基于不同組態放大電路的簡便分析計算方法

王春靜

摘要：根據輸入信號與輸出信號公共端的不同，可將放大電路劃分為三種不同組態的放大電路：共射組態放大電路、共集組態放大電路和共基組態放大電路.本文首先綜述了放大電路的分析過程，其次講述了不同組態放大電路的判斷方法，然后對不同組態放大電路的特點進行了詳細的講解，最后利用不同組態放大電路的特點為實際電路的分析、計算過程提出了有效、簡便的方法，能夠有效提高學生對實際放大電路的分析、計算能力.

關鍵詞：放大電路;共射組態;共集組態;共基組態

中圖分類號：O44;TN710? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0016-04

0 引言

根據實際放大電路中交流輸入信號與交流輸出信號公共端的不同，可將放大電路劃分為三種不同組態的放大電路：共射組態放大電路、共集組態放大電路和共基組態放大電路[1-5].在電路分析、計算過程中，能否正確的判斷實際放大電路的組態，并利用不同組態放大電路的特點正確的畫出實際放大電路所對應的微變等效電路圖，然后對其微變等效電路圖進行正確的分析、計算，在電路理論學習過程中一直是一個比較難理解的問題.為了有效提高學生對電路的分析、計算能力，本文首先綜述了放大電路的分析過程，其次講述了不同組態放大電路的判斷方法，然后對不同組態放大電路的特點進行了詳細的講解，最后利用不同組態放大電路的特點為實際電路的分析過程提出了有效、簡便的方法.

1 放大電路的分析過程

放大電路的分析過程分為兩步：第一步，畫出放大電路的直流通路圖，根據近似估算法估算其靜態參數，即靜態分析過程;第二步，畫出放大電路的交流通路圖，根據交流通路圖畫出相應的微變等效電路圖，根據微變等效電路圖估算放大電路的動態參數，即動態分析過程.

在電路分析過程中，首要問題就是正確的畫出放大電路所對應的直流通路圖與交流通路圖.在畫圖過程中，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，有內阻保留內阻[6].

放大電路的動態分析在電路理論學習過程中一直是一個比較難理解的問題.放大電路的動態分析關鍵在于以下5個方面：正確的畫出放大電路所對應的交流通路圖;根據交流通路圖正確的判斷放大電路的組態;掌握不同組態放大電路的特點;根據交流通路圖正確的畫出對應的微變等效電路圖;根據微變等效電路圖列方程，求解放大電路的動態參數.

2 放大電路組態的判斷方法

在正確的畫出放大電路所對應的交流通路圖的前提下，我們提出了兩種放大電路組態的判斷方法.

第一種判斷方法：根據交流輸入信號和交流輸出信號共地的特點，若在交流通路圖中發現三極管的哪一個極是直接接地的，就稱該電路為共哪個極的放大電路.例如，假設在放大電路的交流通路圖中發現三極管的射極（e極）是直接接地的，則稱該電路為共射組態放大電路.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極是直接接地的情況.

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

3 不同組態放大電路的特點

共射組態放大電路的特點：交流輸入信號加在基極（b極）和地之間，交流輸出信號加在集電極（c極）和地之間;電壓放大倍數大，而且是負值，共射組態放大電路具有倒相作用，即輸入、輸出信號呈反相關系;輸入電阻較大;輸出電阻較大.

共集組態放大電路的特點：交流輸入信號加在基極（b極）和地之間，交流輸出信號加在射極（e極）和地之間;電壓放大倍數小于1但近似等于1，故共集組態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、輸出信號呈同相關系;輸入電阻大;輸出電阻小，共集組態放大電路帶負載的能力在三種不同組態的放大電路中也是最強的，通常將共集組態放大電路作為多級放大電路或集成電路的輸出級.

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

4 實例分析

在圖1所示兩級放大電路中，VT1和VT2為兩個NPN型三極管，兩個三極管的電流放大系數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，U′o為交流輸出信號，下面對圖1所示兩級放大電路進行詳細的分析計算.

4.1 畫出放大電路的直流通路圖并確定其靜態參數

畫直流通路圖時，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U′i斷開;C2斷路導致VT1的射極（e1極）上只接有電阻Re1;C3斷路導致前后級放大電路的直流通路圖互不影響;C4斷路將負載電阻RL斷開.圖1所示兩級放大電路的直流通路圖如圖2所示.為便于分析，應在直流通路圖中標出三極管的3個極，并標出3個極上的靜態電流.

4.2 畫出放大電路的交流通路圖并判斷各級放大電路的組態

畫交流通路圖時，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 的有效輸入端子接到了VT1的基極（b1極）上;C2短路導致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的結構稱為旁路結構，旁路結構在交流通路圖中起到短路的作用）;C3短路導致前后級放大電路的交流流通路圖串接到一起，第一級放大電路的交流輸出信號將作為第二級放大電路的交流輸入信號，實現兩級放大;C4短路將負載電阻RL接到第二級放大電路的輸出端，負載電阻RL兩端的電壓即為交流輸出電壓 .圖1所示兩級放大電路的交流通路圖如圖3所示.為便于分析，應在交流通路圖中標出三極管的3個極.

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

4.3 根據放大電路的交流通路圖畫出對應的微變等效電路圖

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

首先，要擺好各級放大電路中三極管三個極的位置：共哪個極組態的放大電路就把三極管的哪個極擺在下面（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，畫出三極管內部的等效器件并標出內部器件上電流的方向，標注電流方向時，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，三極管內部器件上的電流方向也不同.

最后，根據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 根據放大電路的微變等效電路圖列方程求解動態參數

根據放大電路的微變等效電路圖列方程求其動態參數時要注意：在微變等效電路圖中，只有三極管內部的電流方向是實際的方向，其它電流、電壓的方向都為參考方向.當三極管內部的電流流過相應的電阻產生的實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，要在所求出的輸出電壓前加負號.

放大電路的動態參數主要包括：電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻.

由于后級放大電路的輸入電阻將作為前級放大電路的負載，因此在求多級放大電路的電壓放大倍數時，應從后向前依次計算各級放大電路的電壓放大倍數，最后將各級放大電路的電壓放大倍數相乘即為多級放大電路的電壓放大倍數.在求各級放大電路的電壓放大倍數時應注意：輸入電壓和輸出電壓都要采用本級放大電路三極管內部的電流乘以相應的電阻來表示，以便求取電壓放大倍數時利用三極管內部三個電流的關系來約掉一些成分.

在圖4所示微變等效電路圖中，第一級放大電路的電壓放大倍數求取過程如下：

求輸出電阻時，需要對微變等效電路圖提前做兩個處理.

首先，將交流輸入信號源進行處理.若是交流輸入電壓源，則將其短路，有內阻保留內阻;若是交流輸入電流源，則將其斷路，有內阻保留內阻.

5 結束語

實際放大電路的分析過程主要分為兩步：第一步是靜態分析，即正確的畫出直流通路圖，確定靜態參數值;第二步，正確的畫出交流通路圖，根據交流通路圖判斷放大電路的組態，再根據交流通路圖和不同組態放大電路的特點畫出相應的微變等效電路圖，根據微變等效電路圖列方程求解放大電路的動態參數值.在實際電路的動態分析過程中，掌握不同組態放大電路的判斷方法及其特點，能為復雜的電路分析過程提供極大的便利性.

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參考文獻：

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

〔2〕高吉祥.模擬電子技術學習輔導及習題講解[M].北京：電子工業出版社，2006.

〔3〕李小珉.電子技術基礎[M].北京：電子工業出版社，2013.

〔4〕張志良.模擬電子技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2012.

〔5〕付植桐.電子技術[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（第二版）（英文版）[M].北京：電子工業出版社，2018.

收稿日期：2019-04-14

基金項目：2018年第一批產學合作協同育人項目：基于大學生創新創業實踐能力提高的模擬電路教學模式改革與實踐（201801053004）;2018年山東師范大學校級教學改革項目：基于大學生實踐與創新能力提升的高頻電路教學模式改革與實踐（14104）