基于不同组态放大电路的简便分析计算方法

王春静

摘要：根据输入信号与输出信号公共端的不同，可将放大电路划分为三种不同组态的放大电路：共射组态放大电路、共集组态放大电路和共基组态放大电路.本文首先综述了放大电路的分析过程，其次讲述了不同组态放大电路的判断方法，然后对不同组态放大电路的特点进行了详细的讲解，最后利用不同组态放大电路的特点为实际电路的分析、计算过程提出了有效、简便的方法，能够有效提高学生对实际放大电路的分析、计算能力.

关键词：放大电路;共射组态;共集组态;共基组态

中图分类号：O44;TN710  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）08-0016-04

0 引言

根据实际放大电路中交流输入信号与交流输出信号公共端的不同，可将放大电路划分为三种不同组态的放大电路：共射组态放大电路、共集组态放大电路和共基组态放大电路[1-5].在电路分析、计算过程中，能否正确的判断实际放大电路的组态，并利用不同组态放大电路的特点正确的画出实际放大电路所对应的微变等效电路图，然后对其微变等效电路图进行正确的分析、计算，在电路理论学习过程中一直是一个比较难理解的问题.为了有效提高学生对电路的分析、计算能力，本文首先综述了放大电路的分析过程，其次讲述了不同组态放大电路的判断方法，然后对不同组态放大电路的特点进行了详细的讲解，最后利用不同组态放大电路的特点为实际电路的分析过程提出了有效、简便的方法.

1 放大电路的分析过程

放大电路的分析过程分为两步：第一步，画出放大电路的直流通路图，根据近似估算法估算其静态参数，即静态分析过程;第二步，画出放大电路的交流通路图，根据交流通路图画出相应的微变等效电路图，根据微变等效电路图估算放大电路的动态参数，即动态分析过程.

在电路分析过程中，首要问题就是正确的画出放大电路所对应的直流通路图与交流通路图.在画图过程中，要特别注意电抗器件及直流电源器件在直流通路图和交流通路图中的处理方法.大电容在直流通路图中起到断路的作用，在交流通路圖中起到短路的作用，因此，通常情况下我们称大电容具有“通交隔直”的作用.大电感（高频扼流圈）在直流通路图中起到短路的作用，在交流通路图中起到断路的作用，因此，通常情况下我们称大电感（高频扼流圈）具有“通直隔交”的作用.对于电感值不是太大的电感，在直流通路图中仍起到短路的作用，但在交流通路图中要原样保留.直流电源在直流通路图中要原样保留，但在交流通路图中，直流电压源起到短路的作用，直流电流源起到断路的作用，有内阻保留内阻[6].

放大电路的动态分析在电路理论学习过程中一直是一个比较难理解的问题.放大电路的动态分析关键在于以下5个方面：正确的画出放大电路所对应的交流通路图;根据交流通路图正确的判断放大电路的组态;掌握不同组态放大电路的特点;根据交流通路图正确的画出对应的微变等效电路图;根据微变等效电路图列方程，求解放大电路的动态参数.

2 放大电路组态的判断方法

在正确的画出放大电路所对应的交流通路图的前提下，我们提出了两种放大电路组态的判断方法.

第一种判断方法：根据交流输入信号和交流输出信号共地的特点，若在交流通路图中发现三极管的哪一个极是直接接地的，就称该电路为共哪个极的放大电路.例如，假设在放大电路的交流通路图中发现三极管的射极（e极）是直接接地的，则称该电路为共射组态放大电路.但是这种判断方法只限于交流通路图中必须有三极管的一个极是直接接地的情况.

第二种判断方法：根据交流输入信号和交流输出信号共地的特点，将接地端视为交流输入信号和交流输出信号的无效端子，若放大电路交流输入信号的有效输入端子（另外一个输入端子）接在三极管的基极（b极）上，交流输出信号的有效输出端子（另外一个输出端子）从三极管的集电极（c极）引出，则称该电路为共射组态放大电路;若放大电路交流输入信号的有效输入端子接在三极管的基极（b极）上，交流输出信号的有效输出端子从三极管的射极（e极）引出，则称该电路为共集组态放大电路;若放大电路交流输入信号的有效输入端子接在三极管的射极（e极）上，交流输出信号的有效输出端子从三极管的集电极（c极）引出，则称该电路为共基组态放大电路.这种判断方法适用于任何放大电路组态的判断.

3 不同组态放大电路的特点

共射组态放大电路的特点：交流输入信号加在基极（b极）和地之间，交流输出信号加在集电极（c极）和地之间;电压放大倍数大，而且是负值，共射组态放大电路具有倒相作用，即输入、输出信号呈反相关系;输入电阻较大;输出电阻较大.

共集组态放大电路的特点：交流输入信号加在基极（b极）和地之间，交流输出信号加在射极（e极）和地之间;电压放大倍数小于1但近似等于1，故共集组态放大电路又被称为电压跟随器或射极跟随器，其值为正值，故输入、输出信号呈同相关系;输入电阻大;输出电阻小，共集组态放大电路带负载的能力在三种不同组态的放大电路中也是最强的，通常将共集组态放大电路作为多级放大电路或集成电路的输出级.

共基组态放大电路的特点：交流输入信号加在射极（e极）和地之间，交流输出信号加在集电极（c极）和地之间;电压放大倍数大（其放大能力和共射组态放大电路的放大能力相当），其值为正值，故输入、输出信号呈同相关系;输入电阻小;输出电阻大.

4 实例分析

在图1所示两级放大电路中，VT1和VT2为两个NPN型三极管，两个三极管的电流放大系数β1和β2均为已知值，UBEQ1和UBEQ2均为0.7V，电容C1、C2、C3和C4都为大电容，电阻Rb11、Rb12、Rc1、Re1、Rb2、Re2和RL都为已知值，VCC为直流电压源且已知，U′i为交流输入信号，U′o为交流输出信号，下面对图1所示两级放大电路进行详细的分析计算.

4.1 画出放大电路的直流通路图并确定其静态参数

画直流通路图时，注意图1中的大电容C1、C2、C3和C4都起到断路的作用.C1断路将交流输入信号U′i断开;C2断路导致VT1的射极（e1极）上只接有电阻Re1;C3断路导致前后级放大电路的直流通路图互不影响;C4断路将负载电阻RL断开.图1所示两级放大电路的直流通路图如图2所示.为便于分析，应在直流通路图中标出三极管的3个极，并标出3个极上的静态电流.

4.2 画出放大电路的交流通路图并判断各级放大电路的组态

画交流通路图时，注意图1中的大电容C1、C2、C3和C4都起到短路的作用.C1短路将交流输入信号 的有效输入端子接到了VT1的基极（b1极）上;C2短路导致VT1射极上连接的电阻Re1被旁路，在交流通路图中VT1的射极（e1极）直接接地（通常将这种电阻和大电容并联的结构称为旁路结构，旁路结构在交流通路图中起到短路的作用）;C3短路导致前后级放大电路的交流流通路图串接到一起，第一级放大电路的交流输出信号将作为第二级放大电路的交流输入信号，实现两级放大;C4短路将负载电阻RL接到第二级放大电路的输出端，负载电阻RL两端的电压即为交流输出电压 .图1所示两级放大电路的交流通路图如图3所示.为便于分析，应在交流通路图中标出三极管的3个极.

从图3所示的交流通路图中可以看出，第一级放大电路的交流输入信号加在三极管VT1的b1极和地之间，其交流输出信号加在三极管VT1的c1极和地之间，故第一级放大电路为共射组态放大电路.在多级放大电路中，前一级的输出信号将作为下一级的输入信号，从而可判出第二级放大电路的交流输入信号加在三极管VT2的b2极和地之间，其交流输出信号加在三极管VT2的e2极和地之间，故第二级放大电路为共集组态放大电路（也可通过交流通路图中三极管VT2的c2极直接接地的现象判断出第二级放大电路为共集组态放大电路）.

4.3 根据放大电路的交流通路图画出对应的微变等效电路图

画微变等效电路图时，首先要畫出三极管内部的等效器件，然后根据放大电路的交流通路图将外接的器件连接到正确的位置.画微变等效电路图的步骤如下：

首先，要摆好各级放大电路中三极管三个极的位置：共哪个极组态的放大电路就把三极管的哪个极摆在下面（若该极不是直接接地的，我们就把地放在最下面，该极和地之间加相应的外接器件），有效输入端子所连接的极摆在左边，有效输出端子所连接的极摆在右边.

其次，画出三极管内部的等效器件并标出内部器件上电流的方向，标注电流方向时，要注意观察放大电路中三极管是NPN型还是PNP型，三极管的类型不同，三极管内部器件上的电流方向也不同.

最后，根据交流通路图中外接器件所在的位置，将外接器件正确的连接在微变等效电路图中.

4.4 根据放大电路的微变等效电路图列方程求解动态参数

根据放大电路的微变等效电路图列方程求其动态参数时要注意：在微变等效电路图中，只有三极管内部的电流方向是实际的方向，其它电流、电压的方向都为参考方向.当三极管内部的电流流过相应的电阻产生的实际输出电压方向与原图中给出的输出电压参考方向相反时，要在所求出的输出电压前加负号.

放大电路的动态参数主要包括：电压放大倍数、输入电阻和输出电阻.

由于后级放大电路的输入电阻将作为前级放大电路的负载，因此在求多级放大电路的电压放大倍数时，应从后向前依次计算各级放大电路的电压放大倍数，最后将各级放大电路的电压放大倍数相乘即为多级放大电路的电压放大倍数.在求各级放大电路的电压放大倍数时应注意：输入电压和输出电压都要采用本级放大电路三极管内部的电流乘以相应的电阻来表示，以便求取电压放大倍数时利用三极管内部三个电流的关系来约掉一些成分.

在图4所示微变等效电路图中，第一级放大电路的电压放大倍数求取过程如下：

求输出电阻时，需要对微变等效电路图提前做两个处理.

首先，将交流输入信号源进行处理.若是交流输入电压源，则将其短路，有内阻保留内阻;若是交流输入电流源，则将其断路，有内阻保留内阻.

5 结束语

实际放大电路的分析过程主要分为两步：第一步是静态分析，即正确的画出直流通路图，确定静态参数值;第二步，正确的画出交流通路图，根据交流通路图判断放大电路的组态，再根据交流通路图和不同组态放大电路的特点画出相应的微变等效电路图，根据微变等效电路图列方程求解放大电路的动态参数值.在实际电路的动态分析过程中，掌握不同组态放大电路的判断方法及其特点，能为复杂的电路分析过程提供极大的便利性.

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参考文献：

〔1〕杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔2〕高吉祥.模拟电子技术学习辅导及习题讲解[M].北京：电子工业出版社，2006.

〔3〕李小珉.电子技术基础[M].北京：电子工业出版社，2013.

〔4〕张志良.模拟电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2012.

〔5〕付植桐.电子技术[M].北京：高等教育出版社，2012.

〔6〕[美]James W. Nilsson， Susan A. Riedel 著，王宏祥，张民 改编.电路分析基础（第二版）（英文版）[M].北京：电子工业出版社，2018.

收稿日期：2019-04-14

基金项目：2018年第一批产学合作协同育人项目：基于大学生创新创业实践能力提高的模拟电路教学模式改革与实践（201801053004）;2018年山东师范大学校级教学改革项目：基于大学生实践与创新能力提升的高频电路教学模式改革与实践（14104）