使用图解法分析放大器动态工作情况及输出回路的波形失真问题

图解法是指利用三极管的输入输出特性曲线，通过作图来分析放大器性能的方法。

1.图解分析放大器的静态工作点

（1）输入回路的图解法。

在图3-9（a）所示电路中，由VCC→RB→三极管B极→三极管E极→地构成的回路为直流输入回路。由直流输入回路，利用近似估算法可求。也可根据在输入特性曲线上过UBEQ作垂直于横轴的直线，该直线与输入特性曲线的交点即为静态工作点Q，该点的纵轴坐标即为IBQ。

（2）输出回路的图解法。

在图3-6（a）所示电路中，由VCC→RC→三极管C极→三极管E极→地构成的回路为直流输出回路。图3-6（b）所示的直流通路可画成如图3-9（a）所示的电路形式。假设它由虚线AB暂时隔成两部分：虚线左边是三极管，C和E极间电压UCE和集电极电流IC的关系，按三极管输出特性曲线所描述的规律变化；虚线右边是集电极电阻RC和电源VCC组成的串联电路，由回路电压定律可知：

对于一个给定的放大器来说，该方程为一直线方程式，可以在UCE-IC坐标系中画出这条直线，这条直线称为直流负载线，斜率为C1/R-。

画直流负载线的方法与数学上画直线的方法相同，如图3-9（b）所示。

图3-9　作直流负载线确定静态工作点

直流负载线与特性曲线将有许多交点，这些交点既反映了三极管IC和UCE的关系，又反映了由RC和VCC组成的输出电路中IC与UCE之间的关系，所以把这些交点称为放大器的工作点。直流负载线与IBQ所在的输出特性曲线的交点即为静态工作点Q，如图3-9（c）所示。

图解分析放大器的静态工作点的步骤为：

① 求IBQ。

② 列直流输出回路中关于IC与UCE的线性方程式。

③ 作直流负载线。

④ 直流负载线与IBQ所在特性曲线的交点即为静态工作点Q。

【例3-2】在如图3-9（a）所示电路中，已知VCC=15 V，RB=500 kΩ，RC=4 kΩ，三极管的特性曲线如图3-9（c）所示。试利用图解法求电路的静态工作点。

解：静态基极电流

列出输出回路中关于IC与UCE的线性方程式UCE=VCC-ICRC=15 -4IC

作直流负载线，如图3-10（a）所示。直流负载线与IBQ所在的输出特性曲线的交点Q即为静态工作点，如图3-10（b）所示。IBQ=30 μA，ICQ≈2 mA，UCEQ≈7 V。

图3-10　放大器的直流负载线

2.静态工作点的调整

由以上分析可知，静态工作点的位置与VCC、RB、RC的大小有关。VCC、RB、RC三个参数中任一个改变，静态工作点将会发生相应的变化。在实际应用中，调整静态工作点的位置，一般不采用改变RC和VCC来实现，而是通过改变RB的阻值来实现。如图3-11所示电路为实际的基本放大器。

图3-11　实际的基本放大器

3.图解分析放大器的动态工作情况

由交流通路可知，这是一直线方程，直线的斜率为，这时的直线称为交流负载线。

静态工作点Q是指无信号输入时的工作点，也可以理解为输入信号为零时的动态工作点，所以放大器的交流负载线经过静态工作点。

交流负载线的作法：先作交流负载线的辅助线。辅助线与横轴的交点坐标为N（VCC，0），与纵轴的交点坐标为如图3-12所示。然后过Q点作辅助线的平行线，即为交流负载线。(www.xing528.com)

图3-12　图解分析放大器的交流负载线

利用图解法进行动态分析的具体作法为：

（1）作直流负载线确定静态工作点。

（2）过静态工作点作交流负载线。

（3）已知输入电压ui=Uimsinωt，在输入特性曲线上，uBE将以UBEQ为基础，随ui的变化而变化，如图3-13所示。可见，对应的基极电流iB也将以IBQ为基础而变化，在最大基极电流Ibmax和最小基极电流Ibmin之间变化。

图3-13　放大器输入图解分析

（4）在输出特性曲线上找出IBQ及Ibmin和Ibmax对应的特性曲线和交流负载线的交点，可得到相对应的集电极电流的变化范围及集电极与发射极间电压的变化范围，如图3-14所示。

（5）求电压放大倍数。

根据输入交流电压Uim，再由图3-14求出输出电压Uom。

则根据电压放大倍数的定义可求出AU=Uom/Uim

由图解分析可知：uo与ui相位相反。

图3-14　放大器输出图解分析

4.波形失真与静态工作点的关系

按图3-15（a）所示做实验。由信号发生器输入适当的正弦波信号，调整静态工作点，观察示波器上输出信号的变化情况。

（1）工作点偏高易引起饱和失真。

输出信号波形负半周被部分削平，这种现象称为“饱和失真”。

产生饱和失真的原因是Q点偏高，如图3-15（b）所示的Q′点，输入信号的正半周的一部分进入饱和区，使输出信号的负半周被部分削平。

消除失真的方法是增大RB，减小IBQ，使Q点适当下移。

（2）工作点偏低易引起截止失真。

输出信号的正半周被部分削平，这种现象称为“截止失真”。

产生截止失真的原因是Q点偏低，如图3-15（b）所示中的Q″点，输入信号电压负半周有一部分进入截止区，使输出信号电压正半周被部分削平。

消除截止失真的方法是，减小RB，增大IBQ，使Q点适当上移。

饱和失真和截止失真分别是因为工作点进入饱和区和截止区（非线性区）而发生的失真。所以饱和失真和截止失真统称为非线性失真。

为使输出信号电压最大且不失真，必须使工作点有较大的动态范围，通常将静态工作点设置在交流负载线的中点附近。

图3-15　波形失真与静态工作点的关系