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放大電路的工作穩(wěn)定問題

作者: 時間:2011-07-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
靜態(tài)工作情況分析

放大電路的靜態(tài)工作點的計算,可以用估算法估算,也可用圖解法求解。

一、估算法

估算法的一般步驟如下:

1、畫出放大電路的直流通路

2、根據(jù)基極回路求IB

3、由BJT的電流分配關(guān)系求IC

4、由集電極回路求VCE

下面以共射放大電路為例說明

圖(a) 圖(b)

1、畫出圖(a)所示放大電路的直流通路:

將如圖所示共射放大電路中的電容開路, 可畫出其直流通路如圖(b)所示。

2、根據(jù)基極回路求IB:

在圖(b)所示的直流通路中有

時,

3、由BJT的電流分配關(guān)系求IC:

4、由集電極回路求VCE:

二、圖解法分析靜態(tài)工作點

圖解法是依據(jù)BJT的輸入特性、輸出特性曲線,在已知電路各參數(shù)的情況下,通過作圖來分析放大電路工作情況的一種工程處理方法。用圖解法確定放大電路靜態(tài)工作點的步驟如下:

(1)將圖(a)所示放大電路分成線性和非線性兩部分

非線性部分包括非線性器件--BJT和確定其偏流的VBB和Rb,線性電路部分包括VCC和Rc的串聯(lián)電路。

圖a

圖b

(2)作出電路非線性部分的V-I 特性--BJT的輸出特性

由于在本電路中BJT的偏流已由VBB及Rb所確定,即IB=VBB/Rb=12V/300kW=40mA,所以vCE和iC的關(guān)系就是對應(yīng)于BJT輸出特性上iB=IB=40mA的一條曲線即

(1)

(3)作出線性部分的V-I 特性----直流負載線

線性部分的電壓、電流關(guān)系由下列方程所確定:

(2)

式(2)直線方程在輸出特性中與橫軸和縱軸分別相交于M(12V,0mA)和 N(0V,3mA)兩點,其斜率為-1/Rc。直線MN稱為直流負載線。

(4)由電路的線性與非線性兩部分V-I 特性的交點確定Q點

電路的線性與非線性兩部分構(gòu)成一個電路整體,所以在圖(b)中,只有直流負載線與V-I 特性的交點Q所對應(yīng)的電流電壓值,才能同時滿足式(1)及式(2)。由圖(b)可讀出:IB=40mA,IC=1.5mA,VCE=6V 

3.3.2 圖解法分析動態(tài)

一、加正弦信號的情況

動態(tài)分析步驟如下:

(1)根據(jù)vi的波形在三極管輸入特性曲線上求iB

(2)畫出放大電路的交流能路,確定交流負載電阻。

(3)在輸出特性曲線上作交流負載線,求iC及vCE的波形

(4)動態(tài)分析,確定動態(tài)輸出電壓范圍。

下面以圖1所示放大電路為例說明

(1)設(shè)放大電路輸入一個正弦交流信號vi=Vimsinwt(VimVBE)。vi輸入后,vBE=VBE+vi,iB= IB+ib。根據(jù)已求得的IB在輸入特性曲線上找到Q點,并對應(yīng)畫出vBE和iB的波形圖,如圖3所示。

(2) 畫出圖1交流通路如圖2所示。交流負載電阻是Rc和RL的并聯(lián)值,用R¢L表示,即

(3)在輸出特性曲線上作交流負載線,求iC及vCE的波形

在圖2的輸出回路中,交流信號電壓、電流的關(guān)系為vce= –iCR¢L,這是一條直線,斜率為–1/R¢L,稱為交流負載線。交流負載線必然通過靜態(tài)工作點Q。這樣,在輸出特性曲線上作出交流負載線,并可畫出對應(yīng)的iC和vCE的波形如圖4所示。

(4)根據(jù)所畫的iC和vCE的波形可確定動態(tài)輸出電壓范圍如圖4所示。

 

二、分析非線性失真

(一)、靜態(tài)工作點不同的設(shè)置對放大電路動態(tài)工作的影響

在共射基本放大電路中,設(shè)負載電阻開路,當輸入電壓為正弦波時如:

1、工作點Q點設(shè)置合適能實現(xiàn)線性放大 ;

2、工作點Q點設(shè)置偏高會產(chǎn)生飽和失真 ;

3、工作點Q點設(shè)置偏低會產(chǎn)生截止失真 。

(二)、輸出電壓最大不失真動態(tài)范圍的確定

一、靜態(tài)工作點不同的設(shè)置對放大電路動態(tài)工作的影響:

1、工作點Q點設(shè)置合適能實現(xiàn)線性放大 ;

共射基本放大電路中,設(shè)負載電阻開路,當輸入電壓為正弦波時,如工作點Q點設(shè)置合適,在輸入信號幅值較小時,基極動態(tài)電流也為正弦波。iC與vCE將沿交流負載線變化。當iC增大時,vCE下降;當iC下降時,vCE上升。

2、工作點Q點設(shè)置偏高會產(chǎn)生飽和失真

若工作點Q點設(shè)置偏高,雖然基極動態(tài)電流ib為不失真的正弦波,但是由于在輸入信號正半周,靠近峰值的某段時間內(nèi)晶體管進入了飽和區(qū),導(dǎo)致集電極動態(tài)電流iC產(chǎn)生頂部失真,集電極電阻Rc上的電壓波形必然隨之產(chǎn)生同樣的失真。由于輸出電壓vo與Rc上電壓的變化相位相反,從而導(dǎo)致vo波形產(chǎn)生底部失真,此種由于晶體管進入飽和區(qū)工作而產(chǎn)生的失真現(xiàn)象稱為飽和失真。

3、工作點Q點設(shè)置偏低會產(chǎn)生截止失真 。

若工作點Q點設(shè)置偏低,在輸入信號負半周靠近峰值的某段時間內(nèi),晶體管b-e間電壓總量vBE小于其導(dǎo)通電壓(開啟電壓),BJT截止。因此基極電流ib將產(chǎn)生底部失真。集電極電流iC和集電極電阻Rc上電壓的波形必然會隨之產(chǎn)生同樣的失真,從而導(dǎo)致vo波形產(chǎn)生頂部失真。這種由于BJT進入截止區(qū)工作而產(chǎn)生的失真稱為截止失真。

二、輸出電壓最大不失真動態(tài)范圍的確定

應(yīng)當指出,截止失真和飽和失真都是比較極端的情況。實際上,在輸入信號的整個周期內(nèi),即使晶體管始終工作在放大區(qū)域,也會因為輸入特性和輸出特性的非線性而使輸出波形產(chǎn)生失真,只不過當輸入信號幅值較小時,這種失真非常小,可忽略不計而已。

如果將晶體管的特性理想化,即認為在管壓降總量vCE最小值大于飽和管壓降VCES(即管子不飽和),且基極電流總量iB的最小值大于0(即管子不截止)的情況下,非線性失真可忽略不計,那么就可以得出放大電路的最大不失真輸出電壓。對于共射極基本放大電路,從圖解分析可得最大不失真輸出電壓的峰值,其方法是以VCE為中心,取"VCC--VCE"和"VCE--VCES"這兩段距離中較小的數(shù)值。通常,最大不失真輸出電壓用有效值表示。為了使不失真輸出電壓盡可能大,應(yīng)將Q點設(shè)置在放大區(qū)內(nèi)交流負載線的中間部位。



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