放大电路的动态分析

1、 15.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析15.3.1 微变等效电路法微变等效电路法 就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。为一个线性电路。 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。似代替。 利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算放大电路放大电路电压放大倍数电压放大倍数A Au u、输入电阻、输入电阻r ri i、输出电阻、输出电阻r ro o等。等。iBUB

2、E 当输入信号很小时，在静态工作点当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线。附近的工作段可认为是直线。对输入的小交流信号而言，三极管对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻相当于电阻rbe，表示输入特性。，表示输入特性。 UBE IBCECEUUiuiurbbeBBEbe1. 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路（1）输入回路）输入回路Q 对于低频小功率晶体管的输入电阻对于低频小功率晶体管的输入电阻估算为：估算为：)mA()mV(26)1 ()(200EbeIr 式中，式中， IE ：发射极电流的静态值发射极电流的静态值; ：晶：晶体管的放大倍数；体管的放大倍数； rbe：

3、输入电阻，其值输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧一般为几百欧到几千欧(动态电阻动态电阻)。rbe rce+-+-CBiCuCE)(bBcCCiIiIibBiICECEUbCUBCiiII 输出端相当于一个受输出端相当于一个受 ib控制的电流源控制的电流源。 输出端还等效并联一输出端还等效并联一个大电阻个大电阻rce。（2）输出回路输出回路在线性工作区是一族平行直线。在线性工作区是一族平行直线。ibiC受控电流源受控电流源iCuCE iC uCEBBICCEICCEceiuIUr在小信号的条件下，在小信号的条件下， rce也是一个常数。阻值很也是一个常数。阻值很高，约为几十到几百高，约为几十到几

4、百k。在后面微变等效电路中，在后面微变等效电路中，可忽略不计。可忽略不计。输出电阻输出电阻rcerbe rce+-+-CBibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +- -rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic= ib等效代替。等效代替。(3) 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路2 . 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路rbe ibibrceiiicuiuoRBRCRL+-RBR

5、CuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii3.电压放大倍数的计电压放大倍数的计算算bebirIU LcoRIU beLrRAu LCL/ RRR io :UUAu 定定义义Lb RI rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS解解 已求得已求得 IC= 1.5mA IERL = RC RL = 2kk867. 01.5(mA)mV)(26)5 .371 (200ber5 .86867. 025 .37beLurRA 已知已知UCC=12V, RC=4k, RB=300k, =37.5， RL=

6、4k ，试求电压放大倍数，试求电压放大倍数。例题例题4. 放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算 放大电路对信号源来说，是一个负载，可放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻载电阻，也就是放大电路的输入电阻r ri i ，即，即iiIUri输入电阻对交流而言是动态电阻。输入电阻对交流而言是动态电阻。iiIUribeBrR /ber 电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。较大的输

7、入电阻。rbeRBRCRLiU iI bI cI oU BI 5. 放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算 (1) 将信号源短路（将信号源短路（ Ui=0）和输出端开）和输出端开路从输出端看进去的电阻。路从输出端看进去的电阻。 (2)将信号源短路（将信号源短路（ Ui=0）保留受控源，）保留受控源，输出端加电压（输出端加电压（ U0）以产生电流）以产生电流 I0。r0 RC 000IUriUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRRUUIIUIUrCoocRoc求求ro的步骤：的步骤：1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外

8、加电压or外加外加oICRcoIII bcII 0 0 cb II所所以以2) 令令 或或0i U0S EoooIUr4)解解 放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电动势动势E0和内阻和内阻r0表示。等效电源的内阻即为输出电阻。表示。等效电源的内阻即为输出电阻。000EU输出端开路时输出端开路时输出端接输出端接 上负载电阻时上负载电阻时由上列两式可得出由上列两式可得出LOL000) 1(RUUr本例中本例中)106() 134(30r2kLLLRrREU00o 已知已知U0O=4V, RL=6k, U0L=3V, 求放大电路的输出求放大电路的输出电

9、阻。放大电路同上图。电阻。放大电路同上图。例题例题 直流负载线反映静态时电流直流负载线反映静态时电流IC和和UCE的变化的变化关系关系, 由于由于C2的隔直作用的隔直作用, 不考虑负载电阻不考虑负载电阻RL。15.3.2 放大电路的动态图解法放大电路的动态图解法1.做出交流负载线做出交流负载线 交流负载线交流负载线反映动态时电流反映动态时电流 iC和和uCE的变化的变化关系视关系视C2为短路，为短路，RL 与与RC并联并联 ，所以交流负载，所以交流负载线比直流负载线要陡些。为了得到尽量大的输线比直流负载线要陡些。为了得到尽量大的输出信号，要把出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。设置在交流

10、负载线的中间部分。如果如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，设置不合适，信号进入截止区或饱和区，会造成非线性失真会造成非线性失真。（1）交流负载）交流负载RLRBRCRLuiuoicuceLcec1Rui其中：其中：CLL/RRR ICUCEUCCQIB交流负载线比直流负载线交流负载线比直流负载线要陡要陡, 斜率为斜率为:LR1 交流负载线交流负载线（2）交流负载线的作法）交流负载线的作法CCREQuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo2.2.图解分析图解分析15.3

11、.3 非线性失真非线性失真在放大电路中，输出信号应该成比例地放在放大电路中，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，比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生放大电路产生非线性失真非线性失真。为得到尽量大的输出信号，要把为得到尽量大的输出信号，要把Q Q点点设置设置在交流负载线中间部分。否则，信号进入截在交流负载线中间部分。否则，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。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，假设下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载

12、负载为空载( (R RL L= = ) )。Q2uoUCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1uiuotiB B/ AiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE结结 论论（1）交流信号的传输情况）交流信号的传输情况ui (即即ube)ibiCu0（即（即uce ）（2）电压和电流都含有直流分量和交流分量）电压和电流都含有直流分量和交流分量uBE = UBE+ ubeuCE = UCE+ uceiB = IBE+ ibiC = IC+ ic（3）输入信号电压）输入信号电压ui和输出电压和输出电压u0相位相反相

13、位相反（4）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输入正弦电压的幅值之比。入正弦电压的幅值之比。RL的阻值愈小，交流负载线的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。 15.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 在在固定偏置固定偏置放大电路中，放大电路中，当温度升高时，当温度升高时，UBE 、 、 ICBO 。 上式表明，当上式表明，当UCC和和 RB一定时，一定时， IC与与 UBE、 以及以及 ICEO 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。CBOBBECCCEOBC)1( I

14、RUUIII 温度升高时，温度升高时， IC将增加，使将增加，使Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。15.4.1 温度变化对静态工作点的影响温度变化对静态工作点的影响BBECCBRUUIiCuCEQQ 固定偏置电路的缺点与改进固定偏置电路的缺点与改进OTIC15.4.2 分压式偏置放分压式偏置放大电路大电路B2II 若若满满足足： 基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温度变化。不随温度变化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+RE射极直流射极直流负反馈电阻负反馈电阻CE

15、交流旁交流旁路电容路电容15.4.2 分压式偏置放分压式偏置放大电路大电路VBEBEBECRUVII BEBUV 若若满满足足：EBEBEBEC RVRUVII RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定CC2B1B2BURRRV

16、B EBRVRUVIIEBEBEC CBII EECCCCCERIRIUU VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+ 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R 短路短路， R 不起不起作用作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。如果去掉如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路电容旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：CoEbeBiRrRrRr)1 (/rbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRBEbbebiRIrIU

17、)1 (LboRIUEbeLuRrRA)1 (RB1RCRLuiuoRB2RE2B1BB/RRR EbeL) 1(RrRAu beLrRAu EbeB2B1i)1 (R/R/Rrr CoRr beBir/Rr CoRr 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点 IB、IC 及及 UCE；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) (3) 输入电阻输入电阻

18、ri、ro及及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8 . 0 mA36 . 03EBEBEC RUVII A16 A500.8CB IIV8 . 4V38 . 068 . 012)(1E1EECCCCCE RRIRIUURB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVBk6Co Rrk86. 18 . 02651200I26) 1(200Ebe rk 15/2B1BB RRR其中其中 EbeBi) 1(/RrRr k03.8 EbeL) 1 (RrRAu 69. 8 iUiIbIcIoUbISEeIBRI 15.5 15.5 放大电路的频率特放大电路的频率特性性由于在放大电路中一般都有电容元件，如由于在放大电路中一般都有电容元件，如耦合电容、发射极电阻旁路电容以及晶体耦合电容、发射极电阻旁路电容以及晶体管的极间电容和联线分布电容管的极间电容和联线分布电容等。他们对等。他们对不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同的。的。f|Au |