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1、第六讲 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：直流通路：Us=0，保留保留Rs；电容开路；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。）。2.交流通路：交流通路：大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为直流电源相当于短路（内阻为0）。）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开
2、作用，引入直流通路和交流通路的概念。将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，作为已知条件，令令ICQIBQ，可估算出静态工作点。可估算出静态工作点。当当VCCUBEQ时，时，已知：已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k，100。Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路讨论一
3、讨论一画出图示电路的直流通路和交流通路。画出图示电路的直流通路和交流通路。将将uS短路，即为直流通路。短路，即为直流通路。二、图解法二、图解法 应实测特性曲线应实测特性曲线应实测特性曲线应实测特性曲线 1.1.静态分析：图解二元方程静态分析：图解二元方程输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线负载线2.2.电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析斜率不变斜率不变 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。管的输入输出特性曲线。共射极放大电路共射极放大电路用图解分析法确定静态工
4、作点用图解分析法确定静态工作点 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-静态工作情况分析静态工作情况分析 图解分析图解分析法法直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-列输入回路方程：列输入回路方程：VBE=VCCIBRb 列输出回路方程（直流负载线）：列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 VBE=VCCIBRb，两两线的交点即是线的交点即是Q点，得到点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与，与IBQ曲线的交点即为曲
5、线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。动态工作情况分析动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线：由交流通路得纯交流负载线：共射极放大电路共射极放大电路交流通路交流通路icvce+-vce=-ic (Rc/RL)因为交流负载线必过因为交流负载线必过Q点，点，即即 vCE=vce+VCEQ ic=iC-ICQ 同时，令同时，令R L=Rc/RL1.交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线则交流负载线为则交流负载线为vCE=VCEQ-(iC-ICQ)R L 令令 iC=0 得：得：vCE =VCEQ+ICQR L 图解分析图解分析法法由由vCE的的值值过过输输出出特特性性曲曲线
6、线上上的的Q点点做做 直直线线，该该直线即为交流负载线直线即为交流负载线。RL=RLRc，是是交流负载电阻。交流负载电阻。交流负载线是交流负载线是有交流输入信号时有交流输入信号时Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。图解分析图解分析法法2.输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 动态工作情况分析动态工作情况分析 共射极放大电路共射极放大电路通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论：1.1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.2.vo与与vi相位相反；相位相反；3.3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.4.可以确定最大不失真输出幅度
7、可以确定最大不失真输出幅度。动态工作情况分析动态工作情况分析3.BJT的三个工作区的三个工作区 图解分析图解分析法法当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：饱和区特点：iC不再随不再随iB的增加而线性增加，即的增加而线性增加，即此时此时截止区特点：截止区特点：iB=0，iC=ICEOvCE=VCES ，典型值为典型值为0.3V 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工工作
8、在哪个区域？作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k时，放大电路的时，放大电路的Q点。此点。此时时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱的饱和压降）和压降）解：解：（1）（2）当）当Rb=100k时，时，静态工作点为静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），例题例题例题例题练习、练习、已知共射极放大电路的Vcc=12V，Rb=600
9、k，Rc=3k，RL=3k，晶体管的输出特性如下图所示。1用图解法求解静态工作点（设UBE=0.7V）；2如ib=10sint(A)，利用晶体管输出特性画出ic和uce的波形图，并求出输出电压的峰值Uom；(画出交流负载线）3问用此电路能否得到Uo=1.5V(有效值)的不失真输出电压，为什么？电路参数对工作点的影响电路参数对工作点的影响（2）增大）增大Rb时时，负载线将如，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？（3）减小）减小VCC时时，负载线将，负载线将如何变化？如何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？1.试分析下列问题：试分析下列问题：共射极放大电路共射极放大电路（1）增大）增大
10、Rc时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？（4）减小）减小RL时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？共射极放大电路共射极放大电路 2.放大电路如图所示。当测得放大电路如图所示。当测得BJT的的VCE 接近接近VCC的值时，问的值时，问管子处于什么工作状态？可能管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？的故障原因有哪些？截止状态截止状态答：答：故障原因可能有：故障原因可能有：Rb支路可能开路，支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC Rc=VCC。C1可能短路，可能短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC
11、-IC Rc=VCC。3.失真分析失真分析截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？饱和失真饱和失真饱和失真产生于晶体管的输出回路！饱和失真产生于晶体管的输出回路！消除饱和失真的方法消除饱和失真的方法消除方法：增大消除方法：增大Rb，减小减小VBB，减小减小Rc，减小减小，增大增大VCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC 最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom：比较比较UCEQ与（与（VCC UCEQ），），取其
12、小者，除以取其小者，除以 。这这可不是可不是好办法！好办法！4、图解法的特点图解法的特点形象直观；形象直观；适应于适应于Q点点分析分析、失真分析、最大不失真输出、失真分析、最大不失真输出电压的分析；电压的分析；能够用于大信号分析；能够用于大信号分析；不易准确求解；不易准确求解；不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线Uom=?Q点在什么位置点在什么位置Uom最大？最大？交流负载线应过交流负载线应过Q点，且点，且斜率决定于（斜率决定于（RcRL）讨论二讨论二1.在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q
13、2 Q3 Q4？2.从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪点下最易产生截止失真？哪个个Q点下最易产生饱和失真？哪个点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择设计放大电路时，应根据什么选择VCC？讨论三讨论三2.空载和带载两种情况下空载和带载两种情况下Uom分别为多少？分别为多少？3.在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？带上负载后这种失真消除？已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。1.在空载情况下，当输在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先
14、出入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？若带负载的情况下呢？三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源1.1.直流模型：适于直流模型：适于Q Q点的分析点的分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。2.2.晶体管
15、的晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。输出回路各为一个端口。建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。电路来处理。由于三
16、极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。BJT的小信号建模的小信号建模1.H参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce BJT的小的小信号建模信号建模 对于对于BJT双口网络，我们双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线已经知道输入
17、输出特性曲线如下：如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 BJT的小的小信号建模信号建模输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；(单位：单位：）输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。（单位：输入端交流开路时的输出电导。（单位：S)S)其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H
18、 H参数）。参数）。1.H参数的引出参数的引出vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJT的小的小信号建模信号建模2.H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交
19、流信号的分析。BJT的小的小信号建模信号建模3.模型的简化模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe=hie =hfe uT=hre rce=1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerberce uT很小，一般为很小，一般为10-3 10-4，rce很大，很大，约为约为100k。故一故一般可忽略它们的影响，得到般可忽略它们的影响，得到简化电路简化电路 ib 是受控源是受控源，且为电流，且为电流控制电流源控制电流源(CCCS)。电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联的。的。简化
20、的简化的h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在在输入特性曲线上，输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！用用H参数小信号模型分析共参数小信号模型分析共 射极基本放大电路射极基本放大电路 共射极放大电路共射极放大电路1.利用直流通路求利用直流通路求Q点点一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管锗管VBE=0.2V，已知已知。2.画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbviRbRbviRc 小信号模小信
21、号模型分析型分析共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLH参数小信号等效电路参数小信号等效电路3.求电压增益求电压增益根据根据RbviRcRL则电压增益为则电压增益为 小信号模小信号模型分析型分析（可作为公式）（可作为公式）4.求输入电阻求输入电阻 小信号模小信号模型分析型分析RbRcRLRi5.求输出电阻求输出电阻令令Ro=Rc 所以所以 1.电路如图所示。电路如图所示。试画出试画出其小信号等效模型电路。其小信号等效模型电路。解：解：例题例题例题例题 解：解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（点；（2）、。已知已知=50。3.放大电路的动态分析放大电路的动态分析放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析讨论四讨论四：基本共射放大电路的静态分析：基本共射放大电路的静态分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为什么用为什么用图解法求解图解法求解IBQ和和UBEQ？讨论四讨论四：基本共射放大电路的动态分析：基本共射放大电路的动态分析讨论五讨论五：阻容耦合共射放大电路的静态分析：阻容耦合共射放大电路的静态分析为什么可为什么可忽略？忽略？讨论五讨论五：阻容耦合共射放大电路的动态分析：阻容耦合共射放大电路的动态分析清华大学 华成英