第6讲 放大电路的分析方法

消除饱和失真的方法
Rc↓或VCC↑ 或
Q ''' Q ''
Rb↑或 或 β↓或 或 VBB ↓
这可不是 好办法！ 好办法！
• 消除方法：增大Rb，减小 BB，减小 c，减小 ，增大 CC。 消除方法：增大 减小V 减小R 减小β，增大V • 最大不失真输出电压 om ：比较 CEQ与（ VCC－ UCEQ ）， 最大不失真输出电压U 比较U 取其小者， 取其小者，除以 2 。
Q'
截止失真是在输入回路首先产生失真！ 截止失真是在输入回路首先产生失真！ 消除方法：增大V 即向上平移输入回路负载线。 消除方法：增大 BB，即向上平移输入回路负载线。 减小R 能消除截止失真吗？ 减小 b能消除截止失真吗？
t
饱和失真
饱和失真产生于晶体管的输出回路！ 饱和失真产生于晶体管的输出回路！
基本共射放大电路的直流通路和交流通路
VBB－U BEQ Rb
VBB越大， 越大， UBEQ取不同的 值所引起的IBQ 值所引起的 的误差越小。 的误差越小。
I BQ＝
I CQ = β I BQ U CEQ = VCC − I CQ Rc
列晶体管输入、输出回路方程， 作为已知条件， 列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件， 可估算出静态工作点。 令ICQ＝βIBQ，可估算出静态工作点。
第六讲 放大电路的分析方法
第六讲 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
一、放大电路的直流通路和交流通路
通常， 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的 作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析， 作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析， 将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。 将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。 1. 直流通路：① Us=0，保留 s；②电容开路； 直流通路： 电容开路； ，保留R 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。 ③电感相当于短路（线圈电阻近似为 ）。 2. 交流通路：①大容量电容相当于短路； 交流通路： 大容量电容相当于短路； 直流电源相当于短路（内阻为0）。 ②直流电源相当于短路（内阻为 ）。
讨论三
已知I 已知 CQ＝2mA，UCES＝ ， 0.7V。 。 1. 在空载情况下，当输 在空载情况下， 入信号增大时，电路首先出 入信号增大时， 现饱和失真还是截止失真？ 现饱和失真还是截止失真？ 若带负载的情况下呢？ 若带负载的情况下呢？ 2. 空载和带载两种情况下 om分别为多少？ 空载和带载两种情况下U 分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真， 带上负载后这种失真消除？ 带上负载后这种失真消除？
3. 放大电路的动态分析
放大电路的 交流等效电路
& & & U i = I i ( Rb + rbe ) = I b ( Rb + rbe )
& & U o = − I c Rc
Ro = Rc
& Uo β Rc & = Au =− & Ui Rb + rbe
Ui Ri = = Rb + rbe Ii
u uBE = f (iB， CE ) u iC = f (iB， CE )
在低频、 在低频、小信号作用下的关系式
∂u ∂u duBE = BE U CE diB + BE I B duCE ∂iB ∂uCE ∂iC di = ∂iC C U CE diB + I B du CE ∂iB ∂uCE
s s i s i be
Ri = Rb ∥ rbe ≈ 1kΩ Ro = Rc = 3kΩ
清华大学 华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
参数等效电路－ 简化的h参数等效电路－交流等效模型
基区体电阻 发射结电阻 发射区体电阻 数值小可忽略 利用PN结的电流方程可求得 利用 结的电流方程可求得
U be UT rbe = = rbb' + rb'e ≈ rbb' + (1 + β ) Ib I EQ
查阅手册 在输入特性曲线上， 点越高 点越高， 越小！ 在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！ 由IEQ算出
三、等效电路法
输入回路等效为 恒压源
VBB－U BEQ • 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。 I BQ＝ Rb 利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。 利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。 I CQ = β I BQ 直流模型： 1. 直流模型：适于Q点的分析
讨论一
画出图示电路的直流通路和交流通路。 画出图示电路的直流通路和交流通路。
短路，即为直流通路。 将uS短路，即为直流通路。
二、图解法
uBE = VBB − iB Rb
应实测特性曲线
静态分析： 1. 静态分析：图解二元方程
uCE = VCC − iC Rc
负载线 输入回路 负载线 Q IBQ ICQ Q IBQ
Ro = Rc
讨论四：基本共射放大电路的静态分析
β = 80
rbb' = 200Ω
Q
为什么用 图解法求解 IBQ和UBEQ？
IBQ≈35µA UBEQ≈0.65V
I CQ = β I BQ ≈ 2.8mA U CEQ = VCC − I CQ Rc ≈ 3.8V
讨论四：基本共射放大电路的动态分析
输出回路等效为电流控制的电流源
U CEQ = VCC − I CQ Rc
理想二极管
利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。 利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。
晶体管的h参数等效模型 交流等效模型） 参数等效模型（ 2. 晶体管的 参数等效模型（交流等效模型）
• 在交流通路中可将晶体管看成 为一个二端口网络，输入回路、 为一个二端口网络，输入回路、 输出回路各为一个端口。 输出回路各为一个端口。
阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路
直流通路
I BQ＝
VCC－U BEQ Rbຫໍສະໝຸດ Baidu
I CQ = β I BQ U CEQ = VCC − I CQ Rc
VCC 当VCC>>UBEQ时，I BQ ≈ Rb 已知： 已知：VCC＝12V， ， Rb＝600kΩ， ， Rc＝3kΩ ， β ＝100。 。 Q ＝？
直流负载线和交流负载线
B
' I CQ RL
Uom=?Q点在什么位置 om最大？ 交流负载线应过 点，且 点在什么位置U 最大？ 交流负载线应过Q点 点在什么位置
斜率决定于（ 斜率决定于（Rc∥RL）
讨论二
1. 在什么参数、如何变化时 1→ Q2 → Q3 → Q4？ 在什么参数、如何变化时Q 2. 从输出电压上看，哪个 点下最易产生截止失真？哪 从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真 点下最易产生截止失真？ 点下最易产生饱和失真？ 点下U 最大？ 个Q点下最易产生饱和失真？哪个 点下 om最大？ 点下最易产生饱和失真 哪个Q点下 3. 设计放大电路时，应根据什么选择 CC？ 设计放大电路时，应根据什么选择V
电阻
无量纲 & & U be = h11 I b + h12U ce & & & & I c = h21 I b + h22U ce 电导
无量纲
交流等效模型（按式子画模型） 交流等效模型（按式子画模型）
h参数的物理意义 参数的物理意义
∂u BE h11 = ∂iB
U CE
= rbe
∂uBE h12 = ∂uCE
IB
b-e间的 间的 动态电阻
内反馈 系数
h21 =
∂iC ∂iB
U CE
=β
∂iC h22 = ∂uCE
iB
1 = rce
电流放大系数 c-e间的电导 间的电导
分清主次，合理近似！什么情况下 的作用可忽略不计？ 分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？
≈ 20µA
I CQ = βI BQ ≈ 1.6mA U CEQ = VCC − I CQ Rc ≈ 7.2V
β = 80，rbe = 1kΩ
讨论五：阻容耦合共射放大电路的动态分析
β = 80，rbe = 1kΩ
β ( Rc ∥ RL ) & Au = − ≈ −120 rbe & & & & = U o = U i ⋅ U o = − Ri ⋅ β ( Rc ∥ RL ) = −60 Aus & & & U U U R +R r
UBEQ
UCEQ
2. 电压放大倍数的分析
uBE = VBB + ∆uI − iB Rb
斜率不变
I B = I BQ + ∆iB
∆iC
∆uI
∆uCE
∆uO 给定∆uI → ∆iB → ∆iC → ∆uCE (∆uO ) → Au = ∆uI ∆uO与∆uI反相，Au 符号为“－”。
3. 失真分析
• 截止失真
阻容耦合共射放大电路的动态分析
' & & U o − I c ( Rc ∥ RL ) β RL & Au = = =− & &r Ui I b be rbe
& & & & = U o = U i ⋅ U o = Ri ⋅ A & Aus u & & & U s U s U i Rs + Ri
Ri = Rb ∥ rbe ≈ rbe
rbe ≈ rbb' + (1 + β )
UT ≈ 952Ω I EQ
& = − β ( Rc ∥ RL ) ≈ −11 Au Rb + rbe Ri = Rb + rbe ≈ 11kΩ Ro = Rc = 3kΩ
讨论五：阻容耦合共射放大电路的静态分析
为什么可 忽略？ 忽略？
I BQ =
VCC − U BEQ Rb
4、图解法的特点 、
• 形象直观； 形象直观； • 适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出 适应于 点分析、失真分析、 电压的分析； 电压的分析； • 能够用于大信号分析； 能够用于大信号分析； • 不易准确求解； 不易准确求解； • 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。