模拟电子线路模电基本放大器静态动态分析

模拟电子线路模电基本放大器静态动态分析当前1页，总共57页。一.放大的基本概念

基本放大电路——由一个三极管与相应元件组成的基本组态放大电路。

1.放大电路用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。共发射极、共集电极、共基极、共源极、共漏极当前2页，总共57页。

放大对象：主要放大微弱、变化的信号（交流小信号），使UO或IO、PO得到放大！

放大实质：能量的转换——直流能转为交流能三极管——换能器当前3页，总共57页。放大器的组成原则：

直流偏置电路（即直流通路）要保证器件工作在放大模式。

交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号vi时，应有vo输出。

判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。

元件参数的选择要保证信号能不失真地放大。即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数。当前4页，总共57页。二.放大电路的组成及工作原理(1)共发射极组态基本放大电路的组成(2)静态和动态(3)直流通路和交流通路(4)放大原理当前5页，总共57页。

三极管VT

负载电阻RC、RL

偏置电路VCC

、RB

耦合电容C1、C2(1)共发射极组态基本放大电路的组成——起放大作用——将变化的电流转换为电压输出——提供直流偏置——隔直（流）通交（流）当前6页，总共57页。

(2)静态和动态

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流路和交流通路。

动态是目的,静态是保证(不失真!)—时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态—时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态静态动态当前7页，总共57页。

直流通路——直流量传递的途径（耦合电容开路）

交流通路——交流量传递的途径

（直流电源和耦合电容短路）(3)直流通路和交流通路当前8页，总共57页。(4)放大原理三极管放大作用变化的通过转变为变化的输出当前9页，总共57页。三.放大电路的主要技术指标(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带BW当前10页，总共57页。(1)放大倍数

放大：输出信号的电压和电流幅度得到放大，所以输出功率也会有所放大放大倍数有：电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。当前11页，总共57页。放大倍数定义电压放大倍数电流放大倍数源电压放大倍数源电流放大倍数功率放大倍数当前12页，总共57页。(2)输入电阻

Ri

输入电阻：表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri越大放大电路从信号源吸取的电流越小当前13页，总共57页。(3)输出电阻Ro

输出电阻：表明放大电路带负载的能力，Ro越大表明放大电路带负载的能力越差当前14页，总共57页。也通过放大电路的负载特性曲线求Ro——实验法Ro=Uo/Io=(U'o―Uo)/Io=(U'o―Uo)RL/Uo

=[(U'o/Uo)―1]RL

注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。当前15页，总共57页。(4)通频带BWfL称为下限截止频率，fH称为上限截止频率。

放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的1/时，即当前16页，总共57页。放大电路的分析方法1放大电路的静态分析2放大电路的动态分析当前17页，总共57页。一.放大电路的静态分析分析对象：静态工作点

(IBQ、ICQ和UCEQ)Q（Quiescent)分析方法：一、计算法二、图解分析法分析路径：直流通路当前18页，总共57页。

偏置电路设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。

对偏置电路的要求

提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、C结反偏。

当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点。例如：温度升高，三极管参数、ICBO、VBE(on)而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。当前19页，总共57页。

一、计算法直流通路画法：C断开IBQ、ICQ和UCEQ这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。当前20页，总共57页。二、图解法直流负载线当前21页，总共57页。1.由直流负载列出方程uCE=VCC－iCRc2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。

直流负载线的确定方法：VCC、VCC/Rc3.在输入回路列方程式uBE=VCC－iBRb4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。当前22页，总共57页。

二.放大电路的动态分析分析对象：分析方法： 一、图解分析法 二、微变等效电路法分析路径：交流通路当前23页，总共57页。交流通路画法：直流电源和C对交流相当于短路uo＝uce＝－R’Lic（R’L＝RL∥RC）交流负载线斜率：－1/R’L特点：过Q点UAB＝R’LICQ当前24页，总共57页。

交流负载线的横截距为，由横截距和Q

点就可方便地画出交流负载线。由图还可求出放大器的最大不失真输出电压。所谓不失真，是指

uo

的正、负半周完全对称，由图可见，uo

的正半周最大值为，uo

的负半周最大值为。因此放大器的最大不失真输出电压为

而当＝时，放大器有最大不失真输出电压，这就要求

Q

点近似位于交流负载线的中心。

当前25页，总共57页。一、图解法uiuBEiBiCuCE|-uo|

1、交直流迭加2、uo与ui相位相反3、非线性失真：饱和失真、截止失真结论：4、最大不失真输出幅度当前26页，总共57页。当前27页，总共57页。当前28页，总共57页。①波形的失真饱和失真截止失真放大电路工作到三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真放大电路工作到三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真**最大不失真输出幅度

注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。当前29页，总共57页。②放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：

1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；

2.要有合适的交流负载线。

当前30页，总共57页。

图解法

确定静态工作点(方法同前)。

画交流负载线。

画波形，分析性能。过Q点、作斜率为-1/RL的直线即交流负载线。其中RL=RC//

RL分析步骤:

图解法直观、实用，容易看出Q点设置是否合适，波形是否产生失真，但不适合分析含有电抗元件的复杂电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。当前31页，总共57页。例输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。tvBE0QvBEiB0iCvCE0QtiBIBQiCtICQtvCE0-1/RLVCEQibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2当前32页，总共57页。QiCtICQtvCE0VCEQibQ点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。Q点波动对输出波形的影响：Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。QibibiCvCE0Q当前33页，总共57页。Q点位置与波形失真：Q点过低，vO负半周易截止失真。PNP管

Q点过高，vO正半周易饱和失真。Q点过低，vO正半周易截止失真。NPN管

Q点过高，vO负半周易饱和失真。由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴vCE可改为-vCE。

消除饱和失真降低Q点:增大RB，减小IBQ减小RC:负载线变徒,

输出动态范围增加。消除截止失真升高Q点:减小RB，增大IBQ当前34页，总共57页。失真波形分析思路：

1，由NPN管构成共射组态电路，输出信号波形出现顶部失真。表明三极管集电极电压到达可能的最大值，即电源电压VCC。此时集电极电阻RC中没有电流流过，表明三极管工作在截止状态。所以顶部失真为截止失真。

由三极管输出特性曲线可知，出现截止失真表明电路工作点设置过低，即ICQ较小引起。消除截止失真可提高工作点电流ICQ，电路上可减小基极偏置电阻RB，IBQ=(VCC-UBEQ)/RB

增大，ICQ=ΒIBQ+ICEQ也增大，可清除截止失真。当前35页，总共57页。失真波形分析思路：

2，如输出波形表明集电极电位已降到可能的最低电位，即饱和压降UCES，所以此时失真为饱和失真。

饱和失真是由于三极管静态工作点设置偏高引起，可增大RB使IBQ减小，从而使ICQ变小，来消除饱和失真。

3，注意：PNP管输出波形失真性质与NPN恰好相反。自己分析！当前36页，总共57页。

下图中示出了放大电路及其输入、输出波形，若要使ν0波形不失真，则（）A：RC增大B：RB增大C：VCC减小D：νi增大

B当前37页，总共57页。二、微变等效电路法（1）模型的建立（2）共射电路的动态分析当前38页，总共57页。三极管的微变等效电路

三极管各极电压和电流的变化关系，在较大范围内是非线性的。如果三极管工作在小信号情况下，信号只是在静态工作点附近小范围变化，三极管特性可看成是近似线性的，可用一个线性电路来代替，这个线性电路就称为三极管的微变等效电路。

微：Q附近小范围内变：变化量当前39页，总共57页。

晶体管微变等效电路

1.输入端等效低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算：

式中，IE为射极静态电流。当前40页，总共57页。pn结方程：

对于三极管，当前41页，总共57页。

2.输出端等效互相平行、间隔均匀，且与uＣＥ轴线平行。当uＣＥ为常数时，从输出端c、e极看，三极管就成了一个受控电流源，当前42页，总共57页。

晶体三极管及微变等效（a）晶体三极管;（b）晶体三极管的微变等效当前43页，总共57页。（2）共射电路的动态分析

微变等效电路的画法

交流计算当前44页，总共57页。三极管用简化模型代替

微变等效电路的画法画出交流通路画当前45页，总共57页。交流计算3)输出电阻2)输入电阻1)电压放大倍数rbe=200Ω+(1+β)26

mV/IE4)源电压放大倍数当前46页，总共57页。当前47页，总共57页。当前48页，总共57页。当前49页，总共57页。例已知ICQ=1mA,=100,vi

=20sint(mV),试画出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算vo。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBB