放大电路的动态分析
11.3 放大电路的动态分析
1.静态分析
+VCC RB1 B RB2 IB RC IC + UCE IE
−
RB2 UB ≈ VCC RB1 + RB2
+ U BE − I 1 RE
U B − U BE U B IE = ≈ RE RE
直流通路
U CE = VCC − I C ( RC + RE )
IC ≈ IE IB ≈ IE / β
RB RS + + ui us
− −
RC
C2 +
C1 + RL
+ uo
−
RB RS + EC + ui us
− −
RC + RL uo
−
RB RS + ui us
− −
RC
C2 +
RB + uo
−
RC + RL uo
−
+
C1 + RL
RS + EC + ui us
− −
基本放大电路 ib
RS
交流通路 ic + uo −
RB1 C1
+
RC
C2
CC
+
RS + us RB2
−
RE
1)求 “Q” + 20 × 15 RL uo U ≈ 3 .7 ( V ) BQ = + 20 + 62 CE − 3 .7 − 0 .7 I CQ = I EQ = = 2 (mA ) 1 .5
I BQ ≈ 2 / 100 = 0.02 (mA) = 20 (μA)
rbe
2-2 放大电路动态分析
用于测量应力的电阻应变片电桥电路
集成运算放大器具有 双端对称输入的功能
（2）输入信号的波形
① 正弦稳态信号 如音频信号，频率范围在几十赫至几十千赫的正弦 波。经话筒输出的音频信号幅度通常为几～几十毫 伏
② 慢变信号或直流信号
如由温度等非电量经传感器转换所得的信号，随时间变化 缓慢。
直流输入信号应看作是相对于零的变化，切勿与静态值相 混淆。
-3dB频 率
20lgAv2m20lgAvm3dB
上限频率：fH
下限频率：fL 通频带：
BW fHfLfH
通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应 能力越强。
如对于扩音机电路，其通频带应大于音频范围 (20Hz~20kHz)。
(5)最大不失真输出幅度
最大不失真输出幅度是放大电路在输出波形不产 生非线性失真的条件下，所能提供的最大输出电 压(或输出电流)的峰值，用Vom (或Iom)表示。 截止失真：由于进入截止区而产生的失真。
第二章 放大电路动态分析
本章从放大电路的交流通路入 手，在输入低频小信号的条件下， 器件用线性电路模型等效，然后用 电路原理中的一些方法，来分析和 计算放大电路的主要技术指标，所 以本章是电子电路分析的基础，要 求熟练掌握。
2.2.1 放大电路的动态性能指标
一、输入信号源和输出负载
1、输入信号源
适用于单端与地之间输入信号的 放大电路—单端信号源
信号源为电压源
信号源为电流源
适用于双端输入信号的放大电路—双端 信号源(对称信号源)
电桥处于平衡状态： Va Vb 5V Va Vb 0V
受力后：
Va 5 Vb 4.98V
V aV b54.9 80.0V 220
第二章：放大电路分析基础
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。
第2章基本放大电路动态分析
12 ＝0.06mA 60A
200
IC IB ＝50 0.06＝3mA
∵ IC ICmax ∴ Q 位于饱和区
10
Chapter 4
（2）用图解法确定静态工作点Q
图解步骤：
用估算法求出基极电流IB。 根据IB的值在输出特性曲线中找 到对应的IB曲线。
作直流负载线。
UCE=VCC – ICRC
由直流通路
输入回路
IB
VCC UBE Rb
VCC Rb
IC IB
输出回路
UCE VCC RC IC
8
Chapter 4
例15.2 已知：
=50，VCC =12V，RC=6k
求：当Rb =600k， Rb =200k 时，
三极管的静态工作点Q位于
哪个区？
解： 当Rb =600k时
IB
输出电阻
ro
U I
U S 0 RL
输出电阻Ro的大小，反映了放大电路带负载能力的 强弱。ro越小，带负载能力越强。
3
Chapter 4
15.1 共发射极放大电路
• 共射极放大电路的组成及放大原理 • 静态分析 • 动态分析 • 射极偏置电路
4
Chapter 4
1. 共射极放大电路的组成及放大原理
三极管的小信号等效电路
放大电路的微变等效电路
计算放大电路的性能指标
13
Chapter 4
三极管的小信号等效电路 输入回路
iB
UCE
iB
iC +
rbe
U B E IB
ube ib
IB
Q IB
+ uBE −
uCE 三极管的输入电阻 o
第17讲放大电路动态分析
Q
晶体管的电 流放大系数
β
IC IB
U CE
ic ib
U
晶体管的输出回路(C、E之
CE
O
间)可用一受控电流源 ic= ib 输出特性 UCE 等效代替，即由来确定ic和
ib之间的关系。
一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。
晶体管的
输出电阻 rce
UCE IC
IB
uce ic
rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽 IB 略不计。
大电路的微变等效电 路。
eS-
-
E
-
分析时假设输入为
微变等效电路
Ii B Ib
Ic C
正弦交流，所以等效 电路中的电压与电流
RS
可用相量表示。
E
+ S-
+ U i -
RB
βIb
rbe
RC
E
+ RL Uo
-
3.电压放大倍数的计算
定义 : Au
分三种情况：
U o U i
（1）. 当 Rs=0 , RL=∞时
微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分 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。
1. 晶体管的微变等效电路
晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
(1) 输入回路
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
IB
似线性化。
Q IB
晶体管的 输入电阻
rbe
U B E IB
U i Ibrbe
Ii B Ib
Ic C
RS
E
+ S-
电子技术放大电路静态分析和动态分析
Au
RL rbe
RB // rbe
37.5 2 77.6 0.967
rbe 0.967k
300 (1 37.5) 26(mV ) 0.967k ro RC=4k
1.5(mA)
EC
RB C1+ +
ui
RC iB iC
+C2 +VCC ++
+ uCE uBE
uo
RB
RC +C2 +VCC
C1+ iB iC +
+
RS +
+ us
ui
+ uCE uo
uBE RL
基本共射放大电路的组成
晶体管：放大元件。
电源EC：保证发射结处于正向偏 置、集电结处于反向偏置，为输 出信号提供能量。
集电极电阻RC：将电流的变化变 换为电压的变化，以实现电压放 大。
RB C1+ +
ui
RC iB iC
+C2 +VCC ++
+ uCE uBE
uo
基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极 电流。
耦合电容C1和C2：用来隔断直流、耦合交流。电容值应足够 大，以保证在一定 的频率范围内，电容上的交流压降可以忽
RC +C2 +VCC iB iC + +
+ uCE uBE
uo
UCE VCC RC IC (12 3103 2103)V 6V
当放大电路输入信号时，电路中既有交流分量，也有 直流分量，此时电路处于动态工作状态。
分析可以用图解法进行，也可用解析法。 使用解析法时，首先画出交流通路，排除直流分量影 响，然后将非线性的三极管用线性元件近似替代（微变等 效电路），用电路分析的方法进行分析。
23 放大电路的动态分析wzl
Ib
= h21
rce= 1/h22
h11
h21Ib
Ic h22
Uce
u ce
ui
iB
uo比ui幅度放大且相位相反
6
例 硅管， RC = 1 k，
VCC = VBB = 6 V，图解分析各电压、电流值。 iC
C1
iB
+ ui
–
RB
VBB
+ + uBE
– –
+ uCE
RC
+ V – CC
RL
[解] 令 ui = 0，求静态电流 IBQ
t
(交流负载线) i B
60 50 40 Q 30 IBQ Q 20 iB=10 A O
iB/A ib 30 t O
O
t
Q uBE/V
0.7 V
UCEQ
6 uCE/V uce uCE/V
Ucem
ui uBE/V
9
2.3.2 放大电路的非线性失真
在放大电路中，输出信号应该是成比例放大的 输入信号（即线性放大）； 如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入 信号的情况，放大电路产生非线性失真。 因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作 范围超出了三极管特性曲线上的线性范围，从而引起
iB
c b
iC
vBE
e
BJT双口网络
vCE
式中iB、 iC、 uBE、uCE代表各电量的总瞬时值（即实 际的物理信号）, 为直流分量和交流瞬时值之和, 即：
i I i , u u u , i I i , u U u B BQ bBE BE be C CQ c CE CEQ c
13
第4节 放大电路的动态分析
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。
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线性元件。
线性化条件：晶体管工作在小信号（微变量）情况下.
首先考察输入回路
当信号很小时，将输 入特性在小范围内近 似线性。
IB IB
UCE
u BE u be rbe i B ib
rbe:晶体管输入电阻
UBE UBE
对输入的小交流信号:
U o I b R L
Uo RL Av Ui rbe
R R C // R L L
负号表示输出与输入反相
4、放大电路输入电阻的计算
Ii
Ib
Ic
RL
Ui
RB
rbe
IB
RC
Uo
输入电阻的定义：
ri
Ui
R B // rbe rbe
ib
ib
＋
b
ce＋ຫໍສະໝຸດ bube r be
ube
e
26(mV ) rbe [100 ~ 300 ]() (1 ) I E (mA)
rbe的量级从几百欧到几千欧。
考察输出回路
IC
ic ib
输出端相当于一个受 ib控制的电流源。 UCE
1.晶体管的微变等效电路
ic ib
＋ ＋
ib
＋
ic ib
＋
ube
uce
ube rbe
uce
2、放大电路的微变等效电路 交流通道
ui
RB
RC
RL
uo
将交流通道中的三极管用微变等效电路代替 ii ib ic
ib ui RB rbe RC RL
uo
3、电压放大倍数的计算
Ii
Ib
Ic
RL RC
Ui
RB
rbe
Ib
Uo
U i I b rbe
15.3
放大电路的动态分析
当放大电路有输入信号时,晶体管的各个电流和电压
就含有直流和交流分量。
直流分量一般为静态值，由静态分析来确定。
动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况，
考虑的只是电流和电压交流分量。
动态分析的方法：微变等效电路法和图解法。
15.3.1 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
Ii
总结：放大电路的主要技术指标
RS
Ii
+
Au Ro + + ES U i Ri 放大电路 + U_ o 信号源
RL
U _ o
1.放大倍数
2. 输入电阻
3. 输出电阻
Uo Au Ui
Ui Ri Ii
Uo Ro Io
♦ 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。