基本放大电路的图解分析

第5章基本放大电路
2010.02
2. 在输入特性曲线上通过图解，求出静态工作点Q及其对应的 UGSQ；
3. 由漏极输出回路，列直流通路电路方程式 UDS=VDD-ID(Rd+RS)
4. 在漏极输出特性曲线X轴及Y轴上确定两个特殊点 （VDD，0）和（0，VDD/Rd+RS），即可画出直流负载线；
5. 在输出特性曲线上，根据Q点可求出IDQ和UDSQ以及UGSQ， 这三个参数代表了放大电路的静态。求放大电路的静态工 作点Q就是求这三个参数。
Rg
UGS
线性电路
ID
D
+VDD Rd
UDS
线性电路
S
Rs
图5.2.2 将基本放大电路分割 为非线性和线性两部分
第5章基本放大电路
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对图5.2.3的放大电路可根据下列方程式进行图解
iD f (uGS) uGS iDRS
ID
I DSS
Q IDQ
UGS (off)
O
UGSQ
UGS
图5.2.3 在转移特性上求工作点
由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能用数学表达 式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路时可 采用图解的方法。
在放大电路的输入回路，晶体管的一方，可以用晶体 管的输入特性曲线表示；外电路的一方，可以用基极回路 直流通路的电路方程式来描述。
在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性曲 线和输出侧直流通路的电路方程式来描述。
VDD IDRd UDS IDRS
iD / mA
VDD Rd Rs
A
Q IDQ
UGS 0 V
UGS UGSQ
UGS 2 V
第5章基本放大电路
O
U DSQ
B UGS 4 V
VDD
uDS/ V
图5.2.4 在漏极输出特性上求工作点
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综上可总结出静态图解法的要点：
1. 由栅极输入回路，列直流通路电路方程式，例如自给偏压 UGS=-IDRS
VDD IDRd UDS IDRS
ID (Rd RS ) UDS VDD 0
(5.2.1)
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由式(5.2.1)在漏极输出特性曲线上确定两个特殊点，做直线 AB，直线AB称为直流负载线。由输入特性曲线可得UGSQ，该条 输出特性曲线与直流负载线的交点即为静态工作点Q。
UGSQ
直流负载线
O
UDSS
UDSQ
到饱和区的 输出幅度
VDD
到截止区的 输出幅度
u DS / V
取二者中的 较小值即为 最大不失真 输出幅度， 或称为动态 范围。
交流负载线 有合适的斜 率; 工作点Q居 中。
uds在饱和区一侧最大幅度
uds在截止区一侧最大幅度第5章基本放大电路
Udsm≈IdmRL= IDQRL
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5.2.2.3 非线性失真系数
非线性失真的大小可以用非线性失真系数来衡量，对周期 性非正弦信号进行谐波分析，求出谐波分量的总有效值与基波 分量之比，即为非线性失真系数，常用THD表示
THD
U
2 2
U
2 3
100%
U1
式中U1为基波有效值，U2、U3…为各次谐波有效值。
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5.2.1.1 输入回路的静态图解分析
以图5.2.1 N沟道共源组态基本放大电路为例，输入侧和输 出侧可分别用晶体管的特性曲线和直流通路的电路方程来描述。
C1 +
ui
Rg
+VDD
Rd
+C2
VT
+ RS
RL
Cs
uo
图5.2.1 共源组态基本放大电路
晶体管 非线性
VT
G
2．通过输出特性曲线上的Q点做一直线，其斜率为-1/RL，
这条线即是交流负载线。 3．交流负载线与直流负载线相交，且通过Q点。 4. 交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。
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5.2.2 放大电路的输出动态范围
对放大电路的一个最基本的要求就是被放大的输出信号要 与输入信号保持线性关系。但随着输出信号幅度的增大，输出 信号会出现失真。产生失真的原因是由于晶体管特性的非线性 引起的失真，称为非线性失真。
直流负载线斜率 1 Rd RS
IDQ
辅助线
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Q UDSQ
UGSQ 交流负载线斜率 1 Rd // RL
u DS / V
VDD 2010.02
关于交流负载线可归纳如下： 1. 确定基本放大电路输出回路的交流负载电阻，对于图5.2.1 所示的基本放大电路，R’L= RL∥Rd。
直线方程 uGS =- iDRS 是与输入特性曲线的交点 即是静态工作点Q。
由工作点Q，即可确 定UGSQ 和IDQ。
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5.2.1.2 输出回路的静态图解分析
C1 +
ui
Rg
+VDD
Rd
+C2
VT
+ RS
RL
Cs
uo
图5.2.1 共源组态基本放大电路
列出图5.2.1放大电路输出回路线性电路的直线方程 ：
5.2.2.1 饱和失真和截止失真
iD /m A
VDD Rd Rs
Q IDQ
交流负载线斜率 1 Rd // RL
UGSQ
直流负载线
O
UDSS
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UDSQ
u DS / V
VDD
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截止失真是由于放大电路动 态工作时，工作点进入了晶 体管输出特性的截止区而引 起的非线性失真。
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5.2.1.3 输出回路的动态图解分析
当有输入信号作用在放大电路的输入端，应按交流通路
进行分析，放大电路漏极输出回路交流通路的等效负载电阻
值 RL∥Rd 。 将交流负载画在输出特性曲线上，即为交流负载线。交
流负载线的斜率等于
RL=-1/RL∥Rd
iD /m A
VDD Rd Rs
5.2 基本放大电路的图解分析
5.2.1 放大电路的静态图解分析 5.2.2 放大电路的输出动态范围
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5.2.1 放大电路的静态图解分析
放大电路的静态是指输入信号为零时的状态，电路 中只包含直流量，因此可以用放大电路的直流通路来分 析。具体的分析方法有计算法和图解法。
饱和失真是由于放大电路动 态工作时，工作点进入了晶 体管输出特性的饱和区而引 起的非线性失真。
注意：以上示波器波形图适合于N沟道场效应管放大电路。
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5.2.2.2 放大电路的最大不失真输出幅度
iD /m A
VDD
交流负载线斜率 1 Rd // RL
Rd Rs Q
IDQ