电压的变化与输入电压的变化是反相由此得知输出电压的变化与输入电压的变化是反相的。的。另外可从图中看出,改变另外可从图中看出,改变R Rb b可使可使Q Q点产生移动,点产生移动,使使i ib b 、i ic c、u uCECE及及A Au u发生改变。同样改变发生改变。同样改
9、变R RC C也可也可使使A Au u改变,但不改变改变,但不改变Q Q点的位置。点的位置。如果输入信号如果输入信号u ui i为正弦信号为正弦信号v vi i时,在输出回路得到时,在输出回路得到一幅值放大、变化反相的正弦信号一幅值放大、变化反相的正弦信号v vo o。根据定义,根据定义,式中负号示表示输出信号电压与输入信号电压的相位相式中负号示表示输出信号电压与输入信号电压的相位相反。反。动态分析步骤如下:动态分析步骤如下:(1 1)根据)根据v vi i的波形在三极管输入特性曲线上求的波形在三极管输入特性曲线上求i iB B求求I IB B,在输入特性曲线上找到,在输入特性曲线上找到Q Q
10、点,点,v vBEBE=V VBEBE+v vi i,i iB B=I IB B+i ib b,根据根据v vi i的波形对应画出的波形对应画出v vBEBE和和i iB B的波形图。的波形图。(2 2)在输出特性曲线上作输出负载线,求)在输出特性曲线上作输出负载线,求i iC C及及v vCECE的波形的波形根据根据i iB B的波形可画出对应的的波形可画出对应的i iC C和和v vCECE的波形。交流量的波形。交流量v vcece的波形的波形就是输出电压就是输出电压v vo o的波形。的波形。imomiouvvuuA (3 3)求电压增益)求电压增益a)a)、直流负载线、直流负载线直流通
11、路下负载的直流通路下负载的VARVAR关系曲线。关系曲线。1.1.三极管的输出特性。三极管的输出特性。2.2.U UCECE=V VCCCCI IC CR RC C 。ICUCEVCCCCCRVQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q Q点点I IB BICUCE直流通路直流通路RB+VCCRC3.3.直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线b)b)、交流负载线、交流负载线icLcecRui1其中:其中:CLLRRR/uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路交流通路下负载的交流通路下负载的VARVAR关系曲线。关系曲线。该直线具有两个特征:该直线具有两个特征:当当
12、i i=0=0时,时,BJTBJT的的i ic c应为应为I ICQCQ,u ucece应为应为U UCEQCEQ ,即该,即该直线必定经过直线必定经过Q Q点;点;动态条件下动态条件下i ic c对对u ucece的斜率为的斜率为-1/R-1/RL L,满足关系式,满足关系式这样在输出回路特性曲线中通过这样在输出回路特性曲线中通过Q Q点和所作的一点和所作的一条斜率为条斜率为1/(R1/(RC C/R/RL L)的直线就为的直线就为交流负载线交流负载线。CEQLCQceLceURIuRi11 交流负载线的作法交流负载线的作法iCuCEVCCCCCRVQI IB B交流负载线交流负载线LCQC
13、EQRIU 对直接耦合放大电路,直流负载线和交流负对直接耦合放大电路,直流负载线和交流负载线重合载线重合 斜率均为斜率均为1/(R1/(RC C/R/RL L),而阻容耦,而阻容耦合放大电路只有在空载时两条负载线才重合。合放大电路只有在空载时两条负载线才重合。直流负载线直流负载线过过Q点作一条直线,与横点作一条直线,与横坐标交点为(坐标交点为(UCEQ+ICQRL,0),该直线即为交流负),该直线即为交流负载线,斜率为:载线,斜率为:LR 1在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入信号(即线性放大);如果两者不成比例,则输出信号(即线性放大);如果两
14、者不成比例,则输出信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线非线性失真性失真。为了得到尽量大的输出信号,要把为了得到尽量大的输出信号,要把Q Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q Q设置不合适,信号进入截设置不合适,信号进入截止区或饱和区,则造成非线性失真。止区或饱和区,则造成非线性失真。下面将分析失真的原因。为简化分析,假设负载为下面将分析失真的原因。为简化分析,假设负载为空载空载(R RL L=)。iCuCEu uo o可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号a).a).选择合适静态工作点选择合适静态工作点ibB
15、JTBJT临界饱和电压临界饱和电压U UCES CES:Si:Si管为管为0.3V,Ge0.3V,Ge管为管为0.1V0.1V。U Uomom的取值方法为:以的取值方法为:以Q Q点为基准,取点为基准,取(U(UCEQ CEQ U UCESCES)和和(I(ICQCQRRC C/R/RL L)中较小值。为获得最大中较小值。为获得最大U Uomom ,一般将,一般将Q Q点取在交流负载线的中点。点取在交流负载线的中点。最大不失真输出电压最大不失真输出电压U Uomom :iCuCEu uo ob).b).Q Q点过低,信号进入截止区点过低,信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输
16、出波形输出波形输入波形输入波形ibiCuCEb).b).Q Q点过高,信号进入饱和区点过高,信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形图解法的特点是直观形象的反映晶体管的工作情况,但是必须实测所用管的特性曲线,而且用图解法进行定量分析时误差较大。此外,晶体管的特性曲线只能反映信号频率较低时的电压、电流关系,而不反映信号频率较高时,极间电容产生的影响。因此,图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况。实用中多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压U Uomom 和失真情况。斜率斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCv
17、CEiC 共射极放大电路共射极放大电路斜率斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 斜率斜率-1 Rc Q ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC 共射极放大电路共射极放大电路作业:看懂“图解分析法”预习“等效电路分析法”三三.微变等效电路分析法微变等效电路分析法 由于放大电路中由于放大电路中BJTBJT是一个非线性器件,电路是一个非线性器件,电路的分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和的分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和定
18、律。如能在一定条件下,建立定律。如能在一定条件下,建立BJTBJT的线性化模型,的线性化模型,将将BJTBJT非线性器件线性化,那么,对放大电路的分析非线性器件线性化,那么,对放大电路的分析就迎刃而解了。从实际的就迎刃而解了。从实际的BJTBJT特性曲线可见,在小范特性曲线可见,在小范围内可将其非线性作线性化处理,此时,围内可将其非线性作线性化处理,此时,BJTBJT的电流、的电流、电压有线性关系存在。这样,在小信号范围可建立电压有线性关系存在。这样,在小信号范围可建立BJTBJT的线性模型了。的线性模型了。下面介绍常用的线性等效模型,使我们能简化下面介绍常用的线性等效模型,使我们能简化对放大
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