一:图解法分析动态特性
1. 交流负载线的画法 解:画微变等效电路 .uo.iu解:
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
作为对放大电路的要求,应使输出电压尽可能的大,但它受到三极管非线性的限制。当信号过大或者工作点选择不合适,输出电压波形将产生失真。由于是三极管非线性引起的失真,所以称为非线性失真。
1. 由三极管特性曲线非线性引起的失真
这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
(1)工作点Q点设置偏高会产生饱和失真
若工作点Q点设置偏高,虽然基极动态电流ib为不失真的正弦波,但是由于在输入信号正半周,靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区,导致集电极动态电流iC产生顶部失真,集电极电阻Rc上的电压波形必然随之产生同样的失真。由于输出电压vo与Rc上电压的变化相位相反,从而导致vo波形产生底部失真,此种由于晶体管进入饱和区工作而产生的失真现象称为饱和失真。
如图(3)所示
(2)工作点Q点设置偏低会产生截止失真 。
若工作点Q点设置偏低,在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内,晶体管b-e间电压总量vBE小于其导通电压(开启电压),BJT截止。因此基极电流ib将产生底部失真。集电极电流iC和集电极电阻Rc上电压的波形必然会随之产生同样的失真,从而导致vo波形产生顶部失真。这种由于BJT
进入截止区工作而产生的失真称为截止失真。
如图(2)所示。
应当指出,截止失真和饱和失真都是比较极
端的情况。实际上,在输入信号的整个周期内,即使晶体管始终工作在放大区域,也会因为输入特性和输出特性的非线性而使输出波形产生失真,只不过当输入信号幅值较小时,这种失真非常小,可忽略不计而已。
三.微变等效电路
微变等效电路的基本思想是,当输入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心基本上是线性的。即在一个很小的范围内,输入特性,输出特性均可近似的看作是一段直线。因此,就可给三极管建立一个小信号的线性模型,这就是微变等效电路。利用微变等效电路,可以将含有非线性元件(三极管)的放大电路转化成为我们熟悉的线性电路,然后,就可以利用电路分析课程中的学习的有关方法来求解。
四.三种基本组态放大电路的分析
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,故放大电路也有三种基本组态。一个放大电路的性能怎样,是通过性能指标来描述的!
1. 放大电路的性能指标
(1)电压放大倍数 Au
它是用来衡量放大电路的电压放大能力的指标。它可定义为输出电压的幅值或有效值与输入电压的幅值或有效值之比,有时也称为增益。即
Au=Uo/Ui Aus=Uo/Us
电压源放大倍数Aus是表示输出电压幅值或有效值与信号源电压值比。显然,当信号源内阻R=0时,Aus = Au。它就是考虑了信号源内阻Rs影响时的Au。
(2)电流放大倍数 Ai
它是用来衡量放大电路的电流放大能力。它可定义为输出电流Io与输入电流Ii幅值或有效值之比 即Ai=Io/Ii
Ai越大表明放大能力越好.
(3)功率放大倍数Ap.
它定义为输出功率与输入功率之比。即
Ap=Po/Pi=|UoIo|/|UiIi|=|AuAi|
(4) 输入电阻 ri
放大电路由信号源提供输入信号,当放大电路与信号院相连时,就要从信号源索取电流。索取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响,所以定义输入电阻来衡量放大电路对输入信号源的影响。当信号频率不高时,电抗效应不考虑,则ri=Ui/Ii
(5)输出电阻 ro
从输出端看进去的放大电路的等效电阻,称为输出电阻ro。输出电阻的高低表明放大电路所能驱动负载的能力。ro越小表明带负载能力越强。则ro=U2/I2
下面我们用微变等效电路法计算放大电路的Au,ri,ro
1. 共e极放大电路
对放大电路进行静态分析,主要是确定其静态工作点Q,即求出IBQ,ICQ,UCEQ。对放大电路进行动态分析,主要是计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
共射放大电路
(a)共射放大电路 (b)微变等效电路
静态工作点的计算
ICQ=?IBQ
UCEQ=VCC-ICQRC
交流性能参数的计算
电压放大倍数
输入电阻
输出电阻 Ro=Rc
2. 共c极放大电路
共集放大电路信号从基极输入,从发射极输出,集电极作为输入输出的公共端。该电路又称为射极输出器,或称射极跟随器,也是最常用的一种基本电路。共集电极电路的特点是:输入阻抗高,输出阻抗低,电压放大倍数小于1接近于1,主要用作输入极、输出极和极间缓冲极。
用微变等效电路分析共集放大电路
(a)共集放大电路 (b) h参数微变等效电路
静态工作点计算
再由ICQ=βIBQ , UCEQ=VCC-ICQRe可求出静态工作点。
交流性能的计算
共集电路的输入电阻很大而输出电阻很小;另外它的电压放大倍数虽然小于1,但它的电流放大倍数仍较大,约为(1+β)倍。
3. 共b极放大电路
共基极电路的输入信号加在晶体管的发射极,输出是集电极,基极是输入输出的公共端。
用微变等效电路分析共基极放大电路
(a)共基极放大电路 (b)微变等效电路
静态工作点分析
交流性能分析
其中
与共射放大电路比较,共基放大电路的特点是:(1)电压放大倍数数值上同相,而共基电路是正值,表明输入与输出同相;电流放大倍数共基电路是略小于1。(2)输入电阻比共射电路小,输出电阻相同。(3)共基电路的频率响应好,在要求频率特性高的场合多采用共基电路。
三种电路的比较
连接方式 性能比较(大、中、小)
公共端 输入端 输出端
RiRo其它
共射电路 e b c 大大小大
共集电路 c b e 小大大小
共基电路 b e c 大小小大频带宽