模拟电路网络课件 第十节:图解分析法

3.3.1 静态工作情况分析

放大电路的静态工作点的计算，可以用估算法估算，也可用图解法求解。

一、估算法

估算法的一般步骤如下：

1、画出放大电路的直流通路

2、根据基极回路求IB

3、由BJT的电流分配关系求IC

4、由集电极回路求VCE

下面以共射放大电路为例说明

图(a)                               图(b)

1、画出图(a)所示放大电路的直流通路：

    将如图所示共射放大电路中的电容开路， 可画出其直流通路如图(b)所示。

2、根据基极回路求IB ：

    在图(b)所示的直流通路中有

     当 时，

3、由BJT的电流分配关系求IC ： 

4、由集电极回路求VCE ：

二、图解法分析静态工作点

图解法是依据BJT的输入特性、输出特性曲线，在已知电路各参数的情况下，通过作图来分析放大电路工作情况的一种工程处理方法。用图解法确定放大电路静态工作点的步骤如下：

（1）将图(a)所示放大电路分成线性和非线性两部分

非线性部分包括非线性器件--BJT和确定其偏流的VBB和Rb，线性电路部分包括VCC和Rc的串联电路。

  图a

   图b

（2）作出电路非线性部分的V-I 特性--BJT的输出特性

由于在本电路中BJT的偏流已由VBB及Rb所确定，即IB=VBB/Rb=12V/300kW=40mA，所以vCE和iC的关系就是对应于BJT输出特性上iB=IB=40mA的一条曲线即

   （1）

（3）作出线性部分的V-I 特性----直流负载线

线性部分的电压、电流关系由下列方程所确定：

    （2）

式（2）直线方程在输出特性中与横轴和纵轴分别相交于M（12V，0mA）和 N（0V，3mA）两点，其斜率为-1/Rc。直线MN称为直流负载线。

（4）由电路的线性与非线性两部分V-I 特性的交点确定Q点

电路的线性与非线性两部分构成一个电路整体，所以在图(b)中，只有直流负载线与V-I 特性的交点Q所对应的电流电压值，才能同时满足式（1）及式（2）。由图（b)可读出：IB=40mA，IC=1.5mA，VCE=6V 　

3.3.2 图解法分析动态

一、加正弦信号的情况

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

（2）画出放大电路的交流能路，确定交流负载电阻。  

（3）在输出特性曲线上作交流负载线，求iC及vCE的波形  

（4）动态分析，确定动态输出电压范围。

下面以图1所示放大电路为例说明

（1）设放大电路输入一个正弦交流信号vi=Vimsinwt（Vim<VBE）。vi输入后，vBE=VBE+vi，iB= IB+ib。根据已求得的IB在输入特性曲线上找到Q点，并对应画出vBE和iB的波形图，如图3所示。

（2） 画出图1交流通路如图2所示。交流负载电阻是Rc和RL的并联值，用R¢L表示，即

（3）在输出特性曲线上作交流负载线，求iC及vCE的波形

在图2的输出回路中，交流信号电压、电流的关系为vce= –iCR¢L，这是一条直线，斜率为–1/R¢L，称为交流负载线。交流负载线必然通过静态工作点Q。这样，在输出特性曲线上作出交流负载线，并可画出对应的iC和vCE的波形如图4所示。

（4）根据所画的iC和vCE的波形可确定动态输出电压范围如图4所示。

二、分析非线性失真

（一）、静态工作点不同的设置对放大电路动态工作的影响

在共射基本放大电路中，设负载电阻开路，当输入电压为正弦波时如： 

1、工作点Q点设置合适能实现线性放大 ；

2、工作点Q点设置偏高会产生饱和失真 ；

3、工作点Q点设置偏低会产生截止失真 。

图1
（二）、输出电压最大不失真动态范围的确定

图2

一、静态工作点不同的设置对放大电路动态工作的影响：

1、工作点Q点设置合适能实现线性放大 ；

共射基本放大电路中，设负载电阻开路，当输入电压为正弦波时，如工作点Q点设置合适,在输入信号幅值较小时，基极动态电流也为正弦波。iC与vCE将沿交流负载线变化。当iC增大时，vCE下降；当iC下降时，vCE上升。

2、工作点Q点设置偏高会产生饱和失真

若工作点Q点设置偏高，虽然基极动态电流ib为不失真的正弦波，但是由于在输入信号正半周，靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，导致集电极动态电流iC产生顶部失真，集电极电阻Rc上的电压波形必然随之产生同样的失真。由于输出电压vo与Rc上电压的变化相位相反，从而导致vo波形产生底部失真，此种由于晶体管进入饱和区工作而产生的失真现象称为饱和失真。 

3、工作点Q点设置偏低会产生截止失真 。

若工作点Q点设置偏低，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压总量vBE小于其导通电压（开启电压），BJT截止。因此基极电流ib将产生底部失真。集电极电流iC和集电极电阻Rc上电压的波形必然会随之产生同样的失真，从而导致vo波形产生顶部失真。这种由于BJT进入截止区工作而产生的失真称为截止失真。 

二、输出电压最大不失真动态范围的确定

应当指出，截止失真和饱和失真都是比较极端的情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输入特性和输出特性的非线性而使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可忽略不计而已。

如果将晶体管的特性理想化，即认为在管压降总量vCE最小值大于饱和管压降VCES（即管子不饱和），且基极电流总量iB的最小值大于0（即管子不截止）的情况下，非线性失真可忽略不计，那么就可以得出放大电路的最大不失真输出电压。对于共射极基本放大电路，从图解分析可得最大不失真输出电压的峰值，其方法是以VCE为中心，取"VCC--VCE"和"VCE--VCES"这两段距离中较小的数值。通常，最大不失真输出电压用有效值表示。为了使不失真输出电压尽可能大，应将Q点设置在放大区内交流负载线的中间部位。