放大电路的分析方法

• 在输出特性曲线上，作出直流负载线
vCE=VCC－iCRc， 与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。
v BE = VBB + v s − iB Rb
1
3. 静态工作点对波形失真的影响
3. 静态工作点对波形失真的影响
例 4.3.1 阻容耦合共射电路分析
（1） 静态分析 (a) 采用估算方法求Q点:
IB
输出端交流短路时的输入电阻； 输出端交流短路时的正向电流传输比或电 流放大系数； 输入端交流开路时的反向电压传输比；
输入端交流开路时的输出电导。
四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。
(2) H参数小信号模型
根据
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
可得小信号模型
Vom = 1. 5 V
(4) 电路不失真放大的基极电流最大幅值 i b m
由最大不失真电压幅度在交流负载线找对应的
i b m = 20 µA
4.3.2 小信号模型分析法
1. BJT的H参数及小信号模型 2. 共射极放大电路的小信号模型分析
1 BJT的小信号建模
建立小信号模型的意义
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做 线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。
则
rbe
≈
200 Ω
+ (1 +
β)
26(mV ) I EQ (mA )
1. BJT小信号模型是在什么条件下建立的？受控源 是何种类型的？
2. 若用万用表的“欧姆”档测量b、e两极之间的电 阻，是否为rbe?
2 用H参数小信号模型分析共 射极放大电路（阻容耦合）
1) 利用直流通路求Q点
I BQ
=
V CC
Rb
=
V CC
− V BE IB
= 265 k Ω
Rc
=
V CC
− V CE IC
= 3 kΩ
(3) 输出电压的最大不失真幅度
♦ 由交流负载线找： VCE – 0.7 V=2. 3V 及 交流负载线 在横坐标上的截距 V'CC – VCE = 4. 5 – 3 = 1. 5 V；
♦ 取两者中小的值为电路的最大不失真电压幅度
iB b
vBE e
c iC vCE
BJT双口网络
• H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。
BJT的H参数模型
• H参数与工作点有关，在放大区基本不变。
• H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
(3)模型的简化
• β一ib般是采受用控习源惯，符且号为电流
即控制rb电e=流hi源e (CβC=ChSf)e。
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析(直接耦合) • 首先，画出直流通路 vs=0
由输入回路得
v BE = V BB − iB Rb
由输出回路得
v CE = VCC − iC Rc
2. 动态工作情况的图解分析
• 在输入特性曲线上，作出直线 vBE =VCC－iBRb，两 线的交点即是Q点，得到 IBQ。
,
I CQ
R
' L
# 当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性 失真。为获得最大不失真输出电压，Q点应设置在交 流负载线中间。
1. 试分析下列问题： （1）增大Rc时，直流负载线 将如何变化？Q点怎样变化？ （2）增大Rb时，直流负载线 将如何变化？Q点怎样变化？ （3）减小VCC时，直流负载 线将如何变化？Q点怎样变化？ （4）减小RL时，直流负载线 将如何变化？Q点怎样变化？
ii
I&ibb
Vv&viii
Rb
共射极放大电路
I&icc
βiI&bb Rc
RL Vv&oO
H参数小信号等效电路
3) 求电压增益
ii
I&ibb
Vv&viii
Rb
I&icc βiI&bb Rc
RL Vv&oO
根据 vi = ib ⋅ rbe
ic = β ⋅ ib
vo = −ic ⋅ ( Rc // RL )
斜率 - 1
Q
IBQ
Rc
V'CC = VCEQ + ICQ R′L
VCEQ V ' cc VCC vCE
过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为 -1/R′L 直线， 该直线即为交流负载线。
(b) 输入交流信号时的图解分析
通过图解分析，可得如下结论：
1. vi↑→ vBE↑→ iB↑→ iC↑→ vCE↓→ |-vo| ↑
Ri
Ri
=
vi ii
=
Rb // rbe
5) 求输出电阻
ii
ibI&ibb
Vv&viii
Rb
vt
R = o
vs =0, RL =∞
it
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可能短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。
3
例题 1 (与习题 4.2.2类似) 放大电路如图所示。已
知BJT的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V， 求：
用小信号交流分量表示 vbe= hieib+ hrevce
ic= hfeib+ hoevce
4
(1) H参数的引出 其中：
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
h ie
=
∂vBE ∂iB
VCE
h fe
=
∂iC ∂iB
VCE
hre
=
∂vBE ∂vCE
IB
h oe
=
∂iC ∂vCE
iB/uA
2. vo与vi相位相反； iC/mA 交流负载线
iB/uA
3. 可以测量iC/出mA放大电路的电压放大倍数；
60
Q4`. 可以确定最大不失真输Q`出幅度。60uA
40
Q
Q
40uA
20 IBQ
Q``
ICQ
Q`` 20uA
t
vBE/V
t
共vB射E/V极放大电路
vCE/V vC E/V
VBEQ t
• 电流µT方= 向hre与ibr的ce=方1向/h是oe 关
则联B的JT。的H参数模型为
ib hie vbe hrevce
• µ T很小，一般为10-3∼10-4 ， • rce很大，约为100kΩ。故一
般可忽略它们的影响，得到
简化电路
ib rbe vbe µT vce
ic hfeib hoe vce
饱和区
iC ≠ β ⋅ iB 此时 β ⋅iB > iC
Q1
vBE > vCE= vCES <VBEQ
放大区 Q
• 截止区特点：iB=0， iC= ICEO
截止区
200µA
160µA 120µA 80µA iB=40µA Q2 0µA
vCE/V
{ } • 最大不失真输出电压幅度为 min
V CEQ
− v CES
直流通路
根据直流通路可知：
I BQ
= VCC
− V BEQ Rb
+
I CQ = β I BQ
-
VCEQ = VCC − I CQ Rc
共射极放大电路
一般硅管VBEQ=0.7V，锗管VBEQ=0.2V。
(b) 静态工作点的图解分析
共射极放大电路
• 首先，画出直流通路
IC
+
IB +
VCE
VBE
-
-
直流通路
同时，令 R′L = Rc//RL
共射极放大电路
ic + vce -
交流通路
2
(2) 动态工作情况的图解分析
(a) 交流通路与交流负载线：
则交流负载线为
iC
vCE = VCEQ - (iC - ICQ )⋅ R′L
VCC Rc
= VCEQ + ICQ R′L - iC R′L ICQ
斜率
1
Rc// RL
ic β ib rce vce
(4) H参数的确定
• β 一般用测试仪测出；
• rbe 与Q点有关，可用图 示仪测出。
一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ β ) re
其中对于低频小功率管 rb≈200Ω
而
re
=
VT (mV) I EQ (mA)
=
26(mV ) I EQ (mA)
(T=300K)
iCC
• 列输入回路方程： VCC VBE =VCC－iBRRc b
• 列输出回路方程（直流IC负Q 载线）：Q
VCE=VCC－iCRc
VC EQ
IBI斜QB率V+--BE-R1 c
iC+ VCE -
VCCC 直vCEE流通路
• 在输入特性曲线上，作出直线 vBE =VCC－iBRb，两 线的交点即是Q点，得到 IBQ。
（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？
（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT 工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）
共射极放大电路
解：（1）
IB
=
VCC − VBE Rb
≈
12V 300k
=
40µA
IC = β ⋅ IB = 80 × 40µA = 3.2mA
VCE = VCC − Rc ⋅ IC = 12V - 2k × 3.2mA = 5.6V
共射极放大电路
iC
VCC Rc VVCCCC RRcc ICQ Q IICCQQ
QQ
Q
Q
斜率 - 1
IBQ
Rcc
IIBBQQ
VCEQ VCEQVCEQVVCCCEQ
VCC vCEE
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？
答： 截止状态
− V BEQ Rb
I EQ ≈ I CQ = β ⋅ I BQ
VCEQ = VCC − I CQ Rc
共射极放大电路
一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，β 已知。
求
rbe
≈
200 Ω
+
(1 +
β
)
26(mV ) I EQ (mA )
5
2) 画出小信号等效电路
ic +
vce -
交流通路
其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：
I CM
= VCC − VCES Rc
≈ 12V 2k
= 6mA
此时，Q（120 µ A，6mA，0V），由于 β ⋅ IB > ICM 所以BJT工作在饱和区。
例题 2（习题4. 3. 5） 解 (1) 求 VCC、IB、IC、VCE 的值； 由直流负载线 ： VCC= 6V , IB=20µA, IC=1mA, VCE =3 V; (2)求 Rb、RC
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而 可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性 电路来处理。
(1) H参数的引出
对于BJT双口网络，我们
iB b
c iC
已经知道输入输出特性曲线
如下：
iB=f(vBE)⏐ vCE=const iC=f(vCE)⏐ iB=const
VC EQ t
# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实 际电压极性是否改变？
4 图解分析法的适用范围
适用于直观分析放大电路的静态、动态 及波形失真情况，特别适用于信号幅度较 大而工作频率不太高的放大电路分析。
5. 最大不失真输出电压幅度iC/mA
• 饱和区特点： iC不再随iB 的增加而线性增加，即
则电压增益为
Av
=
vo vi
=
− ic ⋅ (Rc // RL ) ib ⋅ rbe
= − β ⋅ ib ⋅ (Rc // Rwk.baidu.com ) = − β ⋅ (Rc // RL )
ib ⋅ rbe
rbe
（可作为公式）
4) 求输入电阻
ii
I&ibb
Vv&viii
Rb
I&icc βiI&bb Rc RL Vv&oO
静态工作点为Q（40µA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。
（2）当 Rb=100k时，I B
= VCC Rb
≈ 12V 100k
= 120 µA
IC = β ⋅ IB = 80 × 120µA = 9.6mA
VCE = VCC − Rc ⋅ IC = 12V - 2k × 9.6mA = −7.2V VCE不可能为负值，
• 在输出特性曲线上，作出直流负载线 vCE=VCC－iCRc，
与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。
(2) 动态工作情况的图解分析
(a) 交流通路与交流负载线：
交流负载线是有交流输入信号 时Q点的运动轨迹。
vce= - ic⋅ (Rc //RL)
因为交流负载线必过Q点，即 vCE = VCEQ + vce , iC = ICQ + ic
4.3 放大电路的分析方法
4.3.1 图解分析法 4.3.2 小信号模型分析法
课后作业: 4. 3. 2 4. 3. 4 4.3.8 © 4.3.12
4.3.1 图解分析法
采用该方法分析放大电路，必须已知三极管 的输入输出特性曲线。
• 用图解分析法确定静态工作点 • 交流通路及交流负载线 • 输入交流信号时的图解分析 • BJT的三个工作区及波形失真
可以写成： vBE = f (iB , vCE )
vBE
vCE
e
BJT双口网络
iC = f (iB , vCE )
在小信号情况下，对上两式取全微分得
dvBE
=
∂vBE ∂iB
VCE
⋅
diB
+
∂vBE ∂vCE
IB ⋅ dvCE
diC
=
∂iC ∂iB
VCE
⋅ diB
+
∂iC ∂vCE
IB ⋅ dvCE