放大电路的动态分析(1)(共43张PPT)VIP

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15.3放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：

微变等效电路法，图解法。所用电路：

放大电路的交流通路。动态分析内容:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。目的：

找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。第1页，共43页。15.3.1微变等效电路法

微变等效电路：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。线性化的条件：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似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。第2页，共43页。iBUBE

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。对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe，表示输入特性。UBEIB1.晶体管的微变等效电路（1）输入回路Q第3页，共43页。

对于低频小功率晶体管的输入电阻估算为：

式中，IE：发射极电流的静态值;β：晶体管的放大倍数；rbe：输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧(动态电阻)。rbe

rce+-+-CB第4页，共43页。iCuCE

输出端相当于一个受ib控制的电流源。

输出端还等效并联一个大电阻rce。（2）输出回路在线性工作区是一族平行直线。ibiC受控电流源第5页，共43页。iCuCEiCuCE

在小信号的条件下，

rce也是一个常数。阻值很高，约为几十到几百kΩ。在后面微变等效电路中，可忽略不计。输出电阻rcerbe

rce+-+-CB第6页，共43页。ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。(3)晶体管的微变等效电路第7页，共43页。2.放大电路的微变等效电路rbeibibrceiiicuiuoRBRCRL+-交流通路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。第8页，共43页。3.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第9页，共43页。[解]已求得IC=1.5mA≈IERL’=RC∥RL=2kΩ已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5，RL=4kΩ，试求电压放大倍数。例题第10页，共43页。合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。集电极电流基本恒定，不随温度变化。式中，IE：发射极电流的静态值;β：晶体管的放大倍数；放大电路对信号源来说，是一个负载，可放大电路的交流通路。晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。放大电路的频率范围:20Hz---10000Hz(1)静态工作点IB、IC及UCE；输入电阻对交流而言是动态电阻。rbe：输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧(动态电阻)。愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。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。rce也是一个常数。4.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ri，即输入电阻对交流而言是动态电阻。第11页，共43页。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较大的输入电阻。rbeRBRCRL第12页，共43页。5.放大电路输出电阻的计算

(1)将信号源短路（Ui=0）和输出端开路从输出端看进去的电阻。(2)将信号源短路（Ui=0）保留受控源，输出端加电压（U0）以产生电流I0。r0≈RC

第13页，共43页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.求ro的步骤：1)断开负载RL3)外加电压外加2)令或4)第14页，共43页。[解]放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电动势E0和内阻r0表示。等效电源的内阻即为输出电阻。输出端开路时输出端接上负载电阻时由上列两式可得出本例中2kΩ已知U0O=4V,RL=6kΩ,U0L=3V,求放大电路的输出电阻。放大电路同上图。例题第15页，共43页。

直流负载线反映静态时电流IC和UCE的变化关系,由于C2的隔直作用,不考虑负载电阻RL。15.3.2放大电路的动态图解法1.做出交流负载线

交流负载线反映动态时电流iC和uCE的变化关系视C2为短路，RL与RC并联，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，会造成非线性失真。第16页，共43页。（1）交流负载R’LRBRCRLuiuoicuce其中：第17页，共43页。ICUCEUCCQIB交流负载线比直流负载线要陡,斜率为:交流负载线（2）交流负载线的作法第18页，共43页。QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。2.图解分析第19页，共43页。15.3.3非线性失真在放大电路中，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。为得到尽量大的输出信号，要把Q点设置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。下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载(RL=)。第20页，共43页。如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1第21页，共43页。若Q设置过低，晶体管进入截止区工作，造成截止失真。适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。第22页，共43页。结论（1）交流信号的传输情况ui(即ube)ibiCu0（即uce）（2）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ui和输出电压u0相位相反（4）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输入正弦电压的幅值之比。RL’的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。第23页，共43页。§15.4静态工作点的稳定合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素都将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作。第24页，共43页。在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE、、ICBO

。

上式表明，当UCC和RB一定时，IC与UBE、以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。15.4.1温度变化对静态工作点的影响第25页，共43页。iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´固定偏置电路的缺点与改进结论：

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。OTIC第26页，共43页。15.4.2分压式偏置放大电路1.稳定Q点的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–RE射极直流负反馈电阻CE交流旁路电容第27页，共43页。15.4.2分压式偏置放大电路1.稳定Q点的原理VB集电极电流基本恒定，不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–第28页，共43页。对于硅管而言，在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–第29页，共43页。Q点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：温度补偿电阻

对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；

对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。第30页，共43页。2.静态工作点的计算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–第31页，共43页。3.动态分析对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–第32页，共43页。去掉CE后的交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RE第33页，共43页。无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri提高ro不变第34页，共43页。例1:在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及

UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2第35页，共43页。解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB第36页，共43页。放大电路对信号源来说，是一个负载，可利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。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管的极间电容和联线分布电容等。相位移与频率f的关系愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。（3）输入信号电压ui和输出电压u0相位相反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管的极间电容和联线分布电容等。（3）输入信号电压ui和输出电压u0相位相反当温度升高时，IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。[解]放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电输出端还等效并联一个大电阻rce。在线性工作区是一族平行直线。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。放大电路的频率范围:20Hz---10000Hz温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素都将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作。(2)由微变等效电路求Au、ri、

ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE第37页，共43页。