晶体管基本放大电路

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晶体管基本放大电路

2023-09-25 01:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

放大电路 晶体管基本放大电路

对于电信号,一般是直流和交流的混合,在分析时我们要将他们分开来分析,因此包括直流分析(静态分析)和交流分析(动态分析)。

直流通路

直流电流流经的通路。分析时遵循以下规则:

电容视为开路,即电容断开电感视为短路,即用导线代替电压源短路,电流源开路,内阻保留 交流通路

交流电流流经的通路。分析时遵循以下规则:

大容量电容视为短路无内阻的直流电源视为短路直流电压变化量为0,视为短路

在这里插入图片描述

静态分析 图解法

将上述直流通路改画,得到iC与uCE的关系 在这里插入图片描述 根据上式,确定两点即可得到直流负载线,将直流负载线放入输出特性曲线 在这里插入图片描述 通常我们通过直流通路基极回路求出IBQ,从而得知确定的特性曲线 IBQ=(UCC-UBE)/Rb。Si管的UBE为0.6V0.7V,Ge管的UBE为0.2V0.3V;通常为0.7V。

解析法

第一步还是画出直流通路,如下 在这里插入图片描述 计算顺序为:IB→IC→UCE

IB相当于IBQ,但在解析法中我们通常省略UBE,即IBQ=(UCC-UBE)/Rb=UCC/Rb求IC:IC=βIB求UCE:UCE=UCC-IC*RC 电路参数对静态工作点的影响

以共射极电路图为参考,探究Rb,Rc,UCC对静态工作点的影响。当一个参数变化时,另两个不变

Rb增大,沿负载线下移,反之沿负载线上移 由于Rb变化影响IBQ而不影响负载线,因此实际上负载线保持不变,而输出特征曲线中的IBQ上移或下移。Rb增大,IBQ减小,则工作点下移,反之上移Rc减小,右移,反之左移 从直流负载线的公式中我们可以看到,Rc实际上是他的斜率。Rc减小,负载线更陡,于是工作点右移,反之左移Ucc增大,直流负载线平行上移,工作点向右上方移动。反之,向左下方移动 Ucc的改变既影响直流负载线,又影响特征曲线中的IBQ。当UCC增大,IBQ增大,曲线上移;而在直流负载线的截距中都有Ucc,因此直流负载线平行上移,因此工作点向右上方移动;反之向左下方移动

在这里插入图片描述

动态分析

输入交流信号,晶体管的工作状态来回移动

图解法

类似静态分析,晶体管的工作状态按交流负载线移动。于是我们首要的任务就是作出交流负载线。 交流负载线的两个特点:

必然通过静态工作点。当交流信号为0时,此时的输入信号仅为直流信号,此时为静态工作点。斜率由-1/RL’表示,其中RL’=Rc//RL(Rc与RL并联)

于是,可以通过以下方法作出交流负载线:

根据斜率做一条辅助线求出静态工作点Q过Q作一条平行于辅助线的直线,其为交流负载线利用交流负载线画出电流、电压波形,或求最大不失真输出电压

在确定了静态工作点Q后,也可以通过交流负载线在uCE轴上的截距确定交流负载线:截距Ucc’=UCEQ-ICQ*RL’ 在这里插入图片描述 接下来,我们来确定交流波形 由于电信号含有直流信号和交流信号,我们得出以下式子: 在这里插入图片描述 基极电流ib、集电极电流ic和集电极电压ube的相位相同,而uce与它们相位相反,即输出电压与输入电压相位相反。 由此即上式可知,从外部进入的信号,到b后基本不变,从c进入的信号基本不变。但从e流出的信号变为反向,而最终这个反向信号放大后被输出

非线性失真

主要分为以下三种类型:

饱和失真:工作点达到了饱和区截止失真:工作点达到了截止区双向失真:工作点位置何时,但信号过大导致波峰波谷被截掉 由于特性曲线非线性引起的失真

输入特性曲线其实弯曲,之后呈线性增长趋势。但如果输入的uBE过小,则一部分IB在弯曲的区间,另一部分在线性区间,导致失真 通常输出特性曲线的间隔相同,但当其不相同时,比如上疏下密,也会产生失真。 在这里插入图片描述

由于静态工作点不合适引起的失真

主要是饱和失真和截止失真 饱和失真是由于静态工作点设置过高,当ib增大时,ic不会随之增大,而输出电压uCE出现底部失真 截止失真时由于静态工作点设置过低,输入信号负半周进入截止区,输出电压uCE出现顶部失真 在这里插入图片描述 为了避免上述失真的出现,我们引入最大不失真输出电压Umax,即峰-峰电压Up-p:当静态工作点确定后,逐步增大输入信号,晶体管既不进入饱和区,也不进入截止区时所获得最大输出电压

微变等效电路

基本思想:当信号变化范围很小,认为晶体管电压、电流的变化量呈线性关系,即输入特性、输出特性可以看作直线。于是用一个线性模型代替晶体管放入电路,构成微变等效电路 我们用iB,uCE表示uBE,iC,然后进行求微分,注意这里每个量都是交流分量和直流分量的和,但是直流分量的变化量为0,因此进行微分后仍然是0。然后用h11,h12,h21,h22代替微分量,有以下式子 在这里插入图片描述 我们从单位对每个h进行分析

h11为输出交流短路的电阻,用rbe表示 rbe估算如下 在这里插入图片描述h12为常数,称为输入交流开路时的电压反馈系数μrh21为常数,称为输出交流短路时的电流放大系数β,通常直接给出(现实中查晶体管手册可得)h22为输入交流开路时的导纳,用1/rce表示

在这里插入图片描述 需要注意的是:

等效只对**微变量(交流小信号)**而言。外部直流电源应置零(电压源短路、电流源开路),与微变量有关的部分应保留等效电路中的受控电流源βib的数值和方向都取决于基极电流ib,假设ib的电流方向后不可随意改动。若ib流入基极,则βib从集电极流向发射极(如图);反之则从发射极流向集电极微变等效电路只适合低频、小信号的晶体管


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