摘要：低頻小信號放大電路是常用的實用電路，電路中既有線性元件，又有非線性元件，而且直流、交流并存于電路中，因此在分析和設(shè)計電路時較為復(fù)雜。疊加定理把線性電路中多個電源作用分解成各個電源的單獨作用，然后進行代數(shù)和疊加。屬于非線性元件的半導(dǎo)體晶體管工作在低頻小信號，近似作為線性元件使用。應(yīng)用疊加定理分析和設(shè)計低頻小信號放大電路，抓住主要，忽略次要，使問題變得既容易、簡單又明確。
關(guān)鍵詞：疊加定理；低頻小信號；放大電路；線性元件
低頻小信號放大電路的用途非常廣泛，它能夠把微弱電信號增強到所要求的值。電路由線性元件電阻、電容和非線性元件，即半導(dǎo)體晶體管組成。在進行低頻小信號放大時，電路中既有直流信號，又有交流信號，因此在分析和設(shè)計電路時問題錯綜復(fù)雜，利用疊加定理和低頻小信號因素，可使問題變得容易。
1 疊加定理
當線牲電路中有幾個電源共同作用時，各支路的電流(或電壓)等于各個電源單獨作用時在該支路產(chǎn)生電流(或電壓)的代數(shù)和(疊加)。由于半導(dǎo)體晶體管工作在低頻小信號，把非線性元件，即半導(dǎo)體晶體管當作線牲元件分析，再借助疊加定理簡明分析和設(shè)計低頻小信號放大電路。
2 低頻小信號放大電路分析
圖1為低頻小信號共射放大電路。其中，us是低頻交流小信號電壓源；+UCC為直流電壓源。用疊加定理分析研究電路時，首先使各個電源單獨作用。+UCC電壓源單獨作用，則us不作用短路；若us電壓源單獨作用，則+UCC不作用短路；其次，+UCC，us電壓源各單獨作用的電壓、電流相疊加。
2．1 +UCC電壓源單獨作用
由于電容對直流開路，+UCC電壓源單獨作用可得圖2所示的直流通路。由此可以計算靜態(tài)(直流)工作點基極電流IB為：
式中：硅管的UBE取0．7 V；鍺管的UBE取0．3 V，靜態(tài)工作點的集電極電流IC：
式中：β為共射電路電流放大倍數(shù)。靜態(tài)工作點的集電極輸出回路電壓UCE：
2．2 us電壓源單獨作用
由于電容容抗很小(可忽略)，因此電容對交流短路，+UCC電壓源不作用短路，又由于半導(dǎo)體晶體管是非線性元件，管子的工作信號為交流低頻小信號，即曲線小范圍可近似直線(線性)，故半導(dǎo)體晶體管非線性元件可近似為線性元件。其基極b和發(fā)射極e間可以用線性電阻rbe代替，它反映了低頻小信號時輸入回路電壓與電流間的關(guān)系，rbe稱晶體管的輸入電阻。rbe在低頻小信號時，可用計算為。
由上式可知，rbe與直流電流有關(guān)，選擇不同靜態(tài)工作點可改變rbe，rbe一般為幾百到幾千歐。集電極c和發(fā)射極e間可用線性授控源βiB(為電流放大倍數(shù))代替，可得圖3微變等效電路。從圖3可知，ui=ube，并可計算交流基極電流ib：
2．3 +UCC電壓源和us電壓源共同作用
+UCC電壓源和us電壓源共同作用，只需要將+UCC電壓源單獨作用和us電壓源單獨作用時電壓、電流疊加。設(shè)ui=Uimsinωt得到圖4所示電壓、電流的波形圖。其中，大寫字母為+UCC電壓源作用直流量，小寫字母為us電壓源作用交流量，小、大寫字母混合為+UCC，us電壓源共同作用瞬時量。
在輸入和輸出回路中，由于電容C1，C2的作用，只有us電壓源作用的交流量ui，uo。從圖4可知，ui，uo。兩信號相位差180°，即反相。從圖4中可以清晰看到的低頻小信號放大電路交流信號疊加在直流信號上。由于半導(dǎo)體晶體管只有工作在線性區(qū)才能保證輸入信號ui不失真放大(轉(zhuǎn)換)為uo信號，因此直流量必須選擇的合適。如果直流選擇的不合適，會出現(xiàn)如圖5所示的電壓、電流失真。其中，圖5(a)是基極電流iB與基極電壓uBE之間的關(guān)系曲線，即輸入特性曲線。
從圖5(a)可知，基極電流直流IB太小也出現(xiàn)交流ib波形負半周失真。
圖5(b)是集電極電流iC與集電極電壓uCE之間的關(guān)系曲線，即輸出特性曲線。從圖5(b)可知，集電極電流的直流IC太小，會出現(xiàn)交流iC波形負半周失真及交流uce波形正半周失真。從圖5(c)可知，集電極電流的直流IC太大，會出現(xiàn)交流iC波形正半周失真及交流uce波形負半周失真。
由上述分析可知，在設(shè)計電路時應(yīng)滿足下列條件，即直流基極電流IB>交流基極電流峰值Ibm；直流集電極電流IC>Icm+Iceo(Icm為交流集電極電流峰值，Iceo為集電極與發(fā)射極間穿透電流)；UCE>Ucem+Uces(Ucem為交流集電極電流峰值，Uces為集電極與發(fā)射極間飽和壓降)。實際電路中在不失真放大輸入信號的前題下，直流量應(yīng)盡可能小，以減小其電路功耗。
管子極限值選擇：
(1)集電極最大允許電流ICM>Icm+IC；
(2)集電極與發(fā)射極間的擊穿電壓U(BR)ceo>+UCC；
(3)集電極最大耗散功率PCM>UCE IC。
電流放大倍數(shù)β的選擇：β值一般選20～100之間，β值太小，電流放大能力差；β值太大，會使工作穩(wěn)定性變差。
3 結(jié)語
嚴格講，疊加定理分析電路中各個電源能獨立正常工作，不依賴其他電源，但半導(dǎo)體晶體管是非線性元件，必須工作在線性區(qū)，而且必須有合適的直流，即電路中交流正常工作依賴于直流，也就是交流us電壓源單獨作用是建立在直流+UCC電壓源上的。在分析交流us電壓源在電路中單獨作用時，電路的直流是合適的，半導(dǎo)體晶體管作為線性元件分析。用疊加定理分析和設(shè)計低頻小信號放大電路要抓住主要問題，忽略次要問題，以便使分析電路的思路更清楚，更容易理解、接受，設(shè)計電路更簡單、方便、實用。
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