2.3 放大电路的分析方法

2.3 放大电路的分析方法

直流通路和交流通路

虽然我们在电路中,通常都是交流电和直流电并存的情况,但是在由于有类似于电容电感这些电抗元件的存在,所以使得交流电和直流电在同一电路中却有不同的通路。所以为了方便,,我们将交流和直流的通路区分开。
直流通路:顾名思义,直流通路的含义就是给直流电走的,那么我们根据以前所学习的基础电路的知识我们有以下几个结论:

  1. 电容开路
  2. 电感短路
  3. 信号源化为其内阻,交流电源不用关注

交流通路:交流通路是交流电在电路中的通路,其需要注意的是以下几点:

  1. 电容短路【实际上是指容量大的电容,在一般问题求解中,我们几乎大部分电容都符合要求】
  2. 无内阻的直流电源视为短路。
  3. 直流电源视为地

我们以课后一道习题为例:
2.3 放大电路的分析方法_第1张图片
直流通路:电容开路,得到下图:
2.3 放大电路的分析方法_第2张图片
而交流通路如下:
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我们将VCC视为地,电容直接视为导线便得到了该图。

而在正式的分析中,我们遵循:“先静态,后动态”的原则。我们只有找到了合适的静态电路,那么动态的才有意义,如我们上一讲中所说的一样。

2.3.2图解法分析

我们作图求解的方法,简称作图法。

一、静态工作点的分析

我们针对晶体管,展开静态工作点的作图分析:
2.3 放大电路的分析方法_第4张图片

首先我们需要确定uBE的大小,根据我们上一篇文章的计算,有如下公式:
在这里插入图片描述
我们将公式转化一下:
在这里插入图片描述
在这里我们可以回顾一下【1.3晶体管】中的输入特性曲线,并且可以得到下图:
2.3 放大电路的分析方法_第5张图片

其Q点是我们输入的电流和电压的静态工作点【同时符合两个曲线,所以可以确定静态工作点】

所以在输出曲线是同样的:
由公式如下
在这里插入图片描述
经过推导,可得下图输出特性曲线,有两幅图可以确定静态工作点Q
2.3 放大电路的分析方法_第6张图片
如果对于作图法感觉十分的困扰,建议对照我们上节所列出的公式一边推到一边再看。

二、压放大倍数的分析

那么在之前分析的过程中,我们加入了交流电的变化,得到以下公式:
在这里插入图片描述
不难想象,其实就是在我们之前的静态工作点中,使得电压在原来静态工作点产生了变化得到以下图形:
2.3 放大电路的分析方法_第7张图片
不要对图形产生惧怕或者不接,实际上,虚线部分,就是由于加入交流电所产生的变化区间

然后针对上图我们再一次讨论静态工作点的问题,如果静态工作点设置过低,我们知道交流电可能会被限制失真【原因在上一节中有说】,如果Q点上移,按照图(a) 中,可以看出同样大小的△uBE,将会产生更大的△iB的变化。那么对找到图二中就可能会工作到饱和区,产生失真。所以静态工作点一定要合适,即不能过大,也不能太小。

三、波形非线性失真的分析

说实话,感觉书上介绍的相当详细,那么我用比较直观的角度来说一下问题吧:
根据我们上一个分析,我们可以知道,我们在静态工作点周围加入交流电,可以长生放大的电流,如下图所示:
2.3 放大电路的分析方法_第8张图片
但是如果静态工作点选择不当,就会出现失真的可能,如下图是交流电可能会超过VCC的值,我们知道,VCC实际上是放大电路的真正的能量提供原,所以,放大电压不可能超过VCC,即在VCC处截止失真:
2.3 放大电路的分析方法_第9张图片
那么同样的,如果电压变化到饱和区,也会产生饱和失真:
2.3 放大电路的分析方法_第10张图片

2.3.3等效电路法

等效电路法一般用在线性电路中,我们在这将电路进行线性建模【晶体管电路分析的复杂性在于其特性的非线性,我们在一定条件下假设其线性进行分析】

一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算法

我们通过理想建模,可以假设基极电路控制集电极电路的情况,理想化为受控源。
即我们何以分开集电极的电路和基极电路,建立如下图型:
2.3 放大电路的分析方法_第11张图片
rbe 是三极管积极和发射极的电阻,具体推导公式比较麻烦,在书上有详细介绍。
在这里插入图片描述

二、共射放大电路动态参数的分析

以下图为例,我们梳理一下几个重要参数:
2.3 放大电路的分析方法_第12张图片

  • 电压放大倍数在这里插入图片描述
  • 输入电阻在这里插入图片描述
  • 输出电阻在这里插入图片描述

需要注意的是,受控源的转换,我们只是将电路从晶体管一刀两断,等价为接地,而发射结近似为rbe,集电极的放大近似于受控源,其他并没有什么改变

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