工學模擬電路第二章-動態(tài)分析

晶體管電路分析的復雜性在于晶體管特性的非線性。當放大電路的輸入信號電壓很小時，可以把晶體管在小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替。oiBuBEQuCEoiCQ用線性電路來描述非線性特性，建立線性模型。2·3·3等效電路（h參數(shù)小信號模型）法就可用線性電路的分析方法來分析晶體管電路一、晶體管共射

h參數(shù)等效模型共射放大電路在低頻小信號作用下，將晶體管看成一個線性雙口網(wǎng)絡，利用網(wǎng)絡的h參數(shù)來表示輸入、輸出端口的電壓與電流的相互關系，便可得出等效電路，稱為共射h參數(shù)等效模型。

雙口有源器件i1i2+u2-+u1-ibic+uce

-+ube

-bce研究的對象僅僅是變化量信號的變化范圍很小適用條件1、h參數(shù)等效模型的由來

雙口有源器件i1i2+u2-+u1-+ube

-+uce

-+-bceibic+uce

-+ube

-bce求全微分：2、h參數(shù)的物理意義①h11

iBuBEoQ

uBE

iB常數(shù)輸出端交流短路時的輸入電阻：rbe表示晶體管基極電壓對基極電流的控制關系。rbe一般在1kΩ左右。+ube

-+uce

-+-bce在Q點處切線斜率的倒數(shù)②h12

iBuBEoQ

uCE

uBE輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比

h12無量綱，一般在10-3以下。+ube

-+uce

-+-bce③

h21

uCEoiCQ

iB

iC常數(shù)輸出端交流短路時的正向電流傳輸比，即電流放大系數(shù)：β表示晶體管電流放大能力。β無量綱，一般在100左右。+ube

-+uce

-+-bce④h22

uCEoiCQ

uCE

iC常數(shù)輸入端交流開路時的輸出電導h22一般在10-5

S以下。輸出電阻105Ω以上。+ube

-+uce

-+-bcercerbe

1kΩ左右β100左右無量綱10-3以下rce105Ω以上3、簡化的h參數(shù)等效模型+ube

-+uce

-+-bce可忽略不計該支路電流可忽略不計bce+-+-(1)β值的獲得①用晶體管特性圖示儀②數(shù)字萬用表4、

h

參數(shù)的獲得(2)rbe的近似表達式基區(qū)體電阻溫度電壓當量,常溫下UT=26mV發(fā)射極靜態(tài)電流適用范圍：集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電結發(fā)射結回顧：1、晶體管共射

h參數(shù)等效模型bce+-+-ibic+uce

-+ube

-bce

2、利用h參數(shù)等效模型可以求解放大電路的動態(tài)參數(shù)。

Au、Ri、Ro+ui-TRbRcVCCC1+uo-+C2+TRb+ui-Rc+uo-Rb+ui-Rc+uo-Rb+-Rc+-+ui-TRbRcVCCC1+uo-+C2+畫放大電路的h參數(shù)等效電路步驟：①畫出放大電路的交流通路TRb+ui-Rc+uo-②畫出晶體管的h參數(shù)等效模型③畫出放大電路的交流等效電路Rb+ui-Rc+uo-Rb+-Rc+-[例題]畫出圖示放大電路的h參數(shù)交流等效電路。設電路中各電容容抗均可忽略。(a)+ui-TR1VCCC1

C2RL++R3C3++uo-R2TR1+ui-R2RL+uo-R1+ui-R2RL+uo-(a)+ui-TRb1Rc-VCCC1

+uo-C2RLRb2Re++TReRb2+ui-RcRb1RL+uo-ReRb2+ui-Rc

Rb1RL+uo-交流通路畫出圖示放大電路的h參數(shù)交流等效電路。設電路中各電容容抗均可忽略。[例題]TRe1+uo-Rb3Rb1Rb2+ui-Re1+uo-Rb1Rb3Rb2+ui-Re1+uo-Rb1Rb3Rb2+ui-(b)+ui-TRb1VCCCb1

Cb2Rb2Re1++Rb3Re2Ce++uo-交流通路bec(c)+ui-TRb1VCCC1

C2Rc++ReRb2C2++uo-becTbecRe+ui-Rc+uo-becbecRe+ui-Rc+uo-交流通路二、共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析對放大電路的分析有兩個方面：靜態(tài)分析：確定靜態(tài)工作點IBQ、ICQ、UCEQ工具:直流通路方法近似估算法圖解分析法特性曲線直流負載線動態(tài)分析：討論放大電路的動態(tài)參數(shù)Au、Ri、Ro工具:交流通路方法圖解分析法等效電路法特性曲線交流負載線利用h參數(shù)等效模型求解放大電路的動態(tài)參數(shù)。1、電壓放大倍數(shù)Rb+-Rc+-根據(jù)定義而故①共發(fā)射極基本放大電路的電壓增益比較高；②輸出電壓與輸入電壓反相可見：等效電路法求動態(tài)參數(shù)2、輸入電阻放大電路+-RsRLRi放大電路RLRi+-Rb+-Rc+-Ri

是放大電路的輸入電阻，rbe

是晶體管的輸入電阻，兩者在數(shù)值上接近，意義完全不同。共射放大電路的輸入電阻比較小。放大電路的輸入電阻與信號源內(nèi)阻無關。3、輸出電阻放大電路+-RsRL+-Ro放大電路Rs+-Ro+-Rb+-Rc+-Ro是放大電路的輸出電阻，

Rc

是晶體管的集電極電阻。兩者在數(shù)值上接近，意義完全不同。共射放大電路的輸出電阻比較大。放大電路的輸出電阻與負載無關。電路如圖所示，已知VCC=12V，Rb=510kΩ，Rc=3kΩ，晶

求出電路的Au，Ri，Ro和Aus。體管的rbb

=150Ω，β=80，導通時UBE=0.7V，RL=3kΩ，Rs=2kΩ?！鋄例題]+ui-TRbRcVCC+uo-

+C2RLRs+-usC1+

解：(1)求靜態(tài)值TRbRcVCCIBICIB=VCC

–UBE

Rb

=12–0.7510

103=22.2μAIC

βIB

=80

2.22

10–6=1.77mAIE=IC+IB

IC

=1.77mA(2)求rberbe

rbb′+(1+β)26mVIE(mA)=150+(1+80)261.77

1325Ω

1.3kΩUCE

=VCC-ICRC=12-1.77

10–3

103

3=6.69V[例題]+ui-TRbRcVCC+uo-

+C2RLRs+-usC1+

電路如圖所示，已知VCC=12V，Rb=510kΩ，Rc=3kΩ，晶

求出電路的Au，Ri，Ro和Aus。體管的rbb

=150Ω，β=80，導通時UBE=0.7V，RL=3kΩ，Rs=2kΩ?！?3)求Au.TRbRs+-us+ui-RcRL+uo-RbRs+-Us.+-RcRL+-bce[例題]+ui-TRbRcVCC+uo-

+C2RLRs+-usC1+

電路如圖所示，已知VCC=12V，Rb=510kΩ，Rc=3kΩ，晶

求出電路的Au，Ri，Ro和Aus。體管的rbb

=150Ω，β=80，導通時UBE=0.7V，RL=3kΩ，Rs=2kΩ?！?4)求RiRbRcRLRi

+-(5)求RoRbRsRcRo+-因為所以[例題]+ui-TRbRcVCC+uo-

+C2RLRs+-usC1+

電路如圖所示，已知VCC=12V，Rb=510kΩ，Rc=3kΩ，晶

求出電路的Au，Ri，Ro和Aus。體管的rbb

=150Ω，β=80，導通時UBE=0.7V，RL=3kΩ，Rs=2kΩ?！?6)求Aus.放大電路Rs+-Us.RiRL+-+-[例題]TRbRc+VCC+uo-+uo

-C1+

C1+

圖所示放大電路中,(1)設RL=,要求|Au|100,VCC=12V,.IC=1mA,=20,rbb

=200,試確定Rb和Rc,并計算UCE′解：[例題]TRbRc+VCC+uo-+uo

-C1+

C1+

uitouoto圖所示放大電路中,(2)若uo中交流成分出現(xiàn)圖所示的失真中的哪個元件？如何調(diào)整？現(xiàn)象,問是截止失真還是飽和失真？為消除此失真，應調(diào)整電路解：iCuCEiBoQ飽和失真，調(diào)整基極電阻Rb，增大Rb。或調(diào)整集電極電阻Rc，

減小Rc。

2·4

放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定決定電路是否會產(chǎn)生失真影響動態(tài)參數(shù)靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的因素電源電壓的波動元件的老化溫度的變化最為主要的基本共射放大電路TRbRc+VCC+uo-+ui

-C1+

C1+

當VCC和Rb確定之后，IB確定不變。2·4·1靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性T=50

CT=20

CiCuCEOiBQVCC溫度變化時，使IBQ與ICQ變化方向相反。溫度升高時，β↑ICQ↑，曲線上移對策：

2·4·2典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一、電路組成和Q點穩(wěn)定原理+ui-T+uo-TB直流通路由直流通路：I2=I1+IBQ若滿足

I1>>IBQ則I2

I1

基極電位VBQ

Rb1+Rb2Rb1?VCC幾乎僅決定于電阻Rb1與Rb2對直流電源VCC的分壓基本不受溫度的影響。

ICQ

TB

VBQ

基本不隨溫度變化而變化T

ICQ

IEQ

VEQ

UBEQ

(=VBQ–VEQ)

IBQ

Re起著重要的作用。

它將輸出端電流IC的變化轉(zhuǎn)換成電壓，影響輸入回路b-e之間的電壓，從而使IB向相反方向變化。反饋，負反饋、直流負反饋+ui-T+uo-

Q點穩(wěn)定的原因：

Re直流負反饋

VBQ

基本不隨溫度變化而變化分壓式負反饋Q點穩(wěn)定電路。將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。直流通路中的反饋稱為直流反饋。反饋的結果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱為正反饋。二、靜態(tài)工作點和動態(tài)參數(shù)的估算

[例]圖所示電路中,已知VCC=12V,Rb1=5k,Rb2=15k,Re=2.3k,Rc=5.1k,RL=5.1k;晶體管

=100,rbe=1.5k,UBE=0.7V。(1)估算靜態(tài)工作點Q；+ui-T+uo-VBQ

Rb1+Rb2

Rb1

VCC

=5+155

12=3VIEQ=VBQ–UBEQ

Re

(3–0.7)V2.3k

=1mATB

ICQIBQ=ICQ

1mA100=10AUCEQ

VCC–(Rc+Re)ICQ

=4.6V(2)動態(tài)分析(不接電容)ReRb1Rb2+-RcRL+-+ui-T+uo-(2)動態(tài)分析

(不接電容)ReRb1Rb2+-RcRL+-(3)動態(tài)分析+ui-T+uo-(接電容)Ce+T+ui-+uo-Rb1Rb2+-RcRL+-[比較]+ui-T+uo-+ui-T+uo-Ce+旁路電容

[比較]+ui-T+uo-+ui-T+uo-Ce+發(fā)射極電阻Re雖然降低了電壓放大倍數(shù)，卻提高了輸入電阻。+ui-T+uo-Ce+利用二極管的反向特性進行溫度補償B結點B的電流方程IR為二極管的反向電流T

→IC

IR

→IB

→IC

2·4·3穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施—溫度補償IRIRbIBQ利用二極管的正向特性進行溫度補償T

→IC

UD

→IC

→VE

→

VB

→

UBE

VEVB

2·5

晶體管單管放大電路的

三種基本接法2·5·1基本共集放大電路一、電路的組成

+ui-T+uo-+-T+uo-+-+ui-交流通路二、靜態(tài)分析

+ui-T+uo-+-TICIBIE三、動態(tài)分析

+ui-T+uo-+-bec+–+–+–(1)uo

ui

，射極跟隨器。接近于1。(2)沒有電壓放大作用，但有電流放大作用

，iE>>iB。放大倍數(shù)

+ui-T+uo-+-折算到基極回路的等效電阻共集放大電路的輸入電阻比較高，可達到幾十到幾百千歐姆。+–bec+–輸入電阻

+ui-T+uo-+-折算到射極回路的等效電阻；共集放大電路的輸出電阻很低，通常只有幾十歐姆。+–bec輸出電阻

共集放大電路的特點：①電壓放大倍數(shù)接近但小于1，輸出與輸入同相位；②輸入電阻高；③輸出電阻低。在多級放大電路中：共射放大電路共射放大電路信號源負載共集放大電路①作輸入級共集放大電路②作輸出級共集放大電路③作中間隔離級一、電路的組成

T+–+ui-+uo-二、靜態(tài)分析

T2·5·2共基放大電路T+ui-T+uo-+–交流通道

三、動態(tài)分析

T+–+ui-+uo-bececb+–+–+–電壓放大倍數(shù)較大，輸出電壓與輸入電壓同相位，沒有電流放大作用，電流跟隨器。放大倍數(shù)

共基放大電路的輸入電阻很小，只有幾歐姆～幾十歐姆。共基極電路的輸出電阻比較大。ecb+–+–輸入輸出電阻

共基極放大電路的最大優(yōu)點是頻帶寬，常用于無線電通訊方面。共射共集共基放大電壓放大電流放大電流放大電壓Au大Au1

Au大

反相同相同相Ri

中Ri

大Ri

小Ro大Ro小Ro大頻帶窄頻帶窄頻帶寬三種接法的比較2·7基本放大電路的派生電路在實際應用中，為了進一步改善放大電路的性能：將多只晶體管構成復合管來代替放大電路中一只晶體管兩種接法組合的放大電路共射－共基,共集－共基復合管放大電路一、復合管的組成及其電流放大系數(shù)1、復合管的構成方式把兩個晶體管組合在一起，完成一個晶體管的工作。T1T2同類型NPN—NPNPNP—PNP不同類型NPN—PNPPNP—NPN2·7·1復合管放大電路④T1、T2均工作在放大區(qū)，2、復合管的構成原則①每一個復合管都可等效為一個

NPN或PNP管，類型與T1管相同;NPN型bce②T1的基極就是T的基極;③

T2的基極一定要接在T1的集電極或發(fā)射極上，⑤T1剩下的一個極與T2的集電極或發(fā)射

極聯(lián)接，構成集電極或發(fā)射極，T2剩下的一個電極就是發(fā)射極或集電極。以實現(xiàn)電流的放大；ecb電流的流向必須順暢；合成電流應該是相加的；NPN—NPNbcecebPNP—PNPbcecebNPN—PNPbececbPNP—NPNbececb3、復合管的電流放大系數(shù)和輸入電阻bec電流放大系數(shù)增大輸入電阻大大提高b1e1c