基本放大电路学习重点及难点分析

电压放大倍数将减小。由图可见，若Q点位置过高或过低，最大不失真输出幅度都
将减小。如果放大电路工作在大信号的情况下，工作点的动态范围比较大，为了
尽可能提高最大不失真输出幅度，应将Q点设置在交流负载线的中央，如图 2.2.4(b)
所示。
图 2.2.4 Q 点位置对最大不失真输出幅度的影响 2. 静态工作点的估算 对于任何放大电路，估算静态工作点有一个共同的原则，就是必须根据它们 的直流通路。但是，对于各种不同的放大电路，静态工作点的估算过程不完全相 同。现将几种典型的单管放大电路估算静态工作点 Q 的公式加以整理、归纳，列 在表 2-1 中。
所以直流负载线的斜率为 −1/(Rc + Re ) 。在交流通路中，电阻Re被电容Ce旁路，可视 为短路，大电容C2也可认为短路，则RL与Re并联，因此交流负载线的斜率为 −1/ R'L ， 其中 R'L = Rc // RL 。直流负载线和交流负载线见图 2.2.6(a)。
图 2.2.5(b)是一个直接耦合放大电路，这个电路中没有外接的电抗性元件，故 它的直流通路和交流通路相同，如图 2.2.6(b)所示。为了画出直流负载线，可利用 戴维宁定理将直流通路中的集电极回路进行简化，可得直流负载线方程如下：
•
大电路的各项动态性能指标讨论的对象都是变化量。例如，电压放大倍数 Au 是输出电压与输入 电压的变化量之比，而不是输出电压与输入电压的直流量之比。
(a) 单管放大电路
(b) 各极电流和电压的波形
图 2.2.1 单管共射放大电路的各极电流和电压波形
但是，静态和动态之间又有联系。所谓“动态”的变化量，是在某一特定的
各电容的容量足够大，故可以认为短路，则
•
U
i
直接加在三极管的基极和发射极之
间，U• o 从集电极和发射极之间直接引出，直流电源VCC和电容C均相当于接地，电
阻R的两端接在直流电源VCC和电容C之间，因此被短路，电阻Re被电容Ce旁路，
所以在交流通路中电阻Re和R均不存在。图 2.2.2(a)电路的直流通路和交流通路见 图 2.2.3(a)。
图 2.2.5(c)是变压器耦合放大电路。在直流通路中，忽略变压器线圈的直流电
阻后，三极管的集电极直接接到直流电源VCC，放大电路的直流通路见图 2.2.6(c)。
根据直流通路可得直流负载线方程为
uCE ≈ VCC − iC Re
直流负载线的斜率为 −1/ Re ，因为发射极电阻Re的阻值一般比较小，所以直流负载 线很陡。在交流通路中，电阻Re被电容Ce旁路，可视为短路，负载电阻RL折合到 三极管的集电极回路中成为 R'L ， R'L = (N1 / N2 )2 RL ，其中N1和N2分别是变压器一次 和二次线圈的匝数。当（N1/N2）的值较大时， R'L 将比RL大得多。交流负载线的 斜率是 −1/ R'L ，故交流负载线比直流负载线平坦，如图 2.2.6(c)所示。
基本放大电路重点、难点分析
2.2.1 静态和动态、直流通路和交流通路
1. 静态和动态
分析放大电路，一般要求解决两方面的问题，即确定放大电路的静态和动态工作情况。 静态是不加输入信号时放大电路的工作状态。分析静态就是要求确定电路的静态工作点Q， 即确定输入信号等于零时三极管的各极电流和电压，如IBQ、ICQ和UCEQ等。 动态则是指加上交流输入信号时放大电路的工作状态。在测试放大电路的各项动态性能指
Ro
和U om
等
也都与静态工作点 Q 的位置有关。所以，为了计算放大电路的电压放大倍数、输
入电阻和输出电阻等动态指标，首先要估算放大电路的静态工作点。也正因为如
此，分析放大电路的过程通常总是先静态，后动态。
2. 直流通路和交流通路
静态时讨论的对象是直流成分，而动态时讨论的对象是交流成分。但是，由
于放大电路有时存在电抗性元件，如电容、电感等，此时，直流成分和交流成分
2.2.4 微变等效电路法 1. 微变等效电路法的特点 微变等效电路法的基本思想是，当信号的变化范围很小时，可以认为三极管
电压和电流变化量之间的关系基本上是线性的。也就是说，在一个很小的变化范
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围（微变）内，三极管的输入、输出特性曲线可以近似看作是一段直线。由此出
发，可以给非线性的放大器件——三极管建立一个小信号的线性化模型，这就是
以后，使三极管基极回路得到的售为m
•
U
i
；在输出端，负载电阻RL折合到三极管
的集电极回路后成为 R'L = n2 RL 。电路的交、直流通路见图 2.2.3(b)。
在图 2.2.2(c)的电路中，画直流通路时，可将电容看作开路，电感视为短路。
画交流通路时，大电容C1、C2和C均可认为短路，而电感则需要考虑其感抗。电阻
uCE = VCC '−iC R'L
其中
VCC ' =
R + RL Rc + R + RL
VCC
R'L = Rc //(R + RL )
由此可知，直流负载线的斜率为 −1/ R'L 。由于图 2.2.6(b)的交流通路和直流通 路相同，因此，其交流负载线的斜率也是 −1/ R'L ，即这个直接耦合放大电路的交 流负载线与直流负载线重合，如图 2.2.6(b)所示。
[例 2.2.1] 画出 2.2.2 中各电路的直流通路和交流通路。设各电路中的电容均
足够大，变压器为理想变压器。
图 2.2.2 例 2.2.1 的电路
解：在图 2.2.2(a)的电路中，画直流通路时，电容C1、C2、Ce和C相当于开路，
则输入信号
•
U
i
、输出信号
•
U
o
与放大电路之间的联系被断开。在交流通路中，已知
R由于两端都接地而被短路。电路的交、直流通路见图 2.2.3(c)。
图 2.2.3 例 2.2.1 电路的直流通路和交流通路 在图 2.2.2(d)的电路中，只需将电容C1、C2和C开路，即可得到其直流通路； 而将C1、C2和C3短路，即可得到其交流通路，见图 2.2.3(d)。 2.2.2 静态工作点的设置与估算 1. 静态工作点的设置 放大电路静态工作点的设置需要考虑几个问题。 首先，从三极管的安全出发，静态工作点Q在输出特性曲线上的位置，必须处 于由集电极最大允许电流ICM、集电极和发射极之间的最大允许电压U(BR)CEO，以及 集电极最大允许耗散功率PCM等极限参数所限定的安全工作区内。 其次，从减小输出波形失真的角度考虑，静态工作点Q的位置不应过高或过低。 如果静态工作点位置过高，则Q点靠近饱和区，容易产生饱和失真，见图 2.2.4(a)。
画放大电路的微变等效电路时，只需先将其中的三极管用图 2.2.7(b)中的电路
等效，然后再画出放大电路其余部分的交流通路。
2. 微变等效电路法的应用
微变等效电路法分析的对象是微小的变化量，因而微变等效电路法只能分析
不 过 ， 此 时 集 电 极 电 流 IEQ 较 大 ， 因 而 三 极 管 的 输 入 电 阻 rbe 较 小 [ 因
rbe
=
rbb'
+ (1 +
26(mV ) β)
I EQ
]，所以有可能获得较大的电压放大倍数（
•
Au
=
−
βR'L rbe
）。如果
静态工作点的位置过低，如图 2.2.4(c)所示，则比较容易产生截止失真，且 rbe 增大，
“静态”的基础上变化的。由图 2.2.1(b)可见，三极管的电流和电压都是在一个静
态值的基础上叠加一个变化量，即在某一个直流量的上面“驮”一个交流量。由
于三极管是非线性器件，它的各项动态参数如 β 、 rbe 等都将随着静态工作点位置
的不同而有所变化，因此，放大电路的各项动态性能指标如
•
Au
、
Ri
、
I CQ ≈ I EQ ≈ (1 + β)I BQ
U CEQ = VCC − I EQ Re
当U BEQ << U BQ ，且 I B << I E 时，
I CQ
≈
I EQ
=
U BQ
− U BEQ Re
≈ 1 ⋅ Rb1VCC Re Rb1 + Rb2
I BQ
≈
I CQ β
U CEQ ≈ VCC − I CQ (Rc + Re )
•
标时，通常在输入端加上一个适当频率和幅度的正弦波信号U i 。分析动态就是研究在这样的正
•
弦波输入信号作用下，放大电路的电压放大倍数 Au 、输入电阻 Ri 、输出电阻 Ro 以及最大输出 幅度U om 等。
放大电路的静态和动态之间既有区别又有联系。静态和动态的主要区别在于：静态时，交
•
流输入信号U i =0，电路中只有直流电源（例如VCC）起作用，因此三极管各极的静态电流和静 态电压如IBQ、ICQ和UCEQ等都是直流量；而在动态时，由于输入端加上了交流正弦信号，使三极 管各极的电流和电压在原来直流量的基础上再叠加一个交流成分，形成交直流并存的现象。例 如图 2.2.1(a)中的单管放大电路，各极电流和电压的波形如图 2.2.1(b)所示。但要注意一点，放
电路名称
单管放射 放大电路
分压式 工作点 稳定电路
共集电极 放大电路
共基极 放大电路
表 2-1 几种典型放大电路静态工作点的估算公式
电路原理图
静态工作点估算公式
I BQ
=
VCC
− U BEQ Rb
硅管: | U BEQ |= (0.6 ~ 0.8)V
锗管: | U BEQ |= (0.1 ~ 0.3)V
图 2.2.5 例 2.2.2 电路 解：为了得到各电路的直流负载线和交流负载线，首先必须分别画出它们的
直流通路和交流通路，如图 2.2.6 所示。 在图 2.2.6(a)中，由直流通路可得
图 2.2.6 例 2.2.2 的交直流通路和交直流负载线
uCE = VCC − iC Rc − iE Re ≈ VCC − iC (Rc + Re )
I CQ ≈βI BQ
U CEQ = VCC − I CQ Rc
当 I R >> I B 时，
U BQ
≈
Rb1 Rb1 + Rb2
VCC
I CQ
≈
I EQ
=
U BQ
− U BEQ Re
U CEQ ≈ VCC − I CQ (Rc + Re )
I BQ
≈
I CQ β
I BQ
=
VCC − U BEQ Rb + (1 + β)Re
2.2.3 图解法 1. 图解法的特点 图解法是放大电路的的分析方法之一。它的指导思想是，针对放大器件的特 性曲线为非线性的实际情况，在特性曲线上通过作图的方法求解。图解法的具体 做法是，首先从适当的地方将放大电路断开，划分成为线性和非线性两个部分； 然后分别画出两部分的伏安特性，则二者的交点（称为工作点）就决定了放大电 路的工作状态。放大电路的非线性部分通常是双极型三极管或场效应三极管，它 们的特性曲线是非线性的。而外电路部分一般由直流电源、电阻等线性元件组成， 它们的伏安特性用图形来表示时成为一条直线，称为负载线。 2. 图解法的应用 利用图解法分析放大电路时，既能分析静态，又能分析动态。 分析静态时，应根据放大电路的直流通路画出外电路的伏安特性，称为交流 负载线。可以证明，交流负载线与直流负载线相交于静态工作点 Q。而分析放大 电路的动态工作情况，如估算放大倍数、分析非线性失真以及估算最大不失真输 出幅度等必须根据交流负载线。 [例 2.2.2] 试用图解法画出图 2.2.5 中各电路的直流负载线和交流负载线。假 设电路中的电容均足够大，变压器为理想变压器。
在图 2.2.2(b)的电路中，对于直流通路，电容Cb和Ce相当于开路；理想变压器
线圈的阻抗可以忽略，故三极管的集电极负载电阻为零，而且，变压器不能传递
直流信号，因此
•
U
i
、U•
o
也与放大器断开。在交流通路中，变压器可以传递交流信
号，假设输入、输出变压器的变化分别为
1∶m和n∶1，则输入信号
•
U
i
经过变压器
的通路将有所不同。在直流通路中，电容可以看作开路，电感可以看作短路。而
在交流通路中，电容呈现为一个容抗1/ jωC ，当电容足够大时，可以近似认为短路；
电感呈现为一个感抗 jωL ；理想电压源可以认为短路，理想电流源可认为开路等。
总之，分析静态应该根据放大电路的直流通路，分析动态应该根据放大电路
的交流通路。
微变等效电路。利用微变等效电路，即可将包含非线性放大器件的电路转化成为
大家比较熟悉的线性电路。
双极型三极管的简化的 h 参数等效电路如图 2.2.7 所示：基极回路成为一个等
效电阻 rbe ，集电极回路则是一个电流源 βΔiB ，这是一个受控源，体现了基极电流 对集电极电流的控制作用。
图 2.2.7 BJT 的简化 h 参数等效电路