模拟电子技术 江晓安第二章

' RL Rc // RL , 故一般情况下交流负载线比直流
负载线陡。
交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距, 再与Q点
' ' UCC UCEQ ICQ RL
' 连接Q点和 UCC 点即为交流负载线。
第二章 放大电路分析基础
【例3】作出图2 - 5(a)的交流负载线。已知特性曲线如图 2- 5(b)所示, UCC=12V, Rc=3kΩ, RL=3kΩ, Rb=280kΩ。 解 首先作出直流负载线, 求出Q点, 如例2所示。 为方便将图2 - 5(b)重画于图2 - 8。 显然
3
2
1 0
uCE
(a )
iC N
UCC Rc
4
3
iB ＝IBQ
2
iB O M UCC uCE O M UCEQ UCC iB
1 0
uCE
(c)
图2 – 4 静态工作点的图解法
(d )
第二章 放大电路分析基础
由上可得出用图解法求Q点的步骤:
(1) 在输出特性曲线所在坐标中, 按直流负载线方程
uCE=UCC-iCRc, 作出直流负载线。 (2) 由基极回路求出IBQ 。
和静态时相同。
' (2) 另一特点是交流负载线的斜率由 RL 表示。
第二章 放大电路分析基础
' 过Q点, 作一条 U / I RL 的直线, 就是交流负载线。
具体作法如下: 首先作一条 U / I R' 的辅助线(此线有无数条), 然 L 后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线, 如图2 - 7 所示。 由于
信号顺利通过加至放大器输入端，同时隔直流, 使信号 源与放大器无直流联系。C1一般选用容量大的电解电容, 它是有极性的, 使用时, 它的正极与电路的直流正极相连, 不能接反。C2的作用与C1相似, 使交流信号能顺利传送 至负载, 同时, 使放大器与负载之间无直流联系。
第二章 放大电路分析基础
图2 – 2 单电源共发射极放大电路
第二章 放大电路分析基础
2.1.2 直流通路和交流通路
图 2 - 2 电路的直流通路和交流通路可画成如图 2 - 3(a)、(b)所示。
＋UCC Rb Rc Rs ＋ Us － Rb － Rc RL Uo ＋
(a ) 直流通路
(b ) 交流通路
图2 – 3 基本共e极电路的交、直流通路
第二章 放大电路分析基础
I BQ
12 0.7 0.040m A 40A 280
I CQ 50 0.04 2m A U CEQ 12 2 3 6V
第二章 放大电路分析基础
2.2.2 图解法确定静态工作点
将图2 - 3(a)直流通路改画成图2 - 4(a)。 由图a、 b两端
向左看, 其iC~uCE关系由三极管的输出特性曲线确定, 如图2 -
第二章 放大电路分析基础
3. UCC对Q点的影响 UCC的变化不仅影响IBQ, 还影响直流负载线, 因此,
UCC对Q点的影响较复杂。
UCC上升, IBQ增大, 同时直流负载线M点和N点同时增
大, 故直流负载线平行上移, 所以工作点向右上方移动。
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UCC下降, IBQ下降, 同时直流负载线平行下移。所以工 作点向左下方移动。如图2 - 6(c)所示。 实际调试中, 主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点,
输出电压与输入电压相位是相反的。这是共e极放大 电路的特征之一。
第二章 放大电路分析基础
2.3.2 放大电路的非线性失真
1.由三极管特性曲线非线性引起的失真
iC ib IB Q ic Q ICQ iC ib
iB
I BQ
Q ICQ ic
I BQ
ib
O ui
uBE
O
UCEQ
UCC
uCE
O
UCEQ
UCC
O
t
第二章 放大电路分析基础
uBE U BEQ ube U BEQ U bem sin t iB I BQ ib I BQ I bm sin t iC I CQ iC I CQ I cm sin t uCE U CEQ uce U CEQ U cem cost
第二章 放大电路分析基础
2.2.3 电路参数对静态工作点的影响
1. Rb对Q点的影响
iC N Rb2＜Rb Q2 Q Rb ＞Rb
1
iC N IBQ IBQ IBQ
1
iC N Rc ＞Rc
2
UCC ＞UCC
2
2
Q1 Rc ＜ Rc 1
Q
Q2
IBQ Q1 UCC ＜ UCC
1
Q
Q2
Q1 O M
uCE
图2-1 共发射极基本放大电路
第二章 放大电路分析基础
(1) 为保证三极管V工作在放大区, 发射结必须正向运 用; 集电结必须反向运用。图中Rb, UBB即保证e结正向运 用; Rc, UCC保证c结反向运用。 （2）图中Rs为信号源内阻；Us为信号源电压；Ui为
放大器输入信号。电容C1为耦合电容, 其作用是: 使交流
交流负载线
Q
Q t O O O t O O
uCE
O
uCE uCE
t
UCEQ
t
UCEQ
(a) 截止失真
(b) 饱和失真
图2 – 11 静态工作点不合适产生的非线性失真
第二章 放大电路分析基础
放大电路存在最大不失真输出电压幅值Umax或峰-峰值 Up - p。 最大不失真输出电压是指: 当工作状态已定的前提下, 逐渐增大输入信号, 三极管尚未进入截止或饱和时, 输出所
2.2.1 解析法确定静态工作点
由图2 - 3(a)所示, 首先由基极回路求出静态时基极电流IBQ:
I BQ
硅管
UCC U BE Rb
U BE 0.6 0.8V , 取0.7V U BE 0.1 0.3V , 取0.2V
锗管
第二章 放大电路分析基础
根据三极管各极电流关系, 可求出静态工作点的集电
放大电路的分析主要包含两个部分:
直流分析, 又称为静态分析, 用于求出电路的直流
工作状态, 即基极直流电流IB; 集电极直流电流IC; 集电
极与发射极间直流电压UCE。
交流分析, 又称动态分析, 用来求出电压放大倍数、
输入电阻和输出电阻三项性能指标。
第二章 放大电路分析基础
2.2 放大电路的直流工作状态
然后, 由基极输入回路, 计算IBQ
I BQ
UCC U BE 12 0.7 0.04m A 40A 3 Rb 280 10
直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点, 即为Q点,
从图上查出IBQ=40 μA, ICQ=2mA, UCEQ=6V, 与例1结果一致。
第二章 放大电路分析基础
第二章 放大电路分析基础
2.1 放大电路工作原理
2.2 放大电路的直流工作状态
2.3 放大电路的动态分析
2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路
2.5 多级放大电路
第二章 放大电路分析基础
2.1 放大电路工作原理
2.1.1 放大电路的组成原理
＋ C1 Rs ＋ Us － － ＋ Rb Ui UBB UCC － ＋ C2 ＋ V Rc RL Uo
uCE
uce
uce
(a ) 因输入特性弯曲引起的失真
(b ) 输出曲线簇上疏下密引起的失真
(c) 输出曲线簇上密下疏引起的失真
图2 – 10 三极管特性的非线性引起的失真
第二章 放大电路分析基础
2. 工作点不合适引起的失真
iC iC iB ICQ 交流负载线 uCE uCE uCE iC iC iC ICQ iC iB
图2 – 5
例 2 电路图
第二章 放大电路分析基础
解 首先写出直流负载方程, 并作出直流负载线:
uCE UCC iC RC
iC 0, uCE U CC 12V , 得M点; uCE U CC 12 0, iC 4m A, Rc 3
得N点, 连接这两点 ,即得直流负载线 .
(3) 找出iB=IBQ这一条输出特性曲线, 与直流负载线的 交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。
第二章 放大电路分析基础
【例2】如图2 - 5(a)所示电路, 已知Rb=280kΩ, Rc=3kΩ, UCC=12V, 三极管的输出特性曲线如图2 - 5(b)所示, 试用
图解法确定静态工作点。
而很少通过改变UCC来改变工作点。
第二章 放大电路分析基础
2.3 放大电路的动态分析
2.3.1 图解法分析动态特性
1. 交流负载线的作法
N iC / mA 交流负载线 Q I U UCE
Q
直流负载线 M
O
′ UCC
UCC
uCE / V
图2 – 7 交流负载线的画法
第二章 放大电路分析基础
交流负载线具有如下两个特点: (1) 交流负载线必通过静态工作点, 因为当输入信号ui 的瞬时值为零时, 如忽略电容C1和C2的影响, 则电路状态
能获得的最大不失真输出电压。如ui增大首先进入饱和区,
则最大不失真输出电压受饱和区限制, Ucem=UCEQ-Uces; 如 首先进入截止区, 则最大不失真输出电压受截止区限制,
Ucem=ICQ· R, 最大不失真输出电压值, 选取其中小的一个。
' 如图2 - 12所示, ICQ RL (UCEQ Uces ), 所以
失真输出波形
图2 – 12 最大不失真输出电压
4(b)所示。由图a、 b两端向右看, 其iC～uCE关系由回路的电
压方程表示:
uCE=UCC-iCRc
uCE与iC是线性关系, 只需确定两点即可:
第二章 放大电路分析基础
a iC iB iB iB UCC iB iB b O (b) iC UCC Rc 直流负载线 ICQ Q N iB iB
4
Rc
' Ucem ICQ RL
第二章 放大电路分析基础
iC / mA 3 D 交流负载线 iB＝120 A 100 A B 2 80 A 60 A Q ICQ 40 A 直流负载线 20 A C O 2 4 UCEQ Uces ICQR′ L 最大不失真输出波形 6 8 10 12 14 A 0 A 16 uCE / V
相一致。
第二章 放大电路分析基础
iC / mA 4 N 3 ICQ 2 1 0 2 4 辅助线 6 交流负载线 Q 80 A 60 A 40 A 20 A M 8 U ′ 10 U 12 CC CC 0 uCE / V
图2 – 8 例 3 中交流负载线的画法
第二章 放大电路分析基础
2. 交流波形的画法 表 2-1
t
iB / A
0
40 2
6
1 2

3 2
2
60 3
4.5
40 2
6
20 1
7.5
40 2
6
iC / mA uCE / V
第二章 放大电路分析基础
O
ui / mV
t
uBE/ mV ui
仍以例3为例, 设输入 加交流信号电压为 ui=Uimsinωt, 则基极电流 将在IBQ上叠加进ib, 即
UBEQ
O 60 IBQ 40 20 O 3
i ib
t
iB=IBQ+Ibmsinωt, 如电路使
Ibm=20μA,
iC / mA ic
t
iB 40 20sin t ( A)
ICQ
2 1 O 7.5 uCE / V uce
t
UCEQ 6 4.5
图2-9 基极、 集电极电流和电压波形
O
M uCE
O
M (c) UCC变化对 Q点的影响
uCE
(a) Rb 变化对Q点的影响
(b) Rc变化对Q点的影响
图2 – 6 电路参数对Q点的影响
第二章 放大电路分析基础
2. Rc对Q点的影响 Rc的变化, 仅改变直流负载线的N点, 即仅改变直流 负载线的斜率。 Rc减小, N点上升, 直流负载线变陡, 工作点沿iB=IBQ 这一条特性曲线右移。 Rc增大, N点下降, 直流负载线变平坦, 工作点沿 iB=IBQ这一条特性曲线向左移。如图2 - 6(b)所示。
R Rc // RL 1.5k
' L
U ' 作一条辅助线, 使其 RL 1.5k I 取ΔU=6 V、ΔI=4mA, 连接该两点即为交流负载线的辅助线,
过Q点作辅助线的平行线, 即为交流负载线。可以看出
' ' ' UCC 9V 相一致。与按 UCC UCEQ IC RL 6 2 1.5 9V
极电流ICQ：
I CQ I BQ
再根据集电极输出回路可求出UCEQ
U CEQ U CC I C Rc
第二章 放大电路分析基础
【例1】 估算图2 - 2放大电路的静态工作点。设UCC=12 V, Rc=3kΩ, Rb=280kΩ, β＝５０。
解 根据公式(2 - 1)、(2 - 3)、 (2 - 4)