模拟电路 第二章(三极管及其放大电路)【下】

2024-04-24 23:36

本文主要是介绍模拟电路 第二章(三极管及其放大电路)【下】,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

四、放大电路的分析方法

1、图解分析方法

(1)静态工作点的图解分析步骤:

首先根据电路图画出画出直流通路

列输入回路方程:v_{BE}=V_{CC}-i_{B}R_{b}

列输出回路方程:v_{CE}=V_{CC}-i_{C}R_{c}

在输入特性曲线上,作出直线v_{BE}=V_{CC}-i_{B}R_{b},两线的交点即是Q点,得到I_{BQ}

在输出特性曲线上,作出直流负载线v_{CE}=V_{CC}-i_{C}R_{c},与I_{BQ}曲线的交点即为Q点,从而得到V_{CEQ}I_{CQ}

(2)动态工作情况的图解分析步骤:

①动态图解分析是在静态分析的基础上进行的,首先需要进行静态工作点的图解分析

根据电路图画出画出交流通路,并列出输入回路方程和输出回路方程

③根据v_{s}的波形,在BJT的输入特性曲线上画出v_{BE}i_{B}的波形。

④根据i_{B}的变化范围在BJT的输出特性曲线图上画出i_{C}v_{CE}的波形。

(3)静态工作点对波形失真的影响:

①如下图所示,当选取静态工作点为Q点时,v_{CE}i_{C}的最大变化范围如下所示。

②在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入信号(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。

为了得到尽量大的输出信号,要把Q点设置在交流负载线的中间部分,如果Q设置不合适,信号进入截止区或饱和区,将会造成非线性失真

[1]Q点过低,输出电压波形的顶部被限幅,称为截止失真

[2]Q点过高,输出电压波形的底部被限幅,称为饱和失真

④为保证不发生饱和失真,输出电压幅度应小于V_{CEQ}-V_{CES}V_{CES}是BJT的饱和压降);为保证不发生截止失真,输出电压幅度应小于I_{CQ}\left ( R_{c}//R_{L} \right )

(4)图解分析法的适用范围:电量变化幅度较大而工作频率不太高的情况。

(5)图解分析法的优缺点:

①优点:直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存,静态和动态等重要概念;有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性;能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。

②缺点:不能分析工作频率较高时的电路工作状态,也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。

2、小信号模型分析法

(1)BJT的H参数及小信号模型:

①H参数的引出:

②关于H参数的几点注意事项:

[1]H参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。

[2]H参数与工作点有关,在放大区基本不变。

[3]H参数都是微变参数,所以只适合对交流信号的分析。

③BJT的H参数模型:

④H参数的确定:

[1]\beta一般用测试仪测出。

[2]r_{be}与Q点有关,可用图示仪测出;一般也用公式估算r_{be}r_{be}\approx r_{bb'}+(1+\beta )r_{e},其中对于低频小功率管有r_{bb'}\approx 200\Omega,而r_{e}\approx \frac{V_{T}\left ( mV \right )}{I_{EQ}\left ( mA \right )}=\frac{26 mV}{I_{EQ}\left ( mA \right )}\left ( T=300K \right )

(2)用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路的基本步骤:

画出交流通路

由交流通路画出小信号模型

利用直流通路求Q点

④按式r_{be}\approx r_{bb'}+(1+\beta )r_{e}估算r_{be}

求电压增益

[1]电压增益为

[2]源电压增益为

计算输入电阻

计算输出电阻

(3)小信号模型分析法的适用范围:放大电路的输入信号幅度较小,BJT工作在其V-T特性曲线的线性范围(即放大区)内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以,放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。

(4)小信号模型分析法的优缺点:

①优点:分析放大电路的动态性能指标非常方便,且适用于频率较高时的分析。

②缺点:在BJT与放大电路的小信号等效电路中,电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的,不能用来分析计算静态工作点。

(5)含基极分压式偏置电路的共射放大电路分析:

①对前面介绍的含基极分压式偏置电路的共射放大电路分析:

[1]静态工作点Q的计算在上面有叙述,这里不再赘述。

[2]画出小信号等效电路并求出r_{be}

[3]电压增益:

[4]输入电阻:

[5]输出电阻:

②由于R_{e}的存在,使得射极偏置电路的电压增益降低了,为了解决这个问题,可以R_{e}的两端并联一个电容,这样,在交流通路中R_{e}被短路,R_{e}自然就不会参加电压增益的计算。

五、共集电极和共基极放大电路

1、共集电极放大电路(射极输出器)

(1)静态分析:

(2)动态分析:

①画出小信号等效电路:

②计算电压增益:

③计算输入电阻(共集电极放大电路的输入电阻大):

④计算输出电阻(共集电极放大电路的输出电阻小):

2、共基极放大电路

(1)静态分析:与与射极偏置电路相同。

(2)动态分析:

①画出小信号等效电路:

②计算电压增益:

③计算输入电阻(共基极放大电路的输入电阻小):

④计算输出电阻(共基极放大电路的输出电阻大):

3、放大电路三种组态的比较

(1)三种组态的判别:以输入、输出信号的位置为判断依据。

①信号由基极输入、集电极输出——共射极放大电路。

②信号由基极输入、发射极输出——共集电极放大电路。

③信号由发射极输入、集电极输出——共基极电路。

(2)放大电路三种组态的主要性能:

(3)三种组态的特点及用途:

①共射极放大电路:电压增益大于1,输入电阻在三种组态中居中,输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下,作多级放大电路的中间级。

②共集电极放大电路:没有电压放大,有电压跟随作用。在三种组态中,输入电阻最高,输出电阻最小。可用于输入级、输出级或缓冲级。

③共基极放大电路:有电压放大作用,输入电阻小,输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好,常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。

六、组合放大电路

1、级联放大电路动态性能指标的计算

(1)电压增益:

①在计算各级的电压增益时,将其后级的输入电阻作为它的负载电阻(末级为负载电阻),不必考虑前级输出电阻对该级的影响。

②在计算各级电压源增益(首级为电压增益)时,将其前级的输出电阻作为它的信号源内阻,不必考虑后级输入电阻的负载作用(与后级断开)。

③多级放大电路总的电压增益等于各级增益的连乘积。

(2)输入电阻:

①多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻。

②当第一级为射级输出电路时,计算总的输入电阻,应将第二级的输入电阻作为第一级的负载电阻。

(3)输出电阻:

①多级放大电路的输出电阻就是末级放大电路的输出电阻。

②当末级为射级输出电路时,计算其输出电阻,应将前级的输出电阻作为末级的信号源内阻。

2、共射-共基放大电路

3、共集-共集放大电路

(1)上图中T1、T2构成复合管,复合管又称达林顿管。在合适的外加电压下,每只管子的电流都有合适的通路,才能组成复合管。复合管有两种连接方式:

①同型复合(同类型的BJT复合):

②异型复合(不同类型的BJT复合,复合后管型为第一管管型):

(2)复合管的等效r_{be}r_{be}= r_{be1}+(1+\beta_{1} )r_{be2},等效\beta\beta \approx \beta_{1} \beta _{2}

(3)将共集-共集放大电路的两个BJT看作一个复合管,于是可得下图所示的电路图,由此计算电压增益等性能指标将变得非常容易。

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