放大电路分析方法、图解法分析放大电路、lceda仿真

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

放大电路分析、图解法、微变等效电路法、静态分析、动态分析、直流通路、交流通路、单管共射放大电路的直流和交流通路、静态工作点、图解法分析静态、直流负载线、交流负载线、电压放大倍数公式、交直流并存状态、电压放大作用、倒相作用、非线性失真、截止失真、饱和失真、最大输出幅度、电路参数对静态工作点的影响、

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Ib=Ibq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。

UCE=VCC-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a，Rb增大，Ibq减小，Q沿着直流负载线下移。

图b，Vcc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c，Rc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。