第二章-放大电路分析基础344课件.ppt
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1、第二章 放大电路分析基础第二章第二章 放大电路分析基础放大电路分析基础2.1 放大电路工作原理放大电路工作原理 2.2 放大电路的直流工作状态放大电路的直流工作状态 2.3 放大电路的动态分析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静态工作点的稳定及其偏置电路 2.5 多级放大电路多级放大电路 电子课件二电子课件二精品文档第二章 放大电路分析基础2.1 放大电路工作原理放大电路工作原理2.1.1 电路的组成原理电路的组成原理UoUiUsRsRbC1RcUBBVUCCC2RL图2-1 共发射极基本放大电路精品文档第二章 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
2、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。精品文档第二章 放大电路分析基础图2 2 单电源共发射极放大电路精品文档第二章 放大电路分析基础2.1.2 直流通路和交流通路直流通路和交流通路图 2
3、-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 UCCUoUsRsRbRcRL(a)直流通路精品文档第二章 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。精品文档第二章 放大电路分析基础2.2 放大电路的直流工作状态放大电路的直流工作状态2.2.1 解析法确定静态工作点解析法确定静态工作点由图2-3(a)所示
4、,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取锗管精品文档第二章 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精品文档第二章 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=12 V,Rc=3k,Rb=280k,。解解 根据公式(2-1)、(2-3)、(2-4)得VUmAIAmAICEQCQBQ63212204.05040040.02807.012精品文档第二章 放大电路分析基础2.2.
5、2 图解法确定静态工作点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iCuCE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iCuCE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:精品文档第二章 放大电路分析基础图图2 4 静态工作点的图解法静态工作点的图解法(a)(b)bRciBuCEOiCaUCC4iB3iB2iB1iB0iCUCCRcUCCMNuCE直流负载线M(c)(d)iBuCEiC4iB3iB2iB1iB0UCCRcNUCCICQUCEQOOQ IBQ精品文
6、档第二章 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。精品文档第二章 放大电路分析基础 【例2】如图2-5(a)所示电路,已知Rb=280k,Rc=3k,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 电路图精品文档第二章 放大电路分析基础解解 首先写出直流负载方程,并作出直流负载线:CCCCCERiUu.,431
7、2,0;,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IBQAmARUUIbBECCBQ4004.0102807.0123直流负载线与iB=IBQ=40A这一条特性曲线的交点,即为Q点,从图上查出IBQ=40 A,ICQ=2mA,UCEQ=6V,与例1结果一致。精品文档第二章 放大电路分析基础2.2.3 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响 1.Rb对对Q点的影响点的影响图2 6 电路参数对Q点的影响iCNORb RbQ2QQ1Rb RbIBQ2IBQIBQ1MuCEiCNOQ1QQ2Rc RcMuCERc R
8、c(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。精品文档第二章 放大电路分析基础2.Rc对对Q点的影响点的影响 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。精品文档第二章 放大电路分析基础
9、 3.UCC对对Q点的影响点的影响 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。精品文档第二章 放大电路分析基础2.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析2.3.1 图解法分析动态特性图解法分析动态特性1.交流负载线的作法交流负载线的作法图图2 7 交流负载线的画法交流负载线的画法
10、iC/mANOQ交流负载线MuCE/VUUCEQUCCUCCI直流负载线精品文档第二章 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精品文档第二章 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点相
11、连即可得到。/LRIULcLRRR/LCQCEQCCRIUU连接Q点和 点即为交流负载线。CCU精品文档第二章 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=3k,RL=3k,Rb=280k。解解 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U=6 V、I=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/kRIUL5.1VUCC9VRIUULCCEQCC95.126相一致。精品文档第二章
12、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精品文档第二章 放大电路分析基础2.交流波形的画法交流波形的画法表 2-140604020402321264.567.56tAiB/mAiC/VuCE/021232精品文档第二章 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=Uimsint,则基极电流将在IBQ上叠加进ib,即iB=IBQ+Ibmsint,如电路使Ibm=20A,则)(sin2040AtiB图图2-9 基极、基极、集电极电流和电压波形集电极电流
13、和电压波形tOtOuBE/mVuitOiib604020IBQtOiC/mAic321ICQtOuCE /V7.564.5UCEQuceUBEQui/mV精品文档第二章 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。uUutIIiIitIIiIitUUuUuceCEQCEcmCQCCQCbmBQbBQBbemBEQbeBEQBEsinsinsinUce=-icRc=-RcIcmsint精品文档第二章 放大电路分析基础2.3.2 放大电路的非线性失真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
14、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精品文档第二章 放大电路分析基础2.工作点不合适引起的失真工作点不合适引起的失真图图2 11 静态工作点不合适产生的非线性失真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精品文档第二章 放大电路分析
15、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=ICQR,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精品文档第二章 放大电路分析基础图2 12 最大不失真输出电压ICQRLO2468101214
16、16UCEQiC/mA32BICQ直流负载线20 AiB 120 A交流负载线DA 0 AuCE/VQCUces最大不失真输出波形失真输出波形40 A60 A80 A100 A精品文档第二章 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。精品文档第二章 放大电路分析基础2.3.3 微变等效电路法微变等效电路法 1.三极管的三极管的h参数微变等效电路参数微变等效电路 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
17、:),(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,精品文档第二章 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)精品文档第二章 放大电路分析基础22211211huihiuhiuhiuBQCEQBQCEQICECUBCICEBEUBBE令精品文档第二章 放大电路分析基础则(2-8)、(2-9)式可写成CE
18、BCCEBBEduhdihdiduhdihdu22211211(2-14)(2-15)则式(2-14)、(2-15)可改写成cebccebbeUhIhIUhIhU22211211(2-16)(2-17)精品文档第二章 放大电路分析基础图2 13 完整的h参数等效电路UbeUcebceh11h221IcIbh12Uceh21Ib精品文档第二章 放大电路分析基础2.h参数的意义和求法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)CEQCEQUBBEUBBEiuiuh11BQBQICEBEICEBEuuuuh12三极管输入交流开路时的电压反馈系数(也可写成hre)精品文档第二章 放
19、大电路分析基础三极管输出交流短路时的电流放大系数(也可写成hfe)CEQCEQUBCUBCiiiih21BQBQICECICECuiuuh22三极管输入交流开路时的输出导纳(也可写成hoe)精品文档第二章 放大电路分析基础图2 14 从特性曲线上求出h参数iBOQiBuBEuBEUCE 常数h11uBEiBUCErbeuBEuBEOIBiBUCE00.5 V1 V2 VuCEh12uBEuCEIBiCiCOUCEuCEiBh21iCiBUCEuCEuCEOiCiCIBh22iCuCEIBQQ精品文档第二章 放大电路分析基础 由于h12、h22是uCE变化通过基区宽度变化对iC及uBE的影响,一
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