放大電路分析方法1-交直流通道-圖解法(1)

1、放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。附加了小的交流信號(hào)。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流短路而如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流短路而對(duì)直流開(kāi)路，即交直流所走的通道是不同的，即信號(hào)對(duì)直流開(kāi)路，即交直流所走的通道是不同的，即信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通道分析。的不同分量可以分別在不同的通道分析。交流通道：交流通道：只考慮交流信號(hào)的分電路。只考慮交流信號(hào)的分電路。直流通道：直流通道：只考慮直流信號(hào)的分電路。只考慮直流信號(hào)的分電路。分析原則：先直流通道，后交流通道分析原則：先直流通道，后交流通道2.3.1 直流通道和交流通

2、道直流通道和交流通道2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法畫(huà)直流通路的原則畫(huà)直流通路的原則1.電容的容抗為無(wú)窮大，視為開(kāi)路電容的容抗為無(wú)窮大，視為開(kāi)路2.電感線圈的阻值很小，相當(dāng)短路電感線圈的阻值很小，相當(dāng)短路3.交流信號(hào)源視為短路，若有內(nèi)阻則保留交流信號(hào)源視為短路，若有內(nèi)阻則保留例：例：對(duì)直流信號(hào)（只有對(duì)直流信號(hào)（只有+VCC）開(kāi)路開(kāi)路開(kāi)路開(kāi)路RB+VCCRCC1C2T直流通道直流通道RB+VCCRC阻容耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路畫(huà)交流通路的原則畫(huà)交流通路的原則1.直流電源：內(nèi)阻為零，相當(dāng)于短路直流電源：內(nèi)阻為零，相當(dāng)于短路2.耦合電容（大電容）對(duì)交流相當(dāng)于短路耦合電容（大電

3、容）對(duì)交流相當(dāng)于短路對(duì)交流信號(hào)對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)輸入信號(hào)ui)短路短路短路短路置零置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路RL2.1(c)、2.1(d)(c)將將VBB反接；在輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻或一個(gè)電容。反接；在輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻或一個(gè)電容。(d)在在VBB支路加支路加Rb；電容；電容C1極性左邊為極性左邊為“+”；在；在-VCC與集電與集電極之間加極之間加Rc。P136二、二、試分析各電路是否能放大正弦交流信號(hào)，簡(jiǎn)試分析各電路是否能放大正弦交流信號(hào)，簡(jiǎn)述理由。設(shè)圖中所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。述理由。設(shè)圖中所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。(a)不能。直流通路

4、VBB被短路，交流通路輸入信號(hào)被短路即交直流通路時(shí)，輸入端的交直流電源互為短路。即交直流通路時(shí)，輸入端的交直流電源互為短路。(b)能。(c)不能。做直流通路，IB被ui短路。即直流被交流信即直流被交流信號(hào)源短路。號(hào)源短路。圖圖(a)圖圖(b)圖圖(c)(e)不能。交流通路中，輸入信號(hào)被電容C1、 C2、VCC短路(f)不能。交流通路輸出始終為零VCC置零短路。置零短路。 直流通路直流通路輸出始終為輸出始終為VCC圖圖(e)圖圖(f)2.3.2圖解法圖解法在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方在三極管的輸入、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。法求解放大電路的工作情況。一

5、、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析一、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析1. 先確定輸入回路先確定輸入回路 IBQ、 UBEQ。（因?yàn)?。（因?yàn)閁BEQ通常通常已知為已知為0.7V，故一般采用，故一般采用估算的方法計(jì)算估算的方法計(jì)算IBQ）基本共射放大電路基本共射放大電路T2. 用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值。用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值。方法：靜態(tài)工作點(diǎn)不僅滿足晶體管本身的輸出特性曲線，方法：靜態(tài)工作點(diǎn)不僅滿足晶體管本身的輸出特性曲線，同時(shí)滿足外電路（全量）回路方程同時(shí)滿足外電路（全量）回路方程 uCE = VCC - - iCRc ，由，由回路方程可確定兩個(gè)特殊點(diǎn)回路方程可確定兩個(gè)特殊點(diǎn).cCCCCECCCEC 0 0 RViuV

6、ui時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)圖圖 2.2.1基本共射放大電路基本共射放大電路T此外此外uCE = VCC - - iCRc 可轉(zhuǎn)換方程為可轉(zhuǎn)換方程為iC= VCC/Rc - uCE/Rc若不考慮負(fù)載情況，即無(wú)若不考慮負(fù)載情況，即無(wú)RL思考：若考慮負(fù)載思考：若考慮負(fù)載RL呢？呢？/CCECEC 0 0 CCCCCRViuVui時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)若考慮若考慮RL負(fù)載情況，則外負(fù)載情況，則外電路（全量）回路方程為電路（全量）回路方程為 )/(CLCCCLCLRRiVRRR-/CCCCCERiVu-T此外此外可轉(zhuǎn)換方程為可轉(zhuǎn)換方程為/CCCCCERiVu-/CCECCCCRuRVi-輸出回路輸出回路輸出特性輸出特性cC

7、CCCECCCEC0 0 RViuVui，輸出回路負(fù)輸出回路負(fù)載線（直流載線（直流負(fù)載線）負(fù)載線）Q由靜態(tài)工作點(diǎn)由靜態(tài)工作點(diǎn) Q 確確定的定的 ICQ、UCEQ 為為靜態(tài)值。靜態(tài)值。直流負(fù)載線直流負(fù)載線(即外電路回路方程線，即外電路回路方程線，用來(lái)在圖解法中確定用來(lái)在圖解法中確定Q點(diǎn)點(diǎn)):由直流通路所確定的負(fù)載線，斜率由直流通路所確定的負(fù)載線，斜率-1/Rc外電路回路方程外電路回路方程【例例】已知已知圖示單管共射放大電路及輸出特性曲線，其圖示單管共射放大電路及輸出特性曲線，其中中Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集電極直流電源，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)

8、工作點(diǎn)。試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807 . 012(bBEQCCBQ - - - - RUVI做直流負(fù)載線，確定做直流負(fù)載線，確定 Q 點(diǎn)點(diǎn)根據(jù)根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .T0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 點(diǎn)確定靜態(tài)值為：點(diǎn)確定靜態(tài)值為：iC /mA二、二、 電壓放大倍數(shù)的分析電壓放大倍數(shù)的分析1. 交流通路的輸出回路交流通

9、路的輸出回路輸出通路的外電路是輸出通路的外電路是 Rc 和和 RL 的并聯(lián)。的并聯(lián)。icuceRBRCRLuiuo交流通路交流通路LcecRui-1其中：其中：ic與與uce反相（見(jiàn)反相（見(jiàn)放大電路波形分析）放大電路波形分析）CLLRRR/iC 和和 uCE是全量，與交流量是全量，與交流量ic和和uce有如下關(guān)系有如下關(guān)系CciiCEceuu所以：所以：LCECRui-1即：交流信號(hào)的即：交流信號(hào)的ic和和uce的變化沿著斜率為：的變化沿著斜率為：LR-1的直線。的直線。這條斜率的直線過(guò)這條斜率的直線過(guò)Q點(diǎn)，稱為點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線交流負(fù)載線（即動(dòng)態(tài)信號(hào)遵循的負(fù)（即動(dòng)態(tài)信號(hào)遵循的負(fù)載線，用來(lái)描述

10、動(dòng)態(tài)信號(hào)的變化狀態(tài)）載線，用來(lái)描述動(dòng)態(tài)信號(hào)的變化狀態(tài)）盡管交流信號(hào)正負(fù)間切換，但它總有為盡管交流信號(hào)正負(fù)間切換，但它總有為0的時(shí)候（的時(shí)候（即即Q點(diǎn)點(diǎn)）。）。交流負(fù)載線交流負(fù)載線交流負(fù)載線斜率為：交流負(fù)載線斜率為：LCLL/ 1RRRR - -，其中，其中OIBiC / mAuCE /VQ非常重要：非常重要：對(duì)于直接耦合，直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一直對(duì)于直接耦合，直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一直線；對(duì)于阻容耦合，只有空載情況下直流負(fù)載線與交流負(fù)載線線；對(duì)于阻容耦合，只有空載情況下直流負(fù)載線與交流負(fù)載線才是同一直線。才是同一直線。注：斜率相同注：斜率相同+均過(guò)均過(guò)Q點(diǎn)點(diǎn)=同一直線同一直線事實(shí)上，

11、上圖是阻容耦合并且接聯(lián)負(fù)載時(shí)對(duì)應(yīng)的情況。事實(shí)上，上圖是阻容耦合并且接聯(lián)負(fù)載時(shí)對(duì)應(yīng)的情況。2. 動(dòng)態(tài)工作情況圖解分析動(dòng)態(tài)工作情況圖解分析0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE交流負(fù)載線交流負(fù)載線直流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC輸出回路工作輸出回路工作情況分析情況分析3. 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)BECEIOuuuuAu 【例例】用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸

12、入、輸出特性曲線如前面圖，出特性曲線如前面圖，RL = 3 k 。 uCE = (4.5 7.5) V = - - 3 V uBE = (0.72 0.68) V = 0.04 V解：由輸入特性曲線得解：由輸入特性曲線得IBQ為為40 A；由已知量；由已知量畫(huà)直流負(fù)載線，得畫(huà)直流負(fù)載線，得到輸出特性曲線上的到輸出特性曲線上的Q點(diǎn)。點(diǎn)。求求 確定交流負(fù)載線確定交流負(fù)載線(見(jiàn)圖中見(jiàn)圖中過(guò)過(guò)Q點(diǎn)紅直線點(diǎn)紅直線)LR k 5 . 1/LCLRRR取取 iB = (60 20) A = 40 A則輸入、輸出特性曲線上有則輸入、輸出特性曲線上有7504. 03BECE- - - - uuAuT在放大電路中

13、，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線非線性失真性失真。為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q Q設(shè)置在交流設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果負(fù)載線的中間部分。如果Q Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。下面將分析失真的原因。為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)負(fù)載為下面將分析失真的原因。為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)負(fù)載為空載空

14、載(RL= )。三、波形非線性失真的分析三、波形非線性失真的分析iCuCEuo可輸出的可輸出的最大不失最大不失真信號(hào)真信號(hào)選擇靜態(tài)工作點(diǎn)選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ib1. 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低，引起過(guò)低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真的波形失真ibui結(jié)論：結(jié)論：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真截止失真iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真時(shí)管截止失真時(shí)的輸出的輸出 uo 波形。波形。uo 波形頂部失真波形頂部失真uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQiCuC

15、E2. Q點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)放大電路產(chǎn)生飽和失真生飽和失真ib輸入輸入波形波形uo輸出波形輸出波形uo 波形底部失真波形底部失真解決方案（降解決方案（降Q，指遠(yuǎn)離飽和區(qū)）：指遠(yuǎn)離飽和區(qū)）：1.更換小更換小管，以便在同樣管，以便在同樣的的IBQ情況下減小情況下減小ICQ；2.增大基極電阻增大基極電阻Rb，減小，減小基極靜態(tài)電流基極靜態(tài)電流IBQ，減小集，減小集電極靜態(tài)電流電極靜態(tài)電流ICQ；2.減小集電極電阻減小集電極電阻Rc，改，改變交流負(fù)載線斜率使其更變交流負(fù)載線斜率使其更陡，且增大管壓降陡，且增大管壓降UCEQ。Q點(diǎn)與失真點(diǎn)與失真動(dòng)畫(huà)片動(dòng)畫(huà)片在括號(hào)內(nèi)用“

16、”和“”表明下列說(shuō)法是否正確。只要是共射放大電路，輸出電壓的底部失真都是飽和失真。()三種特殊情況：三種特殊情況：（1）信號(hào)過(guò)大時(shí)，底部和頂部都會(huì)失真；）信號(hào)過(guò)大時(shí)，底部和頂部都會(huì)失真；（2）如果是兩級(jí)共射放大電路，輸出端的底部）如果是兩級(jí)共射放大電路，輸出端的底部失真，有可能是前一級(jí)共射放大大電路的頂部失真（失真，有可能是前一級(jí)共射放大大電路的頂部失真（截止失真）被后一級(jí)反相了；截止失真）被后一級(jí)反相了；（3）對(duì)于）對(duì)于PNP型管組成的共射放大電路，其輸型管組成的共射放大電路，其輸出電壓的波形表現(xiàn)與出電壓的波形表現(xiàn)與NPN型管組成的共射放大電路正型管組成的共射放大電路正好相反，當(dāng)輸出電壓底部

17、失真時(shí)為截止失真。好相反，當(dāng)輸出電壓底部失真時(shí)為截止失真。習(xí)題2.8若將圖圖示電路中的NPN管換成PNP管，其它參數(shù)不變，則為使電路正常放大電源應(yīng)作如何變化？Q點(diǎn)如何變化？若輸出電壓波形底部失真，則說(shuō)明電路產(chǎn)生了什么失真？如何消除？解：由正電源改為負(fù)電源； Q點(diǎn)數(shù)值不變，但UBEQ、UCEQ的極性均為“-” ；輸出電壓波形底部失真對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)正半周失真，對(duì)PNP管而言，管子進(jìn)入截止區(qū)，即產(chǎn)生了截止失真； 消除方法：升高Q點(diǎn)（即增大IB），減小Rb可做到。3.3.用圖解法估算最大輸出幅度用圖解法估算最大輸出幅度有負(fù)載情況有負(fù)載情況:輸出波形無(wú)明輸出波形無(wú)明顯失真時(shí)能夠輸出的最大電顯失真時(shí)能夠輸出

18、的最大電壓，即輸出特性曲線中壓，即輸出特性曲線中A、B所限定的范圍。所限定的范圍。 Q 盡量設(shè)在線段盡量設(shè)在線段 AB 的中點(diǎn)。則的中點(diǎn)。則 AQ = QB，CD = DE如何求最大不失真輸出電壓如何求最大不失真輸出電壓(用有效值表示用有效值表示)？OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流負(fù)載線交流負(fù)載線Uom=min(UCEQ-UCES),(VCC/-UCEQ) /2其中其中UCES=0.7V；VCC/是交流負(fù)載線的橫軸截距，與是交流負(fù)載線的橫軸截距，與B點(diǎn)橫坐標(biāo)近似相點(diǎn)橫坐標(biāo)近似相等；等；(VCC/-UCEQ)=ICQ(RC/RL)。無(wú)負(fù)載情況：無(wú)負(fù)載情況：Uom=min(U

19、CEQ-UCES),(VCC-UCEQ) /2此圖畫(huà)的不太準(zhǔn)，曲線此圖畫(huà)的不太準(zhǔn)，曲線平臺(tái)開(kāi)始處應(yīng)基本一致平臺(tái)開(kāi)始處應(yīng)基本一致習(xí)題習(xí)題2.4 電路如圖圖(a)所示，圖(b)是晶體管的輸出特性，靜態(tài)時(shí)UBEQ=0.7V。利用圖解法分別求出RL為斷路和3K時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)和最大不失真輸出電壓（有效值）。 (a) (b)解：解：空載時(shí)交直流空載時(shí)交直流負(fù)載線方程為負(fù)載線方程為uCE= 12-3iC2Uo=min(UCEQ-UCES),( VCC-UCEQ)/負(fù)載時(shí)交直流負(fù)載線方程為負(fù)載時(shí)交直流負(fù)載線方程為uCE= 6-1.5iC20,2,6BQCQCEQIA ImA UV靜態(tài)工作點(diǎn)Q1：20,2,3B

20、QCQCEQIA ImA UV靜態(tài)工作點(diǎn)Q2：2Uo=min(UCEQ-UCES),( VCC/-UCEQ)/2=min3-0.7, 6-3/2=2.3/=1.63V負(fù)載交直流負(fù)載線負(fù)載交直流負(fù)載線橫軸截距橫軸截距VCC/=6縱軸截距為縱軸截距為42=min6-0.7, 12-6/2=5.3/=3.75V4.4.用圖解法分析電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響用圖解法分析電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響(設(shè)設(shè)RL= ，即無(wú)負(fù)載的情況，即無(wú)負(fù)載的情況)(1) 改變改變 Rb，保持，保持VCC ，Rc ， 不變；不變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 減小，減小，Q 點(diǎn)下移；點(diǎn)下移；Q 點(diǎn)上移；點(diǎn)上移；Q2Q3(2)改變改變 VC C，保持，保持 Rb，Rc ， 不變；不變；升高升高VCC，交直流負(fù)載線右平移，交直流負(fù)載線右平移OIBiCuCE Q1Q2Q3VCC、VBB雙電源雙電源VCC單電源單電源交直流負(fù)載