放大电路的分析方法

在放大电路中，电容C1、C2起交流耦合和隔直作用，根据阻抗特性，电容C1、C2对直流信号认为是开路，而电容C1、C2和直流电源Vcc对交流信号则可以认为是短路的，所以在交流通路中Rb和Rc都是连接到地的。

由此我们可以将放大电路分为直流通路、交流通路来分别进行静态和动态分析。

                     

                                 阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路

一、静态分析（无输入交流信号）

1、计算法

根据图所示的直流通路，可以确定放大电路的静态值（交流信号为零时的一组电路参数），通常称为静态工作点（Q），计算公式如下（对NPN管一般取U_BE =0.6V）：

I_B = （Vcc － 0.6 ) / R_b

Ic = β x I_B

U_CE = Vcc – Ic x Rc

(反映Ic和U_CE关系的直线方程，称为直流负载线)

2、图解法

                             图解法求解静态工作点       

图所示为利用图解法求解静态工作点，图中直流负载线与三极管的某条（由IB确定）输出特性曲线的交点Q，即为放大电路的静态工作点，由图中交点投影可近似求出一组放大电路的静态值参数。

二、动态分析（有输入交流信号）

1、图解法

直流负载线反映静态时电流Ic和电压UCE的变化关系，根据直流通路分析，其斜率仅与电阻Rc有关。交流负载线则反映动态时电流ic和电压uCE的变化关系，根据交流通路分析，其斜率不仅与电阻Rc有关，还和与其并联的负载电阻RL有关，所以交流负载线比直流负载线要陡直一些。而且当输入电流为零时，放大电路仍应工作在静态工作点Q，可见交流负载线也要通过Q点。

                                       

                直流负载线和交流负载线    

                                 基本共射放大电路 

反映了基本共射放大电路的

各电路参数的波形及其与三极管输入输出特性的关系，可以帮助我们更好地了解放大电路的工作特性。由上图可知，放大后的输出信号uo与输入信号ui反相。

为保证放大电路的动态特性，静态工作点位置应该处于负载线的中点附近，否则将可能引起输出信号的失真。

                       静态工作点下移造成输出信号出现失真                                                  

上图所示为静态工作点下移造成输出信号出现失真的情况，由于该失真是因为放大电路的工作范围进入截止区而造成的，所以称为截止失真。

静态工作点上移造成输出信号出现失真

     上图所示为静态工作点上移造成输出信号出现失真的情况，由于该失真是因为放大电路的工作范围进入饱和区而造成的，所以称为饱和失真。

此外，输入信号的幅值不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。实际上，只要静态工作点合适，在小信号放大电路中，此条件一般都能满足。

2、微变等效电路法（计算法）

根据三极管的输入输出特性可知，三极管是非线性放大元件，但当三极管工作在小信号（微变量）情况下，静态工作点附近的输入输出特性曲线就可以用直线段近似代替，这就是所谓对三极管的线性化，这样也就可以像处理线性电路那样来处理三极管放大电路。

                                                         微变等效参数的物理意义

分析图中的三极管的输入输出特性曲线，当输入信号很小时，在静态工作点附近的曲线可认为是直线，其中输入特性直线可以用电阻rbe表示 (rbe＝△Ube / △ IB) ，输出特性直线可以用电阻rce表示 (rce＝△Uce / △ Ic) 。

  由图可知，电阻rbe数值较小，其估算公式为：

r_be ≈ 200（Ω）＋（1＋β）X 26（mv） / IE（mA）。而电阻rce数值较大，如果把三极管的输出电路看作电流源， rce也就是电流源的内阻。

根据以上分析，可得出

                            

                                         三极管微变等效模型

     图所示的三极管微变等效模型，其输入端等效为输入电阻r_be，输出端等效为可控电流源，其内阻为r_ce（与电流源并联），由于r_ce称为晶体管阻值较大，所以一般可以忽略不计。

由三极管的微变等效模型和放大电路的交流通路可得出如图所示的放大电路的微变等效电路，

             据此就可以对放大电路进行动态分析，主要包括：

（1）、电压放大倍数的计算：

Au ＝ －β x ( R_L∥R_c ) / r_be    推导：

      

            式中  

             故，

    

上式中的负号表示输出电压U_O与输入电压U_i的相位相反。

当放大电路的输出端开路（未接R_L）时，

          

（2）、放大电路输入电阻的计算

r_i ＝ R_B∥r_be

一个放大电路的输入端总是与信号源（或前级放大电路）相联的，其输出端总是与负载（或后级放大电路）相联的。因此放大电路与信号源和负载之间，都是互相联系，互相影响的。

  放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻来等效替代。这个电阻是信号的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻r_i，即

              

  _{它是对交流信号而言的一个动态电阻。}

  _{如果放大电路的输入电阻较小，第一、将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二、经过信号源内阻}R_S和ri的分压，使实际加到放大电路的输入电压Ui减小，从而减小输出电压；第三、后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的输入负载，从而将会降低前级放大电路的电压放大倍数。因此通常希望放大电路的输入电阻能高一些。以图放大电路为例，其输入电阻可从它的微变等效电路计算：

       

   实际上R_B的阻值比r_be大得多，因此，这一类放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。注意：r_i和r_be意义不同，不能混淆。在电压放大倍数Au的式子中，是r_be，而不是r_i。

（3）、放大电路输出电阻的计算

r_o ≈ R_c

放大电路对负载（或后级放大电路）来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输入电阻。它是一个动态电阻。

   如果放大电路的输出电阻较大（相当于信号源的内阻较大），当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。

    放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的条件线求得。以放大电路为例，从它的微变等效电路看出，当Ui＝0，Ib＝0时，βIb和Ic也为零。共射级放大电路的输出电阻是从放大电路的输出端看见去的一个电阻。因为晶体管的输出电阻r_ce（也和衡流源βIb并联）很高，故

     

Rc一般为几千欧，因此共射级放大电路的输出电阻较高。

通常计算r_o时可将信号源短路，在输入端加一交流电压Uo,以产生一个电流I。，则放大电路的输出电阻为