设上图中的时变信号为正弦信号。则放大电路中的电压或电流既含有直流成分又含有交流成分,称为交、直流共存。分析时一般将直流和交流分开进行,即分析直流时将交流源置零,分析交流时将直流置零,总的响应是两个单独响应的叠加。
一、静态(直流工作状态)
静态时,BJT各电极的直流电流及个电极间的直流电压分别用、、、表示,这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上的一个确定的点表示,该点习惯上称为静态工作点Q(quiescent),因此常将上述四个电量写成、、、。静态工作点可以由放大电路的直流通路(直流电流流通的路径)用近似计算法求得,具体步骤如下:
(1)画出放大电路的直流通路,标出个支路电流,其中。
(2)由基极-发射极回路求(或),由图4.2.2可知
式中常被认为是已知量,硅管约为(0.6~0.7)V,锗管约为(0.2~0.3)V
(3)由BJT的电流分配关系求得
(4)由集电极-发射极回路求
例题、设上图所示电路中,,,,,。试求该电路中的、、、,并说明BJT的工作状态。
解:
由,可知,该电路中的BJT工作于发射结正偏,集电结反偏的放大区。
二、动态()
此时,BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。
如果只分析放大电路的交流参数,一般要画出交流通路。画交流通路的原则是:
①对交流信号,电路中内阻很小的直流电压源(如等)可视为短路;内阻很大的电流源或恒流源可视为开路。
②对一定频率范围内的交流信号,容量较大的电容可视为短路。
根据上述原则可画出图4.2.1电路的交流通路,如下图所示。
由以上分析可知,只要在电路中设置合适的静态工作点,并在输入回路加上一个能量较小的信号,利用发射结正向电压对各极电流的控制作用,就能将直流电源提供的能量,按输入信号的变化规律转换为所需要的形式供给负载。因此,放大作用实质上是放大期间的控制作用,放大器是一种能量控制部件。
三、放大电路的分析方法
1、图解分析法
图解分析法就是利用BJT的伏安特性曲线及管外电路的特性,通过作图对放大电路的静态及动态进行分析。
1)静态工作点的图解分析
将图4.2.1所示电路改画成图4.3.1的形式,并用虚线把电路分成三部分:输入端的管外电路、BJT、输出端的管外电路。
既应在BJT的输入特性曲线上,又应满足外电路(由、组成)的回路方程,称其为输入直流负载线。为此,可在BJT的输入特性曲线图上作出这条输入直流负载线,其交点就是所求的静态工作点Q。
输出回路的求法类似,如下图所示。
2)动态工作点的图解分析
设图4.3.1中的输入信号。在及共同作用下,输入回路方程变为
经化简可得
可以看到相应的输入负载线是一组斜率为,且随变化而平行移动的直线。图4.3.3a中虚线①、②是时的输入负载线。根据它们与输入特性曲线的相交点的移动,便可画出和的波形。
知道了的波形,就知道了的波形,从而画出的波形。如下图所示,这张图可以这样理解,根据左侧的图可以得出伏安特性曲线图中那条直线的移动范围,从而画出下侧的波形。
与是同频率的正弦波,但二者的相位相反,这是共射极放大电路的重要特点之一。