放大电路分析方法1-交直流通道-图解法(1)

uCE/V t UCEQ
输出回路工作 情况分析
ΔuO ΔuCE 3. 电压放大倍数 Au ΔuI ΔuBE 【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输 出特性曲线如前面图，RL = 3 k 。
解：由输入特性曲线得IBQ为40A；由已知量画直流负载线，得 到输出特性曲线上的Q点。
确定交流负载线(见图中过Q 求 RL 点红直线)
图 2.2.1
T
此外uCE = VCC - iCRc 可转换方程为 iC= VCC/Rc - uCE/Rc
基本共射放大电路
思考：若考虑负载RL呢？
若考虑RL负载情况，则外 电路（全量）回路方程为
uCE VCC / - iC RC /
RL VCC - iC ( RL // RC ) RC RL
三、波形非线性失真的分析
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。
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=)。
2 1 0
Q
2
4
6
8
10
12
uCE /V
由 Q 点确定静态值为： IBQ = 40 µ A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.
二、 电压放大倍数的分析
1. 交流通路的输出回路 输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。
ic uce
ui RB RC RL uo
ic 1 uce RL
对交流信号(输入信号ui)
+VCC RB C1 RC T
C2
置零
交流通路
uo
短路
RL ui
短路
RB
RC RL
P139：分别改正图示各电路中的错误，使它们有可能放大正 弦波信号。要求保留电路原来的共射接法。
2.1(c)、
2.1(d)
(c)将VBB反接；在输入端串联一个电阻或一个电容。 (d)在VBB支路加 Rb；电容 C1极性左边为“ +”；在-VCC与集电 极之间加Rc。
选择静态工作点 iC ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
1. 静态工作点 过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真 —— 截止失真 结论：iB 波形失真
iB / µ A
iB / µ A
ib IBQ
O
Q t O
O
uBE/V uBE/V
t
ui
iC 、 uCE (uo )波形失真
iC / mA iC
(a)
(b)
解：空载时交直流负载线方程为uCE= 12-3iC 静态工作点Q1： I BQ 20 A, ICQ 2mA,UCEQ 6V
Uo=min[(UCEQ-UCES),( VCCUCEQ)]/
=min[6-0.7, 12-6]/
2
2 =5.3/ 2 =3.75V
负载时交直流负载线方程为uCE= 6-1.5iC 静态工作点Q2： I BQ 20 A, ICQ 2mA,UCEQ 3V
2. 动态工作情况图解分析
iB
60 40
20 0
iB / µ A
Q
iB
uBE/V t
0 0
0.68 0.7 0.72
uBE
uBE/V UBE
t
iC / mA iC / mA
4
交流负载线
80 60
IC
Q
iC 2
Q
IB = 4 0 µA
20 直流负载线
0
t
0 0
0
4.5
uCE
6
7.5
9
12 uCE/V
O
iB = 0
C
D
E uCE/V
Uom=min[(UCEQ-UCES),(VCC/-UCEQ)] / 2 其中UCES=0.7V；VCC/是交流负载线的横轴截距，与B点横坐标近似相 等；(VCC/-UCEQ)=ICQ(RC//RL)。 Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE
分析原则：先直流通道，后交流通道
画直流通路的原则
1.电容的容抗为无穷大，视为开路
2.电感线圈的阻值很小，相当短路 3.交流信号源视为短路，若有内阻则保留
例：
对直流信号（只有+VCC） +VCC 直流通道 +VCC RB 开路
RB C1
RC T
C2
RC
开路
阻容耦合共射放大电路
画交流通路的原则
1.直流电源：内阻为零，相当于短路 2.耦合电容（大电容）对交流相当于短路
§2.3 放大电路的分析方法
2.3.1 直流通道和交流通道
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。 如果电容容量足够大，可以认为它对交流短路而 对直流开路，即交直流所走的通道是不同的，即信号 的不同分Fra Baidu bibliotek可以分别在不同的通道分析。 交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。
Rb 12 - 0.7 ( )mA 40 μA 280 做直流负载线，确定 Q 点 IBQ VCC - U B EQ
T
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
iC /mA
4 3
80 µ A
60 µ A
静态工作点 40 µ A 20 µ A M iB = 0 µ A
T
基本共射放大电路
2. 用图解法确定输出回路静态值。
方法：静态工作点不仅满足晶体管本身的输出特性曲线， 同时满足外电路（全量）回路方程 uCE = VCC - iCRc ，由 回路方程可确定两个特殊点.
若不考虑负载情况，即无RL
当 iC 0 时，uCE VCC 当 uCE VCC 0 时，iC Rc
iC
(2) 改 变 VCC ， 保 持 Rb ， Rc ， 不变；
iC
Q3 Q1 O
Q3 IB
Q2
uCE
VCC单电源
Q1 O
Q2VCC、VBB双电源 IB
交直流负载线不变
uCE
Rb 增大， Q 点下移；
Rb 减小， Q 点上移；
升高VCC，交直流负载线右平移
动态工作范围增大。
(3) 改 变 Rc ， 保 持 Rb ， VCC ， 不变；
1 RC // RL 交流负载线斜率为： R ，其中 RL L
iC / mA
交流负载线
静态工作点
Q
O
IB
uCE /V
事实上，上图是阻容耦合并且接联负载时对应的情况。 非常重要：对于直接耦合，直流负载线与交流负载线是同一直 线；对于阻容耦合，只有空载情况下直流负载线与交流负载线 才是同一直线。 注：斜率相同+均过Q点=同一直线
消除方法：升高Q点（即增大IB），减小Rb可做到。
3.用图解法估算最大输出幅度
iC / mA
有负载情况 : 输出波形无明 显失真时能够输出的最大电 压，即输出特性曲线中 A 、 B所限定的范围。 如何求最大不失真输出电压 (用有效值表示)？
此图画的不太准，曲线 平台开始处应基本一致
交流负载线
A
Q
B
图(e)
图(f)
(e)不能。交流通路中，输入信号被电容C1、 C2、VCC短路 (f)不能。交流通路输出始终为零——VCC置零短路。 直流通路——输出始终为VCC
2.3.2 图解法
在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方 法求解放大电路的工作情况。
一、静态工作点的分析
1. 先确定输入回路 IBQ、 UBEQ。（因为UBEQ通常 已知为0.7V，故一般采用估算的方法计算IBQ）
输出特性
外电路回路方程
Q 输出回路负 载线（直流 负载线）
由静态工作点 Q 确 定的 ICQ、UCEQ 为 静态值。
直流负载线(即外电路回路方程线，用来在图解法中确定Q点): 由直流通路所确定的负载线，斜率-1/Rc
【例】已知图示单管共射放大电路及输出特性曲线，其 中Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V， 试用图解法确定静态工作点。 解：首先估算 IBQ
其中： ic 与 uce 反相（见 放大电路波形分析）
交流通路
RL // RC RL
iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系
ic iC uce uCE
iC 1 所以： uCE RL
1 - 的直线。 即：交流信号的ic和uce的变化沿着斜率为： RL
这条斜率的直线过Q点，称为交流负载线（即动态信号遵循的负 载线，用来描述动态信号的变化状态） ——尽管交流信号正负间切换，但它总有为0的时候（即Q点）。
uCE
输出波形
uo u 波形底部失真 o
Q点与失真 动画片
在括号内用“√”和“×”表明下列说法是否正确。
只要是共射放大电路，输出电压的底部失真都是饱和 失真。(×) 三种特殊情况： ——（1）信号过大时，底部和顶部都会失真； —— （ 2 ）如果是两级共射放大电路，输出端的底部 失真，有可能是前一级共射放大大电路的顶部失真（ 截止失真）被后一级反相了； —— （ 3 ）对于 PNP 型管组成的共射放大电路，其输 出电压的波形表现与NPN型管组成的共射放大电路正 好相反，当输出电压底部失真时为截止失真。
R RC // RL 1.5 k L
取 iB = (60 – 20) A = 40A
则输入、输出特性曲线上有
T
uBE = (0.72 – 0.68) V = 0.04 V
uCE = (4.5 – 7.5) V = - 3 V
Δ uCE - 3 Au -75 Δ uB E 0.04
无负载情况： Uom=min[(UCEQ-UCES),(VCC-UCEQ)] / 2
习题2.4 电路如图(a)所示 ，图 (b) 是晶体管的输出 特 性 ， 静 态 时 UBEQ=0.7V 。利用图解法分别求出 R L 为 断 路 和 3 KΩ 时 的 静 态工作点和最大不失真 输出电压（有效值）。
当 iC 0 时，uCE VCC / 当 uCE 0 时，iC VCC / RC /
此外 uCE VCC / - iC RC / 可转换方程为
iC VCC / RC / - uCE RC /
T
输出回路
iC 0，uCE VCC uCE VCC 0，iC Rc
Uo=min[(UCEQ-UCES),( VCC/-UCEQ)]/ 2 =min[3-0.7, 6-3]/
2 =2.3/ 2 =1.63V
负载交直流负载线 横轴截距VCC/=6 纵轴截距为4
4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响
(设RL=，即无负载的情况)
(1) 改变 Rb，保持 VCC ，Rc ， 不变；
P136二、试分析各电路是否能放大正弦交流信号，简 述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
图(a)
图(b)
图(c)
(a)不能。直流通路VBB被短路，交流通路输入信号被短路 ——即交直流通路时，输入端的交直流电源互为短路。 (b)能。 (c)不能。做直流通路，IB被ui短路。——即直流被交流信 号源短路。
iC
(4) 改变 ，保持 Rb ， Rc ， VCC 不变；
iC
Q1 Q2 O
IB
O
Q2
Q1
uCE
IB
uCE
增大 Rc， IB不变，交直流负 载线斜率改变 ( 仍过横轴截 距VCC，而纵轴截距降低)， Q点向饱和区移近
交直流负载线不变 增大 使ICQ 增大(即输出特 性曲线整体上移 ) ， UCEQ 减 小，则 Q 点移近饱和区。
习题2.8 若将图示电路中的NPN管换 成PNP管，其它参数不变， 则为使电路正常放大电源应 作如何变化？Q点如何变化 ？若输出电压波形底部失真 ，则说明电路产生了什么失 真？如何消除？ 解：由正电源改为负电源； Q点数值不变，但UBEQ、UCEQ的极性均为“-” ；
输出电压波形底部失真对应输入信号正半周失真，对 PNP 管 而言，管子进入截止区，即产生了截止失真；
图解法小结
1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性 失真的关系； 2. 方便估算最大输出幅值的数值； 3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响； 4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。
NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形。 uo 波形顶部失真
Q
t
O O
ICQ
O
UCEQ
uCE/V uCE/V
t
uo = uce
2. Q点过高，信号进入饱和区
放大电路产 生饱和失真
iC
ib 输入
波形
解决方案（降Q， 指远离饱和区）：
1.更换小β管，以便在同样 的IBQ情况下减小ICQ； 2. 增大基极电阻 Rb ，减小 基极静态电流IBQ，减小集 电极静态电流ICQ； 2. 减小集电极电阻 Rc ，改 变交流负载线斜率使其更 陡，且增大管压降UCEQ。