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1、模拟电子线路 分析 -基本放大电路 一个放大器一般是由多个单级放大电路所组成，着重讨论双极 型半导体三极管放大电路的三种组态，即共发射极，共集电极和共 基极三种基本放大电路。从共发射极电路入手，推及其他二种电路 ，其中将图解分析法和微变等效电路分析法，作为分析基础来介绍 。分析的步骤，首先是电路的静态工作点，然后分析其动态技术指 标。对于放大器来说，主要的动态技术指标有电压放大倍数、输入 阻抗和输出阻抗。 一.共射极基本放大电路的组成及放大作用 在实践中，放大器的用途是非常广泛的，它能够利用三极管的电 流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值，为了了解放大器 的工作原理，先从最基本的放大电路
2、： 图1 vi VBE + - VBB 12V VCE VCC 12V + - b e c vO t t vi 在上图称为单管放大电路，要保证发射结正偏，集电极反偏IB=（VBB- VBE）/Rb，硅管VBE约为0.7V左右,锗管约为0.2V左右,IB=VBB/Rb这个电路 的偏流IB决定于VBB和Rb的大小,VBB和Rb一经确定后,偏流IB就固定了,所 以这种电路称为固定偏流电路,Rb又称为基极偏置电阻,电容Cb1和Cb2 为隔直电容或耦合电容,在电路中的作用是“传送交流,隔离直流”,放大 作用的实质是利用三极管的基极对集电极的控制作用来实现的.如下 图： 图2 上图是共射极放大电路,它在实
3、际中用得比较多的一种电路组态, 放大电路的主要性能指标，常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻 抗、非线性失真、频率失真以及输出功率和效率等。对于不同的用 途的电路，其指标各有侧重 vi + vo + IB VCC + + vi VCC +12V vo IB IC 初步了解放大电路的组成及简单工作原理后，就可以对放大电路 进行分析。主要方法有图解法和微变等效法。 二.图解分析法 1.静态工作情况分析 当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压，电流都是不 变的直流，称为直流工作状态简称静态，在静态工作情况下，三极管 各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一 点，这点称为静态工作
4、点，下面通过例题来说明怎样估算静态工作点 图3 vi + vo + IB VCC Cb1 Rb 300K Rc 4K Cb2 解:Cb1与Cb2的隔直作用,对于 静态下的直流通路,相当于开 路,计算静态工作点时,只需 考左图中的Vcc、Rb、Rc及 三极管所组成的直流通路就 可以了，IB=Vcc/Rb IC=BIB+ICEO IC=BIB ， VCE=VCC-ICRe 如已知B，利用上式可近似 估算放大电路的静态工作点 2.用图解法确定静态工作点 在分析静态工作情况时,只需研究由VCC、RC、VBB、Rb及半导 体三极管所组成的直流通路就可以了。 图解步骤如下： a.把放大电路分成非线性和线性
5、两个部分 b.作出电路非线性部分的伏安特性-三极管的输出特性 C.作出线性部分的伏安特性-直流负载线 ic=f(Vce)/ib=40uA 作直流负载线由VCE=VCC-iCRC，找出二个特殊坐标点连接M、N两点 就是部分的伏安特性。 d.由电路的 线性与非线性两部分伏安特性的交点确定静态工 作点Q。 3、动态工作情况分析 当接入正弦信号，电路将处在动态工作情况，我们可以根据 输入信号电压Vi，通过图解确定输出电压V0，从而可以得出V0与VI 之间的相位关系和动态范围，图解的步骤是先根据输入信号电压 VI，在输入特性上画出IB的波形，然后根据IB的变化在输出特性上 画出IC和VCE的波形，如下图
6、： 图4 a：根据VI在输入特性上求IB，设VI=0.02SINNT b：根据IB在输出特性上求IC和VCE 4.交流负载线 放大器在工作时，输出端总要按上一定的负载，如下图所 示这时同于负载电阻RL=4K的接入而受到影响，下面将要讲这 种影响的。 图5 VCC + + vi +12V vo IB IC + - + - RL Rb Rc Cb2 RC RL VO Vi ib ic Rb 静态时由于CB2的隔直作用，RL的接入没有影响，在动态情况，情 况就不同了，RL的接入，动态工作情况发生了变化，画出交流通路如 图5的右图，画交流通路的原则是：图中的隔直电容看成短路，VCC电 源的内阻很小，也
7、看成短路，从图中可以看成iC电流不仅流RC也流过RL 这样在输出回路中RC和RL是并联的，它们的并联值叫做放大器的交流 负载电阻即： RL 1 =RC/RL=RCRL/（RC+RL） 根据作直流负载线的步骤，作出交流负载线，它的斜率为-1/RL1， 由于直流负载线与交流负载线必定交于Q点，过Q点作一斜率为-1/RL1的 直线就是交流负载线。 5.三极管的三个工作区域 半导体三极管的基本特点是通过电汉控制实现放大作用，放大作 用并不是在任何情况下都能实现的，Q点过高，从放大转为饱和，Q点 过低时，三极管从放大转为截止这时三极管的工作性质也就发生了变 化，饱和、放大、截止称为三极管的三种工作状态，
8、可把三极管的输 出特性分成三个区域，即：饱和区、放大区、和截止区。 图6 例题：共射极单管放大电路，如下图所示B=30，其输出 特性如下 图所示 图 求 画出直流负载线和决定静态工作点 画出交流负载线，该放大电路在信号不失真的条件下，能获 得的最大输出电压Vom是多少？ 解： IB=VCC/Rb=12V/200K=60uA， 由vce=VCC-icRc=12V-ic *4K 得M（12V，0mA），N（0V，3mA）两 点，MN线与IB=60uA的输出特性的交点即为静态工作点Q，Q点对 应的电压，电流为：Ic=1.5mA，Vce=6V,IB=60uA 画出交流负载线 根据 ic/ vce= -
9、1/RL1的关系，取 ic = IC=1.5mA，相应地有 vce=ICRL=1.5mA*2.4K=3.6V，其中RL=RC/RL=2.4K，于是得到A点的坐 标为（9.6，0mA），连QA并延长至B，则AB为所求的 VCC + + vi +12V vo IB IC + - + - RL Rb Rc Cb2 10uF 10uF 200K 4K 6K 交流负载线。 由交流负载线与输出特性的交点可知，在输入电压的正半周，三 极管由Q点工作到Q1点（IB降到0uA），输出电压vce从1.6V到9V，变化 范围为3V，在输入电压的负半周，三极管由Q点工作到Q2点（IB上升到 120uA），输出电压Vc
10、e从6V到2.5V。变化的范围为3.5V，综合考虑，在 信号不失真的条件下，能获得的最大输出的电压为Vom为3V。 图解分析法的特点是可以直观、全面了解放大器的工作情况，能 在特性曲线上合理地安排工作点，并能帮助我们理解电路参数对工作 点的影响，从而正确地选择电路参数。 三.微变等效电路分析法 如果放大电路的输入信号电压很小，就可以设想把三极管小范围 内的特性曲线近似用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性的元 件所组成的电路 作为线性来处理，这就是微变等效电路的指导思想。 三极管的线性电路模型很多，这里讨论的是适用于低频放大电路h 参数的微变等效电路，在工程计算中，三极管的线性电路模型是采用
11、 简化微变等效，即输入、输出各用一个h参数表示，如下图 + + - - vbe vce ib ic rbe Bib vbe vce + - - 顾名思义，微变等效电路法分析的对象是微小的变化量即交流量 ，因此，只能用这种方法来分析放大电路的各项动态性能，而不能用 来分析放大电路的静态，即不能用来计算直流量，但动态与静态是有 联系的，微变等效电路中的参数是在Q点求出是与IB，IE，VCE等静态值 有关系的 例题: 1 . H参数的确定 应用H参数等效电路分析放大器时，首先必须得到三极管在静态 工作点处的H参数，由于半导体本身参数的分散性以及参数会随工作 点而变化，实际上在计算时不能直接采用手册上
12、提供的数据，因此计 算电路之前，首先，必须确定所用三极管在给定的工作点上的H参数 。 获得H参数的方法可采用H参数测试仪，或利用晶体管特性图示仪 测量 和rbe。rbe也可以借助下面的公式进行估算： rbe=rb+（1+）re 式中rb为基区体电阻，对于低频小功率rb约为200 OHM左右。Re为发 射结电阻，（1+ ）re是折算到基极回路的等效电阻，根据PN结的伏 安特性表达式，可以导出re的值为26（mv）/IE（mA），这样上式可改 写为 rbe=200 OHM +（1+ ）26mV/IE（mA） 2.用H 参数等效电路分析共射基本放大电路 VCC + + vi +12V vo IB I
13、C + - + - RL Rb Rc Cb2 10uF 10uF 300K 4K 4K 1 1 2 2 rbe Bib vi + - - vo + RcRLRb Ib IC 现在我们应用微变等效电路分析上图所示的基本放大电路。 a.画出微变等效电路 第一步:在原理图上定出三极管的三个电极(c、b、e）后，用H参 数线性模型表示三极管。 第二步：由于在微变等效电路中所考虑的是变化量，因此在输入 和输出回路中，任何固定不变的电压源都可认为是是交流短路的， 而任何固定不变的电流都不予考虑 因此它们都可从电路中除去，其他元件都是按照原来相对位置 画出，这样就可得到整个放大电路的微变等效电路，如上图左图所 示。 第三步：由于分析和测试时经常采用正弦波作为输入信号电压 ， 所以等交电路中采用复数符号标出各电压和电流 3.求电压放大倍数 画出微变等效电路后，就可用解线性电路的方法求解。同图解 法一样，我们也是先从放大电路的输入回路入手，在已知输入电压Vi 的条件下求出基极电流Ib，然后又落实到输出回路上。利用Ib求出Ic 及Vo，从而最后求出电压放大倍数Av： Ib=Vi/rbe Ic= Ib Vo=
