三、图解法

    图解法分析放大电路，不仅可以分析静态工作点问题，而且也可以分析动态问题。如电压放大倍数、输出信号失真等问题。本小节只讨论由三极管输出特性曲线用作图的方法确定静态工作点，以及电路参数对静态工作点的影响等问题。

    1．直流负载线与静态工作点

    图2.3.1（b）所示电路直流通路的输出回路如图2.4.3（a）所示。

    在图2.4.3（a）所示的电路中，以a、b两点分界，左侧三极管为一个非线性元件，右侧为一个线性支路。从a、b两点将左、右两侧电路分开，左侧二端网络的电压u_CE和电流i_C的关系就是三极管的输出特性，如图2.4.3（b）所示。右侧二端网络的电压u_CE和电流i_C的关系有下式决定

    u_CE=V_CC R_ci_C

    该关系为一条直线方程，画出该直线如图2.4.3（c）所示。该直线的斜率由电阻R_c决定，而电阻R_c又称为直流负载电阻，故该直线被称为直流负载线。

    在图2.4.3（a）所示的电路中，以a、b两点分界，两侧的电压u_CE和电流i_C当然应该相等。因此，把图2.4.2（b）和图2.4.3（c）画在一起可得图26（d）。

    直流负载线与三极管特性的交点就是电路中的静态电压和电流。由于三极管的输出特性有许多条曲线，究竟哪一条曲线与直流负载线的交点是所要求的呢？

    这一问题由三极管的输入回路决定，即由I_BQ决定，而I_BQ可以按下式估算

    这样就求得了图2.4.3（d）中的交点，交点用Q表示，Q点对应的电压电流也就是静态工作点I_CQ和U_CEQ。显然，得到了Q点，也就得到了I_CQ和U_CEQ。因此有时也直接把Q点称为静态工作点。

图2.4.3　放大电路求Q点的图解法

    总结一下用图解法求Q点步骤：

    （1）在基极回路求出I_BQ。

    （2）在输出特性曲线中，按直流负载线方程u_CE=V_CC i_CR_c，作出直流负载线。

    （3）确定i_B=I_BQ对应的那条输出特性曲线与直流负载线的交点，即为Q点。

    （4）确定Q点坐标的电流、电压值即为静态工作点。

    2．电路参数对静态工作点的影响

    静态工作点就是静态（u_i=0）时电路中的电压U_CEQ与电流I_CQ，因此它们当然与电路参数有关。本节讨论电路参数对静态工作点的影响。

    （1）R_b对Q点的影响

    如图2.4.4所示，R_b变化仅影响IBQ。当R_b增大时，I_BQ减小，静态工作点Q点沿直流负载线下移；当R_b减小时，I_BQ增大，Q点沿直流负载线上移。

 图2.4.4　Rb变化对Q的影响

    （2）R_c对Q点的影响

    如图2.4.5所示，R_c变化，仅影响直流负载线斜率。当R_c减小时，N点上升，直流负载线变陡，Q点沿着i_B=I_BQ那一条输出特性曲线右移，如移动到Q₂；当R_c增大时，N点下降，直流负载线变平坦，Q点沿着i_B=I_BQ的输出特性曲线左移，如移动到Q₁处。

图2.4.5　Rc变化对Q的影响

    （3）VCC对Q点的影响

    如图2.4.6所示，V_CC变化影响I_BQ，也影响直流负载线。当V_CC上升时，I_BQ增大，同时直流负载线的M点和N点同时增大，直流负载线相上平行移动，Q点向右上方移动，如图2.4.6中的Q₂；当V_CC下降时，I_BQ下降，同时直流负载线M点和N点同时降低，直流负载线平行下移，Q点向左下方移动，如图2.4.6中的Q1。

图2.4.6　V_CC变化对Q的影响

  3．交流负载线

    当把信号电压u_i加到放大器输入端时，由ui产生的交流电流i_c与电压u_ce之间的关系可由图2.3.1（b）所示的交流通路确定。从图中可知

    式中。显然，上式是一条过原点的直线，而直线的斜率由1/决定。

    考虑到直流与交流叠加时的情况，则有

    u_CE=U_CEQ+u_ce

    i_C=I_CQ+ic

    所以i_C与u_CE的关系是一条斜率为-1/、且过静态工作点的一条直线，称之为交流负载线。由于电路中的交流信号是叠加直流电压、电流之上，且在Q点附近变化的，而当信号变化到零时，电路中的电压和电流就是静态工作点，也就是说交流负载线必然经过Q点。我们知道交流负载线的斜率，又知道它经过Q点，所以交流负载线可以被确定。

    事实上，物理概念上对交流负载线可解释为：静态时，无信号变化，集电极与发射极之间的电压是直流量，不能通过耦合电容。所以，耦合电容C₂上承受集电极静态时的电压值。当输入信号增加时，基极电流增加，集电极电流增加，R_c上的电压降增加，所以集电极电位比静态时下降，C₂向集电极放电，集电极电流增加；当输入信号减小时，基极电流减小，集电极电流减小，集电极电位比静态时增加，向C₂充电，流过R_c的电流被分流一部分，集电极电流减小。所以，交流负载线比直流负载线更加陡一些。显然交流负载线是在输入信号作用下，工作点的运动轨迹。当输入信号越来越小，工作点运动的范围就越来越小，交流负载线向静态工作点收缩。当输入信号等于零时，变为静态，交流负载线收缩到Q点。所以，交流负载线和直流负载线相交于静态工作点Q。

    交流负载线确定了动态时i_C与u_CE的关系，所以用图解法分析动态工作情况时，关键是画出交流负载线。

    交流负载线画法：

    （1）通过画直流负载线确定Q点；

    （2）确定交流负载电阻=R_c//R_L；

    （2）任意作一条斜率为-1/的直线（它与交流负载线有相同的斜率）；

    （3）作一条斜率为-1/的平行线，且通过静态工作点Q，如图2.4.7所示。