放大电路动态分析详解

动态分析是围绕着放大电路的交流通路展开讨论，其主要的动态性能技术指标有：电压放大倍数 Au和 AuS、输入电阻 ri和输出电阻 ro。

1.动态性能技术指标分析

一般基本的放大电路可分为三个单元电路模块，即输入端电路、放大电路和输出电路，如图7.7 所示。下面用二端口网络表示放大电路，如图7.9 所示，讨论动态值的基本概念。

（1）电压放大倍数定义电路如图7.10 所示。

电压放大倍数定义

图7.9　基本放大电路框图

图7.10　电压放大倍数的定义图

（2）输入电阻ri定义电路如图7.11 所示。

输入电阻ri定义

图7.11　输入电阻的定义图

注意：输入电阻ri是一个交流动态电阻，是对交流信号而言的。

通常希望放大电路的输入电阻 ri值高一些，这是因为 ri较小会引起以下后果：① 通过信号源电流较大，增加信号源的负担；② 当信号源存在内阻 RS时，ri上的分压较小，即 ui较小；③ 后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，ri较小将使前级放大电路的电压放大倍数降低。

（3）输出电阻 ro定义电路如图7.12 所示。

放大电路对负载 RL（或对后级放大电路）来说，可以视为一个电压源模型，其输出电阻ro定义为由负载 RL端向输入端看过去的等效电阻，如图7.12 所示。

输出电阻 ro的计算方法有两种：开短路法（见图7.13）和外加电源法（见图7.14）。

图7.12　输出电阻的定义图

图7.13　开短路法计算ro电路图

图7.14　外加电源法计算ro电路图

图7.13 所示电路的输出电阻 ro计算式为

图7.14 所示电路的输出电阻 ro计算式

注意：ro是交流动态电阻，它表明放大电路带负载的能力，ro大表明带负载能力差，反之则强。

2.三极管微变等效电路（低频小信号模型）

三极管的微变等效电路工作条件：① 输入信号很小，信号在静态工作点附近一个微小的工作范围内变化；② 三极管放大工作区的特性曲线可视为线性，即电压与电流为线性关系。

在满足上述限定条件下，动态电路分析中的三极管可用如图7.15 所示等效线性电路来替代，称为三极管微变等效电路。

图7.15　NPN 型三极管及微变效电路

图7.15（b）所示电路中，rbe称为三极管的输入电阻。即

3.放大电路的微变等效电路及动态参数分析

放大电路的动态分析分两步，即画放大电路的微变等效电路图和解动态参数、ri和ro值。

【例7.5】 放大电路如图7.7 所示，试画出放大电路的微变等效电路，并写出计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。

分析：

（1）令直流电压源为零（UCC=0），用“短路”线等效替代直流电压源；耦合电容C1和C2视为“短路”；用图7.15（b）等效替代三极管。放大电路的微变等效电路如图7.16 所示。

（2）根据动态参数的定义写出、ri和 ro表达式。

解 （1）画出放大电路的微变等效电路，如图7.16 所示。

图7.16　放大电路图7.7 的微变等效电路(www.xing528.com)

图7.17　求输出电阻

（2）、ri和 ro表达式。

由式（7.7）得

电压放大倍数

输入电阻

用外加电压源法求输出电阻 ro，电路如图7.17 所示。

授控电流源为零，可用“断路”等效替代授控电流源。得

结论：

（1）在电压源值为零条件下，画放大电路的微变等效电路，即放大电路中电压源和电容都用“短路”等效替代；电路变量为相量。

（2）动态参数式为

式（7.8）中的负号表示输出电压与输入电压的相位相反。

【例7.6】 放大电路如图7.18 所示，参数与例7.4 题相同，并已知 RS=1 kΩ，试求：

（1）画出微变等效电路。

（2）计算输入电阻 ri、输出电阻 ro和电压放大倍数

分析：

（1）令：UCC=0，耦合电容C1、C2和旁路电容Ce“短路”；用图7.15（b）等效替代三极管，得微变等效电路如图7.19 所示。

（2）输入电阻其中表示由AB 端向右看的等效电阻，即用开短路法可得输出电阻 ro=RC；电压放大倍数

图7.18　例7.6图

图7.19　放大电路的微变等效电路

解 （1）画出微变等效电路如图7.19 所示。

由例7.4 题可知静态工作点 IE≈IC=2.83 mA，由式（7.7）得

（2）动态参数 ri、ro和

输入电阻 ri

图7.20　计算的等效电路

即

结论：

（1）放大电路中的电容元件在微变等效电路中都用“短路”等效替代。

（2）当微变等效电路中，发射极连接有电阻 RE元件时，其动态分析式为

（3）不论放大电路的发射极是否连接有电阻 RE元件，其电压放大倍数式为

注意：由发射极电阻 RE元件引出的式（7.9）与式（7.11）、式（7.8）与式（7.12）的区别。即当 RE=0时，式（7.9）与式（7.11）相同、式（7.8）与式（7.12）相同。