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技術(shù)精講:放大電路工作狀態(tài)深度剖析

發(fā)布時(shí)間:2015-03-09 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】本篇文章主要對(duì)放大電路的工作狀態(tài)進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析,并且給出了一種將為簡(jiǎn)便的方法,將含有非線性元件(如三極管)的放大電路轉(zhuǎn)化為線性電路,來(lái)方便分析和計(jì)算。希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能夠有所收獲。
 
在電路的設(shè)計(jì)和測(cè)量當(dāng)中,時(shí)常會(huì)需要把信號(hào)進(jìn)行放大,這樣就便于信號(hào)的測(cè)量和利用??梢哉f(shuō)放大電路是模電設(shè)計(jì)當(dāng)中的基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容。本篇文章就將對(duì)放大電路進(jìn)行分析,并且提供了一種方便的計(jì)算方法。
 
1、放大電路工作原理
 
三極管可以通過(guò)控制基極的電流來(lái)控制集電極的電流,來(lái)達(dá)到放大的目的。放大電路就是利用三極管的這種特性來(lái)組成放大電路。下面主要從共發(fā)射極的接法為例來(lái)介紹。
 
(1)放大電路組成原理
 
放大電路的組成原理(應(yīng)具備的條件):
 
放大器件工作在放大區(qū)(三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置);
 
輸入信號(hào)能輸送至放大器件的輸入端(三極管的發(fā)射結(jié));
 
有信號(hào)電壓輸出;
 
判斷放大電路是否具有放大作用,就是根據(jù)上面三點(diǎn),他們必須同時(shí)具備。
 
(2)直流通路和交流通路
 
在分析放大電路時(shí),有兩類問(wèn)題:直流和交流問(wèn)題。
 
直流通路:將放大電路中的電容視為開(kāi)路,電感視為短路即得。它又被稱為靜態(tài)分析。
 
交流通路:將放大電路中的電容視為短路,電感視為開(kāi)路,直流電源視為短路即得,它又被稱為動(dòng)態(tài)分析。
直流通路與交流通路舉例
直流通路與交流通路舉例
直流通路與交流通路舉例
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2、放大電路的直流工作狀態(tài)
 
公式比較多,就不一一寫出來(lái)了,想要看的可以參考模擬電子線路相關(guān)的書籍。需要掌握公式法計(jì)算Q點(diǎn)和圖形法計(jì)算Q點(diǎn)。
 
什么是Q點(diǎn)?它就是直流工作點(diǎn),又稱為靜態(tài)工作點(diǎn),簡(jiǎn)稱Q點(diǎn)。我們?cè)谶M(jìn)行靜態(tài)分析時(shí),主要是求基極直流電流IB、集電極直流電流IC、集電極與發(fā)射極之間的直流電壓UCE。
 
(1)公式法計(jì)算Q點(diǎn)
 
我們可以根據(jù)放大電路直流通路,估算出放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。下面把IB、IC、UCE的公式列出來(lái)。
IB、IC、UCE的公式列出來(lái)
(2)圖解法計(jì)算Q點(diǎn)
 
三極管的電流、電壓關(guān)系可用輸入特性曲線和輸出特性曲線表示,我們可以在特性曲線上,直接用作圖的方法來(lái)確定靜態(tài)工作點(diǎn)。用圖解法的關(guān)鍵是正確的做出直流負(fù)載線,通過(guò)直流負(fù)載線與iB=IBQ的特性曲線的交點(diǎn),即為Q點(diǎn)。讀出它的坐標(biāo)即得IC和UCE。
 
圖解法求Q點(diǎn)的步驟為:
 
通過(guò)直流負(fù)載方程畫出直流負(fù)載線,(直流負(fù)載方程為UCE=UCC-iCRC);
 
由基極回路求出IB;
 
找出iB=IB這一條輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。讀出Q點(diǎn)的坐標(biāo)即為所求;
 
3、放大電路的動(dòng)態(tài)分析
 
我們把輸入交流信號(hào)時(shí)的狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài),下面主要介紹放大電路動(dòng)態(tài)分析的兩種方法:圖解法和微變等效電路法。對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的任務(wù)是求出電壓的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。
 
交流負(fù)載線的畫法:
 
必須通過(guò)靜態(tài)工作點(diǎn),交流負(fù)載線的斜率由R’’L表示(R’’L=RC/RL)
 
交流負(fù)載線的畫法(有兩種):
 
(1)先作出直流負(fù)載線,找出Q點(diǎn)。
 
出一條斜率為R’’L的輔助線,然后過(guò)Q點(diǎn)作它的平行線記得。(此法為點(diǎn)斜式)。
 
(2)先求出UCE坐標(biāo)的截距(通過(guò)方程U’’CC=UCE+ICR’’L)。
 
連接Q點(diǎn)和U’’CC點(diǎn)即為交流負(fù)載線 (此法為兩點(diǎn)式)。
 
放大電路的非線性失真
 
在使用放大電路時(shí),我們一般是要求輸出信號(hào)盡可能的大,但是它要受到三極管非線性的限制。有時(shí)輸入信號(hào)過(guò)大或者工作點(diǎn)選擇不恰當(dāng),輸出電壓波形就會(huì)產(chǎn)生失真。這種失真是由于三極管的非線性引起的,所以它被稱為非線性失真。
 
輸入信號(hào)過(guò)大引起的非線性失真
 
它主要表現(xiàn)在輸入特性的起始彎曲部分,輸出特性間距不勻,當(dāng)輸入又比較大時(shí),就會(huì)使Ib、Ucc、Ic的正負(fù)半周不對(duì)稱,即產(chǎn)生非線性失真。
 
工作點(diǎn)不合適引起的失真
 
當(dāng)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)低,在輸入信號(hào)的負(fù)半周,工作狀態(tài)進(jìn)入截止區(qū),從而引起Ib、Uce、Ic的波形失真,稱為截止失真。
 
微變等效電路法
 
采用微變等效電路法的思想是:當(dāng)信號(hào)變化的范圍很小(微變)時(shí),可以認(rèn)為三極管電壓、電流變化量之間的關(guān)系是線性的。
 
通過(guò)上述思想我們就可以把含有非線性元件(如三極管)的放大電路,轉(zhuǎn)換為我們熟悉的線性電路,這樣我們就可以利用電路分析的各種方法來(lái)求解了。
微變等效電路法
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