初級模擬電路：3-6 共射放大電路-2（分壓偏置的直流分析）

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（續上小節）

3. 分壓偏置

      前面的「改進型固定偏置」電路，雖然狀況比原始的固定偏置電路好了一點，但仍是不太理想，因而人們又設計出了性能更加穩定的分壓偏置（voltage-divider bias configuration）電路，以下圖所示：

圖3-6.06 

      分壓偏置電路的穩定性很是完美，放大係數β的變化對輸出靜態工做點I_C和V_CE幾乎沒有什麼影響，咱們在下面的分析中能夠驗證這一點。

      對於分壓偏置的輸入端分析，有「近似分析」和「精確分析」兩種方法，通常在實際工程應用中，「近似分析」法基本就夠用了，可是「精確分析」法你也是須要掌握的。對於學習來講，仔細揣摩和比較這兩種方法，能夠加強你對模擬電路關於何時能夠做簡化的直覺。

 

（1） 近似分析法

 

● 輸入靜態工做點：

      咱們將分壓偏置的共射放大電路重畫於下，在直流分析（靜態分析）時，可將動態輸入電壓v_i視爲0。

圖3-6.07 

      上圖中，因爲I_B爲微安級，而I₁和I₂都爲毫安級，所以，能夠近似認爲：I₁≈I₂。

      做了如上近似後，基極B點的電壓V_B就很好算了，就是R_B1和R_B2對V_CC的分壓：

      而E點電壓V_E即爲：

      至於I_B，因爲咱們剛纔已經將I_B近似爲0了，故這裏I_B就沒法再計算了。好在近似分析法中，即便咱們不計算I_B，也不影響後面的「輸出靜態工做點」的計算。

 

● 輸出靜態工做點：

      因爲在近似分析法中，I_B已經近似爲0，就不能用I_C=β I_B這個公式來計算I_C了。咱們須要用別的方法來計算I_C，看下圖：

圖3-6.08 

      在剛纔的輸入分析中，咱們已經算得V_E：

      而I_E即爲：

      咱們再近似認爲：I_C≈I_E，便可獲得：

      而後V_CE即爲：

 

（2） 精確分析法

      在精確分析法中，再也不將I_B近似爲0，而是列出詳盡的迴路方程，而後進行數值解，以下圖所示：（V_BE仍簡化爲0.7V）

圖3-6.09 

      對於上面的電路圖，咱們能夠列出若干方程硬算，也能夠藉助一些電路等效化簡方法巧妙地減小手算工做量，二者結果是同樣的。下面分別予以介紹：

 

● 硬核計算：

      對於上圖，主要的電流關係式和主要的電壓關係式爲：

      咱們能夠分別列出I₁、I₂、V_E的歐姆定律計算式：

      將它們代入上面的主電流、電壓關係式可得：

      在上面這個方程組中，僅含有V_B和I_B兩個未知變量。耐心一點、循序漸進地一步步推算，是能夠解出I_B和V_B的，I_B最終可解得爲：

      解出I_B後，用I_C=β I_B的關係式，能夠很方便地求出輸出端的靜態工做點I_C和V_CE，這裏就再也不重複寫了。

 

● 電路等效化簡後計算：

      上面的方程組，看上去好像不算太複雜，但其實真的算起來，仍是有一點工做量的（至少我用了三大張紙）。並且在解方程時把各個量顛來倒去地抄寫，很容易出錯。因此，通常在作電路計算時，會先考慮一下電路能不能化簡，把電路儘可能化簡成等效的最簡單形式，這樣最終列出的方程就會比較簡單，解起來也不太會出錯。

      電路等效化簡最經常使用的方法就是：戴維南等效電路和諾頓等效電路，咱們如今嘗試用戴維南等效電路的方法，對上面的圖3-6.09進行等效化簡：

      對於輸入端的分析，從三極管的基極（B點）向左看，能夠將B點左側的外部電路視爲一個戴維南等效電路，以下圖所示：

圖3-6.10 

      對於上面作完戴維南等效的最右圖，列寫輸入側的KVL方程就很容易了：

      解得I_B爲：

      是否是要比上面的硬核計算法要簡單不少？至於戴維南等效電壓V_TH和戴維南等效電阻R_TH就很好算啦，以下圖所示：

圖3-6.11 

      計算戴維南等效電壓V_TH時，可將右側視爲開路：

      計算戴維南等效電阻R_TH時，可將電壓源V_CC視爲短路：

      而後再將V_TH和R_TH代入上面的I_B，最終結果和前面硬算的結果是一致的。

案例3-6-2：分別用近似分析法和精確分析法，計算下圖分壓偏置電路的I_B, I_C, V_CE。

圖3-6.a2 

 

解：（1）近似分析法：

      驗證：V_CE > V_CEsat，說明BJT工做於放大區的假設正確。

 

（2）精確分析法：

      先計算戴維南等效電壓和電阻：

      再將其代入I_B計算式：

      假設BJT工做於放大區：

      驗證：V_CE > V_CEsat，說明BJT工做於放大區的假設正確。

      比較：從上面兩種方法計算獲得的I_C和V_CE來看，兩種算法的結果很是接近，故知近似分析法在大部分狀況下是能夠對電路進行大體評估計算的，並且近似分析法不須要用到β參數，說明分壓偏置電路的靜態工做點基本不受β影響。

 

（3） 飽和條件

      當V_CE<V_CEsat時，晶體管進入飽和區。所以，咱們能夠算出此時的集電極飽和電流I_Csat，

      當I_C>I_Csat時，晶體管進入飽和。

     

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（ end of 3-6-2）