放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态时,放大电路输入的是交流微弱小信号;电路内部各电压、电流都是交直流共存的叠加量;放大电路输出的则是被放大的输入信号。求出放大电路的动态输入电阻Ri、输出电阻Ro。及电压放大倍数Au等参量的过程称为动态分析。
1.共射放大电路的动态分析
由于发射极为输入、输出回路的公共支路,因此称为共发射极组态的放大电路,如图所示。
电容Cb的作用:在交流通路中,射极电容将反馈电阻短路,则Au不受影响。
如果把射极电容Ce去掉,交流通道反馈电阻Re仍起作用,则Ie减小,Rbe增大,在负载不变情况下,电压放大倍数Au降低。
2.微变等效电路法
微变等效电路法就是在满足小信号条件下,将晶体管线性化,把放大电路等效为一个近似的线性电路,如图所示,然后应用线性电路的求解方法求出Ri、Ro、Au的方法。
一般情况下,由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。
在晶体管的微变等效电路中,Rbe是晶体管输入端的等效电阻;受控电流源相当晶体管的集电极电流。显然,微变等效电路反映了晶体管电流的“以小控大”作用。
在上图中,晶体管交流输入等效电阻:
共射电压放大器的微变等效电路如图所示。
电路交流等效输入电阻:
Ri=Rbe//Rb1//Rb2由于小信号电路有Rb1和Rb2>>Rbe,所以Ri≈Rbe。
显然交流等效输出电阻:R0=Rc电路中电压放大倍数:
电路接入负载,此时电路放大倍数:
综上所述,共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为:
式中负号反映了输出电在与输入电压的反相关系。
其中Rl'=Rc∥Rl显然,放大电路带上负载后,其电压放大倍数将降低。负载越大,Rl'等效电阻越小,放大倍数下降越多。
共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大,因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。
共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多,说明这种放大电路的带负载能力不强。
共射放大电路中含有交流反馈电阻的微变等效电路如图所示。
动态分析:
电路中加了交流反馈电阻Re后,则电路中的电压放大倍数进一步降低。
3、输入、输出电阻对放大器的影响
输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为减轻信号源负担,总希望Ri大些。另外,较大的输入电阻Ri也可降低信号源内阻Rs的影响,使放大电路获得较强的输入电压。
在共发射极放大电路中,由于Rb比Rbe大得多,Ri近似等于Rbe,一般只有几百欧姆或几千欧姆,阻值比较低,即共射放大器输入电阻不理想。
对负载而言,总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大电路输出电阻R0越小,负载电阻Rl的变化对输出电压的影响就越小,则放大电路的带负载能力就越强。
共射放大电路的输出电阻R0通常只有数千欧姆或数十千欧姆,因此共射放大器的输出电阻不理想。
电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数β、动态输入电阻Rbe及集电极电阻Rc、负载电阻Rl均有关。由计算式可看出,当Rbe和Rl一定时,Au与β成正比。共射电压放大器由于自身的特点,较广泛地应用于放大电路的输入级、中间级和输出级。
4、分析计算
例1:如图所示,设Uoc和Rc为定值,当基极电流增加时,IC能否成正比地增加?最后接近何值?此时Uce=?当基极电流减小时,Ic又如何变化?最后达到何值?这时的Uce约等于多少?
答:当Ib增加时,在放大范围内Ic=βIb,则Ic成β倍增加,最后接近饱和值,此时Uce≈1V左右;继续增加Ib,Ic与Ib不再具有β倍关系,最后接近UCC/Rc,Uce=O。当Ib减小时,在放大区范围内IC=βIb,仍能成β倍减小,最后接近0,这时Ucs≈Ucc。
例2:在下图所示电路中,各电路能否放大交流信号?为什么?
答:下图(a)不能,因Vb=Ucc,饱和失真;图140(b)不能,因VB=Ube,截止失真;图140(c)不能,因电容C1极性接反,且无反馈环路;下图(d)不能,因电源及电容的极性均接反。
例3:如下图所示,已知Ucc=12V,Rb1=20kΩ,Rb2=10kΩ,Rc=3kΩ,RE=2kΩ,Rl=3kΩ,β=50。试估算静态工作点,并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
解:(1)用估算法计算静态工作点
(2)用微变等效电路法计算电压放大倍数Au及输入、输出电阻。该电路的微变等效电路如图所示。
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