图解法：全面直观分析共射基本放大电路静态工作点与输出幅度

采用图解法对晶体管放大电路进行分析，就是以晶体管的输入、输出特性曲线为基础，用作图的方法来分析工作状态和求解性能指标。

1.静态分析

采用图解法对晶体管基本放大电路进行静态分析，就是利用晶体管的输入、输出特性曲线和放大电路的输入、输出回路方程，通过作图的方法求解放大电路的静态工作点。

分压偏置稳定共射基本放大电路如图2-8所示。首先画出分压偏置稳定共射基本放大电路的直流通路，如图2-9a所示；从基极断开，基极输入回路用戴维南定理进行变换，变换后的等效直流通路如图2-9b所示。

根据戴维南定理，等效开路电压V_CC′和等效内阻R_b′分别为

图2-9 分压偏置稳定共射基本放大电路的直流通路

a）直流通路 b）变换后的直流通路

根据图2-8b中的电路，列写输入回路方程：

由上面两式得

I_BR_b′+U_BE+（1+β）I_BR_e=V_CC′ （2-29）

化简得

I_BR_b+U_BE=V_CC′ （2-30）

式中，R_b=R_b′+（1+β）R_e。

若已知晶体管的输入、输出特性曲线，如图2-10所示。在晶体管输入特性曲线的坐标系内过点，作斜率为的直线，即为式（2-26）所确定的直线，称为输入直流负载线。输入直流负载线与晶体管的输入特性曲线交于静态工作点Q。此时静态工作点Q所对应的晶体管的基极电流和发射结电压分别为I_BQ和U_BEQ。

图2-10 静态工作点的图解分析

根据图2-9b所示电路，列输出回路方程：

I_CR_c+U_CE+I_ER_e=V_CC （2-31）

由于I_C≈I_E，所以对上式化简得

I_C（R_c+R_e）+U_CE=V_CC （2-32）

在晶体管输出特性曲线的坐标系内，画出式（2-32）所确定的直线。连接和（V_CC，0）两点，即得到斜率为的直线，称为输出回路的直流负载线。输出回路的直流负载线与晶体管的输出特性曲线交于静态工作点Q。此时静态工作点Q所对应的晶体管集电极电流和管压降分别为I_CQ和U_CEQ。可见，直流负载线是静态工作点Q的运动轨迹。

采用图解法对共射基本放大电路进行静态分析，最终得到了静态工作点I_B、I_C和U_CE的值。

2.动态分析

晶体管基本放大电路的动态图解法就是在晶体管的特性曲线坐标系内通过作图的方法，求解放大电路的放大倍数和最大不失真输出幅度，讨论输出信号的波形失真情况。分压偏置稳定共射基本放大电路的交流通路如图2-11所示。

（1）交流负载线

根据交流通路，可得交流输出电压为

u_o=u_ce=-i_cR_L′ （2-33）

式中，R_L′=R_C∥R_L。

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图2-11 分压偏置稳定共射基本放大电路的交流通路

因Q点是交流量的零点，所以在晶体管输出特性曲线的坐标系内，过Q点作斜率为的直线，即为输出交流负载线，如图2-12所示。由于，所以交流负载线较直流负载线陡峭。

（2）电压放大倍数分析

当输入正弦交流信号u_i时，其作用于晶体管的发射结，使得发射结电压在直流偏置电压U_BEQ的基础上叠加一个交流信号u_be=u_i。由于u_be的作用，使得基极电流在直流电流I_BQ的基础上叠加一个正弦交流电流i_b。在晶体管的输入特性曲线上找到I_BQ和i_b。根据晶体管基极对集电极电流的控制作用，使集电极电流变化，从而引起晶体管管压降的变化，u_ce=-i_c×（R_c∥R_L）。在晶体管的输出特性曲线上找到i_c和u_ce。在负载上得到了放大后的交流输出电压信号u_o=u_ce=-i_c×（R_c∥R_L）。放大电路中u_i、u_BE、i_B、i_C、u_CE和u_o的波形如图2-13所示。由图2-13可以大致确定放大电路的放大倍数

图2-12 输出直流负载线和交流负载线

图2-13 放大电路的动态图解分析

a）输入回路的信号波形 b）输出回路的信号波形

由图2-13可知：

①共射基本放大电路的输入输出信号变化方向相反，相位差180°，即输入和输出反相。

②共射基本放大电路的电压放大倍数与静态工作点Q的位置有关。在晶体管输入特性曲线上Q点愈高，曲线愈陡，在同样的输入信号u_i作用下，i_b越大，因此电压放大倍数愈大。

（3）输出波形失真分析

对于放大电路来说，如果静态工作点设置合理，而且输入信号较小，就能够保证在不失真的情况下放大输入信号。如果静态工作点设置不当，随着输入信号幅度的增大，输出信号会出现失真。

当静态工作点偏低时，如图2-14a中，Q设置偏向截止区，交流量在截止区不能放大，输出电压波形的正半周被削顶，产生了截止失真。

当静态工作点偏高时，如图2-14b中，Q设置偏向饱和区，交流量在饱和区不能正常放大（i_C≠βi_B），输出电压波形的正半周被削底，产生了饱和失真。

以上两种失真是由于晶体管的非线性特性引起的失真，称为非线性失真。可见，若想放大电路的输出信号不失真，需要保证如下两点：

①静态工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。

②要有合适的交流负载线。

图2-14 截止失真和饱和失真

a）截止失真 b）饱和失真

（4）最大不失真输出电压幅度

放大电路的最大不失真输出电压幅度是输出电压不产生饱和失真和截止失真时，输出电压的最大值。

由图2-15可知，交流负载线与横坐标的交点为（U_CEQ+U_om1，0），交流负载线的斜率为，Q点到横坐标的距离为I_CQ，则U_om1=I_CQR_L′，即考虑截止失真的限制，放大电路的最大不失真输出电压幅度为U_om1。考虑饱和失真的限制，放大电路的最大不失真输出电压幅度为U_om2=U_CEQ-U_CES，U_CES为双极型晶体管的饱和压降。综合以上分析，放大电路的最大不失真输出电压幅度为

图2-15 放大电路的最大不失真输出幅度

（5）图解法的应用范围

图解法的最大特点是能全面直观和形象地分析静态和动态工作情况。合理设置静态工作点、求放大倍数、分析波形失真和动态范围等工作在曲线图上都是一目了然的。特别是在低频大信号情况下，如分析功率放大电路的最大不失真输出幅度是很有用的。但是图解法的作图过程繁琐、误差较大，求解性能指标不全面（如不能求输入电阻和输出电阻），在频率较高信号或小信号条件下不适用。