放大电路的工作稳定问题

2011-07-12 20:13:06来源: 互联网
静态工作情况分析

放大电路的静态工作点的计算,可以用估算法估算,也可用图解法求解。

一、估算法

估算法的一般步骤如下:

1、画出放大电路的直流通路

2、根据基极回路求IB

3、由BJT的电流分配关系求IC

4、由集电极回路求VCE

下面以共射放大电路为例说明

              

图(a)                               图(b)

1、画出图(a)所示放大电路的直流通路:

    将如图所示共射放大电路中的电容开路, 可画出其直流通路如图(b)所示。

2、根据基极回路求IB :

    在图(b)所示的直流通路中有

     当 时,

3、由BJT的电流分配关系求IC : 

4、由集电极回路求VCE :

二、图解法分析静态工作点

图解法是依据BJT的输入特性、输出特性曲线,在已知电路各参数的情况下,通过作图来分析放大电路工作情况的一种工程处理方法。用图解法确定放大电路静态工作点的步骤如下:

(1)将图(a)所示放大电路分成线性和非线性两部分

非线性部分包括非线性器件--BJT和确定其偏流的VBB和Rb,线性电路部分包括VCC和Rc的串联电路。

  图a

   图b

(2)作出电路非线性部分的V-I 特性--BJT的输出特性

由于在本电路中BJT的偏流已由VBB及Rb所确定,即IB=VBB/Rb=12V/300kW=40mA,所以vCE和iC的关系就是对应于BJT输出特性上iB=IB=40mA的一条曲线即

   (1)

(3)作出线性部分的V-I 特性----直流负载线

线性部分的电压、电流关系由下列方程所确定:

    (2)

式(2)直线方程在输出特性中与横轴和纵轴分别相交于M(12V,0mA)和 N(0V,3mA)两点,其斜率为-1/Rc。直线MN称为直流负载线。

(4)由电路的线性与非线性两部分V-I 特性的交点确定Q点

电路的线性与非线性两部分构成一个电路整体,所以在图(b)中,只有直流负载线与V-I 特性的交点Q所对应的电流电压值,才能同时满足式(1)及式(2)。由图(b)可读出:IB=40mA,IC=1.5mA,VCE=6V  

3.3.2 图解法分析动态

一、加正弦信号的情况

动态分析步骤如下:

(1)根据vi的波形在三极管输入特性曲线上求iB

(2)画出放大电路的交流能路,确定交流负载电阻。  

(3)在输出特性曲线上作交流负载线,求iC及vCE的波形  

(4)动态分析,确定动态输出电压范围。

下面以图1所示放大电路为例说明

(1)设放大电路输入一个正弦交流信号vi=Vimsinwt(Vim

(2) 画出图1交流通路如图2所示。交流负载电阻是Rc和RL的并联值,用R¢L表示,即

(3)在输出特性曲线上作交流负载线,求iC及vCE的波形

在图2的输出回路中,交流信号电压、电流的关系为vce= –iCR¢L,这是一条直线,斜率为–1/R¢L,称为交流负载线。交流负载线必然通过静态工作点Q。这样,在输出特性曲线上作出交流负载线,并可画出对应的iC和vCE的波形如图4所示。

 

(4)根据所画的iC和vCE的波形可确定动态输出电压范围如图4所示。

 

二、分析非线性失真

(一)、静态工作点不同的设置对放大电路动态工作的影响

在共射基本放大电路中,设负载电阻开路,当输入电压为正弦波时如: 

1、工作点Q点设置合适能实现线性放大 ;

2、工作点Q点设置偏高会产生饱和失真 ;

3、工作点Q点设置偏低会产生截止失真 。

(二)、输出电压最大不失真动态范围的确定

一、静态工作点不同的设置对放大电路动态工作的影响:

1、工作点Q点设置合适能实现线性放大 ;

共射基本放大电路中,设负载电阻开路,当输入电压为正弦波时,如工作点Q点设置合适,在输入信号幅值较小时,基极动态电流也为正弦波。iC与vCE将沿交流负载线变化。当iC增大时,vCE下降;当iC下降时,vCE上升。

2、工作点Q点设置偏高会产生饱和失真

若工作点Q点设置偏高,虽然基极动态电流ib为不失真的正弦波,但是由于在输入信号正半周,靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区,导致集电极动态电流iC产生顶部失真,集电极电阻Rc上的电压波形必然随之产生同样的失真。由于输出电压vo与Rc上电压的变化相位相反,从而导致vo波形产生底部失真,此种由于晶体管进入饱和区工作而产生的失真现象称为饱和失真。 

3、工作点Q点设置偏低会产生截止失真 。

若工作点Q点设置偏低,在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内,晶体管b-e间电压总量vBE小于其导通电压(开启电压),BJT截止。因此基极电流ib将产生底部失真。集电极电流iC和集电极电阻Rc上电压的波形必然会随之产生同样的失真,从而导致vo波形产生顶部失真。这种由于BJT进入截止区工作而产生的失真称为截止失真。 

二、输出电压最大不失真动态范围的确定

应当指出,截止失真和饱和失真都是比较极端的情况。实际上,在输入信号的整个周期内,即使晶体管始终工作在放大区域,也会因为输入特性和输出特性的非线性而使输出波形产生失真,只不过当输入信号幅值较小时,这种失真非常小,可忽略不计而已。

如果将晶体管的特性理想化,即认为在管压降总量vCE最小值大于饱和管压降VCES(即管子不饱和),且基极电流总量iB的最小值大于0(即管子不截止)的情况下,非线性失真可忽略不计,那么就可以得出放大电路的最大不失真输出电压。对于共射极基本放大电路,从图解分析可得最大不失真输出电压的峰值,其方法是以VCE为中心,取"VCC--VCE"和"VCE--VCES"这两段距离中较小的数值。通常,最大不失真输出电压用有效值表示。为了使不失真输出电压尽可能大,应将Q点设置在放大区内交流负载线的中间部位。

关键字:放大电路

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0712/article_10548.html
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