模拟电路52节

1、5.2 图解分析法图解分析法 l 图解分析法：利用晶体管的特性曲线以及负载图解分析法：利用晶体管的特性曲线以及负载线等，用作图的方法直接描绘出各有关的电压、线等，用作图的方法直接描绘出各有关的电压、电流波形；电流波形；l 计算分析法：是将晶体管简化成线性等效电路，计算分析法：是将晶体管简化成线性等效电路，然后对整个放大电路进行计算，求出各有关的然后对整个放大电路进行计算，求出各有关的电压、电流值。电压、电流值。l 以共射放大电路为典型进行分析。以共射放大电路为典型进行分析。1.用图解法分析静态工作情况用图解法分析静态工作情况Rb+_VCCTRCVBBui+_(a) 共射极放大电路共射极放大电路

2、uol 静态时常用直流量静态时常用直流量IB、UBE、IC和和UCE来描述晶来描述晶体管的静态工作情况。体管的静态工作情况。l IB、UBE可以在输入特性可以在输入特性确定一点；确定一点；IC、UCE在输在输出特性上确定一点。该出特性上确定一点。该点就称为点就称为静态工作点静态工作点。l 静态工作点通常用静态工作点通常用Q表表示，示， Q点坐标为点坐标为IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。l 用图解法来分析静态的用图解法来分析静态的目的：目的： 确定确定Q点。点。l用图解法求静态用图解法求静态 工作点的步骤：工作点的步骤： 画出直流通路画出直流通路l ui=0V即可。即可。Rb+_VCCTRC

3、VBBuCE+_uBEiCiB+ui_1.用图解法分析静态工作情况用图解法分析静态工作情况 利用输入特性曲线来确定利用输入特性曲线来确定IBQ和和UBEQl 列输入回路方程。列输入回路方程。 Rb+_VCCTRcVBBuBE+_ (b)uCEiCiBVBB = iBRb+uBE l写输入特性曲线方程写输入特性曲线方程iB = f (uBE)| uCE = 常数 l求解，即为求解，即为IBQ、UBEQbBBBEbB1RVuRil由由VBB = iBRb+uBE 得得l斜率为斜率为-1/Rb。取两点。取两点(0,VBB/Rb)及及(VBB,0)，在坐标系中画出这条线。，在坐标系中画出这条线。 iB

4、uBE0(a)UBEQIBQMNVBB/Rb-1/RbQl 该线称为静态负载线，或该线称为静态负载线，或直流负载线直流负载线(Static Load Lines)，它与输入特性的，它与输入特性的交点交点Q就是静态工作点。就是静态工作点。 l Q点的坐标就是静态时的点的坐标就是静态时的基极电流基极电流IBQ和基和基-射极间射极间电压电压UBEQ 利用输入特性曲线来确定利用输入特性曲线来确定IBQ和和UBEQ 利用输出特性曲线确定利用输出特性曲线确定UCEQ及及ICQ l列输出回路及输出特性曲列输出回路及输出特性曲线方程：线方程：iC = f (uCE) | iB = 常数常数 VCC = iCR

5、c + uCE l 方程方程VCC = iCRc + uCE 可写成斜截式方程可写成斜截式方程cCCCEcCRVuRi 1l取两点取两点(0,VCC/Rc)，(VCC,0)，连成直线。，连成直线。Rb+_VCCTRcVBBuBE+_ (b)uCEiCiB iC0uCE(b)IBQ-1/RcVCCVCC/RcQHLUCEQICQ该线称为输出特该线称为输出特性的直流负载线，性的直流负载线，交点交点Q就是就是静态静态工作点工作点。 利用输出特性曲线确定利用输出特性曲线确定UCEQ及及ICQ 2. 用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况 l 输入交流信号输入交流信号ui0，此时电路中，此时电

6、路中各处为直流与交流的叠加。各处为直流与交流的叠加。 利用输入特性画利用输入特性画出出iB和和uBE波形波形 l 设输入信号设输入信号ui=Uim sint(mV)l 从输入回路可列出方程：从输入回路可列出方程： VBB+ui = iBRb+uBEbiBBBEbBRuVuRi 1=取两点取两点（VBB+ui，0）和和（0，（，（ VBB+ui ）/Rb）Rb+_VCCTRCVBBui+_uo图解法求图解法求uBE及及iB波形波形iB(A)uBE(V)00QVBB-1/Rbui(V)Uim2tiB(A)IBQ+IbmIBQIBQ-Ibm02tuBE(V)t20UbemIBQVBB+Uim VBB

7、-Uim 取两点取两点（VBB+ui，0）和和（0，(VBB+ui ）/Rb） 利用输出特性画出利用输出特性画出iC和和uCE波形波形 l 当当ui0时，有时，有VCC = iCRc + uCE，其中，其中iC与与uCE既有既有直流分量又有交流分量。直流分量又有交流分量。l 它反映了瞬时电量之间的关系，故称为它反映了瞬时电量之间的关系，故称为动态负载动态负载线或交流负载线线或交流负载线(Dynamic Load Lines)。l 由输入特性曲线已得到由输入特性曲线已得到iB的波形，且有的波形，且有 VCC = iCRc + uCE 取两点取两点（VCC，0）和和（0， VCC/Rc） iC =

8、 f (uCE)| iB = 常数常数 多条曲线。多条曲线。图解法求图解法求uCE和和iCiC(mA)tuCE(V)0QiB(mA)IBQ+IbmIBQ-IbmIBQ20QQiC(mA)ICQ+IcmICQ-IcmICQt20UCEQuCE(V)2tUcem03. 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响l 由前面讨论已知由前面讨论已知cCCCEcC1RVuRibBEBBbBBBEbB1RuVRVuRil如果改变电路参数如果改变电路参数Rc、Rb、VBB、VCC就会改就会改变静态工作点。变静态工作点。Rc对对Q点的影响点的影响 l 假设假设Rc阻值改变时，其他参数不变。由式阻值改变

9、时，其他参数不变。由式l Rc1/ Rc VCC/ Rc 负载线与曲线的交负载线与曲线的交点右移。点右移。在图在图 (b)中，设原有的直流负载线为中，设原有的直流负载线为HL。l Rc 静态工作点左移。静态工作点左移。cCCCEcC1RVuRiiC (mA)Q(b) 电路参数对输出特性上电路参数对输出特性上Q点的影响点的影响uCE (V)MVCC(L)H0iB = 60AiB = 50AiB = 40AiB = 30AiB = 20AiB = 10AQ1减小减小Rc阻值阻值 Rb对对Q点的影响点的影响 l 假设假设Rb阻值改变时，其他参数不变。由式阻值改变时，其他参数不变。由式l Rb1/ R

10、b VBB/ Rb 静态工静态工作点上移（饱和区）作点上移（饱和区）。l Rb 静态工作点下移（截止静态工作点下移（截止区）。区）。bBEBBbBBBEbBRuVRVuRi 1l如如Rb减小，减小， IBQ增大，则交增大，则交点将由原来的点将由原来的J点上移到点上移到I点，点，静态工作点静态工作点Q将移到将移到Q2点。点。uBE (V)(a)电路参数对输入特性上电路参数对输入特性上Q点影响点影响iB (A)0QJKIQ2IBQ增大，假设从增大，假设从20A增到增到30AiC (mA)Q(b) 电路参数对输出特性上电路参数对输出特性上Q点的影响点的影响uCE (V)MVCC(L)H0iB = 6

11、0AiB = 50AiB = 40AiB = 30AiB = 20AiB = 10AQ1Q2 4. 非线性失真非线性失真 l 波形失真：波形失真：信号经放大电路放大以后，输出信号经放大电路放大以后，输出波形与输入波形不完全一致。波形与输入波形不完全一致。l 非线性失真非线性失真 (Nonlinear Distortion)：由于晶由于晶体管特性曲线非线性引起的波形失真。体管特性曲线非线性引起的波形失真。l 非线性失真主要与静态工作点的位置和输入非线性失真主要与静态工作点的位置和输入信号的幅值大小有关。信号的幅值大小有关。l 两种主要的非线性失真：两种主要的非线性失真：截至失真和饱和失截至失真和

12、饱和失真。真。 截止失真截止失真 l 条件：条件：静态工作点设置偏低，输入信号静态工作点设置偏低，输入信号ui的幅的幅值相对比较大。值相对比较大。l 结果：结果：iB、iC、uCE的波形出现的波形出现“削顶削顶”失真，失真，见 图 。 这 种 失 真 称 为 截 止 失 真见 图 。 这 种 失 真 称 为 截 止 失 真 (Cutoff Distortion)。l 消除截止失真的方法：消除截止失真的方法：提高提高Q点位置（如减小点位置（如减小Rb的阻值）；减小的阻值）；减小ui的幅值。的幅值。截止失真截止失真iC(mA)iC(mA)iB(A)iB(A)uCE(V)uCE(V)uBE(V)uB

13、E(V)ui(V)uBEQQ2QIBQIbmQQ1Q2tttt00000t(a)从输出特性分析截止失真(b)从输入特性分析截止失真 饱和失真饱和失真 条件：静态工作点设置偏高，输入信号ui的幅值相对比较大。结果：iC、uCE的波形出现“削顶”失真这种失真称为饱和失真（Saturation Distortion）。消除饱和失真的方法：降低Q点位置（如Rb或Rc）；减小ui的幅值。仿真仿真t饱和失真饱和失真iCiCuCEuCEiBQ2QQ1t0005. 最大输出电压幅最大输出电压幅值值 l 最大输出电压幅值最大输出电压幅值:指放大电路在电路参数已确定指放大电路在电路参数已确定的条件下，输出端不发生

14、饱和失真和截止失真时的条件下，输出端不发生饱和失真和截止失真时的最大输出信号电压的幅值，记作的最大输出信号电压的幅值，记作Uomax。这是放。这是放大电路的一个重要性能指标。大电路的一个重要性能指标。l 工作点下移至工作点下移至F点时点时便进入截止区，将便进入截止区，将发生截止失真。发生截止失真。l 工作点上移至工作点上移至R点点时便进入饱和区，时便进入饱和区，将发生饱和失真。将发生饱和失真。l UF是受截止失真限制是受截止失真限制的交流信号分量的最的交流信号分量的最大幅值。大幅值。l UR是受饱和失真限制是受饱和失真限制的交流信号分量的最的交流信号分量的最大幅值大幅值。5. 最大输出电压幅值

15、最大输出电压幅值uCEIBQUCEQURUFUCESQRF MICQ-1/Rc0交流负载线5. 最大输出电压幅值最大输出电压幅值uCEIBQUCEQURUFUCESQRF MICQ-1/Rc0交流负载线UR=UCEQ-UCES l对于小功率硅管，对于小功率硅管，UCES一一般取般取0.51V，为了留有一定，为了留有一定余量常取为余量常取为1V。CEcCCCuRiV负载线方程：cCQCCCCCEQCCRIRIVVUVU)(cCQFl 所以既不发生饱和失真，又不发生截止失真的条所以既不发生饱和失真，又不发生截止失真的条件下，件下，uCE的交流分量的最大幅值应当是的交流分量的最大幅值应当是UR与与UF之中的最小值。即之中的最小值。即Ucemax = minUR，UF l对于图对于图5-6(a)的共射极放大电路，输出电压的共射极放大电路，输出电压uO就就等于等于uCE，其中输出信号电压，其中输出信号电压uo就等于就等于uce，那么该，那么该电路的最大输出电压幅值为电路的最大输出电压幅值为Uomax=minUCEQ -UCES，ICQRC 5.最大输出电压幅值最大输出电压幅值l 衡量放大电路不发生饱和失真和截止失真时的衡