放大電路的分析就是在理解放大電路工作原理的基礎(chǔ)上

1、放大電路的分析就是在理解放大電路工作原理的基礎(chǔ)上，求解靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。通過(guò)對(duì)電路工作狀態(tài)的分析以及對(duì)電路參數(shù)和性能指標(biāo)的估算，來(lái)判斷放大電路能否正常工作、評(píng)價(jià)電路性能的優(yōu)劣，以便正確設(shè)計(jì)和選用放大電路。放大電路建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，是保證信號(hào)被正常放大的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，即正確區(qū)分直流通路和交流通路。分析電路的步驟是先靜態(tài)后動(dòng)態(tài) 。一、直流通路與靜態(tài)計(jì)算1直流通路當(dāng)放大電路中不加輸入信號(hào)(即u i = 0)時(shí)，電路中各處的電壓、電流都是固定不變的直流量，這時(shí)電路處于直流工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱(chēng)靜態(tài)。在直流工作狀態(tài)下，對(duì)直流量的分析計(jì)算稱(chēng)為靜態(tài)分析。靜態(tài)分析旨在求

2、解放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的值(IBQ、ICQ和UCEQ)，應(yīng)該在直流通路中進(jìn)行。直流通路是在直流電源作用下，直流電流流經(jīng)的通路。 畫(huà)直流通路應(yīng)根據(jù)三條原則：電容視為開(kāi)路；電感視為短路(若有直流電阻，則保留其直流電阻)；信號(hào)源短路，但保留其內(nèi)阻。如圖2-7所示。 圖2-72靜態(tài)計(jì)算靜態(tài)計(jì)算就是計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ。通常，硅管的|UBEQ |，鍺管的|UBEQ |，無(wú)須求解。以基本共射放大電路為例，如圖2-7 (a)所示。用等效電路分析法進(jìn)行靜態(tài)分析。圖2-8基本共射放大電路的直流等效電路如圖2-8 (b)所示。其靜態(tài)分析方法和步驟如下：列輸入回路方程求IBQ：由

3、可得根據(jù)放大區(qū)電流方程得列輸出回路電壓方程求UCEQ：由可得【例21】設(shè)圖2-8 (b)的單管共射放大電路中，UCC = 12V，Rc = 3k，Rb = 280 k，NPN型硅三極管的等于50，試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。解：設(shè)三極管的UBEQ，則根據(jù)式、和式可得二、交流通路與動(dòng)態(tài)分析在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給電路輸人交流信號(hào)后，電路中各處的電壓、電流都處于交、直流混合在一起的工作狀態(tài)。電路中的電壓、電流和均包含兩個(gè)分量，即： 其中，IB、IC和UCE是在電源單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，實(shí)際上就是放大電路的靜態(tài)值，稱(chēng)為直流分量。而ib、ic和uce是在輸入信號(hào)單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，稱(chēng)為交流分量。這

4、時(shí)，如果我們對(duì)外加的交流信號(hào)及其響應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行分析的話，即只對(duì)電路的交流工作狀態(tài)(簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)態(tài))進(jìn)行分析，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)分析。動(dòng)態(tài)分析旨在計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)(如Ri、Ro、Au、UOM等)，應(yīng)該通過(guò)交流通路進(jìn)行。交流通路是在輸入信號(hào)作用下，交流信號(hào)流經(jīng)的通路。 畫(huà)交流通路應(yīng)遵循兩條原則：大容量的電容(如耦合電容、射極或基極旁路電容等)視為短路；無(wú)內(nèi)阻的直流電源(如UCC、UEE等)視為短路。例，圖2-8 (a)的交流通路如圖2-9所示。圖2-9 基本共發(fā)射極電路的交流通路三、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因很多，環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)以及晶體管特性的分散性都會(huì)造成工作點(diǎn)的變化。在這些因素中，

5、以溫度的變化和晶體管特性的分散性影響最大。1、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施(1) 二極管溫度補(bǔ)償電路圖2-10 二極管穩(wěn)定補(bǔ)償電路IR為二極管的反向電流。當(dāng)溫度升高時(shí)，一方面會(huì)導(dǎo)致IC增大，另一方面也會(huì)使IR增大導(dǎo)致IB減小，從而使IC隨之減小。當(dāng)參數(shù)配合得當(dāng)時(shí)，IC可基本不變。其過(guò)程簡(jiǎn)述如下：(2) 直流負(fù)反饋Q點(diǎn)穩(wěn)定電路利用直流負(fù)反饋穩(wěn)定Q的方法有兩種：直流電壓負(fù)反饋，如圖2-11 (a)所示；直流電流負(fù)反饋電路，如圖2-11 (b)所示?，F(xiàn)以2-11 (b)圖為例說(shuō)明其穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理。3、分壓式電流負(fù)反饋Q的穩(wěn)定電路的靜態(tài)分析 當(dāng)滿(mǎn)足 時(shí)， ，由如圖2-12 (b)所示

6、的直流通路得三極管基極電位的靜態(tài)值為：集電極電流的靜態(tài)值為：基極電流的靜態(tài)值為：集電極與發(fā)射極之間電壓的靜態(tài)值為：四、圖解分析法三極管是非線性器件，其輸入回路的電流與電壓之間的關(guān)系可以用輸入特性曲線來(lái)描述；輸出回路的電流與電壓之間的關(guān)系可以用輸出特性曲線來(lái)描述。圖解法就是在三極管的輸入、輸出特性曲線上，直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。1、 靜態(tài)圖解分析法圖解法靜態(tài)分析的任務(wù)是，用作圖的方法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，即求出IBQ、ICQ和UCEQ對(duì)圖27 (a)所示的基本共射放大電路用圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)，應(yīng)首先畫(huà)出其直流通路如圖27 (b)所示。然后按照如下的分析方法和步驟進(jìn)行。其靜態(tài)

7、圖解分析過(guò)程如圖213所示。圖213 放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析(1) 列輸入回路方程(即輸入直流負(fù)載線方程) (2)在輸入特性曲線的平面上，作出輸入直流負(fù)載線，兩線的交點(diǎn)即是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)(也稱(chēng)為Q點(diǎn))，從圖上可讀出IBQ和UBEQ的值。列輸出回路方程(即輸出直流負(fù)載線方程)(3)在輸出特性曲線的平面上，作出輸出直流負(fù)載線。作法為：分別在X軸和Y軸上確定兩個(gè)特殊點(diǎn)N(UCC，0)和M(0，UCCRC)，過(guò)M、N兩點(diǎn)所作的直線即為輸出直流負(fù)載線。(4)輸出直流負(fù)載線與IBQ所確定的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)，就是Q點(diǎn)。從圖上可讀出ICQ和UCEQ值。2、 動(dòng)態(tài)圖解分析法用圖解法對(duì)放大電路

8、進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，旨在確定最大不失真輸出電壓Uom，分析非線性失真情況，也可測(cè)出電壓放大倍數(shù)。對(duì)圖27 (a)所示的共射放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)首先畫(huà)出其交流通路如圖29所示。然后按照如下的方法和步驟進(jìn)行。（1）交流負(fù)載線式中：，稱(chēng)為交流負(fù)載電阻。由上式可知，交流負(fù)載線的斜率為，即因而可得出交流負(fù)載線的具體作法之一：通過(guò)輸出特性曲線上的Q點(diǎn)，做一條與橫軸夾角為的直線AB，即為交流負(fù)載線。如下圖：圖214 放大電路動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析從圖中可以計(jì)算出線段，則B點(diǎn)坐標(biāo)為由此可以得到交流負(fù)載線的作法之二：過(guò)Q和B兩點(diǎn)作直線AB，即為交流負(fù)載線。（2）波形失真分析信號(hào)(電壓或電流)波形被放大后幅度增大

9、，而形狀應(yīng)保持原狀。如發(fā)生不對(duì)稱(chēng)或局部變形現(xiàn)象都稱(chēng)為波形失真。由于三極管非線性特性而引起的失真，稱(chēng)為非線性失真。包括飽和失真和截止失真兩種。飽和失真是由于放大電路的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的飽和區(qū)而引起的；而截止失真則是由于放大電路的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的截止區(qū)而引起的。放大器要求輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間是線性關(guān)系，應(yīng)盡量避免失真現(xiàn)象出現(xiàn)。（3）靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)產(chǎn)生截止失真當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)(Q點(diǎn)接近截止區(qū))，交流量的負(fù)向峰值到來(lái)時(shí)，BJT工作在截止區(qū)，交流信號(hào)不能被放大，輸出電流波形的負(fù)半周被削頂，而輸出電壓波形正半周被削頂，產(chǎn)生截止失真。增大UCC值(實(shí)際一般不采用)或減小Rb值，可以使得輸入直流負(fù)

10、載線向上平行移動(dòng)，使Q點(diǎn)上移，從而消除截止失真，如圖215所示。圖215 放大電路放大電路發(fā)生截止失真的情況（4）靜態(tài)工作點(diǎn)偏高時(shí)產(chǎn)生飽和失真當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高(Q點(diǎn)接近飽和區(qū))，交流量正向峰值到來(lái)時(shí)，BJT將工作在飽和區(qū)。交流信號(hào)不能被線性放大，輸出電流波形的正半周被削頂。而輸出電壓波形負(fù)半周被削底，產(chǎn)生飽和失真。如圖216所示。圖216放大電路發(fā)生飽和失真的情況（5）求最大不失真輸出電壓設(shè)三極管的飽和管壓降為UCES，則最大不失真輸出電壓的有效值可用如下公式計(jì)算：（6）求解電壓放大倍數(shù)利用圖解法求解電壓放大倍數(shù)可遵循如下步驟：首先將輸入信號(hào)ui疊加在靜態(tài)發(fā)射結(jié)上，得到 uBE(UCE+uce

11、)，在BJT輸入特性上作圖得到iB (=IB+ib )，根據(jù)放大區(qū)電流關(guān)系得到 ，在BJT輸出特性上作圖得到，uce即為輸出電壓uo，如圖218所示。分別測(cè)量輸出電壓UOPP與輸人電壓UIPP的蜂值，即可求得電壓放大倍數(shù)Au，其表達(dá)式如下：（7）輸出功率和功率三角形放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率可由下式計(jì)算：在輸出特性曲線上，正好是三角形DBQ的面積，這一三角形稱(chēng)為功率三角形，如圖219所示。要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使最大值UOM和IOM都要大。圖219放大電路的輸出功率三角形【例22】電路如圖220所示，設(shè)UCC =15V，Rb 調(diào)整到300k，Rc =3k，RL =

12、2K，三極管的輸出特性曲線見(jiàn)圖221。試：在輸出特性曲線上畫(huà)出直流負(fù)載線；定出Q點(diǎn)；畫(huà)出交流負(fù)載線；確定電路最大不失真輸出時(shí)uCE 的變化范圍，計(jì)算最大不失真輸出電壓(有效值)的大?。簣D220例22電路解 (1)電路的直流負(fù)載線方程為：根據(jù)方程在坐標(biāo)軸上的交點(diǎn)(15V，0mA)和(0V，5mA)，連接這兩點(diǎn)作出直流負(fù)載線。圖221例題22圖解(2) 固定式偏置電路的基極電流可以通過(guò)下式計(jì)算：在圖222中找出的那條曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)，即為Q點(diǎn)，由圖中可讀出Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為，橫坐標(biāo)為即ICQ，UCEQ約為。(3)畫(huà)交流負(fù)載線方法一：選輔助線方程為因?yàn)橛纱丝傻幂o助線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)分別是(5V，0m

13、A)和(0V，4.2mA)，在這兩點(diǎn)之間畫(huà)一直線即為輔助線，過(guò)Q點(diǎn)做輔助線的平行線即得交流負(fù)載線。畫(huà)交流負(fù)載線方法二：根據(jù)交流負(fù)載線方程求交流負(fù)載線在UCE 軸上的截距。當(dāng)iC =0時(shí)，過(guò)，0mA)點(diǎn)和Q點(diǎn)畫(huà)直線。即為交流負(fù)載線。(4) Q點(diǎn)沿交流負(fù)載線移動(dòng)范圍對(duì)應(yīng)的uCE變化范圍大約是，所以此時(shí)輸出電壓有效值：五、微變等效電路分析法微變等效電路分析法(又叫小信號(hào)等效電路分析法)是在輸入低頻小信號(hào)的前提下，用BJT的h參數(shù)模型代替交流通路中的三極管，得到放大電路的微變等效電路，然后利用線性電路的基本定理來(lái)計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)(如電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等)。1、三極管的微變等效模型

14、型圖222三極管及其微變等效模對(duì)于圖222(a)中共發(fā)射極接法三極管的輸入端口來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸入特性曲線上以靜態(tài)工作點(diǎn)為中心，很小的動(dòng)態(tài)工作范圍可近似認(rèn)為是一段直線。這段直線代表三極管輸入端口一一基極b和發(fā)射極e之間的等效電阻，該電阻的大小將隨著靜態(tài)工作點(diǎn)的不同而變化，是個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，叫做三極管的輸入電阻rbe。對(duì)于一般的低頻小功率三極管，rbe可以由公式來(lái)估算，其中的rbb是三極管基區(qū)體電阻，IEQ是三極管靜態(tài)時(shí)的發(fā)射極電流。對(duì)于三極管集電極和發(fā)射極間的輸出端口來(lái)說(shuō)，三極管放大區(qū)的輸出特性曲線可近似看成是一族平行于x軸的直線，這些直線代表基極電流對(duì)集電極電流的控制能力。所以，三極管的

15、輸出端可以等效成個(gè)電流控制電流源ic，控制變量是ib，受控系數(shù)是2、微變等效電路分析法如下圖所示固定偏置共射放大電路，用微變等效電路法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的方法和步驟如下：圖223固定偏置共射放大電路 (1)畫(huà)出放大電路的微變等效電路對(duì)于共射放大電路，先畫(huà)出它的交流通路，然后把圖中的BJT用其h參數(shù)簡(jiǎn)化模型來(lái)替代，即可得到共射放大電路的微變等效電路，如圖224所示。圖中將微變等效電路中的電壓和電流都看成正弦量，采用復(fù)數(shù)符號(hào)標(biāo)定。圖224固定偏置共射放大電路的微變等效電路(2) 計(jì)算電壓放大倍數(shù)列輸入回路方程可得：由BJT輸入電阻的計(jì)算公式可得：列輸出回路方程可得由電壓放大倍數(shù)計(jì)算公式，可得：(3)計(jì)算輸入電阻ri(4) 計(jì)算輸出電阻roro = R C 【例23】單級(jí)共射放大電路如圖225所示，已知三極管的=45，UBEQ，Rb=470k，RC =6k，Re =1k，RL =4k，Rs ，UCC =+20V，耦合電容C1、C2、Ce的容量足夠大。試完成下列分析計(jì)算：(1) 計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；(2) 計(jì)算源