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放大电路分析方法、图解法分析放大电路

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放大电路分析方法、图解法分析放大电路

    • 一、本文介绍的定义
    • 二、放大电路分析方法
    • 三、图解法

 

一、本文介绍的定义

放大电路分析、图解法、微变等效电路法、静态分析、动态分析、直流通路、交流通路、单管共射放大电路的直流和交流通路、静态工作点、图解法分析静态、直流负载线、交流负载线、电压放大倍数公式、交直流并存状态、电压放大作用、倒相作用、非线性失真、截止失真、饱和失真、最大输出幅度、电路参数对静态工作点的影响、

二、放大电路分析方法

放大电路分析:放大电路主要器件如双极型三极管、场效应管,特性曲线是非线性的,对放大电路定量分析,需要处理非线性问题,常用方法,图解法和微变等效电路法。

图解法:在放大管特性曲线上用作图的方法对放大电路求解。

微变等效电路法:将非线性问题转化成线性问题,也就是,在较小变化范围内,近似认为特性曲线是线性的,导出放大器件等效电路和微变等效参数,利用线性电路适用的定律定理对放大电路求解。

静态分析:讨论对象是直流成分,分析未加输入信号时,电路中各处的直流电压、直流电流。

动态分析:讨论对象是交流成分,加上交流输入信号,估算动态技术指标,电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大输出功率。

直流通路:电容所在路视为开路;电感所在路视为短路。

交流通路:电容容抗为1/(wC),电容值足够大,电容所在路视为短路;电感感抗为wL;理想直流电压源Vcc视为短路(因为电压恒定不变);理想电流源,视为开路(因为电流变化量为0) 。

单管共射放大电路的直流和交流通路:如下图,直流通路,将隔直电容开路;交流通路,将隔直电容短路,直流电源Vcc短路。

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静态工作点:三极管基极回路和集电极回路存在着直流电流和直流电压,这些电流电压在三极管输入输出特性曲线上对应一个点,称为静态工作点,静态工作点的基极电流Ibq、基极与发射极之间的电压Ubeq、集电极电流Icq、集电极与发射极电压Uceq。

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三、图解法

图解法分析静态:用作图的方法分析放大电路静态工作点。

单管共射放大电路静态下的示意图如下图所示,左边是三极管的集电极回路,Ic和Uce非线性,用输出特性曲线表示;右边是放大电路外电路部分,Rc和Vcc都是线性,Ic和Uce可用下式表示.

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下图是上图的左半部分的Ic和Uce的特性曲线和右半部分的Ic和Uce之间的关系曲线,这个右边的曲线,表示外电路的伏安特性,称为直流负载线。

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由于输出回路Ic和Uce要同时符合上述两张图的关系,所以二者交点确定了放大电路静态工作点,如下图所示。估算得到Ibq的值,然后Ib=Ibq的这条输出特性曲线与直流负载线的交点就是静态工作点Q,静态集电极D电流Icq和静态集电极电压Uceq也可找出。

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图解法分析动态:分析放大电路的交流通路。

交流负载线:交流通路外电路伏安特性。交流负载线一定通过静态工作点。因为外加输入电压瞬时值为零时,放大电路相当于静态,此时放大电路工作点既在交流负载线上,也在静态工作点上。也就是说,在Q点做一条斜率为-1/Rl’的直线(Rl’=Rc//Rl)就可得到交流负载线。

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输入端,加上正弦电压,在线性范围内,Ube和Ib在输入特性曲线上,围绕静态工作点Q按正弦规律变化,如下图所示。

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输出端,Ic和Uce也沿着交流负载线,绕着Q点按正弦规律变化,如下图所示。

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找电压放大倍数的方法:Ibq有个变化量Ib,输入特性上,变化量Ib对应一个变化量Ube。在输出特性的交流负载线上,变化量Ib对应一个变化量Uce,电压放大倍数公式如下。

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当放大电路输入端加上正弦电压Ui,电路中Ube、Ib、Ic、Uce、Uo的波形,在同一时间坐标下的表示如下。

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由图可知:

交直流并存状态:输入一正弦电压Ui时,线性范围内,三极管各极电压和电流均围绕各自静态值基本上按正弦规律变化,Ube、Ib、Ic、Uce在原来静态直流基础上,叠加正弦交流成分,称为交直流并存状态;

电压放大作用:输入电压有一个微小变化,放大电路输出端得到较大电压变化,称单管共射放大电路能实现电压放大作用。

倒相作用:Ui增大,Ib增大,Ic增大,Ic在Rc压降增大,Uce减小,也就是说,输入一个正弦电压Ui,输出端的正弦电压信号Uo的相位与Ui相反,称单管共射放大电路具有倒相作用。

非线性失真:放大电路静态工作点位置设置不当,输出波形易产生非线性失真。

截止失真:静态工作点过低,输入信号正弦波负半周工作点进入截止区使Ib、Ic等于0,引起输出电压Uce波形发生顶部失真。

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饱和失真:静态工作点设置过高,输入信号正半周工作点进入饱和区,ib增大,Ic不增大,引起输出电压Uce波形产生底部失真。

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最大输出幅度:输出波形没有明显失真情况下,放大电路能够输出的最大电压(有效值)。输出波形不产生明显失真的动态工作范围由交流负载线A、B两点决定。静态工作点在线段AB中点时,最大不失真输出幅度为:

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电路参数对静态工作点的影响:观察放大电路的Vcc、Rb、Rc、放大倍数改变时,Q的位置如何变化。

下图a,Rb增大,Ibq减小,Q沿着直流负载线下移。

图b,Vcc增大,直流负载线向右平移,Q移向右上方,放大电路动态工作范围增大,三极管静态功耗增大。

图c,Rc增大,直流负载线与纵轴交点下降。

图d,三极管电流放大系数增加,Q点向饱和区移动。

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