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放大电路的动态分析

 


我们对放大电路进行动态分析的任务是求出电压的放大倍数、输入电阻、和输出电阻。

一:图解法分析动态特性

1.交流负载线的画法

交流负载线的特点:必须通过静态工作点交流负载线的斜率由R"L表示(R"L=Rc//RL)
交流负载线的画法(有两种):
(1)先作出直流负载线,找出Q点;
     作出一条斜率为R"L的辅助线,然后过Q点作它的平行线即得。(此法为点斜式)
(2)先求出UCE坐标的截距(通过方程U"CC=UCE+ICR"L
     连接Q点和U"CC点即为交流负载线。(此法为两点式)

例1:作出图(1)所示电路的交流负载线。已知特性曲线如图(2)所示,Ucc=12V,Rc=3千欧,RL=3千欧,Rb=280千欧。

解:(1)作出直流负载线,求出点Q。
    (2)求出点U"cc。U"cc=Uce+IcR"L=6+1.5*2=9V
    (3)连接点Q和点U"cc即得交流负载线(图中黑线即为所求)

二:放大电路的非线性失真

  在使用放大电路时,我们一般是要求输出信号尽可能的大,但是它要受到三极管非线性的限制。有时输入信号过大或者工作点选择不恰当,输出电压波形就会产生失真。这种失真是由于三极管的非线性引起的,所以它被称为非线性失真。
1.输入信号过大引起的非线性失真.
它主要表现在输入特性的起始弯曲部分,输出特性的间距不匀,当输入又比较大时,就会使Ib、Uce和Ic的正负半周不对称,即产生非线性失真。如图(1)所示

2.工作点不合适引起的失真
当工作点设置过低,在输入信号的负半周,工作状态进入截止区,从而引起Ib、Uce和Ic的波形失真,称为截止失真(对于PNP型来说)如图(2)所示

当工作点设置过高,在输入信号的正半周,工作状态进入饱和区,此时Ib继续增大而Ic不再随之增大,因此引起Ic和Uce的波形失真,称为饱和失真。如图(3)所示

  由于放大电路有失真问题,因此它存在最大不失真输出电压幅值Uom。最大不失真输出电压是指:当工作状态一定的前提下,逐渐增大输入信号,三极管还没有进入截止或饱和时,输出所能获得的最大电压输出。
当电压受饱和区限制时Uom=Uce-uce,当电压受截止区限制时Uom=Ic*R"L

 

三:微变等效电路法

   我们采用微变等效电路法的思想是:当信号变化的范围很小(微变)时,可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。
   通过上述思想我们就可以把含有非线性元件(如三极管)的放大电路,转换为我们熟悉的线性电路,这样我们就可以利用电路分析的各种方法来求解了。

在应用中我们把三极管等效为图(1)所示的电路
其中:Ie=(1+ß)Ib
rbe为基极和发射极之间的等效电阻

四:三种基本组态放大电路的分析(微变电路的应用)

   微变等效电路主要用于对放大电路的动态特性分析。三极管有三种接法,因此放大电路也有三种基本组态。我们衡量放大电路的性能是通过性能指标来衡量的!

1.放大电路的性能指标(我们简要的介绍几种)

电压放大倍数   Au
  它是用来衡量放大电路的电压放大能力。它可定义为输出电压的幅值与输入电压的幅值之比

 

 

Au=Uo/Ui

 电压源放大倍数Aus是表示输出电压与信号源电压值比,它就是考虑了信号源内阻Rs影响时的Au

Aus=Uo/Us

 

 

电流放大倍数  Ai
  它是用来衡量放大电路的电流放大能力,值越大表明放大能力越好。它可定义为输出电流Io和输入电流Ii之比

Ai=Io/Ii

输入电阻ri

  它是用来衡量放大电路对输入信号源的影响。它可表示为输入电压与输入电流之比

ri=Ui/Ii

输出电阻  ro  它是用来衡量放大电路所能驱动负载的能力。从输出端看进去的等效电阻就是输出电阻

下面我们用微变等效电路法对放大电路进行分析。

1.共e极放大电路

如图(1)所示的电路,试分析它的Au、Ai、rO、ri
分析为:其等效电路图为:如图(2)所示


(1)电压放大倍数
因为  Uo=-ßIbR'L(由输入回路得到的)
     
Ui=Ibrbe
所以:  Au= -ßR'L/rbe  其中R'L=Rc//R
L
负号表示共e极时,集电极电压与基极电压的相位相反

(2)电流放大倍数
因为  Io=Ic=ßIb
      
Ii=Ib
所以: Ai=Io/Ii=ß

(3)输入电阻
因为  ri=Rb//r'i
又因为    r'i=U'i/Ib    U'i=Ib*rbe
所以   ri==rbe   "=="为约等于

 

 

(4)输出电阻
  ro=Rc
注意: ro常用来带负载RL的能力,我们在求它时不应含RL,应将其断开。

 


2.共c极放大电路如图(3)所示电路,试用微变等效电路法分析它的Au、Ai、rO、ri

分析为:其等效电路图为:如图(4)所示
(1)电压放大倍数Au
因为: Uo=(1+ß)IbR'e
      R'e=Re//RL
      
Ui=Ibrbe+(1+ß)R'eIb
所以  

(2)电流放大倍数Ai
因为   Io=Ie=(1+ß)Ib
            Ii=Ib
所以:  Ai=Ie/Ib=(1+ß)

(3)输入电阻ri
因为: ri=Rb//r'i
   
r'i=Ui/Ib=rbe+(1+ß)R'e

所以: ri=Rb//[rbe+(1+ß)R'e]

(4)输出电阻ro
按输出电阻的计算方法,进行计算
ro=Re//[(R's+rbe)/(1+ß)]
由此我们可以看出ro的值很小,这是共C极电路的一个特点.


3.共b极放大电路如图(5)所示电路,试用微变等效电路法分析它的Au、Ai、rO、ri

分析为:其等效电路为:如图(6)所示
(1)电压放大倍数Au
因为:Uo=-ßIbR'L  R'L=Rc//RL
     Ui=-Ib rbe
所以: Au=ßR'L/rbe

(2)电流放大倍数Ai
因为:Io=Ic  Ii=Ie
所以: Ai=Ic/Ie=a

(3)输入电阻ri
因为:ri=Re//r'i   r'i=rbe/(1+ß)
所以: ri=Re//rbe/(1+ß)

(4)输出电阻ro
Us=0时,Ib=0,ßIb=0
因此: ro=Rc


总结

  通过上面的学习,我们可以发现,放大电路共发射极时,Ai和Au都比较大,但是输出电压和输入电压的相位相反;共基极时,Ai比较大,但是Au较小,输出电压与输入电压同相,并且具有跟随关系,它可作为输入级,输出级或起隔离作用的中间级;共集电极时,Ai较小,Au较大,输出电压与输入电压同相,多用于宽频带放大等。



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