利用图解法对放大电路的分析

利用图解法对放大电路的分析〔摘 要〕图解法是分析电子线路的基本方法之一, 用它分析放大电路可使我们清楚地了解放大电路的工作情况, 并能正确地找出工作点和重要的电路参数。

最后设计出正确的放大电路。

使各级工作点之同互相牵扯的直接耦台放大电路做进一步定量分析，碍以用较直观面卫简便的图解法。

它的分析方法也和阻窖耦舍放大器一样，是以器件的特性曲线为基础，用作田的方法在嚣件特性瞳线上分析放大电路的工作情况。

它的特点是髓 接反映器件的非鳙性，进而适用于大信号的丹析分析放大电路，图解法是一种比较简便直观的分析方法。

有关的书籍资料中，对阻容耦合交流放大电路图解分析有详尽介绍，但对直接耦合放大电路的图解分析几乎看不到，而直接耦台放大电路又是集成运放块—— 俗称。

万用电路”的基础，由于该电路的结构特点，使得各级工作点互相影响〔关键词〕图解法; 负载线; 负载电阻; 静态工作点图解法是分析放大电路的基础方法之一, 通过作图可以直观、全面地了解放大电路的工作情况, 使我们能在特性曲线上合理地安排工作点, 并能帮助我们理解电路参数对工作点的影响。

从而正确选择电路参数。

大致地估算动态工作范围。

现就选用“电工学基本教程”有关图解分析法可能出现的几个问题做一些探讨和说明。

传统的图解法多基于共射电路，当直接套用于互补对称功放时，会遇到一些难圆其说的问题。

本文介绍的图解法，从基本共集电路入手，讨论其一般性，然后运用于必然用到该法的互补对称功率放大电路A交流负载线由放大器交流通道来决定。

图 2 (a ) 为单管放大电路的交流图 1通路, 其负载电阻不是R l , 而是R l ′。

R l ′= R c R lR c + R l交流负载线有两个特点, 一是斜率为- 1的直线, 二是通过静态工作点Q 。

依据上述两个特点, 即可由以下方法作出交流 R l ′ 负载线:1. 1 点斜线法:在直流负载线和静态工作点已求得前提下, 过Q 点做一直线, 使它与横轴夹角为 , = tg ′1, 或它的斜率为 = - 1, 式A AR l ′ R l ′ 中 ′= 180°- , 如图 2 (b ) 所示。

其中tg =Q F= I CQ = 1AFGI CQ R l ′ R l ′1. 2 作辅助线法作斜率为- 1的辅助线, 其作法有二, 其一是在纵轴上确定M ′点。

使M ′点坐标为V lE = 0、V C =E C, 连接M M ′两点, 所得R l ′A AR l ′的辅助线与横轴夹角为:Atg ″=E C Rl′1A==tg故知该线斜率为- EC R l′1 。

R l′其二是作辅助线A B,如图 2 (c)。

设OA值代表I CQ,在横轴上找出B点,使OB代表I CQ.R l′,连接A B两点,所得直线A Bö与横轴夹角同前,故斜率为将上述两种辅助线作出后,过Q点作一平行于A B、M′M直线即为交流负载线。

此外,还可用等效电源法作出交流负载线,这里不再重述了。

2应用图解法作图时应注意坐标分度的比例关系在做交流负载线时, 正常晶体管特性曲线的横坐标单位为(V ) , 纵坐标单位为(M A ) , 则电阻单位为 K 8, 如果比例尺相同′ A 8 A R l ′°A比较方便, 即横轴和纵轴同一单位长度(例如1cm ) 分别代表 1V 电压和 1m A 电流, 则在作交流负载线时, 可先求出角, 过Q点作一与横轴夹角为的直线, 即是交流负载线。

如若横纵轴不采用同一比例尺, 如横轴用 1cm 代表 1V , 而纵轴改用 1cm 代表 0. 5m A , 则不能采用点斜线法直接作交流负载线。

例如: 如- R l = 1. 73K, E C = 12V 的放大电路, 对同一电源电压, 同一斜率( = tg- 1 1 = 30 ) 的负载线而言, 如纵轴比例尺取的不同, 如图 3 (a ) 和图 3 (b) , 就会得出两个不同的 IC 值, 此处它们一个是 4m A , 另一个就是 2m A , 这就表示在E C 和R L下, 比例尺不同, N 点所代表 IC 值也是不同的。

当工作为静态时 t对于图 1中 (a)田，RL Rk：I对于固‘b)和图 tc)，RL=Rkf+(1一 )R {。

R啪——为 T2的直流输人电阻 I陆——为的电流放大系数．晶体三设管的输入电阻是非线性的，应由输入特性曲线来表示。

考虑到三极管的输人端类似于 PN 结 t由于二极管的静态电阻 Ro是指加在二报管上的直流电压 u 与藏过管子的直液 I的比值．即 Rn—u，I。

据此，为了处理问题的方便，我们完全可以假设三极管的精人电阻特性是一条通过原点的直线，于是固 1(a)，(b)、(c)所示电路都可以简化成图 2所示电路。

再利用晶体管的输出曲线求 (1)T 管的工作状态 }~z)Rc 中的电瘴 L-及输出电流 k {(3)它们是如何随输人电流 1b的变化而变的。

其斜率 a2一‘g一。

(1 )，并可证得 MN 和 KN交于纵坐标 N点，由 KN上确定的电流和电压 u-才是 T 上的电流和压降。

r,IN与 KN所夹的阴彭部分即表示为 T：的输入电瘴 k ，也即是它们的电瘴之差值，甚～l¨为了能方便地看出 k的太小，可以在 MN上与 K点相对应的 P点，过 x 点作缴轴的平行线，交 MN与 P点，连 OP。

剜 OP上各点所表示的电流值就是本级输出电藏，这条线的斜率 a3一tg～(1／'RL)．不论 u 为何值，OP上所表示的差电流值是相等的。

(阴影部分)对于图 2所示电路，有：U 一V -Icl·R,j (1)·利用‘1)式可以在 T 的输出特性曲线上作一条负载线 M ，其作法是当 u 一。

时， =V*／R (N点)当毫o．U 一v (M 点 )，连接 M 、N两点的直线即为负载线，(不考虑 RL)，其斜率为 =tg_。

(1／R )，MN上各点和横坐标上的电压值，(如 A 点 )左边为u ，右边为 R ．上的压降 R。

．电流 L1是通过电阻R·的电流，—L+I ，为了把和 k 分开。

可以利用等效电源定理。

把圉2电路进一步简经成图4电路，12V)和 N 点 ( V ／Rd= ^)，连接 MN 就是R 负载线．以因为：RL=R +(1+e)·R．2≈3Kn，Dl,-I．E= V一K】8V，得 K 点·+连接 KN得 R负载线，再由 K点作与纵轴平行线交 MN 为 P点(也即是 U 一SV)，连 OP，得 R 负载线。

因此，可以看到=晶体营 T 的负薮线是 KN，工作时的动态范围不舍超出KK ，虽外加电压为12V，但管压降最高是 8V。

设输入电流由20 ，变化到4啡lA，剜晶体管工作状态由 A 点变化到 A 点，即 u 由5伏降到 z伏，管中的电瘴由3ⅡLA，增到6n ，R一中的电碗由 B点的4．6mA，增捌 Br点的6．轴lA，输出电巍 I 由 c 点的1．6mA，下降为 c 点的 0．在直接耦台放大电路中，常用 NPN 塑和 PNP塑，两种不同类型晶体管实现耦台，如图6所示。

这一类电路的图解法与前一类不同，它的输出电流流过晶体营电流L的一部分．简化后的电路如图7当其工作在静态时 {对于图6(a)RL=R ‘对类电路的图解法与前一类不同，它的输出电流是于图6(b)和6(c)电路：做直线 MN 使斜率为：a1= g_。

(1／R)如图8所示。

当变化时，T 的电流 L和电压 U 的变化关系就由这条绒来决定，为了求出髓 1 的变化关系用如前所述方法，根据(4)式再做一条直线 MK 其斜率为仉 n2=‘g (1／R )。

MK线上各点所代表的电流值就是输出电流 I 直线 H和直线 MK两条线所代表的电流之差图中用胡影标出，是流过 R 中的电流，即是 Ic=—kz利用图8可以清楚地看出电路的工作状态，例如：当 1 从 k．增加到 r时，在 MN 线上是由 A 点空到 B 点，L 由 L(A)增加到 IctB)4u 她由 U。

(A)降到 u (B)，输出电流由 k，增加到 R 中的电流 L 则由 I(A)一1(A )增加到 1(B)一I(B ) 相应的电藏放大倍数为：相当于前面分析过的 NPN型与 NPN型管相耦合类型中的放大级和射极跟随器相耦合状态．而前 T_管的集电极电位低于某一电位时，T：截止，L 导通，这时相当于 NPN型与 PNP 型管相耦合类型的放大级和射极跟随器相耦合状态。

因此，类似图9的电路是前面提到的两种电路的综合。

为了分析的方便，设 T 和 Ts的参数相同，线性化后的输人电阻 R 也相同，则可用一介电阻 RL来代替 T：、Ta和 Re，RL=R +(1十 p)Re，简化后的电路见图i0(a)，这时有：U 一 2V 一 Ic·R l用等效电源定理将图(a)电路简化成图10(b)-其中：发射极电位当做0电位，而在电路中是一V )斜率 al —tg (1／Re1)，用这条直线可以确定 R-中的电流的大小。

同样利用(7)式的关系作直线KH它在HO了横轴上截矩为 V +E，斜率 n2 tg (I／R)，这条线确定了流过 T 的电流 1c的大小，而和 Ic之差就是流过 R 中的电流 k。

，图中以阴影部分表示。

直线MN 和直线 KH 交点为 Q 其坐标可由 (6)式和 (7)式联立解得：2V 一 U一— 1 一．V + E— U——一当 k=1c时，得 Q点电压和电流值 U =V ，Ie=l,-一V ／R这个关系对于作图是很方便的，只要过2V 点作直线与横轴变角为 al一 g (1／Rc1)，得 MN 线，再由 V 值求出 Q 点 t过 Q 点作直线与横轴交角为 a1= g (1／R)，得 KH 线。

为了方便地看出输出电磁 1 的变化情况，可由 K 点求出 P 点，连接 PS(S点即为 V 值在横轴上的截点 )，并延长交纵轴(反方向 )上 J 点。

通过这个图解就可以清楚地看出电路的工作状态了。

Q 点所示的是 TI集电极电位为0时的状态 t此时输出电流为0，当集电扳电位高于 Q 点电压时，管千T 稚寡 OK 母卜．请时TI'士千．T 舯千 T 往持态 -T 截止，精出电流 1 流向，L 为正方向当集电极电位低于 Q 点电压时，管子工作在 QH 段上，此时小于 Ic，T：截止，L 工作，输出电流 I 流向 T 。

这个过程在 R 线上看得最清楚。

输出电流 1：以阴影部分表示。

静态工作点对放大电路性能的影响如图为基本共射放大电路的实验原理图与输出特征曲线，理论上可通过调节，或更换三极管的ＲｂＲｃ方法实现静态工作点的调整，但在实验中一般只通过调节基极静态偏置电阻（即Ｒｂ２），研究静态工作点的改变对放大电路性能的影响。