2025年三极管放大等效电路分析——图解法

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一、前言

放大电路的本质是放大元器件将小的交流信号放大按照一定的倍数放大成大的交流信号，而放大过程的本质是交流小信号控制外界的输入能量从而使得输出能量被放大，而这个放大的能量来源于直流电压，因此在放大电路中不可缺少直流电压信号。而放大电路的组成通常由放大元器件、直流信号、需放大信号、及电阻、电容组成，常见的放大元器件有三极管、mos管；常见的放大电路有、共射极放大电路、直接式共射极放大电路、阻容式耦合共射放大电路。

二、放大电路的分析方法

放大电路的分析方法分为图解法和等效电路法；

不管是图解分析法还是等效电路法，分析放大电路的基本思路是：

（1）先分析直流通路；

（2）在分析交流通路；

共射极放大电路（三极管）

如下图1所示为共射极放大电路、图2所示为三极管输入特性，图3所示为三极管输出特性。其中三极管输入特性为IB与UBE之间的关系，而输出特性为IC与UCE之间的关系。

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图1 共射极放大电路

图2 三极管输入特性

图3 三极管输出特性

2.分析方法

（1）共射极放大电路直流通路，如图4所示。该电路中在共射极直流放大电路的基础上，让输入的“小信号Ui=0”，即如下图4.

图4 公射极放大电路直流通路电路

（2）共射极放大电路交流通路，如图5所示，该电路中直流源均置为0，且电容均短路。

图5 共射极放大电路交流通路

2.图解法

图解法主要依据输入特性和输出特性曲线，利用作图法，先计算共射极放大电路在直流通路上的静态工作点Q，该静态工作点Q是输入特性曲线IB与UBE之间的关系，在静态工作点Q的基础上引入交流小信号Δui，而由于引入Δui小信号的变化，会出现Δube的变化，而Δube导致ΔiB的变化，同理输出特性曲线分析一致。如下为输入、输出特性曲线分析过程。

1）输入特性曲线分析：

输入特性是IBQ与UCE之间的关键，而共射极直流通路中的输入特性，即为如式（1）关系，式（1）对应的UBE与IBQ之间的关系可进一步化简为式（2）所示，对应在输入特性的曲线如图6所示。

𝐼𝐵𝑄=𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒𝑅𝑏（1）

𝐼𝐵𝑄=𝑉𝐶𝐶𝑅b−1𝑅𝑏𝑉𝑏𝑒2

图6 共射极直流通路输入特性曲线

注：VBB=VCC，IBQ=iB

根据图5所示，上述图中存在直线公式（2）与输入特性曲线的交点Q，即Q点为输入特性的静态工作点，以Q点为坐标轴原点，在横轴（Ube）上做出Δube,对应的纵坐标即为ΔiB。

2）输出特性曲线分析

在共射极放大电路直流通路中，输出特性的输出IC与UCE之间的关系如式（3）所示；

𝐼c=𝑉𝑐𝑐−𝑈ce𝑅𝑐 (3)

进一步可化简为式（4）

𝐼c=𝑉𝑐𝑐𝑅𝑐 −𝑈ce (4)

根据公式（4）可在输出曲线上做出直线与输出特性曲线交于点Q，该点即为输出特性曲线的静态工作点。在该静态工作点Q时，在输出特性曲线存在一个IB，而由于输入特性存在ΔiB的变化，因此输出特性曲线引起Δic的变化，而Δic会影响ΔUce的变化，如图7所示图解法为输出特性曲线。因此利用图解法可得出ΔUce和ΔUi，从而小信号的放大倍速为公式（5）所示；

放大倍数=ΔUceΔU𝑖（5）

图7 图解法为输出特性曲线

注：本文学习参考上海交通大学郑毅慧老师的模电课程学习笔记，如有记录或者理解错误，麻烦大家积极留言，批评指正。