詳解基本共射極放大電路及其分析方法

阿新 • • 發佈：2019-01-17

設上圖中的時變訊號 $v_{s}$ 為正弦訊號。則放大電路中的電壓或電流既含有直流成分又含有交流成分，稱為交、直流共存。分析時一般將直流和交流分開進行，即分析直流時將交流源置零，分析交流時將直流置零，總的響應是兩個單獨響應的疊加。

一、靜態（直流工作狀態 $v_{s}=0$ ）

靜態時，BJT各電極的直流電流及個電極間的直流電壓分別用 $I_{B}$ 、 $I_{C}$ 、 $V_{BE}$ 、 $V_{CE}$ 表示，這些電流、電壓的數值可用BJT特性曲線上的一個確定的點表示，該點習慣上稱為靜態工作點Q（quiescent），因此常將上述四個電量寫成 $I_{BQ}$ 、 $I_{CQ}$ 、 $V_{BEQ}$ 、 $V_{CEQ}$ 。靜態工作點可以由放大電路的直流通路（直流電流流通的路徑）用近似計演算法求得，具體步驟如下：

（1）畫出放大電路的直流通路，標出個支路電流，其中 $v_{s}=0$

。

（2）由基極-發射極迴路求 $I_{BQ}$ （或 $I_{EQ}$ ），由圖4.2.2可知

$I_{BQ}=\frac{V_{BB}-V_{BEQ}}{R_{b}}$

式中 $V_{BEQ}$ 常被認為是已知量，矽管約為（0.6~0.7）V，鍺管約為（0.2~0.3）V

（3）由BJT的電流分配關係求得

$I_{CQ}\approx \beta I_{BQ}$

（4）由集電極-發射極迴路求 $V_{CEQ}$

$V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_{c}$

例題、設上圖所示電路中 $V_{BB}=4V$ ， $V_{CC}=12V$ ， $R_{b}=220k\Omega$ ， $R_{c}=5.1k\Omega$ ， $\beta =80$ ， $V_{BEQ}=0.7V$ 。試求該電路中的 $I_{BQ}$ 、 $I_{CQ}$ 、 $V_{BEQ}$ 、 $V_{CEQ}$ ，並說明BJT的工作狀態。

解：

$I_{BQ}=\frac{V_{BB}-V_{BEQ}}{R_{b}}=\frac{4V-0.7V}{220k\Omega }=15\mu A$

$I_{CQ}\approx \beta I_{BQ}=80\times 15\mu A=1.2mA$

$V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_{c}=12V-1.2mA\times 5.1k\Omega =5.88V$

由 $V_{BEQ}=0.7V$ ， $V_{CEQ}=5.88V$ 可知，該電路中的BJT工作於發射結正偏，集電結反偏的放大區。

二、動態（ $v_{s}\neq 0$ ）

此時，BJT各極電流及電壓都將在靜態值的基礎上隨輸入訊號作相應的變化。

如果只分析放大電路的交流引數，一般要畫出交流通路。畫交流通路的原則是：

①對交流訊號，電路中內阻很小的直流電壓源（如 $V_{CC}$

等）可視為短路；內阻很大的電流源或恆流源可視為開路。

②對一定頻率範圍內的交流訊號，容量較大的電容可視為短路。

根據上述原則可畫出圖4.2.1電路的交流通路，如下圖所示。

由以上分析可知，只要在電路中設定合適的靜態工作點，並在輸入迴路加上一個能量較小的訊號，利用發射結正向電壓對各極電流的控制作用，就能將直流電源提供的能量，按輸入訊號的變化規律轉換為所需要的形式供給負載。因此，放大作用實質上是放大期間的控制作用，放大器是一種能量控制部件。

三、放大電路的分析方法

1、圖解分析法

圖解分析法就是利用BJT的伏安特性曲線及管外電路的特性，通過作圖對放大電路的靜態及動態進行分析。

1）靜態工作點的圖解分析

將圖4.2.1所示電路改畫成圖4.3.1的形式，並用虛線把電路分成三部分：輸入端的管外電路、BJT、輸出端的管外電路。

$(I_{BQ}, V_{BEQ})$ 既應在BJT的輸入特性曲線 $i_{B}=f(v_{BE})|_{v_{CE}>1V}$ 上，又應滿足外電路（由 $V_{BB}$ 、 $R_{b}$ 組成）的迴路方程，稱其為輸入直流負載線。為此，可在BJT的輸入特性曲線圖上作出這條輸入直流負載線，其交點就是所求的靜態工作點Q。

輸出迴路的求法類似，如下圖所示。

2）動態工作點的圖解分析

設圖4.3.1中的輸入訊號 $v_{s}=V_{sm}sin\omega t$ 。在 $V_{BB}$ 及 $v_{s}$ 共同作用下，輸入迴路方程變為

$v_{BE}=V_{BB}+v_{s}-i_{B}R_{b}$

經化簡可得

$i_{B}=-\frac{1}{R_{b}}v_{BE}+\frac{V_{BB}+v_{s}}{R_{b}}$

可以看到相應的輸入負載線是一組斜率為 $-\frac{1}{R_{b}}$ ，且隨 $v_{s}$ 變化而平行移動的直線。圖4.3.3a中虛線①、②是 $v_{s}=\pm V_{sm}$ 時的輸入負載線。根據它們與輸入特性曲線的相交點的移動，便可畫出 $v_{BE}$ 和 $i_{B}$ 的波形。