放大电路的动态分析
放大电路的动态分析
C1
RC
ui
+
+
+
T
C2
RL
−Hale Waihona Puke −+ uo
思考题： 思考题：
为什么会有截止失真与饱和失真？如何消除？ 为什么会有截止失真与饱和失真？如何消除？
图解法的特点 （1）便于观察。 ）便于观察。 （2）作图烦琐，Ui很小时难以作图。 ）作图烦琐， 很小时难以作图。 （3）放大电路一些性能指标无法由图解法求得。 ）放大电路一些性能指标无法由图解法求得。
+ +
T uCE
C2
+
RL
uo
−
uBE
+
−
−
−
基本共射极放大电路的波形分析动画演示
小结： 小结： 输入信号 输出信号
t 0 0 t
放大电路的动态范围
（忽略 UCES和ICBO）
a. 如果 CEQ=ICQRC=VCC/2 如果U
M
iB波形
输 0 出 0 波 形 t
N
iB1 iB2 iB3 uo1 uo2 uo3 Uopp=2UCEQ =2ICRC =VCC
直流负载线
ICQ 0
QO
P
交流负载线
b
N
uCE
UCEQ UCEQ+ICQ R'
L
◇与横轴的交点为UCEQ+ICQ R'L 与横轴的交点为 电路的工作点沿交流负载线移动。 ◇电路的工作点沿交流负载线移动。 ◇动态范围 (a) 比电路空载时小。 (b) 比电路空载时小。
+VCC
已知对硅管U 例:已知对硅管 BEQ=0.6V, β = 50 , Vcc=10V，RB=235kΩ, ， RL=1.5kΩ, 求Ｕopp。 。 RC=3kΩ,
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
共基极放大电路动态分析
共基极放大电路动态分析共基极放大电路（CommonBaseAmplifierCircuit）是一种基于共基极电路方案的放大电路。
它是由晶体管、电容、电阻和非线性电路构成的一种电子电路。
共基极放大电路的功率不高，但可以实现对输入信号的放大。
由于共基极放大电路的输入阻抗大、输出阻抗小，因此它的动态响应性能比较好。
同时，它具有较大的放大率、输入阻抗高、抗干扰性强、负载变化不影响放大效应和低噪声等优点。
因此，共基极放大电路在电子技术领域得到了广泛的应用。
共基极放大电路动态分析是指共基极放大电路在受到不同幅度输入信号时，输出信号特性的分析。
该动态分析是研究共基极放大电路性能的基础工作。
共基极放大电路的动态分析主要包括两个方面:输入信号和输出信号的性能分析。
在输入信号性能分析中，包括对共基极放大电路的输入信号特性的量化分析，比如输入信号的幅值、相位、非线性特性等。
而在输出信号性能分析中，可以通过测量输出信号的幅值、相位以及谐波失真等特性，来分析共基极放大电路的性能。
共基极放大电路动态分析还要考虑共基极放大电路的稳定性。
稳定性指的是共基极放大电路对输入信号变化的响应，也就是共基极放大电路的动态特性。
为了保证放大电路的稳定性，一般需要对共基极放大电路增加一个稳定电路，并对其动态特性进行分析，以确保放大电路的稳定性。
最后，还要考虑共基极放大电路的噪声性能。
噪声是指输入信号中随机添加的无效信号，如果不能有效地抑制噪声，会影响放大电路的性能。
因此，在分析共基极放大电路的性能时，还要考虑其噪声性能，以确保放大电路的正确运行。
综上所述，共基极放大电路的动态分析是指对共基极放大电路的输入信号和输出信号性能的量化分析，以及对共基极放大电路的稳定性和噪声性能进行测量和分析，为确保放大电路的正确运行提供重要依据。
由于共基极放大电路的应用越来越广泛，其动态分析也越来越受到重视。
随着近几年研究的不断深入，共基极放大电路动态分析已经取得了很大的进展，并得出了广泛的应用。
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。
13放大电路的动态分析
⑶放大电路的动态分析在放大电路的交流通路中，用晶体管的h 参数等效模型取代晶体管，就得到放大电路的 交流等效电路。
图3-40(a)是基本共射放大电路的交流等效电路。
图3-40基本共射放大电路的交流等效电路① 电压放大倍数A u 根据电压放大倍数的定义(3-28)U j 为输入正弦电压，U O 为U i 作用下的输出电压。
在图 U i 等于基极电流I b 在R ,和r be 串联回路上的压降，即U j 二 I b (R b r be )输出电压等于受控电流源讥在R c 上产生的电压，其方向与 U O 规定方向相反，即(3-30)将式(3-29 )和式(3-30 )代入式(3-28)，得到基本共射放大电路电压放大倍数的表达式式中负号表示U O 与U i 相位相反。
从数学的角度出发，增大 ［和尺，减小&和r be ，均可增大 A 的数值。
但从电子电路 的概念出发，-大的管子，r be 也大，因而采用增大 1或减小r be 的方法效果不明显。
实际上，常采用的方法是通过减小基极电阻R b 的方法来增大 代。
减小&可增大I E Q ,从而也可(a)交流等效电路 (b)输出回路的等效变换 3-40(a)的电路中，输入电压(3-29)A u 二■Rc(3-31)达到减小r be的效果（见式（3-27））。
有时也通过增大R c来增大A。
需要强调的是，不管采用哪种方法，都应首先保证Q点合适，否则将毫无意义。
②输入电阻R输入电阻等于输入电压有效值U i与输入电流有效值I i之比，即(3-32)在多数情况下，通过直接观察便可知R i。
如图3-40（a）电路中，输入电阻为(3-33)R i - R b r be③输出电阻R O对于负载电阻，放大电路总可等效成一个有内阻的电压源，其内阻就是放大电路的输出电阻R O。
根据诺顿定理，图3-40（a）所示电路输出回路可等效变换为图3-40（b）所示电路。
因此，基本共射放大电路的输出电阻为R O= R c （3-34）通过以上分析我们也可看出：R是输入回路的电阻，R O是输出回路的电阻。
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
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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 RL 表示(RL=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 RL 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 UCC=UCE+ICRL) 连接 Q 点和 UCC 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，
(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
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 Ucc。
Ucc=Uce+IcRL=6+1.5*2=9V (3)连接点 Q 和点 Ucc 即得交流非线性失真
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
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
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
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
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