第3章 晶體管放大電路基礎(chǔ)

在模擬電子技術(shù)中，放大電路是關(guān)鍵的部件。晶體管（BJT和FET）是具有放大功能的電子器件，晶體管放大電路（分立元件的和集成化的）是目前應(yīng)用最廣泛的放大電路。掌握晶體管放大電路的基本工作原理、基本分析方法、基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)是學(xué)習(xí)模擬電子電路的重要內(nèi)容之一。

本章將討論晶體管（BJT和FET）放大電路的一些最基本的問題：放大電路的工作原理；晶體管的偏置方式；圖解法和微變等效電路法；各種組態(tài)晶體管放大電路的基本指標(biāo)，包括電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、輸入阻抗和輸出阻抗等。

3.1 放大電路的基本組成和工作原理

3.1.1 基本放大器及其模型

放大是模擬電路最重要的一種功能。放大電路是指將微弱的電信號(hào)（電壓、電流、功率）放大到所需的量級(jí)，且功率增益大于l的電子電路。工程上的各類放大器都是由若干基本放大電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成的；基本放大電路又幾乎是所有模擬集成電路與系統(tǒng)的基本單元。

按照輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不同的組合方式劃分，可有四種基本類型的放大器，即電壓放大器（電壓輸出/電壓輸入）、電流放大器（電流輸出/電流輸入）、跨阻放大器（電壓輸出/電流輸入）、跨導(dǎo)放大器（電流輸出/電壓輸入）。

本節(jié)首先介紹四種基本放大器的簡(jiǎn)單模型（即直流或低頻模型），了解四種放大器之間的本質(zhì)區(qū)別和聯(lián)系。

1.電壓放大器

電壓放大器將電壓輸入信號(hào)放大，提供電壓輸出信號(hào)，相當(dāng)于一種電壓控制電壓源。電壓放大器的增益是指輸出電壓與輸入電壓的比值，是一個(gè)沒有量綱的純數(shù)。電壓放大器在直流（或低頻）信號(hào)下的電路模型如圖3-1所示。

圖3-1所示虛線框內(nèi)的電壓放大器模型電路中包含一個(gè)開路電壓增益為Auo的電壓控制電壓源Auoui，一個(gè)衡量從信號(hào)源汲取電流大小的輸入電阻Ri，一個(gè)衡量向負(fù)載提供輸出電流時(shí)輸出電壓穩(wěn)定程度的輸出電阻Ro。

在具體應(yīng)用中，電壓放大器的輸入端與具有內(nèi)阻Rs的信號(hào)源us相連，輸出端接負(fù)載電阻RL。這時(shí)，輸出電壓只是受控電壓源Auoui的一部分，其表達(dá)式為

電壓增益的表達(dá)式為

Auo稱為開路電壓增益，即當(dāng)RL=∞ 時(shí)，Au =Auo。Au稱為（有載）電壓增益。為了使Au盡可能接近Auo的數(shù)值，Ro必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL。換句話說，對(duì)于給定的負(fù)載電阻RL，在設(shè)計(jì)電壓放大器時(shí)，為使負(fù)載電阻RL獲得盡可能大的電壓，要求電壓放大器的輸出電阻Ro應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL。

另外，放大器有限的輸入電阻Ri會(huì)使Rs在輸入端引起分壓作用，使得源電壓信號(hào)us的一部分到達(dá)放大器的輸入端口，即

可見，為了使耦合到放大器輸入端的電壓信號(hào)ui盡可能接近源電壓信號(hào)us，必須使放大器的輸入電阻Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻Rs。

由上述分析可以看出，為了減小由于Ro和Rs引起的電壓增益損失，設(shè)計(jì)電壓放大器時(shí)應(yīng)滿足Ro?RL，Ri?Rs。理想電壓放大器的條件是Ro =0和Ri=∞，在這種條件下，Au恒等于Auo，而其電流增益和功率增益恒等于無窮大。

2.電流放大器

電流放大器的輸入信號(hào)是電流，輸出信號(hào)也是電流，相當(dāng)于一種電流控制電流源。電流放大器的增益是輸出電流與輸入電流的比值，也是一個(gè)沒有量綱的純數(shù)。圖3-2是電流放大器對(duì)直流（或低頻）信號(hào)的模型。在圖3-2中，Aisii是短路電流增益為Ais的電流控制電流源，Ro是輸出電阻，Ri是輸入電阻。

當(dāng)放大器由具有內(nèi)阻Rs的電流源is提供輸入電流信號(hào)，而且在輸出端連接負(fù)載電阻RL時(shí)，其輸出電流及電流增益表達(dá)式分別為

式中，Ais稱為短路電流增益。顯然，當(dāng)RL=0時(shí)，Ai=Ais。Ai稱為（有載）電流增益。

由于信號(hào)源內(nèi)阻Rs對(duì)輸入電阻Ri具有分流作用，實(shí)際輸入電流ii與源信號(hào)電流is的關(guān)系為

為了減小由于Ro和Rs引起的電流增益損失，設(shè)計(jì)電流放大器時(shí)應(yīng)滿足Ro?RL，Ri?Rs。理想電流放大器應(yīng)滿足條件Ro=∞，Ri=0。在理想條件下，Ai恒等于Ais，電壓增益和功率增益恒等于無窮大。

3.跨阻放大器

跨阻放大器的輸入信號(hào)是電流，輸出信號(hào)是電壓，相當(dāng)于一種電流控制電壓源。跨阻放大器的增益是輸出電壓與輸入電流的比值，具有電阻的量綱，單位為歐姆（Ω）。跨阻放大器對(duì)直流（或低頻）信號(hào)的模型如圖3-3所示。在圖3-3中，Aroii是開路跨阻增益為Aro的電流控制電壓源，Ro是輸出電阻，Ri是輸入電阻。

當(dāng)放大器的輸入端連接具有內(nèi)阻Rs的電流源is，輸出端連接RL時(shí)，輸出電壓和跨阻增益的表達(dá)式分別為

式中，Aro稱為開路跨阻增益，即當(dāng)RL=∞時(shí)，Ar=Aro。Ar稱為（有載）跨阻增益。實(shí)際輸入電流ii與信號(hào)源電流is的關(guān)系為

設(shè)計(jì)跨阻放大器時(shí)，應(yīng)設(shè)法滿足Ro?RL，Ri?Rs。理想跨阻放大器應(yīng)滿足條件Ro =0，Ri=0。在理想條件下，Ar恒等于Aro，電壓增益和功率增益均為無窮大，電流增益則與RL成反比例變化。

4.跨導(dǎo)放大器

跨導(dǎo)放大器的輸入信號(hào)是電壓，提供電流輸出信號(hào)，相當(dāng)于一種電壓控制電流源。跨導(dǎo)放大器的增益是輸出電流與輸入電壓的比值，具有電導(dǎo)的量綱，單位為西門子（S）。由于決定增益的輸出電流和輸入電壓不是在同一節(jié)點(diǎn)測(cè)量的，而是分別在輸出端和輸入端測(cè)量的，因此稱其增益為跨導(dǎo)，稱這種放大器為跨導(dǎo)放大器。跨導(dǎo)放大器對(duì)直流（或低頻）信號(hào)的模型如圖3-4所示。在圖3-4中，Agsui是短路跨導(dǎo)增益為Ags的電壓控制電流源；Ro是輸出電阻，它衡量隨負(fù)載電阻變化輸出電流的穩(wěn)定程度；Ri是輸入電阻。

當(dāng)在輸入端連接具有內(nèi)阻Rs的電壓源us，而在輸出端連接負(fù)載電阻RL時(shí)，跨導(dǎo)放大器輸出電流和跨導(dǎo)增益的表達(dá)式分別為

Ags稱為短路跨導(dǎo)增益，即當(dāng)RL=0時(shí)，Ag=Ags。Ag稱為（有載）跨導(dǎo)增益。考慮到信號(hào)源內(nèi)阻Rs對(duì)輸入電壓源信號(hào)us的分壓作用，實(shí)際輸入電壓為

為了減小由于輸入電阻Ri和輸出電阻Ro對(duì)增益造成的損失，在設(shè)計(jì)跨導(dǎo)放大器時(shí)，應(yīng)該滿足條件Ro?RL，Ri?Rs。理想跨導(dǎo)放大器的條件是Ro =∞，Ri=∞。在理想條件下，Ag恒等于Ags，電流增益和功率增益均為無窮大，電壓增益與RL成正比例變化。

5.四種基本放大器的區(qū)別與聯(lián)系

在前述四種基本放大器的模型電路中，各有三個(gè)直流（或低頻）的模型參數(shù)，即增益、輸出電阻和輸入電阻。

由上面的分析可以看出，四種基本放大器的區(qū)別是：① 增益的量綱不同；② 對(duì)輸出電阻的要求不同，以電壓作為輸出量的放大器要求Ro?RL，以電流作為輸出量的放大器要求Ro?RL；③對(duì)輸入電阻的要求不同，以電壓作為輸入量的放大器要求Ri?Rs，以電流作為輸入量的放大器要求Ri?Rs。

對(duì)于一個(gè)具體給定的放大器電路來說，必然屬于上述四種基本放大器之一，且有一種最適合描述它的電路模型。但是，這并不意味著不能用其他模型去描述它，因?yàn)樯鲜鏊姆N模型電路的參數(shù)之間可以相互轉(zhuǎn)換。

例如，人們習(xí)慣上愿意用電壓增益來表示上述四種基本放大器的增益，那么除電壓放大器之外的其他三類放大器的電壓增益該如何表示呢？一般開路電壓增益Auo和短路電流增益Ais之間的關(guān)系可以按下面的方法分析得到。圖3-1所示電壓放大器模型的開路輸出電壓為Auoui，而圖3-2所示電流放大器模型的開路輸出電壓為AisiiRo，令這兩個(gè)開路輸出電壓值相等，并且對(duì)圖3-2中的電路有ii=ui/Ri成立，則得到下列關(guān)系式

式中，Ro和Ri分別是電流放大器模型中的輸出電阻和輸入電阻。式（3-14）表示了電流放大器的開路電壓增益Auo與短路電流增益Ais之間的關(guān)系。

用類似的方法進(jìn)行分析，可以得到另外兩種電路的開路電壓增益與短路跨導(dǎo)增益及開路跨阻增益之間的關(guān)系式

應(yīng)該指出，由于四種基本放大器的增益參數(shù)可以互相變換，當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)具體的電子系統(tǒng)（或子系統(tǒng)）時(shí)，可以利用四種基本放大器中的任何一種作為標(biāo)準(zhǔn)部件來完成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)所要求的輸出-輸入函數(shù)關(guān)系。但是，由于四種基本放大器的輸入電阻及輸出電阻水平有很大差別，當(dāng)用不同的放大器實(shí)現(xiàn)相同的系統(tǒng)函數(shù)關(guān)系時(shí)，將在其他性能上表現(xiàn)出很大的不同。下面將通過具體分析晶體管（BJT和FET）放大電路來討論這些問題。

3.1.2 放大電路的組成及其直流、交流通路

共射或共源放大電路是最常用、最基本的單元放大電路，下面我們首先以共射或共源放大器的電路結(jié)構(gòu)入手，逐步展開對(duì)晶體管基本放大電路的學(xué)習(xí)與分析。

1.放大器組成的基本原則

圖3-5是常見的阻容耦合放大器電路，以它為例進(jìn)行討論。可將它分成7個(gè)部分，每部分作用如下。

（1）交流信號(hào)源：us為其開路電壓，Rs為其內(nèi)阻。交流信號(hào)源代表著待放大的信號(hào)，工程上應(yīng)廣義理解，它可以是一個(gè)實(shí)際的物理信號(hào)源，也可能是前級(jí)放大器的輸出回路。

（2）輸入耦合電容C1：由于電容C1的容抗為，對(duì)直流其容抗，相當(dāng)于開路，其作用是隔斷信號(hào)源與晶體管放大電路之間的直流聯(lián)系；而對(duì)頻率較高的交流信號(hào)其容抗，容抗足夠小，可視為短路，因而交流信號(hào)可順利地通過，起到耦合傳送交流信號(hào)的作用。

（3）偏置電路：為晶體管提供直流偏置電壓的電路，目的是使晶體管（BJT或FET）工作在放大狀態(tài)。

在圖3-5（a）所示的BJT放大電路中，電源EC經(jīng)偏置電阻Rb1、Rb2組成的分壓電路為晶體管VT1的基極提供直流偏置電壓，發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ流過電阻Re為發(fā)射極提供直流偏置電壓UEQ=IEQRe，集電極靜態(tài)電流ICQ流過電阻Rc為集電極提供直流偏置電壓UCQ=EC-ICQRc，偏置電路必須保證晶體管VT1的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使晶體管VT1工作在放大狀態(tài)。即保證直流偏置電壓UBEQ=UBQ-UEQ＞0，UCEQ＞UBEQ。

同理，在圖3-5（b）所示的JFET放大電路中，電源ED經(jīng)由偏置電阻R1、R2 組成的分壓電路為場(chǎng)效應(yīng)管VT2的柵極提供直流偏置電壓，源極靜態(tài)電流ISQ=IDQ流過電阻RS為源極提供直流偏置電壓USQ=IDQRS，漏極靜態(tài)電流IDQ=ISQ流過電阻RD為漏極提供直流偏置電壓UDQ=ED-IDQRD，偏置電路應(yīng)保證晶體管VT2工作在放大狀態(tài)（飽和區(qū)）。即保證柵-源極間的PN結(jié)必須反偏，即UGSQ=UGQ-USQ＜0，且UGSQ＜UGS（off），UDSQ＞UGSQ-UGS（off）。

另外，集電極電阻Rc（或漏極電阻RD）除了為晶體管集電極（漏極）提供合適的偏置電壓之外，還具有把晶體管的集電極電流iC（漏極電流iD）的變化分量轉(zhuǎn)化成輸出電壓的作用，并傳給負(fù)載RL。

發(fā)射極電阻Re（或源極電阻RS）除了為晶體管發(fā)射極（源極）提供合適的偏置電壓之外，還具有對(duì)直流電流負(fù)反饋的作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。

例如在圖3-5（a）所示的BJT放大電路中，如果環(huán)境溫度升高使集電極靜態(tài)電流ICQ增加，發(fā)射極靜態(tài)偏置電壓UEQ=IEQRe將增加，由于基極靜態(tài)偏置電壓與晶體管參數(shù)無關(guān)，幾乎不受溫度的影響（不變），所以發(fā)射結(jié)正偏靜態(tài)電壓UBEQ=UBQ-UEQ將減小，從而導(dǎo)致集電極靜態(tài)電流ICQ有下降的趨勢(shì)，即穩(wěn)定了集電極靜態(tài)電流ICQ。

（4）晶體管VT1（或VT2）：晶體管是放大器的核心，起電流（或電壓）控制和放大的作用。

（5）輸出端耦合電容C2：其作用與C1相同，對(duì)直流開路，用于隔斷晶體管與負(fù)載RL的直流聯(lián)系；對(duì)交流短路，起到耦合傳送交流信號(hào)到負(fù)載的作用。另外Ce（或CS）為發(fā)射極（或源極）旁路電容，主要作用是使射極電阻Re（或源極電阻RS）對(duì)交流短路，消除Re（或RS）對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生負(fù)反饋?zhàn)饔玫挠绊憽?/p>

（6）放大器負(fù)載RL：可以是一個(gè)實(shí)際的負(fù)載（如電阻、喇叭、顯像管等），也可以是下一級(jí)放大電路的輸入回路。

（7）直流電源EC：晶體管放大電路具有放大交流信號(hào)功率的功能，但晶體管不會(huì)產(chǎn)生能量，之所以具有放大功能，是由于EC為整個(gè)電路提供了能量。晶體管只相當(dāng)于能量的控制器，即在輸入信號(hào)ui的控制下，把EC提供的直流能量轉(zhuǎn)化成較大的交流信號(hào)能量輸出。

另外必須注意，對(duì)圖3-5所示的阻容耦合電路，有兩個(gè)獨(dú)立的電源，一個(gè)是直流電源EC，另一個(gè)是交流信號(hào)源us，所以電路中各支路上的電壓和電流應(yīng)該由兩部分組成：一部分是直流成分，代表著放大電路各支路上的靜態(tài)偏置（如IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ或UGSQ、IDQ、UDSQ）；另一部分是交流成分，代表著放大電路各支路上傳輸及放大的交流信號(hào)（如ib、ube、ic、uce或ugs、id、uds）。即任意瞬時(shí)放大電路各支路上的總電壓和總電流應(yīng)該是在靜態(tài)偏置上疊加著傳輸及放大的交流信號(hào)，如下式所示：

BJT放大電路FET放大電路

iB=IBQ+ibiG=0

uBE=UBEQ+ubeuGS=UGSQ+ugs

iC=ICQ+iciD=IDQ+id

uCE=UCEQ+uceuDS=UDSQ+uds

如果放大電路中晶體管的靜態(tài)偏置設(shè)計(jì)的合適，在放大區(qū)，且工作在交流小信號(hào)的范圍內(nèi)，晶體管可近似為線性元件，放大電路即為線性電路，那么根據(jù)線性電路的疊加原理，可以把放大電路分解成直流通路和交流通路兩個(gè)部分，進(jìn)行獨(dú)立的分析。這將使放大電路的設(shè)計(jì)與分析得以簡(jiǎn)單化。

所謂放大電路的直流通路是指直流電源EC單獨(dú)作用（交流小信號(hào)源us=0）時(shí)，放大電路的等效電路。它反映了放大電路各處的直流偏置電壓和電流，是設(shè)計(jì)和分析放大電路靜態(tài)偏置（工作點(diǎn)）的基本電路。

所謂放大電路的交流通路是指交流小信號(hào)源us單獨(dú)作用（直流電源EC=0）時(shí)，放大電路在靜態(tài)工作點(diǎn)上交流信號(hào)傳輸?shù)牡刃щ娐?/span>。它反映了放大電路各處交流信號(hào)的傳輸與放大，是設(shè)計(jì)和分析放大電路交流信號(hào)傳輸問題的基本電路。

概括地說，在組成晶體管放大電路時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

第一，要有直流通路，即保證晶體管偏置在放大區(qū)內(nèi)工作，以實(shí)現(xiàn)電流的控制作用。

第二，要有交流通路，使輸入端的待放大信號(hào)能有效地加到晶體管的輸入端口上，以控制晶體管的電流，而且放大了的信號(hào)能從晶體管的輸出端口電路中輸出。

【例3-1】 用上述原則判斷圖3-6所示電路的結(jié)構(gòu)是否具有電壓放大作用。

解：圖（a）中，由于C1隔直流的作用，無輸入直流通路。圖（b）中，由于C1 的旁路作用使得輸入電壓信號(hào)無法加入。圖（c）中，由于沒有Rc，只有信號(hào)電流，無信號(hào)電壓輸出，或者說輸出電壓信號(hào)無法取出。圖（d）中，發(fā)射結(jié)沒有正向偏置電壓，晶體管沒有偏置在放大區(qū)。所以上述電路均無電壓放大作用。

2.直流通路與靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

在晶體管放大電路的設(shè)計(jì)和分析中有兩類基本問題：

第一，直流偏置（靜態(tài)）問題：是指在放大電路的直流通路上設(shè)計(jì)和分析靜態(tài)工作點(diǎn)，即確定IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ等值，以解決放大電路中晶體管的偏置方式，保證晶體管工作在放大狀態(tài)。工程上常用的分析方法有：估算法、等效電源法、圖解法。

第二，交流傳輸（動(dòng)態(tài)）問題：是指在放大電路的交流通路上分析和設(shè)計(jì)交流信號(hào)的放大與傳輸關(guān)系，求解放大電路的電壓、電流、功率增益（Au、Ai、Ap），以及輸入、輸出電阻（Ri、Ro）等，以解決放大電路中信號(hào)的有效傳輸及放大等問題。工程上常用的動(dòng)態(tài)分析方法有：圖解法和微變等效電路法。

下面首先從放大電路直流通路的畫法入手，學(xué)習(xí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)計(jì)和分析。

（1）直流通路的畫法

如前所述，放大電路的直流通路是指直流電源EC單獨(dú)作用（交流小信號(hào)源us=0），電路處于靜態(tài)時(shí)，放大電路的等效電路。其實(shí)直流通路的基本功能就是建立放大器工作點(diǎn)的偏置，所以也可將其稱為放大器的直流偏置電路。

由于電容C的容抗為1/ωC，具有隔直流的作用，所以畫直流通路時(shí)應(yīng)該將它們開路。電感L的感抗為ωL，直流電流流過理想電感時(shí)其電感兩端電壓為零，所以在畫直流通路時(shí)就應(yīng)將其短路。總之，畫放大電路直流通路的基本原則是：將放大電路中所有的電容開路，電感短路，變壓器初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間開路，輸入端信號(hào)源取零值，所剩電路即為放大電路的直流通路。圖3-5所示放大器的直流通路如圖3-7所示。

（2）BJT放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法

放大器的直流通路其實(shí)就是建立放大器工作點(diǎn)的直流偏置電路，因此，直流通路的一個(gè)重要用處就是可以用來估算放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。首先由圖3-7（a）分析BJT放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

根據(jù)正偏PN結(jié)的“恒壓”特性，當(dāng)BJT的基極偏置電流變化時(shí)，發(fā)射結(jié)的正向偏置電壓UBE變化很小。因此，在估算靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，可以將發(fā)射結(jié)電壓設(shè)定為一典型值，這個(gè)典型值與正偏二極管的典型值相同。對(duì)于硅BJT，可取UBEQ=0.7 V。對(duì)于鍺BJT，則取UBEQ=0.3 V。另外，由于BJT基極電流一般很小（μA數(shù)量級(jí)），通常在電路的設(shè)計(jì)中常能滿足I1≥（5～10）IBQ，所以在圖3-7（a）所示的電路中可以忽略IBQ，即I1≈I2，Rb1和Rb2近似為串聯(lián)關(guān)系，可求出基極工作點(diǎn)電位為

利用發(fā)射結(jié)回路可求出發(fā)射極工作點(diǎn)電流

式中，UBEQ對(duì)于硅BJT可取0.7 V。對(duì)于鍺BJT則取0.3 V。再利用集電極電流與發(fā)射極電流的關(guān)系可求出集電極工作點(diǎn)電流

利用集電極回路可求出集電極工作點(diǎn)電壓

式（3-16）～式（3-19）對(duì)NPN管和PNP管都成立，但用于PNP管時(shí)，電流（包括ICBO）和電壓（包括EC）均為負(fù)值。也就是說，對(duì)PNP管的偏置電路，仍然可采用與NPN管偏置電路相同的電流、電壓參考方向，這不失為一種方便的計(jì)算方法。

【例3-2】 估算圖3-8所示硅PNP管偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

解：取UBEQ=-0.7 V，則

ICQ=βIBQ=100 ×（-21.2）=-2.12（mA）

UCEQ=EC-ICQRc=-6-（-2.12）×1.5=-2.82（V）

因?yàn)?span id="6moro61" class="italic">UCEQ＜UBEQ，對(duì)于PNP管而言，集電結(jié)反偏，上述計(jì)算有效。

（3）等效電源法求解靜態(tài)工作點(diǎn)

利用戴維南定律把圖3-7（a）所示直流通路的基極偏置電路等效成如圖3-9所示的電路，其中：

列出輸入回路的電壓偏置方程：

由式（3-22）可求解出基極電流

而ICQ=βIBQ，列出輸出回路的偏置電壓方程可求解出

在放大電路的分析與設(shè)計(jì)過程中，靜態(tài)工作點(diǎn)的估算與分析是十分重要的，因?yàn)?span id="lxy3ryr" class="bold">靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路中的晶體管BJT發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置的基礎(chǔ)。不僅如此，靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇是否合適，將會(huì)對(duì)放大電路的性能、輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍、晶體管BJT的交流參數(shù)及非線性失真等產(chǎn)生重要的影響。靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算除以上介紹的估算法之外，還可以利用圖解法來計(jì)算，這將在3.1.3節(jié)中給予介紹。

（4）FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析

在放大電路應(yīng)用中，F(xiàn)ET和BJT一樣，必須用合適的偏置電路將其工作點(diǎn)（UDSQ，IDQ）偏置在靜態(tài)輸出特性曲線的放大區(qū)，并使其工作點(diǎn)穩(wěn)定。從第2章對(duì)FET工作原理的分析中知，無論哪種類型的FET，其柵極電流iG=0，即FET只要求偏壓UGS，不需要偏流IG。我們知道，偏置在放大區(qū)的BJT，各極電流只受正偏發(fā)射結(jié)電壓uBE的控制，而集電結(jié)電壓uCE幾乎對(duì)電流沒有影響。同樣，偏置在放大區(qū)的FET，漏極電流iD只受柵源電壓uGS的控制，而漏源電壓uDS幾乎對(duì)iD沒有影響。這正是放大管所需要的工作特性。

在工程實(shí)用電路中，兩種典型偏置的共源放大電路如圖3-10所示，下面以此電路為例，介紹FET放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的分析方法。

利用有關(guān)放大電路直流通路的畫法，可畫出圖3-10所示共源放大電路的直流通路，如圖3-11所示。根據(jù)直流通路可求解出兩種偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

①自偏壓電路

如圖3-10（a）所示。和BJT的射極偏置電路相似，通常在源極接入源極電阻RS，就可組成自偏壓電路。柵極接有電阻RG，其作用是為FET提供柵極和源極間的直流通路，以泄放柵極感生電荷，避免管子被電擊穿。由于RG上沒有直流電流，似乎可以隨意取值，但RG的大小與放大器的輸入電阻有關(guān)，所以一般取值較大。

當(dāng)漏極電流IDQ流過RS時(shí)，在RS的兩端將產(chǎn)生電壓降USQ=IDQRS。因柵極電流IG=0，故RG上的直流壓降為零，即UG=0。所以電阻RS上產(chǎn)生的偏壓就是柵源電壓，即

UGSQ=UGQ-USQ=-USQ=-IDQRS（3-25）由于這種偏置電路所產(chǎn)生的柵源偏置電壓UGSQ是由FET自身電流IDQ產(chǎn)生的，故稱為自給柵偏壓。

由于JFET在放大區(qū)的轉(zhuǎn)移特性滿足平方律關(guān)系，即

只要將式（3-25）與式（3-26）組成聯(lián)立方程式，就可以求得漏極電流IDQ和柵源電壓UGSQ的數(shù)值。在聯(lián)立求解式（3-25）與式（3-26）的過程中，會(huì)遇到求解關(guān)于UGSQ（或IDQ）的一元二次方程的問題，因此方程的解有兩個(gè)值，但只有一個(gè)值是合理的。必須根據(jù)夾斷電壓UGS（of）（耗盡型FET）或開啟電壓UGS（th）的大小對(duì)UGSQ的兩個(gè)值進(jìn)行取舍，一般使溝道全夾斷的UGSQ值是不合理的，應(yīng)當(dāng)舍去，詳見例3-3。

漏極電流ID求出后，在圖3-11（a）所示電路的輸出回路（漏源回路）中運(yùn)用KVL，可求得漏源電壓為

觀察圖3-11（a）所示電路可知，自給偏壓電路產(chǎn)生的UGS的極性與UDS的極性相反，（即UGS為負(fù)偏壓），所以，自給偏壓電路只適用于JFET和耗盡型MOSFET，由于增強(qiáng)型MOS-FET要求UGS與UDS同極性，故自給偏壓電路不適用于增強(qiáng)型MOS管。值得注意的是：由于自給偏壓電路是一種直流負(fù)反饋電路，因此具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的性能。

②分壓式自偏壓電路

在自給偏壓電路中，為了使靜態(tài)工作點(diǎn)Q（IDQ，UDSQ）穩(wěn)定，可以增大RS，原因是：RS 越大，負(fù)反饋?zhàn)饔迷綇?qiáng)，Q點(diǎn)越穩(wěn)定。但RS 的增大會(huì)使IDQ減小。另外由式（2-50）可知，場(chǎng)效應(yīng)管的某些交流參數(shù)如跨導(dǎo)gm的大小正比于，因此，RS過大，F(xiàn)ET的跨導(dǎo)gm過小，使FET的放大性能受到影響。解決這個(gè)矛盾的辦法是在柵極G上附加一個(gè)偏壓，如圖3-11（b）所示。它是利用分壓電阻R1和R2為柵極提供一個(gè)固定的偏壓UGQ。此時(shí)柵、源之間的偏置電壓為

UGSQ由RS上的自偏電壓USQ=IDQRS和外加的柵極電壓UGQ共同決定，故稱為分壓式自偏壓電路。在分壓式自偏壓電路中，電阻RS的取值有較大的靈活性。而且，這種電路既適合于JFET和耗盡型MOSFET，又適合于增強(qiáng)型MOSFET。分壓式自偏壓電路是最常采用的場(chǎng)效應(yīng)管偏置電路。另外，對(duì)于圖3-11（b）所示的直流電路，由于IG=0，電阻R1和R2實(shí)為串聯(lián)，所以

將式（3-29）代入式（3-28），便得到UGSQ與IDQ所滿足的外電路特性方程如下

將式（3-30）與平方律關(guān)系式（3-26）聯(lián)立求解，便可求得漏極電流IDQ和柵源電壓UGSQ的數(shù)值。此外，如圖3-11（b）所示電路中，在分壓點(diǎn)上接入了一個(gè)大電阻R3，從而可以減小分壓電阻R1和R2對(duì)輸入電阻的影響，使輸入電阻提高。這種偏壓方式更適用于MOSFET。

分壓式自偏壓電路允許RS取值較大，從而使工作點(diǎn)的穩(wěn)定性優(yōu)于自給偏壓電路，同時(shí)合理選擇UGQ使得IDQ也較大，從而跨導(dǎo)gm也較大。也就是說：分壓式自偏壓電路對(duì)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性和對(duì)跨導(dǎo)的要求兩者能夠兼顧，這是分壓式自偏壓電路的優(yōu)點(diǎn)。此外，分壓式自偏壓電路在UGQ選擇不當(dāng)時(shí)，有可能造成JFET的PN結(jié)正偏。

【例3-3】 電路如圖3-10（b）所示，R1 =2 MΩ，R2 =47 kΩ，R3 =10 MΩ，RD=30 kΩ，RS=2 kΩ，ED=18 V，F(xiàn)ET的UGS（of）=-1 V，IDSS=0.5 mA，試確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

解：根據(jù)式（3-26）和式（3-30）有

整理后可得IDQ=0.5 mA（1+UGSQ）2，UGSQ=（0.4-2IDQ）V

將上式中UGSQ的表達(dá)式代入IDQ的表達(dá)式，得

IDQ=0.5 mA（1+0.4-2IDQ）2

解關(guān)于IDQ的一元二次方程，解出IDQ=（0.95 ±0.64）mA。由于IDSS =0.5 mA，而IDQ不應(yīng)大于IDSS，所以取IDQ=0.31 mA，因此UGSQ=0.4-2ID=-0.22 V，而

UDSQ=ED-ID（RD+RS）=8.1 V

如果管子的輸出特性曲線和電路參數(shù)已知，也可用圖解法進(jìn)行分析。

以上對(duì)晶體管（BJT或FET）放大電路的直流偏置電路及靜態(tài)工作點(diǎn)的分析做了較全面的介紹，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）正確畫出放大電路的直流通路是分析和計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)鍵。

（2）直流偏置電路確定了晶體管的工作狀態(tài)，與晶體管接入電路的組態(tài)無關(guān)。因此，以上由共射或共源組態(tài)放大器所確定的直流偏置電路同樣可用于任何其他組態(tài)的放大電路中。

（3）在BJT放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的估算中，發(fā)射結(jié)正偏電壓UBEQ可以取經(jīng)典值（硅管：0.6～0.8 V；鍺管0.2～0.3 V）估算；但在FET放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算中，柵-源之間的偏置電壓UGSQ必須通過求解一元二次方程的方法獲得。

3.交流通路

交流通路或交流等效電路是在交流信號(hào)源us單獨(dú)作用下，反映放大電路中交流電流和交流電壓之間關(guān)系的電路。所以，如果電路中某個(gè)元件上的電壓恒定不變，即該元件上的交變電壓為零，那么在畫電路的交流通路時(shí)，應(yīng)該將該元件短路；如果電路中某個(gè)元件上的電流恒定不變，即該元件上的交變電流為零，那么在畫該電路的交流通路時(shí)，應(yīng)該將該元件開路。按照上述原則，畫交流通路時(shí)，獨(dú)立恒壓源、耦合電容及旁路電容等大電容應(yīng)該短路，而獨(dú)立恒流源及高頻扼流圈（其作用將在高頻電路中學(xué)習(xí)）應(yīng)該開路。將圖3-5共射或共源放大器中的耦合電容C1、C2，旁路電容Ce或CS，以及電源電壓EC或ED短路，就可得到它的交流通路，如圖3-12所示。

圖中，Rb=Rb1∥Rb2，Rg=R3 +R1∥R2。交流通路能夠更清楚地反映出信號(hào)電流與電壓之間的關(guān)系。在交流通路中標(biāo)出的電流和電壓的方向都是參考方向。如果輸入電壓是正弦電壓，則交流通路中的電流、電壓實(shí)際方向是隨時(shí)變化的，只有將交流通路上的電流、電壓與直流通路對(duì)應(yīng)位置上的電流、電壓相加，才是放大器實(shí)際的電流和電壓。

畫出交流通路后，借助于晶體管（BJT或FET）的小信號(hào)模型就可以分析計(jì)算放大器的小信號(hào)放大特性，這將在3.2節(jié)中給予介紹。

3.1.3 放大電路的圖解法

圖解分析法是利用晶體管（BJT或FET）的靜態(tài)特性曲線和電路的外特性，經(jīng)作圖的方法來分析電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、工作狀態(tài)、工作過程及性能的傳統(tǒng)方法。由于晶體管（BJT或FET）屬于非線性器件，所以采用圖解分析法更有實(shí)用性和廣泛性。放大電路的圖解分析法也可以分解為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作情況，如前所述，靜態(tài)分析解決的是靜態(tài)工作點(diǎn)的問題，動(dòng)態(tài)分析解決的是信號(hào)放大和傳輸?shù)膯栴}。下面以圖3-5所示的BJT共射放大器電路為例進(jìn)行討論。

1.作直流負(fù)載線——圖解靜態(tài)工作點(diǎn)Q

（1）輸入回路直流負(fù)載線——圖解靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UBEQ，IBQ）

根據(jù)放大電路的直流通路和BJT的輸入特性曲線，可以確定輸入回路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UBEQ，IBQ）。圖解步驟如下。

①首先，應(yīng)測(cè)試出放大電路中所選擇BJT的輸入特性曲線，如圖3-13所示，并根據(jù)放大電路畫出其直流通路，如圖3-14所示。

②根據(jù)圖3-14所示放大電路簡(jiǎn)化直流通路的輸入回路，列寫回路的電壓方程

UBB≈UBE+IB[（1+β）Re+Rb]

可得

顯然，由式（3-31）可以看出，當(dāng)電路參數(shù)（UBB、Re、Rb、β）確定后，IB與UBE之間成線性關(guān)系，故稱式（3-31）為輸入回路的直流負(fù)載線方程。

③在BJT的iB-uBE輸入特性曲線中，利用直線的截距式方程在iB軸和uBE軸上確定兩個(gè)截距點(diǎn)：

連接A、B兩點(diǎn)的直線，即為輸入回路的直流負(fù)載線。顯然，直流負(fù)載線反映了輸入回路管外（除BJT外）IB-UBE的電路特性，而輸入特性曲線反映了輸入回路管內(nèi)（BJT內(nèi)）iB-uBE的特性，那么兩條線的交點(diǎn)Q（UBEQ，IBQ）將同時(shí)滿足輸入回路管內(nèi)、外的iB-uBE電路特性，交點(diǎn)Q稱為輸入回路的靜態(tài)工作點(diǎn)。Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值UBEQ和IBQ為輸入回路的靜態(tài)偏置電壓和電流。由于輸入回路的靜態(tài)偏置電壓和電流在iB-uBE特性曲線上表示為一個(gè)點(diǎn)，這也正是過去我們常把靜態(tài)偏置稱為靜態(tài)工作點(diǎn)的原因。

（2）輸出回路直流負(fù)載線——圖解靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）

根據(jù)放大電路的直流通路和BJT的輸出特性曲線，可以確定輸出回路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）。圖解步驟如下。

①測(cè)試出放大電路中所選擇的BJT在輸入回路靜態(tài)偏置電流IBQ條件下所對(duì)應(yīng)的一條輸出特性曲線，如圖3-15所示。

②根據(jù)圖3-14所示放大電路直流通路的輸出回路，列寫回路的電壓方程

可得輸出回路直流負(fù)載線

同理，由式（3-35）可以看出，當(dāng)電路參數(shù)確定后，IC與UCE成線性關(guān)系，故稱式（3-35）為輸出回路的直流負(fù)載線方程。

③在BJT的iC-uCE輸出特性曲線中，利用直線的截距式方程在iC軸和uCE軸上確定兩個(gè)截距點(diǎn)：

連接G、F兩點(diǎn)的直線，即為輸出回路的直流負(fù)載線。同理，該直流負(fù)載線與IBQ條件下的輸出特性曲線的交點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ），將同時(shí)滿足輸出回路管內(nèi)、外的iC-uCE電路特性，交點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）稱為輸出回路的靜態(tài)工作點(diǎn)。Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值UCEQ和ICQ為輸出回路的靜態(tài)偏置電壓和電流。

2.作交流負(fù)載線——圖解動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)

（1）輸入回路交流負(fù)載線

利用戴維南定理，圖3-12（a）所示放大器交流通路的輸入回路可以簡(jiǎn)化成圖3-16所示的電路，其中

根據(jù)放大電路的交流通路和BJT的輸入特性曲線，可以確定輸入回路的交流負(fù)載線。圖解步驟如下。

①根據(jù)交流通路的輸入回路列寫管外電路的動(dòng)態(tài)方程為

如前所述，由于放大電路各支路上的任意瞬時(shí)電壓和電流應(yīng)該是靜態(tài)偏置上疊加著交流傳輸及放大的信號(hào)，所以輸入回路的總瞬態(tài)電流為

而總瞬態(tài)電壓為

把ube=uBE-UBEQ代入式（3-41），可得交流負(fù)載線的方程（也稱為輸入回路動(dòng)態(tài)方程）：

②利用式（3-43），可在iB-uBE特性曲線中畫出輸入回路的交流負(fù)載線。交流負(fù)載線的具體畫法如下。

a.由圖3-16可以看出，當(dāng)u′s=0時(shí)，ube=0，根據(jù)式（3-42）和式（3-43）可得：uBE=UBEQ，iB=IBQ。所以交流負(fù)載線一定穿過靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

b.由式（3-43），利用求截距的方法，當(dāng)u′s=0，且令iB=0時(shí)，可得uBE=UBEQ+IBQR′b，可在uBE軸上得到一點(diǎn)H（0，UBEQ+IBQR′b）。

c.連接Q、H兩點(diǎn)的直線即為輸入回路的交流負(fù)載線，如圖3-17所示。輸入回路的交流負(fù)載線是一條穿過靜態(tài)工作點(diǎn)Q、斜率為-1/R′b的直線。

另外，還需注意：以上畫出的交流負(fù)載線QH是設(shè)定u′s=0的條件確定的，但當(dāng)u′s隨時(shí)間取不同值時(shí)，在橫軸上的截距點(diǎn)就會(huì)不同，于是可得一組平行于QH的直線。通常可在u′s取正和負(fù)的最大值時(shí)，作出MN和JK兩條平行直線，如圖3-17所示。實(shí)際上放大器輸入端任意瞬時(shí)的電壓和電流將工作在MN和JK兩條直線所確定的范圍內(nèi)。

（2）輸出回路的動(dòng)態(tài)方程與交流負(fù)載線

根據(jù)放大電路的交流通路和BJT的輸出特性曲線，也可以確定輸出回路的交流負(fù)載線。圖解步驟如下。

①根據(jù)放大電路交流通路（圖3-16）的輸出回路列寫管外電路的動(dòng)態(tài)方程為

輸出回路的總瞬態(tài)電流為

總瞬態(tài)電壓為

uCE=UCEQ+uce

得

uce=uCE-UCEQ

所以交流負(fù)載線方程為

②利用式（3-46）表示的交流負(fù)載線方程，可在iC-uCE特性曲線中畫出輸出回路的交流負(fù)載線。交流負(fù)載線的具體畫法如下。

a.由式（3-46）可以看出，當(dāng)uCE=UCEQ時(shí)，iC=ICQ。表明交流負(fù)載線一定穿過靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

b.利用求截距的方法，令iC=0，可得uCE=UCEQ+ICQR′L，可在uCE軸上得到一點(diǎn)D，D點(diǎn)坐標(biāo)為（0，UCEQ+ICQR′L）。

c.連接Q、D兩點(diǎn)的直線QD，即為輸出回路的交流負(fù)載線，如圖3-18所示。輸出回路的交流負(fù)載線是一條穿過靜態(tài)工作點(diǎn)Q、斜率為-1/R′L的直線，它是放大電路工作時(shí)動(dòng)態(tài)點(diǎn)（uCE，iC）的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（3）動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析法

利用圖3-17和圖3-18所示的輸入、輸出特性曲線，以及交、直流負(fù)載線，可以方便地對(duì)放大器的動(dòng)態(tài)工作狀況進(jìn)行圖解分析。圖解分析的過程與波形如圖3-19和圖3-20所示，圖解分析的步驟如下。

①在圖3-16所示放大電路的交流通路中，輸入小信號(hào)正弦電壓u′s=Usmsinωt。利用±Usm可以在iB-uBE特性曲線中確定MN和JK兩條平行直線，利用其與輸入特性曲線的交點(diǎn)M、J，可以畫出實(shí)際加在BJT發(fā)射結(jié)上交流電壓的波形ube=Ubemsinωt，所以加在發(fā)射結(jié)的總瞬時(shí)電壓為

uBE=UBEQ+Ubemsinωt

②根據(jù)uBE的變化規(guī)律，利用輸入特性曲線可相應(yīng)地畫出基極電流ib =Ibmsinωt的波形，而產(chǎn)生的基極總瞬時(shí)電流為

iB=IBQ+ib=IBQ+Ibmsinωt

③利用Ibm可以在iC-uCE特性曲線中確定IBQ+Ibm和IBQ-Ibm兩條輸出特性曲線，由這兩條輸出特性曲線與輸出交流負(fù)載線的交點(diǎn)C、E，可以畫出集極電流ic=Icmsinωt和集-射極電壓uce=-Ucemsinωt=-IcmR′Lsinωt的波形，并可估算出β=Icm/Ibm。所以經(jīng)BJT放大后的集電極總瞬時(shí)電流為

iC=ICQ+ic=ICQ+βIbmsinωt=ICQ+Icmsinωt

而流過Rc的總瞬時(shí)電流為

集、射極的總瞬值電壓為

uCE=UCEQ+uce=UCEQ-IcmR′Lsinωt

④由于輸出端耦合電容C2的隔直作用，C2上的電壓UC2 =UCEQ，所以負(fù)載RL上的輸出電壓為

uo=uCE-UC2 =uce=-IcmR′Lsinωt=Uomsin（ωt+180°）

⑤利用以上圖解的結(jié)果，可以估算出電壓增益為

式中

相當(dāng)于輸入特性曲線在靜態(tài)工作點(diǎn)上斜率的倒數(shù)。

以上關(guān)于圖解法的討論，都是以共發(fā)射極放大電路為對(duì)象的。至于其他組態(tài)的放大電路，可以用完全類似的方法進(jìn)行分析，這里就不重復(fù)了。

圖解法分析放大電路的特性，方法簡(jiǎn)單，形象直觀。它能確定放大電路的直流偏置和靜態(tài)工作點(diǎn)；它能估算放大電路的中頻電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)。但是，它必須預(yù)先測(cè)出三極管的輸入和輸出特性曲線。一般來說，它不能用來分析放大電路的頻率特性。

（4）放大電路失真的圖解分析

對(duì)任何一個(gè)BJT（或FET）放大電路來說，要能夠正常工作，首先必須選擇適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)Q，即給三極管BJT（或FET）適當(dāng)?shù)钠茫员ＷC在信號(hào)電壓（電流）的正負(fù)半周范圍內(nèi)，BJT（或FET）都能工作在放大區(qū)，不進(jìn)入飽和區(qū)和截止區(qū)。因?yàn)橐坏┻M(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，BJT的集電極電流ic就不再隨基極電流ib變化，于是，輸出信號(hào)uce或ic與輸入信號(hào)us的波形將有明顯差異，或者說輸出信號(hào)失真了。下面以圖解法來分析放大電路的失真。

①靜態(tài)工作點(diǎn)Q偏“高”會(huì)產(chǎn)生飽和失真。若在圖3-5所示的阻容耦合共射放大電路中（為討論問題方便，令負(fù)載RL開路，這樣交流負(fù)載線和直流負(fù)載線兩線合一），調(diào)整減小基極上偏置電阻Rb1的值，因而靜態(tài)基極電流IBQ會(huì)增大，靜態(tài)集電極電流ICQ也會(huì)增大，靜態(tài)集電極電壓UCEQ卻會(huì)減小，如圖3-21所示，靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）沿負(fù)載線升高到Q1（UCEQ1，ICQ1）。這時(shí)，若輸入正弦信號(hào)幅度較小，則輸出電流ic和輸出電壓uce仍為正弦信號(hào)，不失真；若輸入信號(hào)us幅度稍大一點(diǎn)，則在信號(hào)的正半周內(nèi)BJT的工作狀態(tài)將進(jìn)入飽和區(qū)，這時(shí)輸出電流ic不再隨輸入信號(hào)的增加而增加，結(jié)果ic的頂部變“平”，同時(shí)，輸出電壓uce的負(fù)半周（底部）變“平”，出現(xiàn)了飽和失真，如圖3-21所示。這表明，工作點(diǎn)Q選擇得不合適。

②靜態(tài)工作點(diǎn)Q偏“低”會(huì)產(chǎn)生截止失真。若基極偏置電阻Rb1較大，因而靜態(tài)基極電流IBQ會(huì)減小，靜態(tài)集電極電流ICQ也會(huì)減小，靜態(tài)集電極電壓UCEQ卻會(huì)增大，如圖3-22所示，靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）沿負(fù)載線下降到Q2（UCEQ2，ICQ2）。當(dāng)輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，輸出電流ic和電壓uce不失真；若輸入信號(hào)幅度稍大時(shí)，則在信號(hào)的負(fù)半周內(nèi)，工作狀態(tài)將進(jìn)入截止區(qū)，輸出電流ic不再隨輸入信號(hào)變化，其底部變“平”，同時(shí)，輸出電壓uce的正半周（頂部）變“平”，出現(xiàn)了失真，如圖3-22所示。這表明，工作點(diǎn)Q選擇得也不合適。

總之，靜態(tài)工作點(diǎn)Q選擇不當(dāng)，容易造成輸出信號(hào)波形的失真，這種失真是由于三極管的工作狀態(tài)離開了線性放大區(qū)，進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)而引起的，屬于“非線性”失真。

③放大電路的動(dòng)態(tài)范圍。通常，在不失真的條件下，輸出信號(hào)振幅的最大擺動(dòng)范圍，被稱為放大電路的動(dòng)態(tài)范圍。顯然，要使得放大電路在較大輸入信號(hào)的激勵(lì)下，工作狀態(tài)盡可能不進(jìn)入飽和區(qū)與截止區(qū)，動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)盡可能大；那么，應(yīng)調(diào)整IBQ的大小，使靜態(tài)工作點(diǎn)Q選擇在負(fù)載線的中部，即三極管工作在放大區(qū)的中部，如圖3-23所示。此時(shí)，輸出電壓和電流的最大值為：

式中，UCES為BJT的飽和壓降，ICEO為穿透電流。另外，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出電壓和電流的振幅也較小。這時(shí)在保證輸出不失真的條件下，靜態(tài)工作點(diǎn)還是選擇得低一點(diǎn)好，因?yàn)檫@樣可以減少電源的功耗。一般靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UCEQ，ICQ）必須滿足下列條件

式中，Icm為集電極電流的最大振幅，Ucem為輸出電壓uce的最大振幅。