2放大电路基本分析及仿真方法---偏置电路

t
O
t
底部失真
模拟电路基础课程组
顶部失真
四、放大电路的组成原则
静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路（元 件）参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能 够获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地（信号源与直流电源共 地，有公共端）、直流电源种类尽可能少、负载上无 直流分量。
I B ib
RC I C ic
VCC
+
ui
+
RL uo
-
VCC
画法： 交流信号源置零（交流电压 源短路，交流电流源开路）；
电容开路（隔直流）
Rb
IB
IC
RC
直 流 通 路
电感短路（电感上直流电压为零）
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静态工作点计算，求：IBQ、ICQ、UCEQ
估算法：
VCC－U BEQ I BQ＝ Rb I CQ I BQ U CEQ VCC I CQ Rc
ii RS vS io 放大器
+
vi
+
vo RL
–
“地”
–
负载电阻
信号源
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两种实用放大电路：
对实用放大电路的 要求：共地、直流电源 种类尽可能少、负载上 无直流分量。
（1）阻容耦合放大电路：
I C ic I B ib Rs vs
ii RS vS
io 放大器
+
vi
+
vo RL
–
“地”
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图解法 静态分析 放大 电路 分析 估算法
图解法
动态分析
微变等效电路法
计算机仿真（multisim仿真）
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阻容耦合共射放大器：
基本思想： 非线性电路经适当 近似后可按线性电路对 待，利用叠加定理，分 别分析电路中的交、直 流成分。
直流分析 ——静态工作点 求：IBQ、ICQ、UCEQ
RS
US ~
Au
Ro
UO' ~
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如何确定电路的输出电阻Ro ？
方法一： 理论分析计算方法
步骤： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。
2. 外加电源法。
RS
I
Au
US ~
U Ro I U
RL us 0
（U、I为有效值）
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方法二：实验测量方法 步骤： 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。 Ro Ro Uo ' Uo' ~
RC 2k
+VCC C2 RL
15V
VCC IB RB UBE I E RE IE (1 )IB
1
+ vo

Rs + vs

RE 1k
CE
VCC U BE IB 51μA RB (1 ) RE
IC IB 2.55mA UCE VCC I（ 7.35V C RC RE）
VCC
+ ui

-

Rb2 Rb1
' VCC ' RC
+VCC RC RL + uO

+ uO

+ ui

Rb1
' VCC
RL ' VCC RC RC // RL RC RL
' ' UCEQ VCC ICQ RC
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例： 电路如图所示，设UBE=0.7V， 50 求VO=_____? 解：
' ' UCEQ VCC ICQ RC
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直接耦合放大电路
I CQ
Rb2 + ui

+VCC RC
Rb1
I BQ
+ U BEQ Rb2
U CEQ u
+ +
O
VCC U BEQ U BEQ I BQ Rb2 Rb1 ICQ I BQ UCEQ VCC ICQ RC
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二、性能指标
对信号而言，任何放大电路均可等效成二端口网络。
输入电流 信号源 内阻 信号源 输入电压 输出电压
输出电流
1. 放大倍数：输出量与输入量之比
U A o A uu u U i
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源电压放大倍数
I A o A ii i I i
+
RL uo
-
VCC BB
VCC
-
+
ui
ui
iC I C ic
-
+ -
iB I Bib
RC
Rb
+
uO
VCC
简化画法
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VBB
-
（1）阻容耦合放大电路
C1、C2为耦合电容！
＋ － ＋ －
UCEQ
UBEQ
耦合电容的容量应足够 大，即对于交流信号近似 为短路。其作用是“隔离 直流、通过交流”。
有交流损失但Rb1必
不可少！！！
静态时，U BEQ U Rb1 动态时，VCC和uI同时作用 于晶体管的输入回路。
共地，且要使信号 驮载在静态之上
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§2.3 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（估算方法） 四、multisim仿真方法
静态时，C1、C2上电压？ U C1 U BEQ，U C2 UCEQ 动态时， uBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。 负载上只有交流信号。
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（2）直接耦合放大电路
有直流分量
－ ＋ UBEQ
将两个电源 问题： 合二为一 1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地”
VBB、Rb：使UBE＞ Uon，且有 合适的IB。 VCC：使UCE≥UBE，同时作为 负载的转换能源。 Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo) 。 +
ui
iC I C ic iB I Bib
RC
+
uO
Rb
-
VCC
VBB
共射
动态信号作用时：uI ib ic uRc uCE (uo ) 输入（交变）电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e 间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ （IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。
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三、基本共射放大电路的波形分析
iC I C ic iB I Bib RC
+
ui
+
uO
动态信号 驮载在静 态之上
VCC 与iC变化 方向相反
Rb
-
VBB
uCE
VCC UCEQ O
饱和失真
uCE
VCC UCEQ
截止失真 要想不失真，就要 输出和输入反相！ 在信号的整个周期内 保证晶体管始终工作 在放大区！
其中UBEQ UON 0.7V(Si管)
Rs us
Rb
I B ib
RC I C ic
VCC
+
ui
+
RL uo
VCC
Rb
I CQ
RC
I BQ U BEQ
+ -
直 流 通 路
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I CQ
+VCC RC
直接耦合放大电路
I BQ VCC U BEQ U BEQ Rb2 Rb1
Rs us
Rb
I B ib
RC I C ic
VCC
+
ui
+
RL uo
-
-
交 流 通 路
Rs
ib
+
ui
Rb
ic
RC
RL
uo
+ -
vs
电容短路，电感开路
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-
二、图解法（负载线、失真分析）
1. 直流负载线
uBE VBB iB Rb uCE VCC iC Rc
放大器工作时，信号（电 流、电压）均迭加在静态 工作点上。
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交流分析 ——动态指标 求：Au、Ri、Ro
一、直流通路与交流通路
1）直流分析——画出直流通路 当放大电路处于静态时（直 流电源作用），直流电流流经的 通路称为放大器的直流通路。 作用：计算放大器的静态工作点
Rs us
Rb
上限频率
5. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 6. 最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数
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§2.2 基本共射放大电路的工作原理
一、电路的组成及各元件的作用 二、设置静态工作点的必要性 三、波形分析 四、放大电路的组成原则
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一、电路的组成及各元件的作用
University of Electronic Science and Technology of China
第二部分
基本放大电路及其分析仿真方法
实例引入——温度监测系统
热敏电阻在加热器内 部实时地监测温度并 转换成电信号，放大 器把反映温度的微小 电信号进行放大后交 给单片机组成的控制 电路。
§2.5 晶体管放大电路的三种接法
§2.6 场效应管基本放大电路 §2.7 放大电路的频率响应（第5章，P220）
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§2.1 放大的概念与放大电路的性能指标
典型音频放大器电路
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一、放大的概念
VCC
至少一路直流 电源供电
判断电路能否放 放大的对象：变化量（通常情况） 大的基本出发点 放大的本质：能量的控制与转换 放大的特征：功率放大（电压或电流） 放大的基本要求：不失真或失真小于一定值
Uo' ~
RL
Uo
3. 计算
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' UO RO （ 1）RL UO
4. 通频带
衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。 由于（耦合）电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大 电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生 相移。
下限频率
f bw f H f L
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二、设置静态工作点的必要性
为什么放大的对象是动态信号，却要求晶体管在信号为 零时有合适的直流电流和极间电压？ i I i
C C
c
+
ui
iB I Bib
RC
+
uO
Rb
-
VCC
VBB
-
输出电压波形必然发生（严重）失真！ 要解决失真问题，首先必需设置合适的静态工作点； 且，Q点几乎影响着所有的动态参数！
+ ui

Rb2 Rb1
I BQ
ICQ I BQ
UCEQ VCC ICQ RC
+VCC Rb2 + ui

+ U CEQ uO U BEQ - VCC
Rb2 Rb1
' RC ' VCC
+ +
RC RL + uO

+ ui

' VCC
+ uO

Rb1
RL ' VCC RC RC // RL RC RL
–
负载电阻
信号源
iC I C ic
+
ui
RC
+
RL uo
+
ui
iB I Bib
Rb
RC
+
uO
VCC
RB
VCC
-
VBB
-
VBB
-
-
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双电源共射放大器 构成单电源共射放大器：
I B ib
RB RC I C ic
I C ic
VCC
Rs vs
+
ui
RC
+
RL uo
RB
I B ib Rs vs
对电压放大器：Ri越大，Ii 就越小，Ui就越接近US； 即放大器对电压信号源损失越小。 对电流放大器：Ri越小，Ii 就越大，Ii就越接近IS； 即放大器对电流信号源损失越小。
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3、输出电阻Ro 放大电路对其负载而言，相当于信号源， 我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴 维南等效电路的内阻就是输出电阻。
U o A ui I i
I o A iu U i
U o A us U s
电压放大倍数是最常被研究和测试的参数
2、输入电阻Ri 定义： R S
Ii
U i
Au
US ~
RL
Ui Ri Ii
（U、I为有效值）
放大电路一定要有信号源为其提供信号，那么 就要从信号源索取信号。输入电阻是衡量放大电路 从其前级获取信号能力大小的参数。
模拟电路基础课程组
例：反馈式偏置电路如图所示，求静态Q （估算IB、IC、UCE）
解：由直流通路有
VCC
IB
RC
IC IB
C2
VCC ( IC I B ) RC I B RB UBE C 因 IC I B v VCC U BE IB RB (1 ) RC
放大器偏置供电电路放大电路基本分析方法图解法简单估算等效模型计算机辅助分析仿真分析模拟电路基础课程组第二部分基本放大电路及其分析仿真方法21放大的概念与放大电路的性能指标22基本共射放大电路的工作原理23放大电路的分析方法24静态工作点的稳定25晶体管放大电路的三种接法26场效应管基本放大电路27放大电路的频率响应第5章p220分布章节模拟电路基础课程组21放大的概念与放大电路的性能指标典型音频放大器电路模拟电路基础课程组一放大的概念放大的对象
模拟电路基础课程组
第二部分
基本放大电路及其分析仿真方法
关注的重点：
◆放大器偏置（供电）电路
◆放大电路基本分析方法 ●图解法 ●简单估算（等效模型） ●计算机辅助分析（仿真分析）
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第二部分
基本放大电路及其分析仿真方法 分布章节
§2.1 放大的概念与放大电路的性能指标 §2.2 基本共射放大电路的工作原理 §2.3 放大电路的分析方法 §2.4 静态工作点的稳定
i
RB
IC
RL

1
vo

VCC (IC I B )RC UCE UCE VCC (1 )I B RC
模拟电路基础课程组
2）交流分析——画出交流通路 当放大电路处于动态 时，交流电流流经的通路 称为放大器的交流通路。 作用：求动态指标 画法： 直流源置零
恒压源短路 恒流源开路
VCC U BE IB RB
VCC 12V
40μA
RB 282k
RC 2k RL 2k
IC I B 2mA

VCC Vo Vo RL ( IC ) RC
VO

Vo 4V
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例： 电路如图所示，已知Si-BJT的 50 RB 估算IB、IC、UCE 230k 解：画出直流通路 C