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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
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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。 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。 下面是仿真带入公式计算得到的值和仿真出来的一样。
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. 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。 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IbIbq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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
仿真电路图 下面观察电压波形 电流波形 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。 仿真出来这个形状的IB可以这么思考直流负载线如果固定不动如果Ibq减小那么静态工作点就会降低因此可以改变下图的R3使其增大那么就会出现截止失真。可以看到增大R3后静态工作点Ibq减小。 此时的电流波形如下产生了截止失真。 UCEVCC-IC*R4那么也就是说此时UCE波形像是是ic波形反过来的样子。 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。 如果增大R4就会出现这种状况。 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 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aRb增大Ibq减小Q沿着直流负载线下移。
图bVcc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cRc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。
