放大电路的动态分析放大电路的频率特性

U o U i
U o Ic RL
例1：
RS
E
+ S-
Ii
+ U i -
B Ib
RB
Ic C
βIb
rbe
RC
E
+ RL Uo
-
Ib RL
RL RC // RL
Au


RL rbe
式中的负号表示输出电压的相位 与输入相反。
当放大电路输出端开路(未接RL)时，
iC/mA 交流负载线
iB/mA
iC/mA
ic
IC
Q1
iB/mA
Q Q2
ib
Baidu Nhomakorabea
IB
Q RL=
O
tO
O
O
uCE/V
tO
O
uCE/V
uBE/V uBE/V
UCE
uo
UBE ui
t
t
由uo和ui的幅值（或峰峰值）之比可得放大电路的 电压放大倍数。
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结论
（1）交流信号的传输情况
交流通路
+
画交流通路应遵循两条 RS
原则：①大容量的电容 视为短路；②无内阻的 直流电源视为短路。
es + –
ui –
RB
+ RC RL uO
–
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15.3.1 微变等效电路法
微变等效电路： 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一
个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为 一个线性元件。 线性化的条件：
大电路的微变等效电 路。
eS-
-
E
-
微变等效电路
分析时假设输入为
Ii B Ib
Ic C
正弦交流，所以等效 电路中的电压与电流
RS
可用相量表示。
E
+ S-
+ U i -
RB
βIb
rbe
RC
+ RL Uo
E
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3.电压放大倍数的计算
定义 : Au U i Ibrbe
3) 外加电压 U o 4) 求 Io
Ic β Ib
IRC

U o RC
Ib 0 所以 Ic 0
ro

U o Io

RC
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15.3.2 动态分析图解法
用图解法对放大电路进行动态分析，旨在用作图 的方法来分析各个电压和电流交流分量之间的传输情 况和相互关系，也可测出电压放大倍数。
ui (即ube)
ib
iC
u0（即uce）
（2）电压和电流都含有直流分量和交流分量
uBE = UBE+ ube
iB = IBE+ ib
iC = IC+ ic
uCE = UCE+ uce
（3）输入信号电压ui和输出电压u0相位相反
（4）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值
与输入正弦电压的幅值（峰峰值）之比。RL’的阻 值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也
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3.电压放大倍数的计算
• 例15.3.1：在 下图（即图15.1.2）中， UCC=12V，
RC=4k，RB=300k， =37.5， RL=4k。
求电压放大倍数。
[解] 已求得 IC= 1.5mA ≈IE
26(mV)
rbe

200

(1
37.5) 1.5(mA)
计打基础。
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15.3 放大电路的动态分析
放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。
电路中电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即 对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。
交流通路---只考虑交流信号的分电路。 直流通路 ---只考虑直流信号的分电路。 不同的信号可以在不同的通路进行分析。
晶体管的
输出电阻 rce

UCE IC

IB
uce ic
rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽 IB 略不计。
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1. 晶体管的微变等效电路 晶体三极管
微变等效电路
ic
B ib
+C
+
ic C +
ib
B+
uce
ube
-
-
E
晶体管的B、E之间 可用rbe等效代替。
U B E IB
UCE

ube ib
UCE
UBE
晶体管的输入电路(B、E之间)
O
UBE
输入特性
可用rbe等效代替，即由rbe来确 定ube和 ib之间的关系。
对于小功率三极管：
26(mV ) rbe 200() (1 β) IE(mA )
rbe一般为几百欧到几千欧。
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1 交流负载线
交流负载线反映动态时电流iC和电压uCE的变化关系， 由于对交流信号短路，RL与RC并联，故得
u0 uce ic (Rc // RL ) ic RL'
uCE UCE (iC Ic )RL'
经整理可得：
uCE iC RL' (Ic RL' UCE )
ube rbe
ib
uce
-
-
E 晶体管的C、E之间可用一
受控电流源ic=ib等效代替。
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2. 放大电路的微变等效电路
将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路代替即可得放 大电路的微变等效电 路。
ii B ib
+
R+S eS-
ui -
RB
ic C
+
RC RL uO -
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对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)
+UCC
RB
RC
+C2
XC 0，C 可看作 对地短路 短路。忽略电源的内
RS +
es –
C1 +
iB
+ 短路
ui
iC + uB–E
+ T uCE
–
iE
RL
短路
+ uo –
–
阻，电源的端电压恒 定，直流电源对交流 可看作短路。
40mA
因 为RL RC , 所以 交流负载线比直
流负载线更陡。
1
20mA
´ B
O 4 8 12 D16 20 UCE/V
直流负载线
交流负载线的具体作法之一：通过输出特性曲线上
的Q点，做一条与横轴夹角为α的直线AB，即为交流 负载线。
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2.图解分析
15.3.2图解法
三极管的微变等效模型
图三极管及其微变等效模型
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15.3.1 微变等效电路法
1. 晶体管的微变等效电路
晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
(1) 输入电路
当信号很小时，在静态工作点附近的
IB
输入特性在小范围内可近似线性化。
Q IB
晶体管的 输入电阻
rbe

ri

U i Ii

U i IRB
Ib
- RB // rbe
当RB rbe时，
ri 例2： Ii B Ib
Ic C
RS
+
IRB
βIb
rbe
E S-+ Ui
RB E
RC
RE Ie
-
ri
+ RL Uo
-
ri rbe
U i Ibrbe Ie RE
或 iC


1 RL'
uCE

1 RL'
(Ic RL'
UCE )
式中： RL' RL // Rc ，称为交流负载电阻。
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15.3.2 图解法 1. 交流负载线
交流负载线斜率 tanα 1 RL
IC/mA
C 4
A
3
2
交流负载线 80mA
60mA
Q
RS
E
+ S_
Au 放大 电路
+
RL _U o
动态电阻，与 负载无关。
ro
定输义出输：电出阻电是阻表：明r放o 大UI电oo 路带负载E能o_+ 力的参数。RL电_U+路o
的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，
因此一般总是希望得到较小的输出电阻。
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信号源
ri
放大 电路
输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小
的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流
愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。
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例1： Ii +
RS
B Ib IRB
Ic C βIb
E
+ S-
U i -
RB rbe
RC
E
RL
+ U o
例3：
Ii B Ib
Ic C Io
外加
RS
E -S+
+ U i -
RB
βIb
rbe
RC
RL
+
U o -
共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高;
E
2. 输入电阻低;
求1) r断o的开步负骤载(加RL压求流法I)o：ro
Ic

3. 输出电阻高.
IRC
2) 令Ui 0或E S 0
放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是
一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信
号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。
RS Ii
输入电阻是对交
E +-S
U+- i
Au 放大电路
流信号而言的，是 动态电阻。
信号源
定义：
输入电阻
ri

U i Ii
RS
Ii
E S+-
U+- i
RS
E S-+ Ui
U o Ic RL Ib RL
-
B Ib
RB
Ic C βIb
rbe E RC
RE Ie
+ RL Uo
-
Au


rbe

βRL (1 β
) RE
RL RC // RL
由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大 倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui 与ib的关系、 uo与ic 的关系。
Au

β
RC rbe
负载电阻愈小，放大倍数愈小。 因rbe与IE有关，故放大倍数与静 态 IE有关。
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3.电压放大倍数的计算
定义:
Au

U o U i
例2： Ii +
U i Ibrbe Ie RE
Ibrbe (1 β )IbRE
E
ii B ib
ic C
交流通路
+ RS
+ ui eS- -
ib
+
RB rbe
RC RL uo
E
微变等效电路
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2. 放大电路的微变等效电路
ii B ib
ic C
将交流通路中的晶
+
+
体管用晶体管微变等 RS
ib
效电路代替即可得放 + ui RB rbe
RC RL uo
晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此， 在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近 似代替。 微变等效电路法：
利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路 电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。
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微变等效电路分析法
微变等效电路分析法(又叫小信号等效电路分析法)是 在输入低频小信号的前提下，用BJT的h参数模型代替 交流通路中的三极管，得到放大电路的微变等效电路， 然后利用线性电路的基本定理来计算放大电路的性能指 标(如电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等)。
15.3 放大电路的动态分析
动态：放大电路有信号输入(ui 0)时交流工作状态。 动态分析: 对外加的交流信号及其响应单独进行分析,即只对电路 的交流工作状态(简称动态)进行分析,称为动态分析。 分析对象：各极电压和电流的交流分量。 分析方法：微变等效电路法，图解法。 所用电路：放大电路的交流通路。 目的：找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设
Ib


Ibrbe
(1
U i
β)Ib
RE
rbe (1 β)RE
ri RB // rbe (1 β)RE
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5. 放大电路输出电阻的计算 放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是
一个信号源，可以将它进行戴维南等效，等效电
源的内阻即为放大电路的输出电阻。 输出电阻是
0.867k
RS
RL’ = RC ∥ RL = 2kΩ
+
es
Au


RL' rbe
2 37.5
0.867
–
RB C1
+ + ui
–
+UCC
RC +C2
iB iC + + TuCE + uB–E – RL uo
iE
–
86.5
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4.放大电路输入电阻的计算
(2) 输出电路
输出特性在线性工作区是
IC
一组近似等距的平行直线。
Q
晶体管的电 流放大系数
β

IC IB

U CE
ic ib
U
晶体管的输出电路(C、E之
CE
O
间)可用一受控电流源 ic= ib 输出特性 UCE 等效代替，即由来确定ic和
ib之间的关系。
一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。
愈多。
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3.非线性失真分析
非线性失真：信号(电压或电流)波形被放大后幅 度增大，而形状应保持原状。如发生不对称或局部 变形现象都称为波形失真。由于三极管非线性特性 而引起的失真，称为非线性失真。
非线性失真包括饱和失真和截止失真两种。 饱和失真：是由于放大电路的工作点到达了三 极管的饱和区而引起的； 截止失真：是由于放大电路的工作点到达了三 极管的截止区而引起的。 放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关 系，应尽量避免失真现象出现。