模电06(图解法)

1、第四章第四章 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础（P101P101185185）基本要求：基本要求： （了解、理解、掌握）（了解、理解、掌握）1、了解、了解BJT的的放大原理放大原理及输入输出的及输入输出的特性曲线特性曲线（上学（上学期）；期）；2、掌握、掌握BJT放大电路的放大电路的三种组态三种组态的组成、工作原理及的组成、工作原理及特点；特点；3、掌握、掌握静态、动态性能指标静态、动态性能指标的分析计算（包括图解分的分析计算（包括图解分析法和小信号模型分析法）；析法和小信号模型分析法）；4、掌握、掌握多级多级放大电路的分析计算；放大电路的分析计算；*4.3 放大电路的

2、分析方法放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法（图解分析法（静态动态静态动态分析均可）分析均可）4.3.2 小信号模型分析法（仅小信号模型分析法（仅动态动态分析）分析）1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3. 非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围4.3.1 图解分析法图解分析法定义（广义）：定义（广义）：利用器件的伏安特性曲线，和其他条件，利用器件的伏安特性曲线，和其他条件，通过作图，分析通过作图，分析电路中电压电流大小的方法。电路中电压电流大小的方法。简单举例：简单举例：vi1/R

3、UsRvi sUv RUs+-vxix伏安特性方程伏安特性方程i ix与与v vx的关系应该既满足右边电路的的关系应该既满足右边电路的伏安特性；又伏安特性；又满足左边电路满足左边电路的的伏安特性。即为两条伏安特性的交点。伏安特性。即为两条伏安特性的交点。ixvx(ix,vx)图解分析法定义（图解分析法定义（BJT）：）：利用利用BJT的特性曲线，和管外电路的特性曲线，和管外电路的特性曲线，通过作图，分析的特性曲线，通过作图，分析放大电路静动态压流的方法。放大电路静动态压流的方法。已知：已知：BJT的特性曲线，电路参数和输入信号的特性曲线，电路参数和输入信号v vi 待求待求：.静态分析静态分析

4、确定直流压流确定直流压流IBQ、ICQ、VCEQ .动态分析动态分析确定交流压流、放大倍数（增益）确定交流压流、放大倍数（增益）及讨论电路参数对放大电路性能的影响。及讨论电路参数对放大电路性能的影响。vi1/RUsRvi ssRiUv RUs+-vxixRs共射放大电路的图解分析共射放大电路的图解分析分成三部分：分成三部分：BJTBJT、输入回路管外部分、输出回路管外部分、输入回路管外部分、输出回路管外部分 列输入回路伏安特性方程（输入直流负载线方程）列输入回路伏安特性方程（输入直流负载线方程） 列输出回路伏安特性方程（输出列输出回路伏安特性方程（输出直流负载线直流负载线方程）方程）vCE=V

5、CCiCRc 画出直流通路画出直流通路bBBBBERiV v1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析1)输入部分图解分析（输入部分图解分析（BJT输入特性曲线复习输入特性曲线复习） 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ， 两线的交点称为输入部分的静态工作点（即两线的交点称为输入部分的静态工作点（即Q点），得到点），得到IBQ。bBBBBERiV v在输出特性曲线上，作出直线在输出特性曲线上，作出直线 vCE=VCCiCRc，与与IBQ曲线的交点称为输出部分的静态工作点（曲线的交点称为输出部分的静态工作点（Q点），从而得点），从而得到到VCEQ 和和ICQ。2)输出部分图

6、解分析（输出部分图解分析（BJT输出特性曲线复习输出特性曲线复习） 列输入回路伏安特性方程（输入交流负载线方程）列输入回路伏安特性方程（输入交流负载线方程）2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析静态分析后，电路加上待放大的交流信号，假定为正弦信号。静态分析后，电路加上待放大的交流信号，假定为正弦信号。则，则，总的电压电流关系方程总的电压电流关系方程如下：如下：tVsinsms vbBsBBBERiV vv 列输出回路伏安特性方程（输出列输出回路伏安特性方程（输出交流负载线交流负载线方程）方程）vCE=VCCiCRc输出回路的直流和交流负载线方程完全相同，为什么？输出回路的直流和交流

7、负载线方程完全相同，为什么？在在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的波形的波形bBsBBBERiV vv)(bBBBBE静静RiV vtVsinsms v 在输入特性曲在输入特性曲线的线性线的线性区区内，内，iB和和vBE以以Q点坐标为点坐标为中中心心，随，随vs以正弦以正弦规律规律变化变化 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形cCCCCERiV v相位相反！ 在输出特性曲线在输出特性曲线的平行等距的平行等距区区内，内，iC和和vCE以以Q点坐标为点坐标为中中心心，随，随iB以正弦以正弦规律规

8、律变化变化2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、电流共射极放大电路中的电压、电流波形（画在互相对应的时间轴上）波形（画在互相对应的时间轴上）输出压流的形状与输入压流的形输出压流的形状与输入压流的形状相同，不失真。状相同，不失真。3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响 工作点的位置是以工作点的位置是以静态工作点静态工作点为中心，随为中心，随v vs s的幅值变化上下的幅值变化上下移动；移动； 所以为了使工作点一直保持在放大区内，必须使静态工作点所以为了使工作点一直保持在放大区内，必须使静态工作点处于合适的位置。处于合适的位置。 如果位置不

9、合适，则会产生如果位置不合适，则会产生波形失真波形失真。不失真不失真前提：工作点始终处于输入特性曲线的前提：工作点始终处于输入特性曲线的线性区线性区； 输出特性曲线的输出特性曲线的放大区放大区。截止失真的波形截止失真的波形 如果位置偏下（接近截止区，如果位置偏下（接近截止区， V VBEQBEQ、I IBQBQ、I ICQCQ太小），太小），则：则：截止失真截止失真。i iB B、i iC C、v vCECE均失真，（电流负半周失真，电压正半周失真）均失真，（电流负半周失真，电压正半周失真）受其限制，受其限制，最大不失真输出电压最大不失真输出电压幅值幅值V VomomI ICQCQR RC C

10、. .如果位置偏上（接近饱和区，如果位置偏上（接近饱和区，V VBEQBEQ、I IBQBQ、I ICQCQ太大），太大），则：则：饱和失真饱和失真。i iC C、v vCECE均失真（电流正半周失真，电压负半周失真）均失真（电流正半周失真，电压负半周失真）受其限制，受其限制，最大不失真输出电压最大不失真输出电压幅值幅值V Vomom= =V VCEQCEQ-V-VCES.CES.输入信号过大，即使输入信号过大，即使Q点设置合理，上下点设置合理，上下同同时失真时失真概念：概念：非线性失真非线性失真由于由于BJT特性曲线特性曲线的非线性引起的失真。的非线性引起的失真。（截止失真，饱和失（截止失真

11、，饱和失真）真）饱和失真的波形饱和失真的波形一般，一般，Q点设置应满足：点设置应满足：CEOcmCQIII CEScemCEQVVV vs较大时：选取在输出交流负载线的中点较大时：选取在输出交流负载线的中点vs较小时：为降低功率损耗，选取在输出交流负载线的较小时：为降低功率损耗，选取在输出交流负载线的中点偏下一些。中点偏下一些。举例举例4.3.1(P.123)阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路(1)画出直流通路，交流通路；画出直流通路，交流通路；(2)静态分析：估算静态分析：估算IBQ ，并用，并用图解法求出图解法求出ICQ ，VCEQ ；(3)动态分析。动态分析。说明：说明：本电路中本电路中1

12、）交流信号源接地，不易被干扰；）交流信号源接地，不易被干扰；2）vBB与与vCC合为一个电源；合为一个电源；3）输入与输出回路中接有大电解电容（注意极性），称）输入与输出回路中接有大电解电容（注意极性），称为耦合电容，分别在信号源、放大电路、负载之间连接交为耦合电容，分别在信号源、放大电路、负载之间连接交流信号，分隔直流信号。称为流信号，分隔直流信号。称为阻容耦合阻容耦合方式。方式。解：解：(1)直流通路直流通路 T Rb Rc VCC 阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路 直流通路直流通路 IBQ ICQ 与与直接耦合直接耦合共射放大电路共射放大电路直流通路相同！直流通路相同！ vO T

13、 Rb Rc vi 阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路 交流通路交流通路 ib ic + _ + _ RL 交流通路交流通路 与与直接耦合直接耦合共射放大电路交共射放大电路交流通路不同！流通路不同！输入输出回路均不相同！输入输出回路均不相同！交流通路交流通路（2）静态分析）静态分析 IBQ=VCC-VBEQRbVCCRb=12V300K=40A T Rb Rc VCC 阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路 直流通路直流通路 IBQ ICQ 输出直流负载线方程输出直流负载线方程vCE=VCC-iCRc =12-4kiC RCRL=RL vce= ic（RC RL）交流分量交流分量vCE

14、 =VCEQic（RC RL） =VCEQ+ICQRLiCRLvOTRBRC vi阻阻容容耦耦合合共共射射放放大大电电路路 交交流流通通路路ibic+_+_RL其中，其中，ic =iC ICQ（3）动态分析（）动态分析（回顾直接耦合电路回顾直接耦合电路）由交流通路可得由交流通路可得vCE=VCEQ+vce输出回路交、直流通路不同，从而交、直流负载线方程不同！输出回路交、直流通路不同，从而交、直流负载线方程不同！交流负载线方程交流负载线方程vCE =VCEQ+ICQRLiCRL交流负载线的出现是否影响最大不失真输出电压幅值？交流负载线的出现是否影响最大不失真输出电压幅值？LR 1LCQCEQRI

15、V 交流负载线交流负载线 与直流负载线交于与直流负载线交于Q点！点！ 其斜率为其斜率为而在横轴上的截距为而在横轴上的截距为电路不带负载时，交流负载线与直流负载线电路不带负载时，交流负载线与直流负载线重合重合！4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况幅度较大而工作频率不太高的情况优点：直观、形象。优点：直观、形象。a a 有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；b b 有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。性。c c 能全面地分

16、析放大电路的静态、动态工作情况。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：缺点： 不能分析信号幅度太小或工作频率较高时的电路工作状态，不能分析信号幅度太小或工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。标。作业：作业：*P188 4.3.5例：例：Q点位置与电路参数的关系：点位置与电路参数的关系：设工作点原为设工作点原为Q2若若VCC、RC不变，不变，设设Rb IB Q点沿直流负载线上移。点沿直流负载线上移。（直流负载线不变）（直流负载线不变）从从Q2Q3若若VCC、Rb不变，不变， 设设RC

17、 直流负载线斜率直流负载线斜率 Q点沿点沿IB=常数的出特曲线左移。常数的出特曲线左移。 （IB不变）不变）从从Q2 Q1例：例：Q点位置与电路参数的关系：点位置与电路参数的关系：设工作点原为设工作点原为Q2设设Rb 、 RC不变，不变， 设设VCC IB 直流负载线向上平移直流负载线向上平移Q点向上方移动。点向上方移动。一般地，在电路中，一般地，在电路中， Rb Q 比较方便。比较方便。从从Q2 Q4例：例：Q点位置与电路参数的关系：点位置与电路参数的关系：设工作点原为设工作点原为Q2复习：复习： BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const. (2) vCE增

18、大时，特性曲线右移。当增大时，特性曲线右移。当vCE1V后，特性曲线右移很少，后，特性曲线右移很少，可以认为重合。所以常用可以认为重合。所以常用vCE1V的任意一条特性曲线代表全部输入特的任意一条特性曲线代表全部输入特性曲线。性曲线。 (1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接iC=f(vCE) iB=const.2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: :放大区：放大区：1）vBE vth，vCEvBE，iB0 发射结正偏，集电结反偏或零偏发射结正偏，集电结反偏或零偏。2）iC=iB