1、放大電路的基本分析方法放大電路的分析就是在理解放大電路工作原理的基礎(chǔ)上，求解靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。通過對(duì)電路工作狀態(tài)的分析以及對(duì)電路參數(shù)和性能指標(biāo)的估算，來判斷放大電路能否正常工作、評(píng)價(jià)電路性能的優(yōu)劣，以便正確設(shè)計(jì)和選用放大電路。放大電路建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，是保證信號(hào)被正常放大的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，即正確區(qū)分直流通路和交流通路。分析電路的步驟是先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。一、直流通路與靜態(tài)計(jì)算1直流通路當(dāng)放大電路中不加輸入信號(hào)（即ui=0）時(shí)，電路中各處的電壓、電流都是固定不變的直流量，這時(shí)電路處于直流工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。在直流工作狀態(tài)下，對(duì)直流量的分析計(jì)算稱為靜態(tài)分析。

2、靜態(tài)分析旨在求解放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的值（IBQICQ和UCEQ）應(yīng)該在直流通路中進(jìn)行。直流通路是在直流電源作用下，直流電流流經(jīng)的通路。畫直流通路應(yīng)根據(jù)三條原則：電容視為開路；電感視為短路（若有直流電阻，則保留其直流電阻）；信號(hào)源短路，但保留其內(nèi)阻。如圖2-7所示。凡DPT。+UocRlUo（a）原理圖（b）直流通路圖2-72靜態(tài)計(jì)算靜態(tài)計(jì)算就是計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)管的|UBEQ|=0.3V,無須求解。以基本共射放大電路為例，如圖2-7（a）UBEQIBQICQUCEQ通常，硅管的|UBEQ=0.7V,錯(cuò)所示。用等效電路分析法進(jìn)行靜態(tài)分析。GID«）原理圖th）直流等效電路圖2-8

3、基本共射放大電路的直流等效電路如圖2-8(b)所示。其靜態(tài)分析方法和步驟如下:列輸入回路方程求IBQ由UCC=IBQRbUBEQDQQUCC-Ubeq可得Ibq=(NA)Rb根據(jù)放大區(qū)電流方程得Icq=BQ列輸出回路電壓方程求UCEQ由UCC=IcqRUceqCCCQcCEQ可得UCEQ=UCC-1cqRCEQCCCQ【例21】設(shè)圖2-8(b)的單管共射放大電路中，UCC=12V,Rc=3kQ,Rb=280kQ,NPN®硅三極管的3等于50,試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。解：設(shè)三極管的UBEQ0.7V,則根據(jù)式、和式可得IBQUCC-UbeqRb12-0.7280ICQ:BQ=500.04(mA

4、)-2mAUceq=Ucc-»Rc=12-23(V)=6V二、交流通路與動(dòng)態(tài)分析在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給電路輸人交流信號(hào)后，電路中各處的電壓、電流都處于交、直流混合在起的工作狀態(tài)。電路中的電壓、電流和均包含兩個(gè)分量，即：iB-IBibic-ICicuCE=UCEUce其中，舊、IC和UC區(qū)在電源單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，實(shí)際上就是放大電路的靜態(tài)值，稱為直流分量。而ib、ic和uce是在輸入信號(hào)單獨(dú)作用下產(chǎn)生的電流、電壓，稱為交流分量。這時(shí)，如果我們對(duì)外加的交流信號(hào)及其響應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行分析的話，即只對(duì)電路的交流工作狀態(tài)(簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài))進(jìn)行分析，稱為動(dòng)態(tài)分析。動(dòng)態(tài)分析旨在計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)

5、(如R、電、Au、UOM等)，應(yīng)該通過交流通路進(jìn)行。交流通路是在輸入信號(hào)作用下，交流信號(hào)流經(jīng)的通路。畫交流通路應(yīng)遵循兩條原則：大容量的電容(如耦合電容、射極或基極旁路電容等)視為短路；無內(nèi)阻的直流電源(如UCCUEE等)視為短路。例，圖2-8(a)的交流通路如圖2-9所示。圖2-9基本共發(fā)射極電路的交流通路三、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因很多，環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)以及晶體管特性的分散性都會(huì)造成工作點(diǎn)的變化。在這些因素中，以溫度的變化和晶體管特性的分散性影響最大。1、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施0+Uqc(1)二極管溫度補(bǔ)償電路圖2-10二極管穩(wěn)定補(bǔ)償電路IR為

6、二極管的反向電流。當(dāng)溫度升高時(shí)，一方面會(huì)導(dǎo)致IC增大，另一方面也會(huì)使IR增大導(dǎo)致IB減小，從而使IC隨之減小。當(dāng)參數(shù)配合得當(dāng)時(shí)，IC可基本不變。其過程簡(jiǎn)述如下：丁(七)T心T-(2)直流負(fù)反饋Q點(diǎn)穩(wěn)定電路利用直流負(fù)反饋穩(wěn)定Q的方法有兩種：直流電壓負(fù)反饋，如圖2-11(a)所示；直流電流負(fù)反饋電路，如圖2-11(b)所示。現(xiàn)以2-11(b)圖為例說明其穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理。+Uccjo+UccCG直流電壓負(fù)反饋電路<b)直流電流或反鎖電路TnYT-匿RnT-助q-ATt（或/）-&戶LJTtVeTtUbeq-iKq（"1四），3、分壓式電流負(fù)反饋Q的穩(wěn)定電路的靜態(tài)分析©

7、;+Ugc&兄Rb1fcUbMtRe=CeUheRbwUe(a)放大電路<b)直流通路Il當(dāng)滿足12»IB基極電位的靜態(tài)值為：時(shí),由如圖2-12(b)所示的直流通路得三極管UbUCC集電極電流的靜態(tài)值為:基極電流的靜態(tài)值為:UbUBE1cP集電極與發(fā)射極之間電壓的靜態(tài)值為:UcE=UccIc(RcRe)四、圖解分析法三極管是非線性器件，其輸入回路的電流與電壓之間的關(guān)系可以用輸入特性曲線來描述；輸出回路的電流與電壓之間的關(guān)系可以用輸出特性曲線來描述。圖解法就是在三極管的輸入、輸出特性曲線上，直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。1、靜態(tài)圖解分析法圖解法靜態(tài)分析的任務(wù)是，

8、用作圖的方法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，即求出舊QICQ和UCEQ對(duì)圖27(a)所示的基本共射放大電路用圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)，應(yīng)首先畫出其直流通路如圖27(b)所示。然后按照如下的分析方法和步驟進(jìn)行。其靜態(tài)圖解分析過程如圖2-13所示。(a)輸入特性曲線fb)輸出特性曲線圖213放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析(1)列輸入回路方程(即輸入直流負(fù)載線方程)Ube=UccTbR(2)在輸入特性曲線的平面上，作出輸入直流負(fù)載線，兩線的交點(diǎn)即是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)(也稱為Q點(diǎn))，從圖上可讀出IBQ和UBEQ的值。列輸出回路方程(即輸出直流負(fù)載線方程)UcE=Ucc7cRc(3)在輸出特性曲線的平面上，作出

9、輸出直流負(fù)載線。作法為：分別在X軸和Y軸上確定兩個(gè)特殊點(diǎn)N(UCC,0)和M(0,UCCyRC),過MN兩點(diǎn)所作的直線即為輸出直流負(fù)載線。(4)輸出直流負(fù)載線與IBQ所確定的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)，就是Q點(diǎn)。從圖上可讀出ICQ和UCEQ值。2、動(dòng)態(tài)圖解分析法用圖解法對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，旨在確定最大不失真輸出電壓u)m分析非線性失真情況，也可測(cè)出電壓放大倍數(shù)。對(duì)圖27(a)所示的共射放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)首先畫出其交流通路如圖2-9所示。然后按照如下的方法和步驟進(jìn)行。(1)交流負(fù)載線Uor(RcR)-R式中：Rl=Rl/Rc,稱為交流負(fù)載電阻。11由上式可知，父流負(fù)載線的斜率為，即tg&

10、#163;=-因而可得出交流負(fù)載線的具體作法之一：通RlRl過輸出特性曲線上的Q點(diǎn)，做一條與橫軸夾角為a的直線AB,即為交流負(fù)載線。如下圖：uce(V)圖214放大電路動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析從圖中可以計(jì)算出線段OB=Uceo+IcqRl,則B點(diǎn)坐標(biāo)為Uceo+IcqRl,0由此可以得到交流負(fù)載線的作法之二：過Q和B兩點(diǎn)作直線AB,即為交流負(fù)載線。(2)波形失真分析信號(hào)(電壓或電流)波形被放大后幅度增大，而形狀應(yīng)保持原狀。如發(fā)生不對(duì)稱或局部變形現(xiàn)象都稱為波形失真。由于三極管非線性特性而引起的失真，稱為非線性失真。包括飽和失真和截止失真兩種。飽和失真是由于放大電路的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的飽和區(qū)而引起

11、的；而截止失真則是由于放大電路的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的截止區(qū)而引起的。放大器要求輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間是線性關(guān)系，應(yīng)盡量避免失真現(xiàn)象出現(xiàn)。(3)靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)產(chǎn)生截止失真當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)(Q點(diǎn)接近截止區(qū))，交流量的負(fù)向峰值到來時(shí)，BJT工作在截止區(qū)，交流信號(hào)不能被放大，輸出電流波形的負(fù)半周被削頂，而輸出電壓波形正半周被削頂，產(chǎn)生截止失真。增大UCC值(實(shí)Q點(diǎn)上移，從而消除截止失真,際一般不采用)或減小R)值，可以使得輸入直流負(fù)載線向上平行移動(dòng)，使如圖215所示。截止失真(a)輸入波形分析(b)輸出液形分析圖215放大電路放大電路發(fā)生截止失真的情況(4)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高時(shí)產(chǎn)生飽和失真當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)

12、偏高(Q點(diǎn)接近飽和區(qū))，交流量正向峰值到來時(shí)，BJT將工作在飽和區(qū)。交流信號(hào)不能被線性放大，輸出電流波形的正半周被削頂。而輸出電壓波形負(fù)半周被削底，產(chǎn)生飽和失真。如圖216所示。圖216放大電路發(fā)生飽和失真的情況(5)求最大不失真輸出電壓設(shè)三極管的飽和管壓降為UCES則最大不失真輸出電壓的有效值可用如下公式計(jì)算:Uom=-12minUceq-Uces,Icq。(6)求解電壓放大倍數(shù)利用圖解法求解電壓放大倍數(shù)可遵循如下步驟：首先將輸入信號(hào)ui疊加在靜態(tài)發(fā)射結(jié)上，得到uBE=UCEuce),在BJT輸入特性上作圖得到iB(=IB+ib),根據(jù)放大區(qū)電流關(guān)系得到XmA)iC(=IC+ic=PIB+P

13、ib,在BJT輸出特性上作圖得到Uce(=Uce+Uce),uce即為輸出電壓uo,如圖218所不'。分別測(cè)量輸出電壓UOPP與輸人電壓UPP的蜂值，即可求得電壓放大倍數(shù)Au,其表達(dá)式如下:UoppAUA(7)輸出功率和功率三角形放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率可由下式計(jì)算:AMQUOM1OM_1PoUOMIoM.2.22在輸出特性曲線上，正好是三角形ADBQ的面積，這一三角形稱為功率三角形，如圖219所示。要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使最大值UOM和IOM都要大。圖219放大電路的輸出功率三角形【例2一2】電路如圖220所示，設(shè)UCC=15V,Rb調(diào)整到300kQ,

14、Rc=3kQ,RL=2KQ,三極管的輸出特性曲線見圖221。性曲線上畫出直流負(fù)載線；定出Q點(diǎn)；畫出交流負(fù)載線；確定電路最大不失真輸出時(shí)試：在輸出特uCE的變化范圍，計(jì)算最大不失真輸出電壓(有效值)的大小:CLID圖220例22電路解(1)電路的直流負(fù)載線方程為:Uce=Ucc-IcRc-15-3Ic根據(jù)方程在坐標(biāo)軸上的交點(diǎn)(15V,0mA)和(0V,5mA),連接這兩點(diǎn)作出直流負(fù)載線。圖221例題22圖解(2)固定式偏置電路的基極電流可以通過下式計(jì)算:BQVcc-Ubeq=15-0.7Rb一300在圖222中找出的那條曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn),橫坐標(biāo)為7.5V.即ICQ=2.5mA,UCEQj為

15、7.5V。(3)畫交流負(fù)載線方法一：選輔助線方程為即為Q點(diǎn)，由圖中可讀出Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為2.5mA,Uce=5-IcR因?yàn)镽L=RCRL=1.2(kQ)由此可得輔助線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)分別是(5V,0mA)和(0V,4.2mA),在這兩點(diǎn)之間畫一直線即為輔助線,過Q點(diǎn)做輔助線的平行線即得交流負(fù)載線。畫交流負(fù)載線方法二：根據(jù)交流負(fù)載線方程''UCE=UCEQ1CQRL-iCRL求交流負(fù)載線在uce軸上的截距。當(dāng)iC=0時(shí)，uCE=Uceq+ICQRL=7.7+2.5父1.2%10.7(V)CECEQCQL過(10.7V,0mA)點(diǎn)和Q點(diǎn)畫直線。即為交流負(fù)載線。(4)Q點(diǎn)沿交流負(fù)載線移動(dòng)

16、范圍對(duì)應(yīng)的uC豉化范圍大約是4.610.7V,所以此時(shí)輸出電壓有效值:Uo=10.7-4.6：2.1(V)2.2五、微變等效電路分析法微變等效電路分析法(又叫小信號(hào)等效電路分析法)是在輸入低頻小信號(hào)的前提下，用BJT的h參數(shù)模型代替交流通路中的三極管，得到放大電路的微變等效電路，然后利用線性電路的基本定理來計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)(如電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等)。1、三極管的微變等效模型微變等效模型(a)三極管圖222三極管及其微變等效模對(duì)于圖222(a)中共發(fā)射極接法三極管的輸入端口來說，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸入特性曲線上以靜態(tài)工作點(diǎn)為中心，很小的動(dòng)態(tài)工作范圍可近似認(rèn)為是一段直線。這段直

17、線代表三極管輸入端口一一基極b和發(fā)射極e之間的等效電阻，該電阻的大小將隨著靜態(tài)工作點(diǎn)的不同而變化，是個(gè)動(dòng)態(tài)電阻，叫做三極管的輸入電阻rbe。對(duì)于一般的低頻小功率三極管，rbe可以由公式來估算，其中的rbb'是三極管基區(qū)體電阻，IEQ是三極管靜態(tài)時(shí)的發(fā)射極電流?！埃?、26(mV)“c，八二、26(mV)&=%b,(1)300(1)1 EQ(mA)IEQ(mA)對(duì)于三極管集電極和發(fā)射極間的輸出端口來說，三極管放大區(qū)的輸出特性曲線可近似看成是一族平行于x軸的直線，這些直線代表基極電流對(duì)集電極電流的控制能力。所以，三極管的輸出端可以等效成一個(gè)電流控制電流源ic,控制變量是ib,受控系數(shù)

18、是32、微變等效電路分析法如下圖所示固定偏置共射放大電路，用微變等效電路法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的方法和步驟如下：圖223固定偏置共射放大電路(1)畫出放大電路的微變等效電路對(duì)于共射放大電路，先畫出它的交流通路，然后把圖中的BJT用其h參數(shù)簡(jiǎn)化模型來替代，即可得到共射放大電路的微變等效電路，如圖2-24所示。圖中將微變等效電路中的電壓和電流都看成正弦量，采用復(fù)數(shù)符號(hào)標(biāo)定。el圖224固定偏置共射放大電路的微變等效電路(2)計(jì)算電壓放大倍數(shù)列輸入回路方程可得：Uifib由BJT輸入電阻的計(jì)算公式可得：，人-、26(mV)26(mV)be5bb'(1：)300)bbIEQ(mA)IEQ(mA)列輸出回路方程可得UorR='：ibR；由電壓放大倍數(shù)計(jì)算公式，可得:A=Uo/Ui=-R/rbe計(jì)算輸入電阻rir=U"ii=Rbbe：be(4)計(jì)