放大电路的动态分析.ppt
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1、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: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,分析对象: 各极电压和电流的交流分量。,目的: 找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系,为设计 打基础。,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
2、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。,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,UBE,对于小功率三极管:,rbe一般为几百欧到几千欧。,微变等效电路法,(1) 输入回路,Q,输入特性,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替,即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,(2) 输出回路,rce愈大,恒流特性愈好 因rce阻值很高,一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,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
3、流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib 等效代替,即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间,在手册中常用hfe表示。,O,ib,晶体三极管,微变等效电路,1. 晶体管的微变等效电路,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。,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。,交流通路,微变等效电路,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
4、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。,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。,例1:,3.电压放大倍数的计算,例2:,由例1、例2可知,当电路不同时,计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与ib的关系、 uo与ic 的关系。,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
5、阻是对交流信号而言的,是动态电阻。,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。,例1:,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,可以将它进行戴维宁等效,等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,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。,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ro的步骤:
6、1) 断开负载RL,3) 外加电压,4) 求,外加,2) 令 或,外加,例4:,动态分析图解法,RL=,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。,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:,动画,晶体管进入饱和区工作,造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,非线性失真,若Q设置过低:,动画,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。,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。,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
7、点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固定偏置放大电路,简单、容易调整,但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下,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,其中影响最大的是温度的变化。,温度变化对静态工作点的影响,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。,iC,uCE,Q,温度升高时,输出特性曲线上移,固定偏置电路的工作点 Q点是不稳定的,为此需要改进偏置电路。当温度升高使 IC 增加时,
8、能够自动减少IB,从而抑制Q点的变化,保持Q点基本稳定。,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。,O,分压式偏置电路,1. 稳定Q点的原理,基极电位基本恒定,不随温度变化。,VB,分压式偏置电路,1. 稳定Q点的原理,VB,集电极电流基本恒定,不随温度变化。,从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。 但 I2 越大,RB1、RB2必须取得较小,将增加损耗,降低输入电阻。 而VB过高必使VE也增高,在UCC一定时,势必使UCE减小,从而减小放大电路输出电压的动态范围。,在估算时一般选取: I2= (5 10)
9、IB,VB= (5 10) UBE, RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。,参数的选择,VE,VB,Q点稳定的过程,VE,VB,VB 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。,2. 静态工作点的计算,估算法:,VB,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,去掉CE后的 微变等效电路,如果去掉CE , Au,ri,ro ?,无旁路电容CE,有旁路电容CE,Au减小,分压式偏置电路,ri 提高,
10、ro不变,对信号源电压的放大倍数?,信号源,考虑信号源内阻RS 时,例1:,在图示放大电路中,已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300, RE2= 2.7k, RB1= 60k, RB2= 20k RL= 6k ,晶体管=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。,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。,微变等效电路,射极输出器,因对交流信号而言,集电极是输入与输出回路的公共端,所以是共集电极放大电路。 因从发射极输出,
11、所以称射极输出器。,求Q点:,1 静态分析,直流通路,2 动态分析,1. 电压放大倍数,电压放大倍数Au1且输入输出同相,输出电压跟随输入电压,故称电压跟随器。,微变等效电路,2. 输入电阻,射极输出器的输入电阻高,对前级有利。 ri 与负载有关,3. 输出电阻,射极输出器的输出电阻很小,带负载能力强。,共集电极放大电路(射极输出器)的特点:,1. 电压放大倍数小于1,约等于1; 2. 输入电阻高; 3. 输出电阻低; 4. 输出与输入同相。,射极输出器的应用,主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。,1. 因输入电阻高,它常被用在多级放大电路的第一级,可以提高输入电阻,减轻信号源负担。,
12、2. 因输出电阻低,它常被用在多级放大电路的末级,可以降低输出电阻,提高带负载能力。,3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的特点,也可将射极输出器放在放大电路的两级之间,起到阻抗匹配作用,这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,例1:,.,在图示放大电路中,已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k, RL= 2k ,晶体管=60, UBE=0.6V, 信号源内阻RS= 100,试求: (1) 静态工作点 IB、IE 及 UCE; (2) 画出微变等效电路; (3) Au、ri 和 ro 。,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,(2) 由微变等效电路求Au、
13、 ri 、 ro。,微变等效电路,多级放大电路及其级间耦合方式,耦合方式:信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。,常用的耦合方式:直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。,动态: 传送信号,减少压降损失,静态:保证各级有合适的Q点,波形不失真,输出,多级放大电路的框图,对耦合电路的要求,多级放大器的分析, 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗, 后级的输入阻抗是前级的负载,1. 两级之间的相互影响,2. 电压放大倍数(以两级为例),注意:在算前级放大倍数时,要把后级的输入阻抗作为前级的负载!,扩展到n级:,3. 输入电阻,4. 输出电阻,Ri=Ri(最前级) (一般情况下),
14、Ro=Ro(最后级) (一般情况下),1 阻容耦合,第一级,第二级,负载,信号源,两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接,阻容耦合放大电路一般只能用于放大交流信号。,1. 静态分析,由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直流通路互不相通,每级的静态工作点互相独立,互不影响,可以各级单独计算。,两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。,2. 动态分析,微变等效电路,第一级,第二级,例2:,如图所示的两级电压放大电路, 已知1= 2 =50, T1和T2均为3DG8D。 (1) 计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V); (2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻; (3) 求各级电压
15、的放大倍数及总电压放大倍数。,解:,(1) 两级放大电路的静态值可分别计算。,第一级是射极输出器:,第二级是分压式偏置电路,解:,第二级是分压式偏置电路,解:,(2) 计算 r i和 r 0,由微变等效电路可知,放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器,它的输入电阻ri1与负载有关,而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。,微变等效电路,(2) 计算 r i和 r 0,(2) 计算 r i和 r 0,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第一级放大电路为射极输出器,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第二级放大电路为共发射极放大电路,总电压放
16、大倍数,2 直接耦合,直接耦合:将前级的输出端直接接后级的输入端。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。,2. 零点漂移,零点漂移:指输入信号电压为零时,输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。,产生的原因:晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。,直接耦合存在的两个问题:,1. 前后级静态工作点相互影响,零点漂移的危害: 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。 严重时,可能淹没有效信号电压,无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。,一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电 压作为衡量零点漂移的指标。,输入端等效 漂移电压,输出端 漂移电压,电压 放大倍数,只有
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