基本放大電路

通過昨天的學習，我們知道了一個基本放大電路的結構、放大的條件。好了，現在萬事俱備，只欠“輸入交流信號”這個東風了。

基本放大電路-動態分析

1.BJT特性測試

為了能夠更好地理解放大電路的放大功能，我們先來補充一個小問題，BJT的工作特性是怎樣的，為什么可以作為放大電路的核心元件？為此，先來測試一下BJT的工作特性，如下圖：

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上圖一般稱為BJT輸出特性曲線，其中每條線都是在取定一個電流Ib的情況下，集電極電流Ic（縱軸）隨集射電壓Vce變化而產生。即，選定Ib=const，則可確定唯一的特性曲線，可對應讀出Ic、Vce（即BJT是用基極的電流Ib控制集電極的電流Ic），可計算工作點處的直流電流放大倍數：

根據測得的△Ib和△Ic，可以計算出交流電流放大倍數：

2.動態分析

以基本共射極放大電路為例，既然BJT是用基極電流控制集電極電流，接下來只需要讓“東風”吹入基極，如圖所示，此處的“東風”設置為Vp-p=20mV，f=1kHz的交流信號：

在動態分析(交流仿真分析)中，需要完成一下三個步驟：

①直流源被置0；

②電容被短路、電感被開路；

③只有交流電壓源與電流源被作為激勵。

此處省略過程，直接看輸入輸出波形：

圖中藍色-通道A波形為輸入波形，掃描刻度為10mV/Div，紅色-通道B波形為輸出波形，掃描刻度為500mV/Div。明顯可見，

①輸出波形較輸入波形放大了很多；

②輸入波形與輸出波形反相（相位差180°）。

從波形上看，輸出波形是有些許失真的，因此，用失真分析儀測得此時有5.43%的失真。

3.性能指標

為了讓大家更加清晰地認識以上的仿真數據，接下來用以下3個參數概括基本放大電路的性能：

①電壓放大倍數

即：放大電路的輸出電壓與輸入電壓之比。根據仿真數據，可得（其中的“-”號是為了表明反相關系）：

根據電路結構參數，電壓放大倍數的理論值（此處不做理論推導）為：

其中，

電壓放大倍數表征了基本放大電路的電壓放大能力，可見理論值與實測值是有誤差的，這與電路結構參數有關，比如失真程度也會影響誤差的大小。

②輸入電阻

測量方法：交流信號源串接R=1KΩ的電阻，分別測量串接前后的輸入電壓Ui及U'i，則輸入電阻按照下式計算（請大家試著自己完成）：

輸入電阻理論上就是從信號輸入端看進去的等效電阻，用于衡量放大電路對信號源（交流輸入信號）的影響，其值越大，表明從信號源獲取的輸入電壓越大。

③輸出電阻

測量方法：分別測量RL開路和接通時的輸出電壓及Uo及U'o，則輸出電阻按照下式計算（請大家試著自己完成）：

若把基本放大電路看做是一個信號源，則輸出電阻就是這個信號源的內阻。輸出電阻用于衡量放大電路帶負載的能力。

帶負載能力說明：

①若想負載獲得穩定的電流，則輸出阻抗越大越好。

解析：諾頓定理，將放大電路視為電流源。則此時從輸出端看進去的電路阻抗（輸出阻抗）就是RC與電流源并聯的值，因此RC越大，則其分流越小，負載獲得的電流越穩定；

②若想負載獲得穩定的電壓，則輸出阻抗越小越好。

解析：戴維南定理，將放大電路視為電壓源。此時從輸出端看進去的電路阻抗（輸出阻抗）則為RC與電壓源串聯的值，因此RC越小，則其分壓越小，負載獲得的電壓越穩定；

至此，我們看到基本放大電路確實將輸入的交流信號進行了放大，這種放大性能可用電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻這3個性能指標衡量，本文中省略了它們的理論推導。

那么，新問題來了，可以說這個放大電路的結構參數是我精心選擇的（仍然有5.43%的失真度）。如果選擇的參數不合適，基本放大電路會是怎樣的工作狀態呢？