基于不同組態(tài)放大電路的簡(jiǎn)便分析計(jì)算方法

王春靜

摘要：根據(jù)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)公共端的不同，可將放大電路劃分為三種不同組態(tài)的放大電路：共射組態(tài)放大電路、共集組態(tài)放大電路和共基組態(tài)放大電路.本文首先綜述了放大電路的分析過(guò)程，其次講述了不同組態(tài)放大電路的判斷方法，然后對(duì)不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的講解，最后利用不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)為實(shí)際電路的分析、計(jì)算過(guò)程提出了有效、簡(jiǎn)便的方法，能夠有效提高學(xué)生對(duì)實(shí)際放大電路的分析、計(jì)算能力.

關(guān)鍵詞：放大電路;共射組態(tài);共集組態(tài);共基組態(tài)

中圖分類號(hào)：O44;TN710? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）08-0016-04

0 引言

根據(jù)實(shí)際放大電路中交流輸入信號(hào)與交流輸出信號(hào)公共端的不同，可將放大電路劃分為三種不同組態(tài)的放大電路：共射組態(tài)放大電路、共集組態(tài)放大電路和共基組態(tài)放大電路[1-5].在電路分析、計(jì)算過(guò)程中，能否正確的判斷實(shí)際放大電路的組態(tài)，并利用不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)正確的畫(huà)出實(shí)際放大電路所對(duì)應(yīng)的微變等效電路圖，然后對(duì)其微變等效電路圖進(jìn)行正確的分析、計(jì)算，在電路理論學(xué)習(xí)過(guò)程中一直是一個(gè)比較難理解的問(wèn)題.為了有效提高學(xué)生對(duì)電路的分析、計(jì)算能力，本文首先綜述了放大電路的分析過(guò)程，其次講述了不同組態(tài)放大電路的判斷方法，然后對(duì)不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的講解，最后利用不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)為實(shí)際電路的分析過(guò)程提出了有效、簡(jiǎn)便的方法.

1 放大電路的分析過(guò)程

放大電路的分析過(guò)程分為兩步：第一步，畫(huà)出放大電路的直流通路圖，根據(jù)近似估算法估算其靜態(tài)參數(shù)，即靜態(tài)分析過(guò)程;第二步，畫(huà)出放大電路的交流通路圖，根據(jù)交流通路圖畫(huà)出相應(yīng)的微變等效電路圖，根據(jù)微變等效電路圖估算放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)，即動(dòng)態(tài)分析過(guò)程.

在電路分析過(guò)程中，首要問(wèn)題就是正確的畫(huà)出放大電路所對(duì)應(yīng)的直流通路圖與交流通路圖.在畫(huà)圖過(guò)程中，要特別注意電抗器件及直流電源器件在直流通路圖和交流通路圖中的處理方法.大電容在直流通路圖中起到斷路的作用，在交流通路圖中起到短路的作用，因此，通常情況下我們稱大電容具有“通交隔直”的作用.大電感（高頻扼流圈）在直流通路圖中起到短路的作用，在交流通路圖中起到斷路的作用，因此，通常情況下我們稱大電感（高頻扼流圈）具有“通直隔交”的作用.對(duì)于電感值不是太大的電感，在直流通路圖中仍起到短路的作用，但在交流通路圖中要原樣保留.直流電源在直流通路圖中要原樣保留，但在交流通路圖中，直流電壓源起到短路的作用，直流電流源起到斷路的作用，有內(nèi)阻保留內(nèi)阻[6].

放大電路的動(dòng)態(tài)分析在電路理論學(xué)習(xí)過(guò)程中一直是一個(gè)比較難理解的問(wèn)題.放大電路的動(dòng)態(tài)分析關(guān)鍵在于以下5個(gè)方面：正確的畫(huà)出放大電路所對(duì)應(yīng)的交流通路圖;根據(jù)交流通路圖正確的判斷放大電路的組態(tài);掌握不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn);根據(jù)交流通路圖正確的畫(huà)出對(duì)應(yīng)的微變等效電路圖;根據(jù)微變等效電路圖列方程，求解放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù).

2 放大電路組態(tài)的判斷方法

在正確的畫(huà)出放大電路所對(duì)應(yīng)的交流通路圖的前提下，我們提出了兩種放大電路組態(tài)的判斷方法.

第一種判斷方法：根據(jù)交流輸入信號(hào)和交流輸出信號(hào)共地的特點(diǎn)，若在交流通路圖中發(fā)現(xiàn)三極管的哪一個(gè)極是直接接地的，就稱該電路為共哪個(gè)極的放大電路.例如，假設(shè)在放大電路的交流通路圖中發(fā)現(xiàn)三極管的射極（e極）是直接接地的，則稱該電路為共射組態(tài)放大電路.但是這種判斷方法只限于交流通路圖中必須有三極管的一個(gè)極是直接接地的情況.

第二種判斷方法：根據(jù)交流輸入信號(hào)和交流輸出信號(hào)共地的特點(diǎn)，將接地端視為交流輸入信號(hào)和交流輸出信號(hào)的無(wú)效端子，若放大電路交流輸入信號(hào)的有效輸入端子（另外一個(gè)輸入端子）接在三極管的基極（b極）上，交流輸出信號(hào)的有效輸出端子（另外一個(gè)輸出端子）從三極管的集電極（c極）引出，則稱該電路為共射組態(tài)放大電路;若放大電路交流輸入信號(hào)的有效輸入端子接在三極管的基極（b極）上，交流輸出信號(hào)的有效輸出端子從三極管的射極（e極）引出，則稱該電路為共集組態(tài)放大電路;若放大電路交流輸入信號(hào)的有效輸入端子接在三極管的射極（e極）上，交流輸出信號(hào)的有效輸出端子從三極管的集電極（c極）引出，則稱該電路為共基組態(tài)放大電路.這種判斷方法適用于任何放大電路組態(tài)的判斷.

3 不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)

共射組態(tài)放大電路的特點(diǎn)：交流輸入信號(hào)加在基極（b極）和地之間，交流輸出信號(hào)加在集電極（c極）和地之間;電壓放大倍數(shù)大，而且是負(fù)值，共射組態(tài)放大電路具有倒相作用，即輸入、輸出信號(hào)呈反相關(guān)系;輸入電阻較大;輸出電阻較大.

共集組態(tài)放大電路的特點(diǎn)：交流輸入信號(hào)加在基極（b極）和地之間，交流輸出信號(hào)加在射極（e極）和地之間;電壓放大倍數(shù)小于1但近似等于1，故共集組態(tài)放大電路又被稱為電壓跟隨器或射極跟隨器，其值為正值，故輸入、輸出信號(hào)呈同相關(guān)系;輸入電阻大;輸出電阻小，共集組態(tài)放大電路帶負(fù)載的能力在三種不同組態(tài)的放大電路中也是最強(qiáng)的，通常將共集組態(tài)放大電路作為多級(jí)放大電路或集成電路的輸出級(jí).

共基組態(tài)放大電路的特點(diǎn)：交流輸入信號(hào)加在射極（e極）和地之間，交流輸出信號(hào)加在集電極（c極）和地之間;電壓放大倍數(shù)大（其放大能力和共射組態(tài)放大電路的放大能力相當(dāng)），其值為正值，故輸入、輸出信號(hào)呈同相關(guān)系;輸入電阻小;輸出電阻大.

4 實(shí)例分析

在圖1所示兩級(jí)放大電路中，VT1和VT2為兩個(gè)NPN型三極管，兩個(gè)三極管的電流放大系數(shù)β1和β2均為已知值，UBEQ1和UBEQ2均為0.7V，電容C1、C2、C3和C4都為大電容，電阻Rb11、Rb12、Rc1、Re1、Rb2、Re2和RL都為已知值，VCC為直流電壓源且已知，U′i為交流輸入信號(hào)，U′o為交流輸出信號(hào)，下面對(duì)圖1所示兩級(jí)放大電路進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算.

4.1 畫(huà)出放大電路的直流通路圖并確定其靜態(tài)參數(shù)

畫(huà)直流通路圖時(shí)，注意圖1中的大電容C1、C2、C3和C4都起到斷路的作用.C1斷路將交流輸入信號(hào)U′i斷開(kāi);C2斷路導(dǎo)致VT1的射極（e1極）上只接有電阻Re1;C3斷路導(dǎo)致前后級(jí)放大電路的直流通路圖互不影響;C4斷路將負(fù)載電阻RL斷開(kāi).圖1所示兩級(jí)放大電路的直流通路圖如圖2所示.為便于分析，應(yīng)在直流通路圖中標(biāo)出三極管的3個(gè)極，并標(biāo)出3個(gè)極上的靜態(tài)電流.

4.2 畫(huà)出放大電路的交流通路圖并判斷各級(jí)放大電路的組態(tài)

畫(huà)交流通路圖時(shí)，注意圖1中的大電容C1、C2、C3和C4都起到短路的作用.C1短路將交流輸入信號(hào) 的有效輸入端子接到了VT1的基極（b1極）上;C2短路導(dǎo)致VT1射極上連接的電阻Re1被旁路，在交流通路圖中VT1的射極（e1極）直接接地（通常將這種電阻和大電容并聯(lián)的結(jié)構(gòu)稱為旁路結(jié)構(gòu)，旁路結(jié)構(gòu)在交流通路圖中起到短路的作用）;C3短路導(dǎo)致前后級(jí)放大電路的交流流通路圖串接到一起，第一級(jí)放大電路的交流輸出信號(hào)將作為第二級(jí)放大電路的交流輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)放大;C4短路將負(fù)載電阻RL接到第二級(jí)放大電路的輸出端，負(fù)載電阻RL兩端的電壓即為交流輸出電壓 .圖1所示兩級(jí)放大電路的交流通路圖如圖3所示.為便于分析，應(yīng)在交流通路圖中標(biāo)出三極管的3個(gè)極.

從圖3所示的交流通路圖中可以看出，第一級(jí)放大電路的交流輸入信號(hào)加在三極管VT1的b1極和地之間，其交流輸出信號(hào)加在三極管VT1的c1極和地之間，故第一級(jí)放大電路為共射組態(tài)放大電路.在多級(jí)放大電路中，前一級(jí)的輸出信號(hào)將作為下一級(jí)的輸入信號(hào)，從而可判出第二級(jí)放大電路的交流輸入信號(hào)加在三極管VT2的b2極和地之間，其交流輸出信號(hào)加在三極管VT2的e2極和地之間，故第二級(jí)放大電路為共集組態(tài)放大電路（也可通過(guò)交流通路圖中三極管VT2的c2極直接接地的現(xiàn)象判斷出第二級(jí)放大電路為共集組態(tài)放大電路）.

4.3 根據(jù)放大電路的交流通路圖畫(huà)出對(duì)應(yīng)的微變等效電路圖

畫(huà)微變等效電路圖時(shí)，首先要畫(huà)出三極管內(nèi)部的等效器件，然后根據(jù)放大電路的交流通路圖將外接的器件連接到正確的位置.畫(huà)微變等效電路圖的步驟如下：

首先，要擺好各級(jí)放大電路中三極管三個(gè)極的位置：共哪個(gè)極組態(tài)的放大電路就把三極管的哪個(gè)極擺在下面（若該極不是直接接地的，我們就把地放在最下面，該極和地之間加相應(yīng)的外接器件），有效輸入端子所連接的極擺在左邊，有效輸出端子所連接的極擺在右邊.

其次，畫(huà)出三極管內(nèi)部的等效器件并標(biāo)出內(nèi)部器件上電流的方向，標(biāo)注電流方向時(shí)，要注意觀察放大電路中三極管是NPN型還是PNP型，三極管的類型不同，三極管內(nèi)部器件上的電流方向也不同.

最后，根據(jù)交流通路圖中外接器件所在的位置，將外接器件正確的連接在微變等效電路圖中.

4.4 根據(jù)放大電路的微變等效電路圖列方程求解動(dòng)態(tài)參數(shù)

根據(jù)放大電路的微變等效電路圖列方程求其動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)要注意：在微變等效電路圖中，只有三極管內(nèi)部的電流方向是實(shí)際的方向，其它電流、電壓的方向都為參考方向.當(dāng)三極管內(nèi)部的電流流過(guò)相應(yīng)的電阻產(chǎn)生的實(shí)際輸出電壓方向與原圖中給出的輸出電壓參考方向相反時(shí)，要在所求出的輸出電壓前加負(fù)號(hào).

放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)主要包括：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻.

由于后級(jí)放大電路的輸入電阻將作為前級(jí)放大電路的負(fù)載，因此在求多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)從后向前依次計(jì)算各級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)，最后將各級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)相乘即為多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù).在求各級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)時(shí)應(yīng)注意：輸入電壓和輸出電壓都要采用本級(jí)放大電路三極管內(nèi)部的電流乘以相應(yīng)的電阻來(lái)表示，以便求取電壓放大倍數(shù)時(shí)利用三極管內(nèi)部三個(gè)電流的關(guān)系來(lái)約掉一些成分.

在圖4所示微變等效電路圖中，第一級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)求取過(guò)程如下：

求輸出電阻時(shí)，需要對(duì)微變等效電路圖提前做兩個(gè)處理.

首先，將交流輸入信號(hào)源進(jìn)行處理.若是交流輸入電壓源，則將其短路，有內(nèi)阻保留內(nèi)阻;若是交流輸入電流源，則將其斷路，有內(nèi)阻保留內(nèi)阻.

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際放大電路的分析過(guò)程主要分為兩步：第一步是靜態(tài)分析，即正確的畫(huà)出直流通路圖，確定靜態(tài)參數(shù)值;第二步，正確的畫(huà)出交流通路圖，根據(jù)交流通路圖判斷放大電路的組態(tài)，再根據(jù)交流通路圖和不同組態(tài)放大電路的特點(diǎn)畫(huà)出相應(yīng)的微變等效電路圖，根據(jù)微變等效電路圖列方程求解放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)值.在實(shí)際電路的動(dòng)態(tài)分析過(guò)程中，掌握不同組態(tài)放大電路的判斷方法及其特點(diǎn)，能為復(fù)雜的電路分析過(guò)程提供極大的便利性.

——————————

參考文獻(xiàn)：

〔1〕楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔2〕高吉祥.模擬電子技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)及習(xí)題講解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

〔3〕李小珉.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

〔4〕張志良.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

〔5〕付植桐.電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2012.

〔6〕[美]James W. Nilsson， Susan A. Riedel 著，王宏祥，張民 改編.電路分析基礎(chǔ)（第二版）（英文版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

收稿日期：2019-04-14

基金項(xiàng)目：2018年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目：基于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力提高的模擬電路教學(xué)模式改革與實(shí)踐（201801053004）;2018年山東師范大學(xué)校級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目：基于大學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力提升的高頻電路教學(xué)模式改革與實(shí)踐（14104）