基于叠加定理分析和设计低频小信号放大器
摘 要：低频小信号放大电路是常用的实用电路，电路中既有线性元件，又有非线性元件，而且直流、交流并存于电路中，因此在分析和设计电路时较为复杂。叠加定理把线性电路中多个电源作用分解成各个电源的单独作用，然后进行代数和叠加。属于非线性元件的半导体晶体管工作在低频小信号，近似作为线性元件使用。应用叠加定理分析和设计低频小信号放大电路，抓住主要，忽略次要，使问题变得既容易、简单又明确。
低频小信号放大电路的用途非常广泛，它能够把微弱电信号增强到所要求的值。电路由线性元件电阻、电容和非线性元件，即半导体晶体管组成。在进行低频小信号放大时，电路中既有直流信号，又有交流信号，因此在分析和设计电路时问题错综复杂，利用叠加定理和低频小信号因素，可使问题变得容易。
1 叠加定理
当线牲电路中有几个电源共同作用时，各支路的电流( 或电压) 等于各个电源单独作用时在该支路产生电流( 或电压) 的代数和( 叠加)。由于半导体晶体管工作在低频小信号，把非线性元件，即半导体晶体管当作线牲元件分析，再借助叠加定理简明分析和设计低频小信号放大电路。
2 低频小信号放大电路分析
图1 为低频小信号共射放大电路。其中，uS 是低频交流小信号电压源; + UCC 为直流电压源。用叠加定理分析研究电路时，首先使各个电源单独作用。+ UCC 电压源单独作用，则uS 不作用短路; 若uS 电压源单独作用，则+ UCC 不作用短路；其次，+ UCC ，uS 电压源各单独作用的电压、电流相叠加。
2. 1 + UCC 电压源单独作用
由于电容对直流开路，+ UCC 电压源单独作用可得图2 所示的直流通路。由此可以计算静态( 直流) 工作点基极电流I B 为：
2. 2 uS 电压源单独作用
由于电容容抗很小( 可忽略) ，因此电容对交流短路，+ UCC 电压源不作用短路，又由于半导体晶体管是非线性元件，管子的工作信号为交流低频小信号，即曲线小范围可近似直线( 线性) ，故半导体晶体管非线性元件可近似为线性元件。其基极b 和发射极e 间可以用线性电阻r be代替，它反映了低频小信号时输入回路电压与电流间的关系，rbe 称晶体管的输入电阻。r be 在低频小信号时，可用计算为。
由上式可知，r be 与直流电流有关，选择不同静态工作点可改变rbe ，r be 一般为几百到几千欧。集电极c 和发射极e 间可用线性授控源βiB ( 为电流放大倍数) 代替，可得图3 微变等效电路 。从图3 可知，ui= ube ，并可计算交流基极电流ib 2. 3 + UCC 电压源和uS 电压源共同作用
+ UCC 电压源和uS 电压源共同作用，只需要将+ UCC电压源单独作用和uS 电压源单独作用时电压、电流叠加。设ui= Uim sinwt 得到图4 所示电压、电流的波形图。其中，大写字母为+ UCC 电压源作用直流量，小写字母为uS 电压源作用交流量，小、大写字母混合为+ UCC ，uS 电压源共同作用瞬时量。
在输入和输出回路中，由于电容C1，C2 的作用，只有uS 电压源作用的交流量ui ，uo。从图4 可知，ui，uo两信号相位差180 ，即反相。从图4 中可以清晰看到的低频小信号放大电路交流信号叠加在直流信号上。由于半导体晶体管只有工作在线性区才能保证输入信号ui 不失真放大( 转换) 为uo 信号，因此直流量必须选择的合适。如果直流选择的不合适，会出现如图5 所示的电压、电流失真。其中，图5( a) 是基极电流i B 与基极电压uBE 之间的关系曲线，即输入特性曲线。
