第21讲 三极管放大电路的静态分析

信号ui从基极到发射极之间加入，那么这个交流信号就叠加在原来 的静态量UBE的基础上，我们用数学式来表示（字母的大小表示要 注意）：
假设输入信号ui是一个正弦量
也就是说这个电压的最大值是0.02V,接下来我们用图解的方法进行 动态分析。
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晶体管的输入特性
Ui是一个峰值为0.02V的正弦电压，以UBE为基础，正半周的时候沿 着正向增加0.02V,然后回到原来的UBE点，到负半周反向变化0.02V， 这时像坐标原点方向变化，再回到UBE这一点。这样在加入输入信 号以后，UBE的动态范围就在两条虚线之间所确定的范围。反映到 输入特性曲线上，就是Q随着输入信号的变化正半周上移到某一点 Q1，负半周下移到Q2，因此UBE的动态变化范围就对应Q1和Q2这个 变化范围。
iB也是直流和交流共存的，静态值IB 叠加了一个信号的交流量ib， ib变化 同样引起iC的变化。
uCE是静态值UCE叠加了一个信号的 交流量uce， uCE既有直流也有交流， 电流经过电容，直流被隔断，交流被 输出，就得到uo 注：uo和ui的输出相位不同！！！
总结 （2）uo和ui的相位相反
解释：uCE=UCC-iCRC
从整体上电路要满足这个方程，我们如果用图解法求解，就应该画 出这个方程所代表的曲线。通过数学我们知道，这条曲线是一条直 线，我们就在输出特性曲线上画出这条直线。通常最简便的就是通 过截距来画。
它在横轴上的电压UCE=6V，在纵轴上的电流IC=3μA。和我们前面 的估算结果是一致的。这样我们用作图的方法确定了静态工作点， 也说明我们前面通过解析估算的IB、IC、UCE是对应了输入和输出特 性曲线上的确定点，就是对应了静态工作点。以上我们通过两种方 法确定了放大器静态工作的情况，下面我们进行动态分析。
小结如下：
我们用这种方式总结表示了输入信号以后，有关电量、电流、电压 的动态变化范围，通过以上分析，我们知道iC也是交流和直流共存 的，用式子表示为：iC=IC+ic
uCE=UCE+uce
总结 （1）放大电路是交直流共存电路，交流量叠加在直流量上。
总结
ui是输入信号，正弦波，加入输入信 号后，就叠加在发射结静态量的基础 上。从而引起了iB的变化。
我们对基本放大电路提出了两点的要求： （1）要放大输入信号（Au高） （2）信号波形不失真
我们以上的分析，由于静态工作点选在了特性曲线的线性部分的中 部，信号输入以后都是在特性曲线的线性部分工作，因此波形基本 上是不失真的。但是如果我们的工作点选择的不合适，就可能使得 信号输入以后，在特性曲线的非线性部分工作，这样就产生了失真。 这种失真我们称之为非线性失真。
晶体管的输出特性曲线 1. 确定静态工作点Q（要满足输出特性曲线+KVL所对应的直流负 载线）
2.Q点在纵轴上的3mA对应的是IC的静态值，在横轴上的6V对应的 是UCE的静态值。
动态分析加入了交流信号，交流信号产生了哪些变化呢？我们在输 入特性曲线上进行图解分析可以知道在IB=30μA的静态值上，增加 了一个变化分量。这个变化分量的变化范围是多少呢？
非线性失真举例：
第二个图是管子的输入特性曲线，我们选择Q作为静态工作点，偏 低。假设输入信号是一个正弦信号，那么它的正半周还可以进入特 性曲线的线性部分，反映到ib还可以看到信号的放大。反映到负半 周，进入特性曲线的弯曲部分，甚至进入死区。反映到ib的波形上， 负半周直接就变平了，信号严重失真。
下面我们看一下各变量的动态变化范围：
这些动态变化范围在加上时间轴以后，就可以用波形来表示出了它 们的变化规律。显然，iB也是交流和直流共存的，用式子可以表示 为：iB=IB+ib
以上我们在输入特性上分析了iB变化的规律，在输入信号以后， 集电极电流iC,集电极到发射极之间的电压uCE它们的变化规律如何 呢？----我们通过在输出特性上进行图解分析。
电工学（少学时）
主讲：王辉
成都大学 工业制造学院
第 9 章 基本放大电路 9.3 放大电路的静态分析---图解法
已知：UCC=12V,β=100,RC=2kΩ, RB=370kΩ，求静态工作点.
这个例题就是单电源的放大作用，得到的主要数据如上图所示。这 个数据后面我们要用到。这个就是静态计算的估算法。
晶体管的输出特性曲线 这是一个特性曲线组。每条特性曲线的不同就是IB不同，可以看出 IB从10到50μA所对应的输出特性曲线。我们上面举的那个例题，哪 一个是对应的静态工作点呢？？IB=30μA，显然静态工作点应该对 应IB=30μA所对应的这条输出特性曲线上。
那么怎么来确定这一点呢？就晶体管的特性来讲，IC和UCE应该满 足输出特性曲线的要求，具体来说就是30μA所对应的这条输出特性 曲线，这是第一个要满足的。对于整个电路来看，各部分电压之间 应该符合KVL,我们由KVL可以列出：
放大电路在加入了被放大信号以后，晶体管电路就是一个交直流共 存的电路。它的各个极的电流和极间电压，就既包含有直流分量又 包含有交流分量。我们为了今后分析的方便，我们把各个电压、电 流的表示方法列成下表：
直流分量：大写字母+大写下标 交流分量：小写字母+小写下标 交流分量的有效值：大写字母+小写下标 交流分量的最大值：大写字母+小写下标+m 总的电流既包含直流也包含交流：小写字母+大写下标 所表示的关系式：总量=静态值+交流分量的瞬时值 下面我们开始讲动态分析。
（3）通过电路，可以求得电压放大倍数 数值上等于输出电压的有效值与输入电压的有效值的比值，还等于 输出信号的幅值与输入信号的幅值的比值。
总结
这样我们就得到了这个电路的电压放大倍数为100. 用图解法求解电路的动态分析就讲到这里，接下来我们讲一下非线 性失真。
非线性失真：由特性曲线的非线性所引起的失真。
IB正半周最大40μA，负半周减小到最小20μA,这时工作点就发生了 变化，偏离了Q而移动。那么它的偏移规律是怎样的呢？
交流信号输入了，IB变化了，静态工作点偏移出去。这个偏移变化 的轨迹一定会沿着直流负载线变化。那么IB在20-40的范围内变化， 这时可以知道IC 的动态变化范围就从2-4之间的交变变化。由于在 放大的这部分是线性变化的，信号交变量 ic也是随时间作正弦规律 变化，跟输入信号的波形是一致的。我们加上一个时间坐标轴，这 样iC的变化规律也可以表示出来了。
晶体管的输入特性
Q对应的IB是30μA,Q1对应的是40μA，Q2对应的是20μA. 显然当输入信号Ui以0.02交变的时候，静态工作点在Q1到Q2之间变 化，对应的IB就从30μA变化到40μA，再返回到20 μA，最后再返回 到30 μA。电流的变化范围就从40μA到20μA动态变化。
我们怎么表示它们按照正弦随时间变化的规律呢？纵轴是20、30、 40，横轴是时间t。静态IB是图中30所对应的直线，在这个基础上叠 加了变化量ib，通过分析我们知道，它的最大值是10μA,因此我们就 可以画出ib的波形，也就是让这个波形沿时间轴展开。
下面我们开始学习静态分析的第二种方法-----图解法
图解法就是利用三极管的输入特性和输出特性用作图的方法确定静 态工作点，计算出IB、IC和UCE的数值。
若我们三极管的输入输出特性都是已知的，通常都可以通过查询产 品的目录得到，以下就是我们三极管的输入特性：
晶体管的输入特性
为了确定静态工作点，我们还要估算基极电流。我们还是以刚才的 例题分析，可以知道基极电流时30μA，那么我们在纵轴上IB= 30μA 这一点，作平行于横轴的虚线，它交于输入特性于一点Q,这一点就 是输入特性曲线上的静态工作点。过Q点作垂线，对应到横轴上一 点，这一点所对应的电压就是这个时候晶体管发射极的正向电压 UBE。这个UBE大约是在0.7V左右。
第 9 章 基本放大电路 9.4 放大电路的动态分析
动态分析就是放大电路加入交流信号ui，被放大信号加入了，这时 被放大电流还有电压都在原来直流静态量的基础上增加了一个变化 量。这时放大电路就处于动态工作情况。我们对放大电路中的变化 量进行分析就是所谓的动态分析。我们从输入端开始分析，如下图 所示：