放大电路的动态分析
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放大电路分析基础在我们的生活中,经常会把一些微弱的信号放大到便于测量和利用的程度。
这就要用到放大电路,它是我们这门课程的重点。
放大的基础就是能量转换。
在学习时我们把这一章的课程分为六节,它们分别是:§2、1 放大电路工作原理§2、2 放大电路的直流工作状态§2、3 放大电路的动态分析§2、4 静态工作点的稳定及其偏置电路§2、5 多级放大电路§2、6放大电路的频率特性§2、1放大电路工作原理我们知道三极管可以通过控制基极的电流来控制集电极的电流,来达到放大的目的。
放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路。
我们下面以共发射极的接法为例来说明一下。
一:放大电路的组成原理放大电路的组成原理(应具备的条件)(1):放大器件工作在放大区(三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置)(2):输入信号能输送至放大器件的输入端(三极管的发射结)(3):有信号电压输出。
判断放大电路是否具有放大作用,就是根据这几点,它们必须同时具备。
例1:判断图(1)电路是否具有放大作用不满足条件(1),所解:图(1)a不能放大,因为是NPN三极管,所加的电压UBE以不具有放大作用。
图(1)b具有放大作用。
二:直流通路和交流通路在分析放大电路时有两类问题:直流问题和交流问题。
(1)直流通路:将放大电路中的电容视为开路,电感视为短路即得。
它又被称为静态分析。
(2)交流通路:将放大电路中的电容视为短路,电感视为开路,直流电源视为短路即得。
它又被称为动态分析。
例2:试画出图(2)所示电路的直流通路和交流通路。
解:图(2)所示电路的直流通路如图(3)所示:交流通路如图(4)所示:§2、2 放大电路的直流工作状态这一节是本章的重点内容,在这一节中我们要掌握公式法计算Q点和图形法计算Q点在学习之前,我们先来了解一个概念:什麽是Q点?它就是直流工作点,又称为静态工作点,简称Q点。
2、3 放大电路的动态分析一: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.u o.i u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//R L) 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U C E坐标的截距(通过方程U"C C=U C E+I C R"L)连接Q点和U"C C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,R L=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,集电由于输出电压v o与R c上电压的变化相位相反,极电阻Rc上的电压波形必然随之产生同样的失真。
从而导致v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o波形产生底部失真,此种真。
放大电路的动态分析动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。
通常采用图解分析的方法或微变等效电路的方法。
1、图解分析方法图解法就是利用晶体管的特性曲线在静态分析的根底上,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,确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。
(1)交流负载线直流负载线反映静态时电流IC和UCE的变化关系,其斜率为1/Rc,交流负载线反映动态时电流iC和VCE的变化关系,交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。
交流负载线的画法:先作出直流负载线,找出Q点;然后过Q点作一条斜率为1/R'L(R'L=Rc//RL)的直线,即为交流负载线。
(2)图解分析输入交流信号时的图解分析,如图1。
图1 输入交流信号的图解分析(3)非线性失真对放大电路有一个基本要求就是输出信号的波形与输入信号波形尽可能相似,即失真要小。
引起失真的原因有多种,其中最基本的一个,就是静态工作的不合适或者信号太大,使放大电路的工作范围超出了晶体管的线性区,这种失真通常称为非线性失真。
放大电路的工作点太高,使放大电路进入三极管的饱和区工作而引起的非线性失真称为饱和失真。
当放大电路的工作点太低,使放大电路进入三极管的截止区工作而引起的非线性失真称为截止失真。
如图2所示。
由此可见,放大电路要想获得大的不失真输出幅度,要求工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。
图2 截止失真和饱和失真2、微变等效电路法下面介绍放大电路工作在小信号范围内时,利用微变等效电路来分析放大电路输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的方法。
(1)三极管的微变等效电路三极管是非线性元件,在一定的条件(输入信号幅度小,即微变)下可以用一个等效的线性电路来代替,从而把放大电路转换成等效的线性电路,使分析、计算大为简化。
下面以共射接法介绍三极管的微变等效电路。
图3 输入特性和输出特性首先来研究一下共射接法时三极管的输入/输出特性。
放大电路的静态和动态分析一. 实验目的(1) 掌握放大电路的基本组成及原理。
(2) 了解放大电路静态工作点的设置及调试方法。
(3) 掌握放大电路主要性能指标的测试方法。
(4) 了解负反馈对电路性能的影响。
二. 实验仪器及器件(1) 信号提供︰直流稳压电源、函数信号发生器。
(2) 测量:万用表、示波器。
(3) 电路连接:面包板、电阻和电容、晶体三极管。
三. 实验原理1. 晶体管分类﹑符号及外特性(简述)2.放大电路的特点(简述放大的对象、本质、特征和前提) 3.共射放大电路的组成及原理 实验电路如下图所示:u O+V CC+-R e1100O R C12k OR e22kOu i +-++C 1C 2R b120k O R b210k O10µF +C 347µF10µF (+12V)T 1R L 3.3kOR w 50k O(简述工作原理,并对电路进行动态和静态分析,w R 取5Ωk ,,bb r 、β值自行查找)四. 实验内容、步骤及要求(一)应用Multisim 软件对电路进行直流工作点分析和动态分析1.w R 取值40Ωk ,测试直流工作点;输入峰-峰值20mV 、1kHz 的正弦波,观测输出波形。
2.w R 取值5Ωk ,测试直流工作点;输入峰-峰值20mV 、1kHz 的正弦波,观测输出波形。
(实验报告中附上相应的截图)(二)用面包板搭建电路进行相关测试 1.检测三极管的好坏;2.按电路原理图在面包板上接好电路; (三)在实验室进行测试1.静态工作点的调整及对动态性能的影响(1).w R 取值40Ωk ,测试直流工作点;输入峰-峰值20mV 、1kHz 的正弦波,观测输出波形并在下图中画出。
(2).w R 取值40Ωk ,测试直流工作点;输入峰-峰值20mV 、1kHz 的正弦波,观测输出波形并在下图中画出。
实测 计算值w RBQ U /V EQ U /V CQ U /V EQ I /mA CQI /mA BEQ U /V CEQ U /V40Ωk 5Ωkiv t2.动态性能的测量调节w R 的值,使得BE U 接近6伏,输入峰-峰值20mV 、1kHz 的正弦波。
CC组态放大电路分析案例—动态分析h ie共集(CC)放大电路交流通路低频小信号等效电路2.动态分析h ieh fe i bi e共集(CC)放大电路交流通路 低频小信号等效电路电压增益A UoU i u A u (1+h fe )i b R L ' = i b h ie +(1+h fe )i b R L '(1+h fe ) R L '=h ie +(1+h fe ) R L 'R L '=R e //R L通常(1+h fe )R L '>>h ie<1 A U ≈1u o ≈u i ,输出跟随输入变化,所以CC 放大电路又称射极跟随器。
b c eh ieh fe i bi e93/131h ie 输入电阻r ir i 'ii bu r i =()L R //R h h e f e ie )(1++=r i '= R b //r i (1+h fe ) (R e //R L )>>h ie共集电路的输入电阻比共射的高。
输出电阻× u oi or ooo ou r i ==-i b [R s //R b + h ie ] -(i b + h fe i b ) =R s //R b + h ie1+h fe共集(CC)放大电路r oi o电流增益A IeI b 1i A i β==+h fe i bu o输入电阻 r ir i 'ii bu r i =()L R //R h h e f e ie )(1++=r i '= R b //r i共集电路的输入电阻比共射的高。
输出电阻r o ' o o ou r i ==-i b [R s //R b + h ie ] -(i b + h fe i b ) =R s //R b + h ie1+h fe 共集电路具有很低的输出电阻共集(CC)放大电路r 'o = R e //r oh ier o 'h ie×u oi o r or o94/131电流增益A I共集(CC)放大电路特点 (1)输入阻抗高 (2)输出阻抗低 (3)电压增益近似为1 (4)电流增益大共集(CC)放大电路应用: (1)带负载能力强,适合做放大电路的 输入级和输出级。