三種耦合方式下放大電路交流負(fù)載線(xiàn)的特性

0 引 言

圖解法在用于放大電路分析時(shí)，由于其形象直觀而常用于放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)及波形失真問(wèn)題的分析。

其中，交流負(fù)載線(xiàn)則用于估算最大不失真輸出電壓。但是，目前高等院校電子線(xiàn)路教材并沒(méi)有給出交流負(fù)載線(xiàn)方程的形式及其推導(dǎo)過(guò)程，只給出交流負(fù)載線(xiàn)的斜率和畫(huà)法。因此，在一些文獻(xiàn)中采用戴維南定理或疊加定理等方法推導(dǎo)和討論了共射極阻容耦合放大電路或直接耦合放大電路的交流負(fù)載線(xiàn)方程，但是對(duì)變壓器耦合放大電路并未作推導(dǎo)和討論。

本文對(duì)反映放大電路輸出特性的阻容耦合、變壓器耦合以及直接耦合方式下共發(fā)射極接法放大電路的交流負(fù)載線(xiàn)進(jìn)行了分析和研究，給出了這三種耦合方式下共發(fā)射極放大電路交流負(fù)載線(xiàn)的特性，并對(duì)變壓器耦合放大電路的交流負(fù)載線(xiàn)方程進(jìn)行了推導(dǎo)。

1 交流負(fù)載線(xiàn)及其方程形式

放大電路在交流信號(hào)源和直流信號(hào)電源共同作用時(shí)，晶體管管壓降△uce 和集電極電流△i c 通過(guò)交流等效負(fù)載R’L 所表現(xiàn)出的關(guān)系△ic= f ( △uce ) 描述了交流信號(hào)輸入后動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡，這一直線(xiàn)我們將其稱(chēng)之為交流負(fù)載線(xiàn)。

由文獻(xiàn)[ 8] 知，阻容耦合、變壓器耦合及直接耦合方式共射極放大電路的交流通路輸出端均為如圖1 所示的形式。其輸出端交流電壓、電流關(guān)系為：

對(duì)阻容耦合及直接耦合而言，集電極負(fù)載是Rc 和RL 的并聯(lián)值，即R’L = Rc//RL 。對(duì)變壓器耦合而言，集電極負(fù)載是R’L = n2RL ，n 為變壓器變比。

將交流量、直流量和總的瞬時(shí)量之間的關(guān)系△i c="I" c+ i c，△uce= Uce+ uce 代入式( 1) 得：

式( 2) 代表了通過(guò)Q 點(diǎn)，斜率為- 1/ R’L 的直線(xiàn),即為放大電路交流負(fù)載線(xiàn)方程。該方程在縱軸上的截距為I c + Uce/ R’L ，在橫軸上的截距為Uce + I cR’L 。若設(shè)V’= Uce + I cR’ L ，則其在縱軸和橫軸上的截距也可分別表示為V’/ R’L 及V’，這與直流負(fù)載線(xiàn)在縱軸和橫軸上的截距表現(xiàn)形式完全相同。

圖1 三種耦合方式下放大電路交流通路輸出部分

2 三種耦合方式下交流負(fù)載線(xiàn)的特點(diǎn)

2. 1 阻容耦合放大電路

阻容耦和共射極放大電路及交流通路的輸出部分如圖2( a) ，圖2( b) 所示，其直流負(fù)載線(xiàn)方程為：

其輸出端交流電壓、電流關(guān)系如式( 1) 所示。整理式( 3) 和式( 1) 得交流負(fù)載線(xiàn)方程，如式( 2) 所示。

由式( 3) 和式( 2) 可畫(huà)出直流負(fù)載線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn),如圖2( b) 所示。從圖中可看出，直接耦合放大電路的直流負(fù)載線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)的斜率不同，交流負(fù)載線(xiàn)更陡。

圖2 阻容耦合放大電路及交流負(fù)載線(xiàn)

2. 2 直接耦合放大電路

直接耦和共射極放大電路及交流通路的輸出部分如圖3( a) 及圖1 所示，其直流負(fù)載線(xiàn)方程為：

式中：

其輸出端交流電壓、電流關(guān)系如式( 1) 所示。整理式( 4) 和式( 1) 得交流負(fù)載線(xiàn)方程，如式( 2) 所示。

由式( 4) 和式( 2) 可畫(huà)出其直流負(fù)載線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)，如圖3( b) 所示。從圖中可看出，直接耦合放大電路的直流負(fù)載線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)重和，斜率相同。

圖3 直接耦合放大電路及交流負(fù)載線(xiàn)

2. 3 變壓器耦合放大電路

變壓器耦和共射極放大電路及交流通路的輸出部分如圖4( a) 及圖1 所示。忽略變壓器初級(jí)線(xiàn)圈內(nèi)阻，其直流負(fù)載線(xiàn)方程為：

其輸出端交流電壓、電流關(guān)系如式( 1) 所示。整理式( 5) 和式( 1) 得交流負(fù)載線(xiàn)方程，如式( 2) 所示。

由式( 5) 和式( 2) 可畫(huà)出其直流負(fù)載線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)，如圖4( b) 所示。從圖中可看出，變壓器耦合放大電路的直流負(fù)載線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)的斜率不同，直流負(fù)載線(xiàn)更陡，是一條幾乎垂直于橫軸的直線(xiàn)。

圖4 變壓器耦合放大電路及交流負(fù)載線(xiàn)

3 結(jié) 語(yǔ)

從真正意義上講，所謂交流負(fù)載線(xiàn)方程應(yīng)為式( 1) ,但該式在 ic uce 平面內(nèi)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，不能反映放大電路動(dòng)態(tài)量與靜態(tài)量相疊加及輸入交流信號(hào)后動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)移動(dòng)的真正軌跡，所以稱(chēng)式( 2) 為放大電路的交流負(fù)載線(xiàn)方程。不過(guò)可將式( 2) 理解為式( 1) 原點(diǎn)對(duì)應(yīng)Q 點(diǎn)后得到的方程，即式( 2) 為式( 1) 與放大電路直流負(fù)載線(xiàn)方程相疊加的結(jié)果?？傊?/p>

( 1) 三種耦合方式的放大電路交流負(fù)載線(xiàn)方程形式是相同的，斜率均為- 1/ R’L ，方程在縱軸上的截距為I c+ Uce/ R’L ，在橫軸上的截距為Uce+ I cR’L，且通過(guò)靜態(tài)工作點(diǎn)。另外，在縱軸和橫軸上的截距表現(xiàn)形式與直流負(fù)載線(xiàn)相同。

( 2) 由于耦合方式及電路形式的不同，三種耦合方式放大電路的交流負(fù)載線(xiàn)與其直流負(fù)載線(xiàn)斜率相比，表現(xiàn)出了不同的特性，反映出不同的耦合方式對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)性能的影響。

( 3) 三種耦合方式的放大電路交流負(fù)載線(xiàn)方程均可由式( 1) 及其直流負(fù)載線(xiàn)方程相疊加而得出，反映了放大電路中瞬時(shí)量為交流量與直流量相疊加的特點(diǎn)及交流量是! 馱載?在直流量上的特性。

( 4) 由靜態(tài)工作點(diǎn)的高低很容易得知，放大電路是截止失真還是飽和失真，以此可調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)消除失真。另外，根據(jù)交流負(fù)載線(xiàn)方程，比較Uces -Uce和I cR’L ，取較小者即為放大電路的最大不失真輸出電壓幅值。