放大电路分析方法
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求IB，在输入特性曲线上找到Q点，vBE=VBE+vi，iB= IB+ib， 根据vi的波形对应画出vBE和iB的波形图。
（2）在输出特性曲线上作输出负载线，求iC及vCE的波形
根据iB的波形可画出对应的iC和vCE的波形。交流量vce的波形 就是输出电压vo的波形。
（3）求电压增益
根据定义，
uo v om Au ui v im
(h11e,h12e)
(h21e,h22e)
uBE UCEQ : 输出端交流短路时的输入电阻，单位为 hie i B 欧姆（Ω ）； uBE IBQ : 输入端交流开路时的反向电压传输比（无 hre uCE 量纲）； iC UCEQ : 输出端交流短路时的正向电流传输比或电 hfe i B 流放大系数（无量纲）； iC IBQ : 输入端交流开路时的输出电导，单位为西 hoe uCE 35 门子（S）；
20
a).选择合适静态工作点
iC ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
21
最大不失真输出电压Uom ： BJT临界饱和电压UCES :Si管为0.3V, Ge管为0.1V。 Uom的取值方法为：以Q点为基准，取(UCEQ － UCES)和 (ICQ·RC// RL )中较小值。为获得最大Uom ，一般将 Q点取在交流负载线的中点。
§2-3 放大电路的分析方法
图解法
静态分析 估算法 图解法
放大 电路 分析
动态分析
微变等效电路法 计算机仿真*
1
一. 直流通道和交流通道
在放大电路中直流信号和交流信号是同时存在 的，为了分析研究方便，将两种信号对电路的作用 分开讨论，即分为直流通路和交流通路。
直流通路:在直流电源作用下直流电流流过的通路， 即静态电流通路。主要用于求解静态工作点。 直流通路的确定方法: (a)将电容开路； (b)将电感短路，忽略内阻； (c)信号源短路，保留内阻。
22
b). Q点过低，信号进入截止区
iC
放大电路产生 截止失真
输入波形 uCE
ib
uo 输出波形
23
b). Q点过高，信号进入饱和区 iC
放大电路产生 饱和失真
ib 输入波 形
uCE
输出波形
uo
24
5.图解法实用范围 图解法的特点是直观形象的反映晶体管 的工作情况，但是必须实测所用管的特性曲 线，而且用图解法进行定量分析时误差较大 。此外，晶体管的特性曲线只能反映信号频 率较低时的电压、电流关系，而不反映信号 频率较高时，极间电容产生的影响。因此， 图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而 工作频率不太高时的情况。实用中多用于分 析Q点位置、最大不失真输出电压Uom 和失真 情况。
（1）
（2）
34
两式中duBE, duCE, diB, diC表示无限小的信号增量，假 定在小信号作用下电流、电压的变化没有超过特性曲线 的线性区，无限小信号增量可以用有限增量代替，即可 用电压、电流的交流分量代替，则上式可写为：
ube hie ib hre uce ic hfe ib hoe uce
下面介绍常用的线性等效模型，使我们能简化 对放大电路的分析，应注意各种模型的使用范围和 条件。
29
1.直流模型
在对共射极放大电路求解Q 而在输出特性中，由于 点时，一般将UBEQ取固定值0.7V IC≈βIB，说明仅决定于IB，而与 或0.2V，即认为UBE可等效为一个 UCEQ无关，所以其特性曲线可近 直流恒压源，这样就可将输入特 似看成一平行于UCEQ的直线，如 性折线化，如图(a)； 图 (b)； 这样就可以将BJT等效为直 流模型如图(c) ，理想二极管规 定了电流的方向。
直流 负载线
UCE VCC
16
b)、交流负载线
交流通路下负载的VAR关系曲线。
ic
uce
ui RB RC RL
uo
ic 1 uce RL
交流通路
其中：
RL RL // RC
17
该直线具有两个特征： ①当μ i=0时，BJT的ic应为ICQ , uce应为UCEQ ，即该 直线必定经过Q点； ②动态条件下ic对uce的斜率为-1/RL’，满足关系式
式中负号示表示输出信号电压与输入信号电压的相位相反。
15
3. 直流负载线和交流负载线
a)、直流负载线
直流通路下负载的VAR关系曲线。
+VCC RB RC IC UCE
1. 三极管的输出特性。 2. UCE=VCC–ICRC 。 与输出 V C C IC 特性的 RC 交点就 是Q点
Q IB
直流通路
+EC
RB RC
IC UCE
I CQ I BQ I CEO I BQ
U CEQ EC I CQ RC
直流通路
32
2.小信号模型
如果放大电路的输入信号电压很小，就可以把BJT 在小范围内的特性曲线近似用直线代替，从而把BJT 当成线性元件来处理，这就是小信号建模的指导思 想。
10
2、用图解法进行动态分析
当பைடு நூலகம்入输入信号△μ i≠0时， 输入回路方程为：
该直线与横轴交点为(V ＋△u ,０), 与纵轴交点为(０ , V ＋△u /R ),斜 率仍为-1/Rb。
BB
i
UBB＋△ui-IBRb =UBE
BB
i
b
根据给定的△ui作输入负载线， 其与输入特性曲线交点便是 在△ui作用下IB的变化量△ib
显然方程(1)为一直线方程， 称为输入负载线；方程(2)为 指数曲线。
U BE UT
9
应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为：
VCC- IC RC = UCE
在放大回路中可测量出iC/uCE座标系中在不同IB下的 关系曲线, 上述直线方程与输出关系曲线在IB = IBQ时 的交点值即为ICQ、UCEQ。 上述直线方程对应的直 线即为输出负载线，也 称直流负载线。
7
1、用图解法确定Q点
以基本共射放大电路为例，用虚线将图分为三部 分，输入回路、放大回路和输出回路。
8
电路静态时，△ui=0，输入回路电路方程为：
U BB I B Rb U BE (1) I B I S ( e 1 )(2) 采用作图方法在iB / uBE 坐标系内分别作出曲线，其 交点即为IBQ、UBEQ。
hie，hre，hfe，hoe称为BJT在共射极接法下的H参数， 由于四个h参数的单位量纲各不相同，故称该参数为 混合参数。。 等效模型图如下：
以上所得电路就是把 BJT线性化后的线性模 型。在分析计算时， 可以利用这个模型来 代替BJT，从而,可以 把BJT当作线性电路来 处理，使非线性复杂 电路的计算得以解决。
• Rb支路可能开路， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 • C1可能对地短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。
27
作业：看懂“图解分析法” 预习“等效电路分析法”
28
三. 微变等效电路分析法
由于放大电路中BJT是一个非线性器件，电路的 分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和定 律。如能在一定条件下，建立BJT的线性化模型， 将BJT非线性器件线性化，那么，对放大电路的分 析就迎刃而解了。从实际的BJT特性曲线可见，在 小范围内可将其非线性作线性化处理，此时，BJT 的电流、电压有线性关系存在。这样，在小信号范 围可建立BJT的线性模型了。
BJT可以看成一个有源双 口网络，该网络有输入和输出 两个端口，一般用ui、uo和i1、 i2来表示网络的特性，以这些 参数为基础产生了如Z参数法、 Y参数法、H参数法等不同的 分析方法； 其中H参数法是在低频分析中应用较广的分析方法。
33
（1）BJT的H参数小信号模型
BJT在共射极电路的输入回 路和输出回路有关系式：
11
在输出回路中找到IB = IBQ + △ ib的一条特性曲线，输出 负载线与该曲线的交点为 (UCEQ- △uCE， ICQ＋ △ic)， 由此得到的△uCE即为输出 电压变化量。 则电压放大倍数Au应为
u u A u u
o i u
CE i
12
由图解分析可看出： 当△ui＞０时,△ib＞０, △ic＞０,而△uCE＜０; 当△ui＜０时, △ib＜０, △ic＜０,而△uCE＞０; 由此得知输出电压的变化与输入电压的变化是反相 的。
该模型的使用条 件为：BJT工作在直 流静态的放大状态， 且: UBE＞Uon UCE≥UBE
30
用直流模型估算Q点
+EC （1）根据输入回路估算IBQ
RB
RC
I BQ
IB
EC U BEQ RB
EC 0.7 RB
UBE
直流通路
RB称为偏置电阻，IB称为偏 置电流。
31
（2）根据输出回路估算UCEQ、ICQ
uBE ＝ƒ (iB, uCE) … … … ① iC ＝ƒ (iB, uCE) ………②
设BJT在小信号下工作，对上两式取全微分，得
uBE uBE duBE diB duCE UCEQ I BQ i B uCE i C i C diC di B duCE UCEQ I BQ i B uCE
RL
VC C RC
iC
交流负载线 直流负载线 Q IB
VCC
uCE
U CEQ I CQ R＇ L
对直接耦合放大电路，直流负载线和交流负 载线重合[斜率均为－1/ (RC// RL )]，而阻容耦 合放大电路只有在空载时两条负载线才重合。
19
4、用图解法分析放大电路的非线性失真
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入 信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出 信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线 性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截 止区或饱和区，则造成非线性失真。 下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为 空载(RL=)。
1 1 ice ＇ uce I CQ ＇ U CEQ RL RL
这样在输出回路特性曲线中通过Q点和所作的一 条斜率为－1/ (RC// RL)的直线就为交流负载线。
18
交流负载线的作法
过Q点作一条直线，与横 坐标交点为（UCEQ+ICQRL’， 0），该直线即为交流负 载线，斜率为： 1
3
利用上述原则，直接耦合和阻容耦合共射放大电路 的直、交流通路分别为:
4
RC耦合共射放大电路 +EC RB C1 RC T C2 RB 开路 直流通道 +EC
RC
开路
5
对交流信号(输入信号ui)
+EC RB C1 RC T
置零
C2
交流通路
uo
短路
ui
短路
RB
RC RL
6
二. 图解分析法
在已知放大管的输入、输出特性曲线和元件其 他参数条件下，采用作图方法对放大电路进行 分析的方法称为图解分析法。 在静态工作情况下，可以用估算法进行Q点估 算，也可用图解法确定。
25
1. 试分析下列问题：
（1）增大Rc时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？ （2）增大Rb时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？ （3）减小VCC时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？ （4）减小RL时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？
iC VCC Rc VCC VCC Rc R
c
共射极放大电路
另外可从图中看出，改变Rb可使Q点产生移动， 使△ib 、△ic、△uCE及Au发生改变。同样改变RC也可 使Au改变，但不改变Q点的位置。
13
如果输入信号△ui为正弦信号vi时，在输出回路得到 一幅值放大、变化反相的正弦信号vo 。
14
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
ICQ ICQ
Q
Q Q Q
1 1 斜率 斜率 Rc Rc IBQ Q IBQ IBQ vCE
26
VCEQ
VCC VCEQ VCEQVCEQ
VCC
2. 放大电路如图所示。当测得 BJT的VCE 接近VCC的值时，问 管子处于什么工作状态？可能 的故障原因有哪些？
共射极放大电路
答： 截止状态
故障原因可能有：
2
交流通路:在输入信号作用下交流电流流过的通路， 即动态电流通路。主要用于确定放大电路的动态参 数。 交流通路的确定方法: (a)将电容视为短路； (b)将电感视为开路； (c)将直流电源视为短路。(小内阻)
信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。 在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的 原则，求解静态工作点Q时应用直流通路，求解动 态参数时应用交流通路，两种通路必须分清，不可 混淆。
（2）在输出特性曲线上作输出负载线，求iC及vCE的波形
根据iB的波形可画出对应的iC和vCE的波形。交流量vce的波形 就是输出电压vo的波形。
（3）求电压增益
根据定义，
uo v om Au ui v im
(h11e,h12e)
(h21e,h22e)
uBE UCEQ : 输出端交流短路时的输入电阻，单位为 hie i B 欧姆（Ω ）； uBE IBQ : 输入端交流开路时的反向电压传输比（无 hre uCE 量纲）； iC UCEQ : 输出端交流短路时的正向电流传输比或电 hfe i B 流放大系数（无量纲）； iC IBQ : 输入端交流开路时的输出电导，单位为西 hoe uCE 35 门子（S）；
20
a).选择合适静态工作点
iC ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
21
最大不失真输出电压Uom ： BJT临界饱和电压UCES :Si管为0.3V, Ge管为0.1V。 Uom的取值方法为：以Q点为基准，取(UCEQ － UCES)和 (ICQ·RC// RL )中较小值。为获得最大Uom ，一般将 Q点取在交流负载线的中点。
§2-3 放大电路的分析方法
图解法
静态分析 估算法 图解法
放大 电路 分析
动态分析
微变等效电路法 计算机仿真*
1
一. 直流通道和交流通道
在放大电路中直流信号和交流信号是同时存在 的，为了分析研究方便，将两种信号对电路的作用 分开讨论，即分为直流通路和交流通路。
直流通路:在直流电源作用下直流电流流过的通路， 即静态电流通路。主要用于求解静态工作点。 直流通路的确定方法: (a)将电容开路； (b)将电感短路，忽略内阻； (c)信号源短路，保留内阻。
22
b). Q点过低，信号进入截止区
iC
放大电路产生 截止失真
输入波形 uCE
ib
uo 输出波形
23
b). Q点过高，信号进入饱和区 iC
放大电路产生 饱和失真
ib 输入波 形
uCE
输出波形
uo
24
5.图解法实用范围 图解法的特点是直观形象的反映晶体管 的工作情况，但是必须实测所用管的特性曲 线，而且用图解法进行定量分析时误差较大 。此外，晶体管的特性曲线只能反映信号频 率较低时的电压、电流关系，而不反映信号 频率较高时，极间电容产生的影响。因此， 图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而 工作频率不太高时的情况。实用中多用于分 析Q点位置、最大不失真输出电压Uom 和失真 情况。
（1）
（2）
34
两式中duBE, duCE, diB, diC表示无限小的信号增量，假 定在小信号作用下电流、电压的变化没有超过特性曲线 的线性区，无限小信号增量可以用有限增量代替，即可 用电压、电流的交流分量代替，则上式可写为：
ube hie ib hre uce ic hfe ib hoe uce
下面介绍常用的线性等效模型，使我们能简化 对放大电路的分析，应注意各种模型的使用范围和 条件。
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1.直流模型
在对共射极放大电路求解Q 而在输出特性中，由于 点时，一般将UBEQ取固定值0.7V IC≈βIB，说明仅决定于IB，而与 或0.2V，即认为UBE可等效为一个 UCEQ无关，所以其特性曲线可近 直流恒压源，这样就可将输入特 似看成一平行于UCEQ的直线，如 性折线化，如图(a)； 图 (b)； 这样就可以将BJT等效为直 流模型如图(c) ，理想二极管规 定了电流的方向。
直流 负载线
UCE VCC
16
b)、交流负载线
交流通路下负载的VAR关系曲线。
ic
uce
ui RB RC RL
uo
ic 1 uce RL
交流通路
其中：
RL RL // RC
17
该直线具有两个特征： ①当μ i=0时，BJT的ic应为ICQ , uce应为UCEQ ，即该 直线必定经过Q点； ②动态条件下ic对uce的斜率为-1/RL’，满足关系式
式中负号示表示输出信号电压与输入信号电压的相位相反。
15
3. 直流负载线和交流负载线
a)、直流负载线
直流通路下负载的VAR关系曲线。
+VCC RB RC IC UCE
1. 三极管的输出特性。 2. UCE=VCC–ICRC 。 与输出 V C C IC 特性的 RC 交点就 是Q点
Q IB
直流通路
+EC
RB RC
IC UCE
I CQ I BQ I CEO I BQ
U CEQ EC I CQ RC
直流通路
32
2.小信号模型
如果放大电路的输入信号电压很小，就可以把BJT 在小范围内的特性曲线近似用直线代替，从而把BJT 当成线性元件来处理，这就是小信号建模的指导思 想。
10
2、用图解法进行动态分析
当பைடு நூலகம்入输入信号△μ i≠0时， 输入回路方程为：
该直线与横轴交点为(V ＋△u ,０), 与纵轴交点为(０ , V ＋△u /R ),斜 率仍为-1/Rb。
BB
i
UBB＋△ui-IBRb =UBE
BB
i
b
根据给定的△ui作输入负载线， 其与输入特性曲线交点便是 在△ui作用下IB的变化量△ib
显然方程(1)为一直线方程， 称为输入负载线；方程(2)为 指数曲线。
U BE UT
9
应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为：
VCC- IC RC = UCE
在放大回路中可测量出iC/uCE座标系中在不同IB下的 关系曲线, 上述直线方程与输出关系曲线在IB = IBQ时 的交点值即为ICQ、UCEQ。 上述直线方程对应的直 线即为输出负载线，也 称直流负载线。
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1、用图解法确定Q点
以基本共射放大电路为例，用虚线将图分为三部 分，输入回路、放大回路和输出回路。
8
电路静态时，△ui=0，输入回路电路方程为：
U BB I B Rb U BE (1) I B I S ( e 1 )(2) 采用作图方法在iB / uBE 坐标系内分别作出曲线，其 交点即为IBQ、UBEQ。
hie，hre，hfe，hoe称为BJT在共射极接法下的H参数， 由于四个h参数的单位量纲各不相同，故称该参数为 混合参数。。 等效模型图如下：
以上所得电路就是把 BJT线性化后的线性模 型。在分析计算时， 可以利用这个模型来 代替BJT，从而,可以 把BJT当作线性电路来 处理，使非线性复杂 电路的计算得以解决。
• Rb支路可能开路， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 • C1可能对地短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。
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作业：看懂“图解分析法” 预习“等效电路分析法”
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三. 微变等效电路分析法
由于放大电路中BJT是一个非线性器件，电路的 分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和定 律。如能在一定条件下，建立BJT的线性化模型， 将BJT非线性器件线性化，那么，对放大电路的分 析就迎刃而解了。从实际的BJT特性曲线可见，在 小范围内可将其非线性作线性化处理，此时，BJT 的电流、电压有线性关系存在。这样，在小信号范 围可建立BJT的线性模型了。
BJT可以看成一个有源双 口网络，该网络有输入和输出 两个端口，一般用ui、uo和i1、 i2来表示网络的特性，以这些 参数为基础产生了如Z参数法、 Y参数法、H参数法等不同的 分析方法； 其中H参数法是在低频分析中应用较广的分析方法。
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（1）BJT的H参数小信号模型
BJT在共射极电路的输入回 路和输出回路有关系式：
11
在输出回路中找到IB = IBQ + △ ib的一条特性曲线，输出 负载线与该曲线的交点为 (UCEQ- △uCE， ICQ＋ △ic)， 由此得到的△uCE即为输出 电压变化量。 则电压放大倍数Au应为
u u A u u
o i u
CE i
12
由图解分析可看出： 当△ui＞０时,△ib＞０, △ic＞０,而△uCE＜０; 当△ui＜０时, △ib＜０, △ic＜０,而△uCE＞０; 由此得知输出电压的变化与输入电压的变化是反相 的。
该模型的使用条 件为：BJT工作在直 流静态的放大状态， 且: UBE＞Uon UCE≥UBE
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用直流模型估算Q点
+EC （1）根据输入回路估算IBQ
RB
RC
I BQ
IB
EC U BEQ RB
EC 0.7 RB
UBE
直流通路
RB称为偏置电阻，IB称为偏 置电流。
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（2）根据输出回路估算UCEQ、ICQ
uBE ＝ƒ (iB, uCE) … … … ① iC ＝ƒ (iB, uCE) ………②
设BJT在小信号下工作，对上两式取全微分，得
uBE uBE duBE diB duCE UCEQ I BQ i B uCE i C i C diC di B duCE UCEQ I BQ i B uCE
RL
VC C RC
iC
交流负载线 直流负载线 Q IB
VCC
uCE
U CEQ I CQ R＇ L
对直接耦合放大电路，直流负载线和交流负 载线重合[斜率均为－1/ (RC// RL )]，而阻容耦 合放大电路只有在空载时两条负载线才重合。
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4、用图解法分析放大电路的非线性失真
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入 信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出 信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线 性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截 止区或饱和区，则造成非线性失真。 下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为 空载(RL=)。
1 1 ice ＇ uce I CQ ＇ U CEQ RL RL
这样在输出回路特性曲线中通过Q点和所作的一 条斜率为－1/ (RC// RL)的直线就为交流负载线。
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交流负载线的作法
过Q点作一条直线，与横 坐标交点为（UCEQ+ICQRL’， 0），该直线即为交流负 载线，斜率为： 1
3
利用上述原则，直接耦合和阻容耦合共射放大电路 的直、交流通路分别为:
4
RC耦合共射放大电路 +EC RB C1 RC T C2 RB 开路 直流通道 +EC
RC
开路
5
对交流信号(输入信号ui)
+EC RB C1 RC T
置零
C2
交流通路
uo
短路
ui
短路
RB
RC RL
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二. 图解分析法
在已知放大管的输入、输出特性曲线和元件其 他参数条件下，采用作图方法对放大电路进行 分析的方法称为图解分析法。 在静态工作情况下，可以用估算法进行Q点估 算，也可用图解法确定。
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1. 试分析下列问题：
（1）增大Rc时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？ （2）增大Rb时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？ （3）减小VCC时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？ （4）减小RL时，负载线将 如何变化？Q点怎样变化？
iC VCC Rc VCC VCC Rc R
c
共射极放大电路
另外可从图中看出，改变Rb可使Q点产生移动， 使△ib 、△ic、△uCE及Au发生改变。同样改变RC也可 使Au改变，但不改变Q点的位置。
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如果输入信号△ui为正弦信号vi时，在输出回路得到 一幅值放大、变化反相的正弦信号vo 。
14
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
ICQ ICQ
Q
Q Q Q
1 1 斜率 斜率 Rc Rc IBQ Q IBQ IBQ vCE
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VCEQ
VCC VCEQ VCEQVCEQ
VCC
2. 放大电路如图所示。当测得 BJT的VCE 接近VCC的值时，问 管子处于什么工作状态？可能 的故障原因有哪些？
共射极放大电路
答： 截止状态
故障原因可能有：
2
交流通路:在输入信号作用下交流电流流过的通路， 即动态电流通路。主要用于确定放大电路的动态参 数。 交流通路的确定方法: (a)将电容视为短路； (b)将电感视为开路； (c)将直流电源视为短路。(小内阻)
信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。 在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的 原则，求解静态工作点Q时应用直流通路，求解动 态参数时应用交流通路，两种通路必须分清，不可 混淆。