动态工作情况分析

当放大电路有信号输入时，电路中各处的电压、电流都处于变动的工作状态，简称动态。动态分析就是分析有变化的输入信号时，电路中各种变化量的变动情况和相互关系。动态分析主要在交流通路中进行，所谓交流通路就是交流信号流经的通路。对于交流通路：①容量大的电容视为短路；②无内阻的直流电源视为短路。动态分析的方法有图解法和微变等效电路法。

1.图解法

当图11－2所示电路中加入正弦信号ui后，由于电容C1的耦合作用，使三极管B、E之间的电压uBE在原来静态值的基础上加上ui，如图11－5（a）所示。ui的加入使uBE发生变化，导致基极电流iB变化。由于三极管的输入特性在小范围内近似为线性，因此基极电流iB也按正弦规律变化，可画出iB的波形如图11－5（a）所示。可见iB也是在原来静态值的基础上叠加一正弦量ib于是有

以上两式表明，uBE、iB可视为由直流分量UBEQ、IBQ和交流分量ui、ib组成。其中：直流分量是由直流电源UCC建立起来的静态工作点，而交流分量则是由输入信号ui引起的。

图11－5　动态工作情况的图解分析

为了便于区分，通常直流分量用大写字母和大写下标表示，交流分量用小写字母和小写下标表示，总的电压、电流瞬时值用小写字母和大写下标表示。

三极管工作在放大状态时，iC由iB控制，因此，当iB在原来静态值的基础上叠加一弦分量时，iC也在原来静态值的基础上按同样的规律变化，iC的变化引起UCE的变化。因此，iC和UCE也包含直流分量和交流分量两部分，如图11－5（b）所示，于是有

由于电容的隔直和交流耦合作用，uCE中的直流分量UCEQ被电容C2隔断，而交流分量uce则可经C2传送到输出端，故输出端电压

从以上图解分析过程中可以总结以下几点：

（1）无输入信号时，三极管的电流、电压都是直流量。当放大电路输入信号电压后，iB、iC和uCE都在原来直流值的基础上叠加了一个交流量。

（2）输出电压uo与输入电压ui为同频率的正弦波，且输出电压uo的幅度比输入电压ui大得多。

（3）电流ib、ic与输入电压ui同相，而输出电压uo与输入电压ui反相，即共发射极放大电路具有倒相作用。

2.微变等效电路分析法

图解法的特点是直观形象地反映三极管的工作情况，但误差较大，一般适用于分析输出幅度比较大而工作频率不太高时的情况。对于小信号作用的放大电路，通常采用微变等效电路分析法。

由图解分析法可以看到，当放大电路的输入信号较小，且静态工作点选择合适时，三极管的工作情况接近于线性状态，电路中各电流、电压的波形基本上是正弦波，因而可以把三极管这个非线性元件组成的电路当作线性电路来处理，这就是微变等效电路分析法。所谓“微变”就是变化量微小的意思，即三极管在小信号情况下工作。利用微变等效电路，可以求出放大器的动态性能指标，如电压放大器倍数Au输入等效电阻Ri和输出等效电阻Ro。

采用微变等效电路对放大电路动态情况分析时，应先画出与放大电路相对应的交流通路，再把三极管用小信号线性模型来代替，则可得到放大电路的微变等效电路，然后按线性电路的一般分析方法进行求解。

（1）三极管的小信号模型

在图11－3所示电路中，当基极和发射极之间的电压在UBEQ的基础上出现一个微小的变化量ΔUBE时，基极电流也产生一个变化量ΔIB。因IC受IB控制，故在集电极就产生ΔIC和ΔUCE。由于在Q点附近的变化量比较小，于是可以把Q点附近的一段曲线近似地看成是直线。ΔUBE和ΔIB之比就是动态电阻，即

rbe称为三极管的输入电阻。在常温下小功率三极管的rbe为

式中，IEQ为发射极静态电流；rb为基极电阻。

当IEQ≤5mA时，rb约为200Ω。由此可以看出，rbe的大小和Q点有关，Q点上移，rbe变小。

由以上所述可以看出，对变化量来说，三极管的基极和发射极之间可以用输入电阻rbe来等效。因三极管工作在放大区时，可以近似地认为其输出特性是一组以IB为参变量的平行于横轴的直线，其ΔIC只受ΔIB的控制，而与UCE几乎无关，故三极管的集电极和发射极之间可以用一个βΔIB的电流源来等效。由此可以画出三极管的微变等效模型，如图11－6所示。

图11－6　三极管的微变等效模型

（2）放大电路的交流通路和微变等效电路

放大电路的交流通路是在输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态参数。放大电路的输出端通常接有负载电阻RL，如图11－7所示。把耦合电容C1、C2视为短路，无内阻的直流电源UCC视为短路则可得到它的交流通路，如图11－8所示。把交流通路中的三极管用小信号等效模型代替，就可得到放大电路的微变等效电路，如图11－9所示。设输入为正弦信号，故图中的电流、电压用相量形式表示。

图11－7　输出端接负载的放大电路

图11－8　放大电路的交流通路

图11－9 放大电路的微变等效电路

（3）动态指标参数的分析

①电压放大倍数u：根据放大倍数的定义，利用三极管对的控制关系，可得电压放大倍数。在图11－9所示电路中＝，＝－／／RL，故的表达式为

②输入电阻Ri。Ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻。因输入电压有效值＝Ii（RB／／rbe），故输入电阻为

③输出电阻ro。输出电阻ro是负载开路时从输出端看进去的等效电阻。计算输出电阻ro时，可令其输入电压Ui＝0，但保留其内阻。然后，在输出端加一正弦波测试信号Uo，必然产生动态电流Io，则

在图11－9所示电路中，所加信号Ui为恒压源，内阻为0。当Ui＝0时，Ib＝0，当然Ic＝0，因此

应当指出，动态参数的分析只有在Q点合适时才有意义，所以对放大电路进行分析时总是遵循“先静态，后动态”的原则。也只有Q点合适才可进行动态分析。

【例11－1】 如图11－10（a）所示电路，已知UCC＝12V，RB＝300kΩ，RC＝3kΩ，RL＝3kΩ，RS＝3kΩ，β＝50，试求：

（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数。

（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro。

（3）输出端开路时的源电压放大倍数

解 先求静态工作点，由图11－10（b）静态工作点路得

图11－10　例11－1图

再求三极管的动态输入电阻

（1）RL接入时的电压放大倍数Au为

RL断开时的电压放大倍数Au为

（2）输入电阻Ri为

输出电阻Ro为