基本放大电路的动态分析

基本放大电路

通过昨天的学习，我们知道了一个基本放大电路的结构、放大的条件。好了，现在万事俱备，只欠“输入交流信号”这个东风了。

基本放大电路-动态分析

1.BJT特性测试

为了能够更好地理解放大电路的放大功能，我们先来补充一个小问题，BJT的工作特性是怎样的，为什么可以作为放大电路的核心元件？为此，先来测试一下BJT的工作特性，如下图：

 

上图一般称为BJT输出特性曲线，其中每条线都是在取定一个电流Ib的情况下，集电极电流Ic（纵轴）随集射电压Vce变化而产生。即，选定Ib=const，则可确定唯一的特性曲线，可对应读出Ic、Vce（即BJT是用基极的电流Ib控制集电极的电流Ic），可计算工作点处的直流电流放大倍数：

根据测得的△Ib和△Ic，可以计算出交流电流放大倍数：

2.动态分析

以基本共射极放大电路为例，既然BJT是用基极电流控制集电极电流，接下来只需要让“东风”吹入基极，如图所示，此处的“东风”设置为Vp-p=20mV，f=1kHz的交流信号：

在动态分析(交流仿真分析)中，需要完成一下三个步骤：

①直流源被置0；

②电容被短路、电感被开路；

③只有交流电压源与电流源被作为激励。

此处省略过程，直接看输入输出波形：

图中蓝色-通道A波形为输入波形，扫描刻度为10mV/Div，红色-通道B波形为输出波形，扫描刻度为500mV/Div。明显可见，

①输出波形较输入波形放大了很多；

②输入波形与输出波形反相（相位差180°）。

从波形上看，输出波形是有些许失真的，因此，用失真分析仪测得此时有5.43%的失真。

3.性能指标

为了让大家更加清晰地认识以上的仿真数据，接下来用以下3个参数概括基本放大电路的性能：

①电压放大倍数

即：放大电路的输出电压与输入电压之比。根据仿真数据，可得（其中的“-”号是为了表明反相关系）：

根据电路结构参数，电压放大倍数的理论值（此处不做理论推导）为：

其中，

电压放大倍数表征了基本放大电路的电压放大能力，可见理论值与实测值是有误差的，这与电路结构参数有关，比如失真程度也会影响误差的大小。

②输入电阻

测量方法：交流信号源串接R=1KΩ的电阻，分别测量串接前后的输入电压Ui及U'i，则输入电阻按照下式计算（请大家试着自己完成）：

输入电阻理论上就是从信号输入端看进去的等效电阻，用于衡量放大电路对信号源（交流输入信号）的影响，其值越大，表明从信号源获取的输入电压越大。

③输出电阻

测量方法：分别测量RL开路和接通时的输出电压及Uo及U'o，则输出电阻按照下式计算（请大家试着自己完成）：

若把基本放大电路看做是一个信号源，则输出电阻就是这个信号源的内阻。输出电阻用于衡量放大电路带负载的能力。

带负载能力说明：

①若想负载获得稳定的电流，则输出阻抗越大越好。

解析：诺顿定理，将放大电路视为电流源。则此时从输出端看进去的电路阻抗（输出阻抗）就是RC与电流源并联的值，因此RC越大，则其分流越小，负载获得的电流越稳定；

②若想负载获得稳定的电压，则输出阻抗越小越好。

解析：戴维南定理，将放大电路视为电压源。此时从输出端看进去的电路阻抗（输出阻抗）则为RC与电压源串联的值，因此RC越小，则其分压越小，负载获得的电压越稳定；

至此，我们看到基本放大电路确实将输入的交流信号进行了放大，这种放大性能可用电压放大倍数、输入电阻、输出电阻这3个性能指标衡量，本文中省略了它们的理论推导。

那么，新问题来了，可以说这个放大电路的结构参数是我精心选择的（仍然有5.43%的失真度）。如果选择的参数不合适，基本放大电路会是怎样的工作状态呢？