放大电路分析方法概述.ppt

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§2-3 放大电路的分析方法
放大 电路 分析
静态分析 动态分析
图解法 估算法 图解法
微变等效电路法
计算机仿真*
.精品课件.
1
一. 直流通道和交流通道
在放大电路中直流信号和交流信号是同时存在 的,为了分析研究方便,将两种信号对电路的作用 分开讨论,即分为直流通路和交流通路。
直流通路:在直流电源作用下直流电流流过的通路, 即静态电流通路。主要用于求解静态工作点。
的交点值即为ICQ、UCEQ。
上述直线方程对应的直 线即为输出负载线,也 称直流负载线。
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2、用图解法进行动态分析
当加入输入信号△μi≠0时, 输入回路方程为:
UBB+△ui-IBRb =UBE
该直线与横轴交点为(VBB+△ui,0), 与纵轴交点为 斜 (0 , VBB+△ui/Rb ),
答: 截止状态
共射极放大电路
故障原因可能有:
• Rb支路可能开路, IB=0, IC=0, VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 • C1可能对地短路, VBE=0, IB=0, IC=0, VCE= VCC - IC Rc= VCC 。
.精品课件.
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作业:看懂“图解分析法” 预习“等效电路分析法”
则电压放大倍数Au应为
u u
A o CE
u u
u
i
i
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由图解分析可看出: 当△ui>0时,△ib>0, △ic>0,而△uCE<0; 当△ui<0时, △ib<0, △ic<0,而△uCE>0; 由此得知输出电压的变化与输入电压的变化是反相 的。
另外可从图中看出,改变Rb可使Q点产生移动,
输入波形 ib uCE
uo
输出波.精形品课件.
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b). Q点过高,信号进入饱和区
放大电路产生
iC
饱和失真
ib 输入波 形
uCE
输出波形
uo
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5.图解法实用范围
图解法的特点是直观形象的反映晶体管 的工作情况,但是必须实测所用管的特性曲 线,而且用图解法进行定量分析时误差较大 。此外,晶体管的特性曲线只能反映信号频 率较低时的电压、电流关系,而不反映信号 频率较高时,极间电容产生的影响。因此, 图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而 工作频率不太高时的情况。实用中多用于分
.精品课件.
iC
VCC VVRCCcCC RRcc ICQ Q ICQ
VC EQ
QQ Q
斜率斜- 率1 - 1
Q
IIBBQIQBQ Rc
Rc
VVCCECQ VC EQVC EQ
VCC vCCEE
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2. 放大电路如图所示。当测得 BJT的VCE 接近VCC的值时,问 管子处于什么工作状态?可能 的故障原因有哪些?
两式中duBE, duCE, diB, diC表示无限小的信号增量,假
定在小信号作用下电流、电压的变化没有超过特性曲线 的线性区,无限小信号增量可以用有限增量代替,即可 用电压、电流的交流分量代替,则上式可写为:
u be
hie
i b
h u re
ce
(h11e,h12e)
i c
hfe
i b
hoe
u ce
+EC
RB RC C1
C2
T
开路
开路
直流通道 +EC
RB RC
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对交流信号(输入信号ui)
RB RC C1
+EC
置零
C2
短路
T 短路
ui
交流通路
uo
RB
RC RL
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二. 图解分析法
在已知放大管的输入、输出特性曲线和元件其 他参数条件下,采用作图方法对放大电路进行 分析的方法称为图解分析法。
这样就可以将BJT等效为直 流模型如图(c) ,理想二极管规 定了电流的方向。
该模型的使用条 件为:BJT工作在直 流静态的放大状态, 且: UBE>Uon
UCE≥UBE
.精品课件.
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用直流模型估算Q点
+EC (1)根据输入回路估算IBQ
RB RC IB UBE 直流通路
E U
IC
BEQ
BQ
R
B
BJT临界饱和电压UCES :Si管为0.3V, Ge管为0.1V。 Uom的取值方法为:以Q点为基准,取(UCEQ - UCES)和 (ICQ·RC// RL )中较小值。为获得最大Uom ,一般将 Q点取在交流负载线的中点。
.精品课件.
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b). Q点过低,信号进入截止区
放大电路产生
iC
截止失真
B
S
采用作图方法在iB / uBE 坐标系内分别作出曲线,其
交点即为IBQ、UBEQ。
显然方程(1)为一直线方程, 称为输入负载线;方程(2)为 指数曲线。
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应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为:
VCC- IC RC = UCE 在放大回路中可测量出iC/uCE座标系中在不同IB下的 关系曲线, 上述直线方程与输出关系曲线在IB = IBQ时
直流通路的确定方法: (a)将电容开路; (b)将电感短路,忽略内阻; (c)信号源短路,保留内阻。
.精品课件.
2
交流通路:在输入信号作用下交流电流流过的通路, 即动态电流通路。主要用于确定放大电路的动态参 数。
交流通路的确定方法: (a)将电容视为短路; (b)将电感视为开路; (c)将直流电源视为短路。(小内阻)
析Q点位置、最大不失真输出电压Uom 和失真
情况。
.精品课件.
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1. 试分析下列问题:
(1)增大Rc时,负载线将 如何变化?Q点怎样变化?
共射极放大电路
(2)增大Rb时,负载线将 如何变化?Q点怎样变化? (3)减小VCC时,负载线将 如何变化?Q点怎样变化? (如何4)变减化小?RQL点时怎,样负变载化线?将
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三. 微变等效电路分析法
由于放大电路中BJT是一个非线性器件,电路的 分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和定 律。如能在一定条件下,建立BJT的线性化模型, 将BJT非线性器件线性化,那么,对放大电路的分 析就迎刃而解了。从实际的BJT特性曲线可见,在 小范围内可将其非线性作线性化处理,此时,BJT 的电流、电压有线性关系存在。这样,在小信号范 围可建立BJT的线性模型了。
uBE =ƒ (iB, uCE) … … … ① iC =ƒ (iB, uCE) … … … ②
设BJT在小信号下工作,对上两式取全微分,得
duBE
u BE
i
UCEQ
diB
u BE
u
IBQ duCE (1)
B
CE
i
i
diC C i
di C
u UCEQ
B
du
IBQ
CE
B
CE
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(2)
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CEQ
CQ L
uCE
对直接耦合放大电路,直流负载线和交流负 载线重合[斜率均为-1/ (RC// RL )],而阻容耦 合放大电路只有在空载时两条负载线才重合。
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4、用图解法分析放大电路的非线性失真
在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入 信号(即线性放大);如果两者不成比例,则输出 信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线 性失真。
BJT可以看成一个有源双 口网络,该网络有输入和输出 两个端口,一般用ui、uo和i1、 i2来表示网络的特性,以这些 参数为基础产生了如Z参数法、 Y参数法、H参数法等不同的 分析方法;
其中H参数法是在低频分析中应用较广的分析方法。
.精品课件.
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(1)BJT的H参数小信号模型
BJT在共射极电路的输入回 路和输出回路有关系式:
使△ib 、△ic、△uCE及Au发生改变。同样改变RC也可 使Au改变,但不改变Q点的位置。
.精品课件.
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如一果幅输值入 放信 大号 、变△u化i为反正相弦的信正号弦vi信时号,v在o 输。出回路得到
.精品课件.
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动态分析步骤如下:
(1)根据vi的波形在三极管输入特性曲线上求iB
求IB,在输入特性曲线上找到Q点,vBE=VBE+vi,iB= IB+ib, 根据vi的波形对应画出vBE和iB的波形图。
为了得到尽量大的输出信号,要把Q设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适,信号进入截 止区或饱和区,则造成非线性失真。
下面将分析失真的原因。为简化分析,假设负载为 空载(RL=)。
.精品课件.
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a).选择合适静态工作点
iC
ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
.精品课件.
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最大不失真输出电压Uom :
在静态工作情况下,可以用估算法进行Q点估 算,也可用图解法确定。
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1、用图解法确定Q点
以基本共射放大电路为例,用虚线将图分为三部 分,输入回路、放大回路和输出回路。
.精品课件.
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电路静态时,△ui=0,输入回路电路方程为:
U I R U (1)
BB
B
b
BE
UBE
I I ( e UT 1 )(2)
L
L
这样在输出回路特性曲线中通过Q点和所作的一 条斜率为-1/ (RC// RL)的直线就为交流负载线。
.精品课件.
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交流负载线的作法
iC
V CC
过Q点作一条直线,与横
R C
坐标交点为(UCEQ+ICQRL’,
0),该直线即为交流负
载线,斜率1 为:
R
L
交流负载线
直流负载线 Q IB
VCC
U I R'
ic 1
uce
RL
交流通路
其中: RL RL // RC
.精品课件.
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该直线具有两个特征:
①当μi=0时,BJT的ic应为ICQ , uce应为UCEQ ,即该
直线必定经过Q点;
②动态条件下ic对uce的斜率为-1/RL’,满足关系式
i 1 u I 1 U
ce
R' ce
CQ
R' CEQ
直流通路下负载的VAR关系曲线。
RB RC
+VCC IC
UCE
直流通路
1. 三极管的输出特性。
2. UCE=VCC–ICRC 。
V CC
IC
与输出 特性的
R C
交点就
是Q点
Q IB
直流 负载线
.精品课件.
UCE
VCC
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b)、交流负载线
交流通路下负载的VAR关系曲线。
ic
uce
uo
ui
RB
RC RL
EC 0.7 RB
RB称为偏置电阻,IB称为偏 置电流。
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(2)根据输出回路估算UCEQ、ICQ
+EC
RB RC
IC
I I I
CQ
BQ
CEO
I BQ
UCE
U E I R
CEQ
C
CQ C
直流通路
.精品课件.
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2.小信号模型
如果放大电路的输入信号电压很小,就可以把BJT 在小范围内的特性曲线近似用直线代替,从而把BJT 当成线性元件来处理,这就是小信号建模的指导思 想。
信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。
在分析放大电路时,应遵循“先静态,后动态”的
原则,求解静态工作点Q时应用直流通路,求解动
态参数时应用交流通路,两种通路必须分清,不可
混淆。
.精品课件.
3
利用上述原则,直接耦合和阻容耦合共射放大电路 的直、交流通路分别为:
.精品课件.
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RC耦合共射放大电路
(2)在输出特性曲线上作输出负载线,求iC及vCE的波形
根据iB的波形可画出对应的iC和vCE的波形。交流量vce的波形 就是输出电压vo的波形。
(3)求电压增益
根据定义,
uv
A
o
om
uu
v
i
im
式中负号示表示输出信号电压与输入信号电压的相位相反。
.精品课件.
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3. 直流负载线和交流负载线
a)、直流负载线
率仍为-1/Rb。
根据给定的△ui作输入负载线, 其与输入特性曲线交点便是 在△ui作用下IB的变化量△ib
.精品课件.
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在输出回路中找到IB = IBQ + △ ib的一条特性曲线,输出 负载线与该曲线的交点为
- (UCEQ △uCE, ICQ+ △ic),
由此得到的△uCE即为输出 电压变化量。
门子(S).;精品课件.
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hie,hre,hfe,hoe称为BJT在共射极接法下的H参数, 由于四个h参数的单位量纲各不相同,故称该参数为
混合参数。。
等效模型图如下:
以上所得电路就是把 BJT线性化后的线性模 型。在分析计算时, 可以利用这个模型来 代替BJT,从而,可以 把BJT当作线性电路来 处理,使非线性复杂 电路的计算得以解决。
下面介绍常用的线性等效模型,使我们能简化 对放大电路的分析,应注意各种模型的使用范围和 条件。
.精品课件.
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1.直流模型
在而对在共输射出极特放性大中电,路由求于解Q 点IC≈时βI,B,一说般明将仅UB决EQ定取于固IB定,值而0与.7V 或UC0E.Q2无恒成压一源平, 行这 于样UC就EQ可的将直输线入,特如 性图折(b线);化,如图(a);
(h21e,h22e)
h ie
uBE iB
UC EQ
:
输出端交流短路时的输入电阻,单位为 欧姆(Ω);
h uBE
: re
IBQ
uCE
输入端交流开路时的反向电压传输比(无 量纲);
h iC
: fe
UC EQ
iB
输出端交流短路时的正向电流传输比或电 流放大系数(无量纲);
hoe
iC uCE
:
IBQ
输入端交流开路时的输出电导,单位为西
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