放大电路基本分析及仿真方法-偏置电路

模拟电路基础UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina第二部分基本放大电路及其分析仿真方法实例引入——温度监测系统热敏电阻在加热器内部实时地监测温度并转换成电信号，放大器把反映温度的微小电信号进行放大后交给单片机组成的控制电路。第二部分基本放大电路及其分析仿真方法关注的重点：◆放大器偏置（供电）电路◆放大电路基本分析方法●图解法●简单估算（等效模型）●计算机辅助分析（仿真分析）第二部分基本放大电路及其分析仿真方法§2.1放大的概念与放大电路的性能指标§2.2基本共射放大电路的工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4静态工作点的稳定§2.5晶体管放大电路的三种接法§2.6场效应管基本放大电路§2.7放大电路的频率响应（第5章，P220）分布章节§2.1放大的概念与放大电路的性能指标典型音频放大器电路一、放大的概念放大的对象：变化量（通常情况）放大的本质：能量的控制与转换放大的特征：功率放大（电压或电流）放大的基本要求：不失真或失真小于一定值判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电二、性能指标1.

放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可等效成二端口网络。源电压放大倍数2、输入电阻Ri放大电路一定要有信号源为其提供信号，那么就要从信号源索取信号。输入电阻是衡量放大电路从其前级获取信号能力大小的参数。Au~US定义：对电压放大器：Ri越大，Ii就越小，Ui就越接近US；即放大器对电压信号源损失越小。RS对电流放大器：Ri越小，Ii就越大，Ii就越接近IS；即放大器对电流信号源损失越小。（U、I为有效值）RL3、输出电阻RoAu~US放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。~RoUO'RS如何确定电路的输出电阻Ro

？步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.外加电源法。方法一：

理论分析计算方法（U、I为有效值）Au~USRS方法二：实验测量方法Uo'1.测量开路电压。~RoUo'2.测量接入负载后的输出电压。~RoUo'RLUo步骤：3.计算4.

通频带5.

最大不失真输出电压Uom：交流有效值。

由于（耦合）电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。下限频率上限频率6.

最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数§2.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的转换能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。动态信号作用时：输入（交变）电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射+-ui+-uO二、设置静态工作点的必要性

输出电压波形必然发生（严重）失真！要解决失真问题，首先必需设置合适的静态工作点；且，Q点几乎影响着所有的动态参数！

为什么放大的对象是动态信号，却要求晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？+-ui+-uO三、基本共射放大电路的波形分析饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反

要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！+-ui+-uO四、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路（元件）参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：共地（信号源与直流电源共地，有公共端）、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。+-ui+-uo（1）阻容耦合放大电路：

+-ui+-uO两种实用放大电路：

对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。双电源共射放大器构成单电源共射放大器：+-ui+-uo+-ui+-uo简化画法+-ui+-uO（1）阻容耦合放大电路耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。（2）直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量－＋UBEQ有交流损失但Rb1必不可少！！！§2.3放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法（估算方法）四、multisim仿真方法放大电路分析静态分析动态分析图解法微变等效电路法图解法计算机仿真（multisim仿真）估算法阻容耦合共射放大器：基本思想：

非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。——静态工作点直流分析交流分析——动态指标求：IBQ、ICQ、UCEQ求：Au、Ri、Ro放大器工作时，信号（电流、电压）均迭加在静态工作点上。一、直流通路与交流通路+-ui+-uo1）直流分析——画出直流通路

当放大电路处于静态时（直流电源作用），直流电流流经的通路称为放大器的直流通路。

作用：计算放大器的静态工作点画法：电容开路（隔直流）直流通路电感短路（电感上直流电压为零）

交流信号源置零（交流电压源短路，交流电流源开路）；+-ui+-uo直流通路静态工作点计算，求：IBQ、ICQ、UCEQ+-估算法：Rb2++ui+VCCRCuORb1直接耦合放大电路Rb2++ui+VCCRCuORb1RL+-+-Rb2++uiuORb1Rb2++ui+VCCRCuORb1直接耦合放大电路Rb2++ui+VCCRCuORb1RL+-+-Rb2++uiuORb1例：电路如图所示，设UBE=0.7V，求VO=_____?解：例：电路如图所示，已知Si-BJT的估算IB、IC、UCE解：画出直流通路15V1k230k2k+RsRCC1C2RLvoRBRECE++VCCvs例：反馈式偏置电路如图所示，求静态Q（估算IB、IC、UCE）解：由直流通路有因2）交流分析——画出交流通路

当放大电路处于动态时，交流电流流经的通路称为放大器的交流通路。

作用：求动态指标画法：直流源置零电容短路，电感开路恒压源短路恒流源开路交流通路+-ui+-uo+-ui+-uo二、图解法（负载线、失真分析）输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.直流负载线直流负载线

放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。2、交流负载线交流通路+-将该直线方程画在iC~uCE平面上就是交流负载线。

放大器工作时瞬时工作点的运动轨迹。2、交流负载线交流负载线画法：过Q点（UCEQ，ICQ），作斜率为-1/(RC//RL)的直线。IBQQICQUCEQ直流负载线交流负载线3.失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：饱和失真（主要）是输出回路产生的失真。最大不失真输出电压Uom

：比较（UCEQ－UCES

）与（VCC－UCEQ

），取其小者，除以(?)。这可不是好办法！最大不截止失真电压最大不饱和失真电压静态工作点过低，波形截止失真静态工作点过高，波形饱和失真Multisin看失真4.图解法实用范围图解法的特点是直观形象的反映晶体管的工作情况，但是必须实测所用管的特性曲线，而且用图解法进行定量分析时误差较大。此外，晶体管的特性曲线只能反映信号频率较低时的电压、电流关系，而不反映信号频率较高时，极间电容产生的影响。因此，图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况。实用中多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压Uom

和失真情况。1）直流偏置电路（即直流通路）要保证器件工作在放大状态。（判断发射结、集电结的偏置）2）交流通路中观察①信号能送入BJT②放大后信号能送到负载讨论：1.

放大器的正常工作判别放大器能否正常工作取决于以下几点：RBRC+VCCvivoT(a)VBBRBRC+VCCvivoT(c)CRBRC+VCCvivoT(b)解:(a)电路不能放大，基极没有偏置电路，克服方法可在电源和基极间加电阻解决。

(b)不能放大，除没有静态工作点外，交流信号输入时被电容短路了。克服放法是加偏置，并去掉电容。

(c)不能放大，交流时被VBB短路了，可以在VBB回路加电阻来解决。例:

放大电路如图，电路中的电容器对输入交流信号可视为短路，根据构成放大电路的原则，试说明下面的各种电路对交流信号有无放大作用，要说明其理由。

RCRBTC1C2+VCCvivo(d)RBRBVCCvsvoT(e)TC2RCRBvivoC1RLVCC(f)C3(d)没有基极电流,管子截止了。把基极电阻RB从电源改接到地。(e)不能放大，信号不能直接接管子的B-E之间，信号的负半周将截止。信号输入应加隔直电容。(f)偏置没有问题，但交流信号输入时管子的集电极对地短路，即输出对地短路。不能正常放大。讨论：2.基本电路与输出特性Q点如下1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.

从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.

设计放大电路时，应根据什么选择VCC？讨论：如何稳定静态工作点？一、温度对静态工作点的影响二、静态工作点稳定的典型电路三、稳定静态工作点的方法温度对静态工作点的影响

所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。若温度升高