模拟放大电路实验现象的理论与图解法解析

摘要：从影响放大电路性能的几个主要因素入手，采用理论与图解法结合的方法，解析了模拟放大电路实验过程中出现的一些似乎无法解释或跟理论相悖的实验现象，较直观地使学生深入理解了放大电路的性能，有利于学生真正掌握模拟放大电路的原理与实质。
关键词：电子技术；实验；图解法；电压放大电路

0 引言
《模拟电路技术实验》是一门实践性很强的专业技术基础实验课程，是对模拟电子技术理论知识的重要补充。电压放大电路是模拟电子技术这门课程的重要的基本的内容，贯穿于整个模拟电子技术基础课程的教学中。电压放大电路实验包括基本共射放大电路实验、射极电压跟随器实验、多级电压放大电路实验、负反馈放大电路实验和差动放大电路实验等，是模拟电子电路课程实验的基本的也是重要的实验。对于电压放大电路实验，主要研究的是电压放大电路的性能，即电压放大能力、带负载能力以及从信号源索取电流的能力。为了研究放大电路的性能，实验电路中往往通过静态工作点(即调节基极偏置电阻)的改变，实现对放大性能的影响；负载电阻的阻值的改变，实现对放大性能的影响；单级放大电路的级联提高电压放大能力；引入负反馈改善放大电路的各性能参数。下面就从影响放大电路性能的几个主要因素入手，对放大电路实验中常出现的、学生觉得无法解释或与理论似乎又相悖的问题进行理论分析与基于图解法的解析，以期望使学生深入理解放大电路的性能，真正掌握模拟放大电路的原理与实质。

1 静态工作点对放大电路性能的影响
如图1为基本共射放大电路的实验原理图与输出特征曲线，理论上可通过凋节Rb，Rc或更换三极管的方法实现静态工作点的调整，但在实验中一般只通过调节基极静态偏置电阻(即Rb2)，研究静态工作点的改变对放大电路性能的影响。

在电压放大电路中既存在直流信号又存存交流信号，即既存在静态工作点又存在动态的交流信号，且直流信号为放大动态的交流信号提供合适的静态工作点，保证放大电路能不失真且最大限度地放大交流信号，而交流信号在放大电路中的流动必须建立在静态的基础上。由此可知：静态工作点的改变必定对放大电路的性能产生影响。
首先分析调节Rb2时，静态工作点的移动。由于，且VCC、Rc不变，即直流负载线不变，则当Rb2增大时，Q点沿直流负载线下移，如图1(b)中的Q1点；当Rb2减小时，Q点沿直流负载线上移，如图1(b)中Q2点。
再通过理论分析叮得动态参数，电压放大倍数及输入电阻：

从式(1)表面无法看出Rb2的调节对共射极放大电路的电压放大能力的影响，但实验中却明显地得出：当Rb2改变时，共射极放大电路的电压放大倍数在改变。对静态工作点的改变必定对放大电路的性能产生影响的解析如下所述。
其理论解析如下：

由此可知：当Rb2增大时，Au减小，Ri增大；当Rb2减小时，Au增大，Ri减小。
尽管理论上已经获得解析，但从图1(b)中可知由于VCC、Rc不变，直流负载线不变，当Rb2改变时，Q会沿直流负载线上下移动。那么就产生Rb2增大，Q点下移时，Au下降，Ri增大；而Rb2减小，Q上移时，Au增大，Ri减小的疑问。从图1(b)所示共射放大电路的输出特性曲线上可知，Rb2改变时直流负载线不变，交流负载线斜率不变，且为线性，在输出信号不失真的条件下，只是Q点上下移而已，但是根据负载线的线性及输出不失真的条件，即使Q点移动，Au，Ri也不应发生变化。通过图2所示图解法对放大电路性能的分析，便可理解其中的原理。

从图2可知，在输出不失真的条件下，对于同样大小的输入信号，由于三极管输入特性曲线的非线性，使得当Rb2增大时，Q下移，对应的输入ib减小，ic减小，Uo减小，显然Au随之减小，Ri增大；当Rb2减小时，Q上移，对应的输入ib增大，ic增大，Uo增大，Au随之增大，Ri减小。
不过，在此应注意：当静态工作点移动至特性曲线近似线性的区域时，Au和Ri就几乎不再发生改变，为一固定值。

2 负载对放大电路性能的影响
2．1 对Au的影响
理论上由式(1)可知：RL增大，Au增大；RL减小，Au减小。
用图解法同样可知：当RL增大时，RL’增大，交流负载线变平坦，输出的动态范围增大，即输出信号增大，Au增大，如图3所示。

2．2 对非线性失真的影响
实验现象：固定Q点，带负载RL，调节输出为最大不失真的输出；再断开负载，发现又出现了失真现象；固定Q点与RL，且使Q点偏离放大区中心，调节输入信号幅度，使输出出现失真现象；然后调节RL，使RL减小，可发现失真减弱或消失。
理论上：如上节分析所知，由于RL增大时，Au增大，输出信号增大，动态输出范围增大，使得原本刚好不失真的最大输出由于动态输出范围的增大而产生失真现象。