电路基础与集成电子技术-52 基本放大电路的图解分析.ppt

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1、第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.025.2 基本放大电路的图解分析基本放大电路的图解分析5.2.1 放大电路的静态图解分析放大电路的静态图解分析5.2.2 放大电路的输出动态范围放大电路的输出动态范围第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02 放放大大电电路路的的静静态态是是指指输输入入信信号号为为零零时时的的状状态态，电电路路中中只只包包含含直直流流量量，因因此此可可以以用用放放大大电电路路的的直直流流通通路路来来分分析。具体的分析方法有计算法和图解法。析。具体的分析方法有计算法和图解法。由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能用数学表达由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能

2、用数学表达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路时可式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路时可采用图解的方法。采用图解的方法。在放大电路的输入回路，晶体管的一方，可以用晶体在放大电路的输入回路，晶体管的一方，可以用晶体管的输入特性曲线表示；外电路的一方，可以用基极回路管的输入特性曲线表示；外电路的一方，可以用基极回路直流通路的电路方程式来描述。直流通路的电路方程式来描述。在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性曲在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性曲线和输出侧直流通路的电路方程式来描述。线和输出侧直流通路的电路方程式来描述。5.2.1 放大电路的静态图解分析放大电路

3、的静态图解分析第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02 以图以图5.2.1 N沟道共源组态基本放大电路为例，输入侧和输沟道共源组态基本放大电路为例，输入侧和输出侧可分别用晶体管的特性曲线和直流通路的电路方程来描述。出侧可分别用晶体管的特性曲线和直流通路的电路方程来描述。5.2.1.1 输入回路的静态图解分析输入回路的静态图解分析图图5.2.1 共源组态基本放大电路共源组态基本放大电路 图图5.2.2 将基本放大电路分割将基本放大电路分割 为非线性和线性两部分为非线性和线性两部分 第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02 对图对图5.2.3的放大电路可根据下列方程式进行图解的

4、放大电路可根据下列方程式进行图解QUGSQIDQ 直线方程直线方程 uGS=-iDRS是是与输入特性曲线的交点与输入特性曲线的交点即是静态工作点即是静态工作点Q。由工作点由工作点Q，即可确，即可确定定UGSQ 和和IDQ。图图5.2.3 在转移特性上求工作点在转移特性上求工作点 第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02 5.2.1.2 输出回路的静态图解分析输出回路的静态图解分析图图5.2.1 共源组态基本放大电路共源组态基本放大电路 列出图列出图5.2.1放大电路放大电路输出回路线性电路的直线方程输出回路线性电路的直线方程：(5.2.1)第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010

5、.02图图5.2.4 在漏极输出特性上求工作点在漏极输出特性上求工作点 由由式式(5.2.1)在在漏极输出特性曲线上确定两个特殊点，漏极输出特性曲线上确定两个特殊点，做直线做直线AB，直线，直线AB称为称为直流负载线直流负载线。由输入特性曲线可得由输入特性曲线可得UGSQ，该条，该条输出特性曲线与直流负载线的交点即为静态工作点输出特性曲线与直流负载线的交点即为静态工作点Q。第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02综上可总结出静态图解法的要点：综上可总结出静态图解法的要点：1.由栅极输入回路，列直流通路电路方程式，例如自给偏压由栅极输入回路，列直流通路电路方程式，例如自给偏压2.UGS

6、=-IDRS2.在输入特性曲线上通过图解，求出静态工作点在输入特性曲线上通过图解，求出静态工作点Q及其对应的及其对应的UGSQ；3.由漏极输出回路，列直流通路电路方程式由漏极输出回路，列直流通路电路方程式 UDS=VDD-ID(Rd+RS)4.在漏极输出特性曲线在漏极输出特性曲线X轴及轴及Y轴上确定两个特殊点轴上确定两个特殊点 （VDD，0）和（）和（0，VDD/Rd+RS），即可画出直流负载线；），即可画出直流负载线；5.在输出特性曲线上，根据在输出特性曲线上，根据Q点可求出点可求出IDQ和和UDSQ以及以及UGSQ，这三个参数代表了放大电路的静态。求放大电路的静态工这三个参数代表了放大电路

7、的静态。求放大电路的静态工作点作点Q就是求这三个参数。就是求这三个参数。第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02 5.2.1.3 输出回路的动态图解分析输出回路的动态图解分析 当有输入信号作用在放大电路的输入端，应按交流通路进当有输入信号作用在放大电路的输入端，应按交流通路进行分析，放大电路漏极输出回路交流通路的等效负载电阻值行分析，放大电路漏极输出回路交流通路的等效负载电阻值 RLRd。将交流负载画在输出特性曲线上，即为交流负载线。交流将交流负载画在输出特性曲线上，即为交流负载线。交流负载线的斜率等于负载线的斜率等于R L=-1/RLRd辅助线辅助线第第5章基本章基本放大电路放大电

8、路 2010.02关于交流负载线可归纳如下：关于交流负载线可归纳如下：1.确定基本放大电路输出回路的交流负载电阻，对于图确定基本放大电路输出回路的交流负载电阻，对于图5.2.1所示的基本放大电路，所示的基本放大电路，RL=RLRd。2通过输出特性曲线上的通过输出特性曲线上的Q点做一直线，其斜率为点做一直线，其斜率为-1/R L，这条线即是交流负载线。这条线即是交流负载线。3交流负载线与直流负载线相交，且通过交流负载线与直流负载线相交，且通过Q点。点。4.交流负载线是有交流输入信号时，工作点交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。的运动轨迹。第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010

9、.025.2.2 放大电路的输出动态范围放大电路的输出动态范围 对放大电路的一个最基本的要求就是被放大的输出信号要对放大电路的一个最基本的要求就是被放大的输出信号要与输入信号保持线性关系。但随着输出信号幅度的增大，输出与输入信号保持线性关系。但随着输出信号幅度的增大，输出信号会出现失真。产生失真的原因是由于晶体管特性的非线性信号会出现失真。产生失真的原因是由于晶体管特性的非线性引起的失真，称为引起的失真，称为非线性失真非线性失真。5.2.2.1 饱和失真和截止失真饱和失真和截止失真UDSS第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02饱和失真饱和失真是由于放大电路动是由于放大电路动态工作时

10、，工作点进入了晶态工作时，工作点进入了晶体管输出特性的饱和区而引体管输出特性的饱和区而引起的非线性失真。起的非线性失真。截止失真截止失真是由于放大电路动是由于放大电路动态工作时，工作点进入了晶态工作时，工作点进入了晶体管输出特性的截止区而引体管输出特性的截止区而引起的非线性失真。起的非线性失真。注意：以上示波器波形图适合于注意：以上示波器波形图适合于N沟道场效应管放大电路。沟道场效应管放大电路。第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02到截止区的到截止区的输出幅度输出幅度到饱和区的到饱和区的输出幅度输出幅度UDSSuds在截止区一侧最大幅度在截止区一侧最大幅度UdsmIdmR L=ID

11、QR L uds在饱和区一侧最大幅度在饱和区一侧最大幅度Udsm=UDSQ-UDSSUDSQ 取二者中的取二者中的较小值即为较小值即为最大不失真最大不失真输出幅度，输出幅度，或称为或称为动态动态范围范围。交流负载线交流负载线有合适的斜有合适的斜率率;工作点工作点Q居居中。中。5.2.2.2 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.025.2.2.3 非线性失真系数非线性失真系数 非线性失真的大小可以用非线性失真系数来衡量，对周期非线性失真的大小可以用非线性失真系数来衡量，对周期性非正弦信号进行谐波分析，求出谐波分量的总有效值与基波性

12、非正弦信号进行谐波分析，求出谐波分量的总有效值与基波分量之比，即为分量之比，即为非线性失真系数，常用非线性失真系数，常用THD表示表示式中式中U1为基波有效值，为基波有效值，U2、U3为各次谐波有效值。为各次谐波有效值。第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.025.2.2.4 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 放大电路向电阻放大电路向电阻性负载提供的输出功性负载提供的输出功率可用下式求得率可用下式求得 在输出特性曲线上输出功率正好是三角形在输出特性曲线上输出功率正好是三角形 ABQ的面积，的面积，这一三角形称为这一三角形称为功率三角形功率三角形。要想。要想Po大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面积大，即必须使面积大，即必须使 Uom 和和Iom 都要大。都要大。第第5章基本章基本放大电路放大电路 2010.02