放大电路的动态分析放大电路的频率特性

下一页,总目录,章目录,返回,上一页,15.3,放大电路的动态分析,动态：,放大电路有信号输入(,u,i,0)时交流工作状态。,分析方法：,微变等效电路法，图解法。,动态分析:,对外加的交流信号及其响应单独进行分析,即只对电路的交流工作状态(简称动态)进行分析,称为动态分析。,分析对象：,各极电压和电流的交流分量。,目的：,找出,A,u,、,r,i,、,r,o,与电路参数的关系，为设 计打基础。,所用电路：,放大电路的交流通路。,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,电路中电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通路,-,只考虑交流信号的分电路。,直流通路,-,只考虑直流信号的分电路。,不同的信号可以在不同的通路进行分析。,15.3,放大电路的动态分析,R,B,R,C,u,i,u,O,R,L,R,S,e,s,+,+,+,对交流信号(有输入信号,u,i,时的交流分量),X,C,0，,C,可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,画交流通路应遵循两条原则：大容量的电容视为短路；无内阻的直流电源视为短路。,+U,CC,R,S,e,s,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,15.3.1 微变等效电路法,微变等效电路：,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。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,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,A,u,、输入电阻,r,i,、输出电阻,r,o,等。,微变等效电路分析法,微变等效电路分析法(又叫,小信号等效电路分析法,)是在输入低频小信号的前提下，用BJT的,h,参数模型代替交流通路中的三极管，得到放大电路的微变等效电路，然后利用线性电路的基本定理来计算放大电路的性能指标(如电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等)。,三极管的微变等效模型,图三极管及其微变等效模型,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,1.晶体管的微变等效电路,U,BE,I,B,对于小功率三极管：,r,be,一般为几百欧到几千欧。,15.3.1 微变等效电路法,(1),输入电路,Q,输入特性,晶体管的,输入电阻,晶体管的输入电路(B、E之间)可用,r,be,等效代替，即由,r,be,来确定,u,be,和,i,b,之间的关系。,I,B,U,BE,O,(2),输出电路,r,ce,愈大，恒流特性愈好,因,r,ce,阻值很高，一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,I,C,U,CE,Q,输出特性在线性工作区是,一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出电路(C、E之,间)可用一受控电流源,i,c,=,i,b,等效代替，即由,来确定,i,c,和,i,b,之间的关系。,一般在,20200,之间，在手册中常用,h,fe,表示。,O,i,b,i,c,i,c,B,C,E,i,b,i,b,晶体三极管,微变等效电路,u,be,+,-,u,ce,+,-,u,be,+,-,u,ce,+,-,1.晶体管的微变等效电路,r,be,B,E,C,晶体管的B、E之间可用,r,be,等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源,i,c,=,i,b,等效代替。,2.,放大电路的微变等效电路,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。,i,b,i,c,e,S,r,be,i,b,R,B,R,C,R,L,E,B,C,u,i,+,-,u,o,+,-,+,-,R,S,i,i,交流通路,微变等效电路,R,B,R,C,u,i,u,O,R,L,+,+,-,-,R,S,e,S,+,-,i,b,i,c,B,C,E,i,i,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的,电压与电流可用相量表示。,微变等效电路,2.,放大电路的微变等效电路,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。,i,b,i,c,e,S,r,be,i,b,R,B,R,C,R,L,E,B,C,u,i,+,-,u,o,+,-,+,-,R,S,i,i,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,3.,电压放大倍数的计算,当放大电路输出端开路(未接,R,L,)时，,因,r,be,与,I,E,有关，故放大倍数与静态,I,E,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。,例1：,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,3.电压放大倍数的计算,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,R,E,例2：,由例1、例2可知，当电路不同时，计算,电压放大倍数,A,u,的公式也不同。,要根据微变等效电路找出,u,i,与,i,b,的关系、,u,o,与,i,c,的关系。,3.电压放大倍数的计算,例,：,在 下图（即图）中，,U,CC,=12V，,R,C,=4k,，,R,B,=300k，,=37.5，,R,L,=4k,。,求电压放大倍数。,+U,CC,R,S,e,s,R,B,R,C,C,1,C,2,T,+,+,+,R,L,u,i,+,u,o,+,+,+,u,BE,u,CE,i,C,i,B,i,E,解,已求得,I,C,=1.5mA,I,E,R,L,=,R,C,R,L,=2k,4.放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。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。,定义：,输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。,+,-,信号源,A,u,放大电路,+-,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。,电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,放大电路,信号源,+-,+-,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,例1：,r,i,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,R,E,例2：,r,i,5.,放大电路输出电阻的计算,放大电路,对负载,(或对后级放大电路)来说,，是一个信号源，可以将它进行戴维南等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,+,_,R,L,r,o,+,_,定义：,输出电阻是动态电阻，与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。,电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,R,S,R,L,+,_,A,u,放大,电路,+,_,r,be,R,B,R,C,R,L,E,B,C,+,-,+,-,+,-,R,S,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.,例3：,求,r,o,的步骤(加压求流法)：,1),断开负载,R,L,3),外加电压,4),求,外加,2),令 或,用图解法对放大电路进行动态分析，旨在用作图的方法来分析各个电压和电流交流分量之间的传输情况和相互关系，也可测出电压放大倍数。,1 交流负载线,式中：，称为交流负载电阻。,15.3.2 动态分析图解法,交流负载线反映动态时电流i,C,和电压u,CE,的变化关系，由于对交流信号短路，R,L,与R,C,并联，故得,经整理可得：,15.3.2 图解法,D,C,1.交流负载线,交流负载线,直流负载线,交流负载线斜率,I,C,/mA,4,3,2,1,O,4,8,12,16,20,B,80,m,A,A,60,m,A,40,m,A,20,m,A,U,CE,/V,Q,交流负载线的具体作法之一：通过输出特性曲线上的,Q,点，做一条与横轴夹角为的直线AB，即为交流负载线。,图解法,Q,u,CE,/V,t,t,i,B,/,A,I,B,t,i,C,/mA,I,C,i,B,/,A,u,BE,/V,t,u,BE,/V,U,BE,U,CE,i,C,/mA,u,CE,/V,O,O,O,O,O,O,Q,i,c,Q,1,Q,2,i,b,u,i,u,o,R,L,=,由,u,o,和,u,i,的幅值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,交流负载线,2.图解分析,结 论,（1）交流信号的传输情况,u,i,(,即,u,be,),i,b,i,C,u,0,（,即,u,ce,）,（2）,电压和电流都含有直流分量和交流分量,u,BE,=,U,BE,+,u,be,u,CE,=,U,CE,+,u,ce,i,B,=,I,BE,+,i,b,i,C,=,I,C,+,i,c,（3）,输入信号电压u,i,和输出电压u,0,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（峰峰值）之比。,R,L,的阻值愈小，交流负载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。,3.非线性失真分析,非线性失真：,信号(电压或电流)波形被放大后幅度增大，而形状应保持原状。如发生不对称或局部变形现象都称为波形失真。由于三极管非线性特性而引起的失真，称为,非线性失真,。,非线性失真,包括饱和失真和截止失真两种。,饱和失真：,是由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的；,截止失真：,是由于放大电路的工作点到达了三极管的截止区而引起的。,放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，应尽量避免失真现象出现。,3.非线性失真,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。,Q,2,u,o,适当减小基极电流可消除失真。,U,CE,Q,u,CE,/V,t,t,i,C,/mA,I,C,i,C,/mA,u,CE,/V,O,O,O,Q,1,非线性失真,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。,u,i,u,o,t,i,B,/,A,i,B,/,A,u,BE,/V,t,u,BE,/V,U,BE,O,O,O,Q,Q,u,CE,/V,t,i,C,/mA,u,CE,/V,O,O,U,CE,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。,课后作业,P85：,作业1（固 定偏置放大电路的静态与动态分析）,