放大电路的基本分析方法

2015-2-9 08:26| 编辑:电工学习网| 查看: 20980| 评论: 0

双极型三极管或场效应管是组成放大电路的主要器件，而它们的特性曲线都是非线性的，因此，对放大电路进行定量分析时，主要矛盾在于如何处理放大器件的非线性问题。对此问题，常用的解决办法有两个：第一是图解法，这是在承认放大器件特性曲线为非线性的前提下，在放大管的特性曲线上用作图的方法求解。第二是微变等效电路法，其实质是在一个比较小的变化范围内，近似认为双极型三极管和场效应管的特性曲线是线性的，由此导出放大器件的等效电路以及相应的微变等效参数，从而将非线性的总是转化为线性问题，于是就可以利用电路原理中介绍的适用于线性电路的各种定律、定理等来对放大电路进行求解。因此，放大电路最常用的基本分析方法，就是图解法和微变等效电路法。

对一个放大电路进行定量分析时，首先要进行静态分析，即分析未加输入信号时的工作状态，估算电路中各处的直流电压和直流电流。然后进行动态分析，即分析加上交流输入信号时的工作状态，估算放大电路的各项动态技术指标，如电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大输出功率等等。分析的过程一般是先静态后动态。

静态分析讨论的对象是直流成分，动态分析讨论的对象则是交流成分。由于放大电路中存在着电抗性元件，所以直流成分的通路和交流成分的通路是不一样的。为了分别进行静态分析和动态分析，首先来分析放大电路的直流通路和交流通路有何不同。

1、直流通路和交流通路

放大电路中的电抗性元件对直流信号和交流信号呈现的阻抗是不同的。例如，电容对直流信号的阻抗是无穷大，故不允许直流信号通过；但以交流信号而言，电容容抗的大小为　　，当电容值足够大，交流信号在电容上的压降可以忽略时，可视为短路。电感对直流信号的阻抗为零，相当于短路；而对交流信号而言，感抗的大小为ωL。此外，对于理想电压源，如VCC等，由于其电压恒定不变，即电压的变化量等于零，故在交流通路中相当于短路。而理想电流源，由于其电流恒定不变，即电流的变化量等于零，故在交流通路中相当于开路，等等。

在直流通路中，隔直电容C1、C2相当于开路。在交流通路中，C1、C2相当于短路，此外，集电极直流电源VCC也被短路。于是可得单管共射放大电路的直流通路和交流通路分别如下图（a）和（b）所示。

根据放大电路的直流通路和交流通路，即可分别进行静态分析和动态分析。分析时，除了图解法和微变等效电路法以外，有时也采用一些简单实用的近似估算法。例如，常常根据直流通路，对放大电路的静态工作情况进行近似估算。
　2、静态工作点的近似估算

当外加输入信号为零，在直流电源VCC的作用下，三极管的基极回路和集电极回路均存在直流电流和直流电压，这些直流电流和电压在三极管的输入、输出特性上各自对应一个点，称为静态工作点。静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用符号IBQ、UBEQ表示，集电极电流、集电极与发射极之间的电压则用ICQ、UCEQ表示。

可求得单管共射放大电路的静态基极电流为

(1)

由三极管的输入特性可知，UBEQ的变化范围很小，可近似认为

硅管　　UBEQ=（0.6～0.8）V

锗管　　UBEQ=（0.1～0.3）V

根据以上近似值，若给定VCC和Rb，即可由式（1）估算IBQ。

已知三极管的集电极电流与基极电流之间存在关系IC≈βIB,且β≈　，故可得静态集电极电流为

(3)

然后由图1(a)的直流通路可得

CEQ=VCC-ICQRC (4)

至此，静态工作点的有关电流、电压均已估算得到

3、图解法

图解分析动态

以下根据放大电路的交流通路，来分析它的动态工作情况。现将上图（b）中交流通路的输出回路重画于下图中。因为讨论的是动态，故图中的集电极电流和集电极电压分别用变化量△iC和△uCE表示。

交流通路外电路的伏安特性称为交流负载线。由图可见，交流通路的外电路包括两个电阻RC和RL的并联。现用R‘L表示RC与RL并联后得到的阻值，即

R‘L＝RC‖RL。因此，交流负载线的斜率将与直流负载线不同，不是－1/Rc，而是－1/RL’。由于R‘L小于RC，因此，通常交流负载线比直流负载线更陡。

通过分析还可以知道，交流负载线一定通过静态工作点Q。因为当外加输入电压UI的瞬时值等于零时，如果不考虑电容C1和C2的作用，可认为放大电路相当于静态的情况，则此时放大电路的工作点既在交流负载线上，又在静态工作点Q上，即交流负载必定经过Q点。因此，只要通过Q点作一条斜率为－1/RL’　　的直线，即可得到交流负载线，

4、微变等效电路法

单管共射放大电路的微变等效电路图