在放大電路中,電容c1、c2起交流耦合和隔直作用,根據(jù)阻抗特性,電容c1、c2對直流信號認(rèn)為是開路,而電容c1、c2和直流電源vcc對交流信號則可以認(rèn)為是短路的,所以在交流通路中rb和rc都是連接到地的。
由此我們可以將放大電路分為直流通路、交流通路來分別進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析。
阻容耦合共射放大電路的直流通路和交流通路
一、靜態(tài)分析(無輸入交流信號)
1、計(jì)算法
根據(jù)圖所示的直流通路,可以確定放大電路的靜態(tài)值(交流信號為零時的一組電路參數(shù)),通常稱為靜態(tài)工作點(diǎn)(q),計(jì)算公式如下(對npn管一般取ube =0.6v):
ib = (vcc - 0.6 ) / rb
ic = β x ib
uce = vcc – ic x rc
(反映ic和uce關(guān)系的直線方程,稱為直流負(fù)載線)
2、圖解法
圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)
圖所示為利用圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn),圖中直流負(fù)載線與三極管的某條(由ib確定)輸出特性曲線的交點(diǎn)q,即為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn),由圖中交點(diǎn)投影可近似求出一組放大電路的靜態(tài)值參數(shù)。
二、動態(tài)分析(有輸入交流信號)
1、圖解法
直流負(fù)載線反映靜態(tài)時電流ic和電壓uce的變化關(guān)系,根據(jù)直流通路分析,其斜率僅與電阻rc有關(guān)。交流負(fù)載線則反映動態(tài)時電流ic和電壓uce的變化關(guān)系,根據(jù)交流通路分析,其斜率不僅與電阻rc有關(guān),還和與其并聯(lián)的負(fù)載電阻rl有關(guān),所以交流負(fù)載線比直流負(fù)載線要陡直一些。而且當(dāng)輸入電流為零時,放大電路仍應(yīng)工作在靜態(tài)工作點(diǎn)q,可見交流負(fù)載線也要通過q點(diǎn)。
直流負(fù)載線和交流負(fù)載線
基本共射放大電路
反映了基本共射放大電路的
各電路參數(shù)的波形及其與三極管輸入輸出特性的關(guān)系,可以幫助我們更好地了解放大電路的工作特性。由上圖可知,放大后的輸出信號uo與輸入信號ui反相。
為保證放大電路的動態(tài)特性,靜態(tài)工作點(diǎn)位置應(yīng)該處于負(fù)載線的中點(diǎn)附近,否則將可能引起輸出信號的失真。
靜態(tài)工作點(diǎn)下移造成輸出信號出現(xiàn)失真
上圖所示為靜態(tài)工作點(diǎn)下移造成輸出信號出現(xiàn)失真的情況,由于該失真是因?yàn)榉糯箅娐返墓ぷ鞣秶M(jìn)入截止區(qū)而造成的,所以稱為截止失真。
靜態(tài)工作點(diǎn)上移造成輸出信號出現(xiàn)失真
上圖所示為靜態(tài)工作點(diǎn)上移造成輸出信號出現(xiàn)失真的情況,由于該失真是因?yàn)榉糯箅娐返墓ぷ鞣秶M(jìn)入飽和區(qū)而造成的,所以稱為飽和失真。
此外,輸入信號的幅值不能太大,以避免放大電路的工作范圍超過特性曲線的線性范圍。實(shí)際上,只要靜態(tài)工作點(diǎn)合適,在小信號放大電路中,此條件一般都能滿足。
2、微變等效電路法(計(jì)算法)
根據(jù)三極管的輸入輸出特性可知,三極管是非線性放大元件,但當(dāng)三極管工作在小信號(微變量)情況下,靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入輸出特性曲線就可以用直線段近似代替,這就是所謂對三極管的線性化,這樣也就可以像處理線性電路那樣來處理三極管放大電路。
微變等效參數(shù)的物理意義
分析圖中的三極管的輸入輸出特性曲線,當(dāng)輸入信號很小時,在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的曲線可認(rèn)為是直線,其中輸入特性直線可以用電阻rbe表示 (rbe=△ube / △ ib) ,輸出特性直線可以用電阻rce表示 (rce=△uce / △ ic) 。
由圖可知,電阻rbe數(shù)值較小,其估算公式為:
rbe ≈ 200(ω)+(1+β)x 26(mv) / ie(ma)。而電阻rce數(shù)值較大,如果把三極管的輸出電路看作電流源, rce也就是電流源的內(nèi)阻。
根據(jù)以上分析,可得出
三極管微變等效模型
圖所示的三極管微變等效模型,其輸入端等效為輸入電阻rbe,輸出端等效為可控電流源,其內(nèi)阻為rce(與電流源并聯(lián)),由于rce稱為晶體管阻值較大,所以一般可以忽略不計(jì)。
由三極管的微變等效模型和放大電路的交流通路可得出如圖所示的放大電路的微變等效電路,
據(jù)此就可以對放大電路進(jìn)行動態(tài)分析,主要包括:
(1)、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算:
au = -β x ( rl∥rc ) / rbe 推導(dǎo):
式中
故,
上式中的負(fù)號表示輸出電壓uo與輸入電壓ui的相位相反。
當(dāng)放大電路的輸出端開路(未接rl)時,
(2)、放大電路輸入電阻的計(jì)算
ri = rb∥rbe
一個放大電路的輸入端總是與信號源(或前級放大電路)相聯(lián)的,其輸出端總是與負(fù)載(或后級放大電路)相聯(lián)的。因此放大電路與信號源和負(fù)載之間,都是互相聯(lián)系,互相影響的。
放大電路對信號源來說,是一個負(fù)載,可用一個電阻來等效替代。這個電阻是信號的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻ri,即
它是對交流信號而言的一個動態(tài)電阻。
如果放大電路的輸入電阻較小,第一、將從信號源取用較大的電流,從而增加信號源的負(fù)擔(dān);第二、經(jīng)過信號源內(nèi)阻rs和ri的分壓,使實(shí)際加到放大電路的輸入電壓ui減小,從而減小輸出電壓;第三、后級放大電路的輸入電阻,就是前級放大電路的輸入負(fù)載,從而將會降低前級放大電路的電壓放大倍數(shù)。因此通常希望放大電路的輸入電阻能高一些。以圖放大電路為例,其輸入電阻可從它的微變等效電路計(jì)算:
實(shí)際上rb的阻值比rbe大得多,因此,這一類放大電路的輸入電阻基本上等于晶體管的輸入電阻,是不高的。注意:ri和rbe意義不同,不能混淆。在電壓放大倍數(shù)au的式子中,是rbe,而不是ri。
(3)、放大電路輸出電阻的計(jì)算
ro ≈ rc
放大電路對負(fù)載(或后級放大電路)來說,是一個信號源,其內(nèi)阻即為放大電路的輸入電阻。它是一個動態(tài)電阻。
如果放大電路的輸出電阻較大(相當(dāng)于信號源的內(nèi)阻較大),當(dāng)負(fù)載變化時,輸出電壓的變化較大,也就是放大電路帶負(fù)載的能力較差。因此,通常希望放大電路輸出級的輸出電阻低一些。
放大電路的輸出電阻可在信號源短路和輸出端開路的條件線求得。以放大電路為例,從它的微變等效電路看出,當(dāng)ui=0,ib=0時,βib和ic也為零。共射級放大電路的輸出電阻是從放大電路的輸出端看見去的一個電阻。因?yàn)榫w管的輸出電阻rce(也和衡流源βib并聯(lián))很高,故
rc一般為幾千歐,因此共射級放大電路的輸出電阻較高。
通常計(jì)算ro時可將信號源短路,在輸入端加一交流電壓uo,以產(chǎn)生一個電流i。,則放大電路的輸出電阻為