對(duì)三極管基本放大電路原理的分析

一、三極管共射基本放大電路工作原理內(nèi)容及學(xué)習(xí)意義

如圖1所示，三極管共射基本放大電路的工作原理是：電路利用三極管的電流放大作用，把電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大，即對(duì)交流信號(hào)電壓起放大與倒相的作用。它是三極管構(gòu)成模擬電路的一個(gè)典型應(yīng)用，是電子技術(shù)基礎(chǔ)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容之一。理解并掌握這一原理，是學(xué)習(xí)和運(yùn)用晶體管電路及電子技術(shù)的入門。

二、電路工作原理分析

當(dāng)ui=0（靜態(tài)）時(shí)，電容C1被充電到UC1=UBE，電容C2被充電到UC2=UCE。輸入信號(hào)ui后，設(shè)ui=uimSinωt為一正弦量，則輸入電壓uBE=UBE+ui，基極電流iB=IB+ib。由于三極管的電流放大作用，集電極電流iC=βiB=β（IB+ib）=IC+ic（β為三極管的電流放大系數(shù)，β≥1）。因ic流過(guò)集電極電阻RC，在RC上要產(chǎn)生電壓降，故在三極管的輸出端即管子集—射極間將產(chǎn)生放大了的信號(hào)電壓uCE=UCE+uce。uBE、iB、iC、uCE，它們都是在直流分量的基礎(chǔ)上疊加以交流分量，如圖2（a）～（d）所示，這就是三極管共射放大電路電壓放大的基本工作過(guò)程。然而，要考慮該電路放大電壓信號(hào)的輸出，則要分輸出端是“空載”還是“負(fù)載”兩種情況來(lái)討論。

1.輸出端不接負(fù)載電阻RL，即電路“空載”輸出時(shí)的工作情況

此時(shí)，圖1中RL=∞，io=0，uo=0，且iC=iRC，則電路輸出即管子集—射極間電壓為：

uCE=UCC—iRCRC=UCC—iCRC=UCC—（IC+ic）RC=UCC—ICRC—icRC=UCE—icRC=UCE+uce

它表明uCE由直流分量與交流分量uce=—icRC兩部分組成，在這里交流分量。在這種情況下，如圖3所示，由于輸出端未接入負(fù)載電阻RL，輸出電壓uce既加于三極管的集、射極間，同時(shí)也加在集電極電阻RC兩端。

RC一方面形成集電極的直流通路，使直流電源電壓通過(guò)RC加到集電結(jié)上；另一方面，它又是負(fù)載電阻，把被三極管放大了的集電極電流轉(zhuǎn)化為輸出電壓u0=uce，使放大器具有電壓（功率）放大的功能。從集電極電阻RC所承受的交流輸出電壓表達(dá)式可知uce=—icRC=—βibRC，與輸入信號(hào)電壓ui=ibrbe（rbe為小信號(hào)放大情況下三極管的等效輸入電阻，通常rbe≤RC）相比，輸出電壓uce幅度被放大了。

Av=■=■=■=

—β■，∵Av≥1∴UO=Uce≥Ui），

但二者的相位相反，這是因?yàn)檩斎胄盘?hào)ui正半周，uBE↑→IB↑→IC↑→uCE↓，可見(jiàn)，輸出與輸入相位相反，在輸入信號(hào)ui負(fù)半周亦然。如果在輸出端即在電容C2與地間接入負(fù)載電阻RL，此時(shí)輸出電壓的直流分量UCE將被電容C2隔斷，而交流分量uCE可通過(guò)電容C2傳送給負(fù)載，對(duì)這種情況下電路的討論分析將如下所述。

2.輸出端接入負(fù)載電阻RL，即電路“帶載”輸出時(shí)的工作情況

如圖4所示，由于電路的交流通路多了一條交流負(fù)載支路，輸出總電流即流過(guò)管子集電極的電流iC為兩條支路電流的合成，即iC=iRC+iO ，其中直流負(fù)載RC支路電流iRC=IC+■RC，由直流分量IC與交流分量■RC兩部分所組成，iO為交流負(fù)載RL支路電流。于是，有電路輸出電壓即管子集—射極間電壓為：

uCE=UCC—iRCRC=UCC—（IC+■RC）RC=UCE—■RCRC=UCE+uce，

這里uce=—■RCRC。因?yàn)閕C=IC+■RC+iO=IC+iC，其中iC=■RC+iO為對(duì)應(yīng)于交流等效負(fù)載電阻（即RC與RL二者的并聯(lián)）RL'所通過(guò)的電流，則又有uCE=UCE+uce=UCE—iORL=UCE—iCRL'=UCE—（iC—IC）RL'=UCE+ICRL'—iCRL'令UCC'=UCE+ICRL'，稱之為接入負(fù)載電阻RL情況下電路的等效直流電源電壓，則管子集—射極間輸出電壓表達(dá)式可寫為uCE=UCC'—iCRL'，此時(shí)電路“帶載”的電壓放大倍數(shù)為：

Av'=■=■=■=—β■，∵RL'（=RL∥RC）

即“帶載”輸出電壓放大倍數(shù)小于“空載”輸出電壓放大倍數(shù)。根據(jù)式uCE=UCC'—iCRL'，可在三極管輸出特性曲線上作出其所表示的直線，稱之為電路的交流負(fù)載線。

如圖5所示，圖中的直流負(fù)載線是指電路靜態(tài)情況下輸出回路的電壓電流關(guān)系式uCE=UCC—ICRC所對(duì)應(yīng)的直線。交流負(fù)載線能直觀地分析電路的工作情況，包括求各直流量（靜態(tài)工作點(diǎn)Q）、放大倍數(shù)、分析電路中信號(hào)的傳輸及失真情況等的依據(jù)，這種通過(guò)作交、直流負(fù)載線研究分析電路的方法稱之為電路的圖解分析法。

三、現(xiàn)行教材欠妥之處與改正建議

筆者發(fā)現(xiàn)，一些現(xiàn)行教材在闡述三極管共射放大電路的工作原理，對(duì)其“帶載”與“空載”兩種情況進(jìn)行分析時(shí)卻不夠縝密，出現(xiàn)了將二者混淆的欠妥之處。之所以出現(xiàn)上述問(wèn)題，其根本原因就在于忽略了電路在“動(dòng)態(tài)”工作情況下交流負(fù)載支路中電流的存在。筆者認(rèn)為，對(duì)三極管共射基本放大電路工作原理的分析，若對(duì)于中等職教，考慮到教材一般到本節(jié)時(shí)尚未引入交流通路概念，加之學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和認(rèn)識(shí)能力有限，為簡(jiǎn)易起見(jiàn)，一種是以電路的“空載”輸出情況作分析，另一種是仍可采用原圖、式（即“帶載”的電路圖、“空載”電路的輸出電壓的表達(dá)式），但必須說(shuō)明：該式所對(duì)應(yīng)的僅是電路的“空載”情況，即假設(shè)負(fù)載電阻未接入，然后可補(bǔ)充說(shuō)明：在電路接入負(fù)載電阻的情況下，輸出信號(hào)電壓的交流分量可通過(guò)電容分離出來(lái)，傳送到輸出端，使負(fù)載上得到輸出電壓，或在等效負(fù)載電阻上得到輸出電壓；若對(duì)于高職高專等教育層次，不妨針對(duì)電路“帶載”輸出情況加以分析。由上述可知，“帶載”分析不僅電路物理概念全面清晰，而且導(dǎo)出輸出電壓表達(dá)式（該式與作直流負(fù)載線所依據(jù)的表達(dá)式具有相同的形式）為圖解分析作輸出回路的交流負(fù)載線打下了基礎(chǔ)，這對(duì)于促進(jìn)學(xué)生發(fā)散思維，提高其分析認(rèn)識(shí)電路與解決實(shí)際問(wèn)題的能力都具有重要的意義。

（作者單位：江蘇省海安雙樓中等專業(yè)學(xué)校）