對放大電路靜態(tài)工作點測量的分析應用 10環(huán)境工程黃長春

1、對放大電路靜態(tài)工作點測量的分析晶體管共射極單極放大器黃長春（生物系10環(huán)境工程） 摘要：本文主要介紹了晶體管共射極單極放大器的實驗原理以及估算公式，還有就是對其靜態(tài)工作點的一些研究，重點是靜態(tài)工作點的測量和調試，以及其穩(wěn)定性對動態(tài)性能的影響。關鍵字：靜態(tài)工作點、共射極放大器引言1.介紹晶體管共射極單極放大器的實驗原理以及估算公式。2.介紹放大器靜態(tài)工作點的測量和調試方法。3.靜態(tài)工作點穩(wěn)定性對射極輸出器動態(tài)性能的影響。4.分析溫度對靜態(tài)工作點的影響。一、實驗原理以及估算公式1、 圖31為電阻分壓試工作點穩(wěn)定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用Rb1Rb2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻R

2、e，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。 當在放大器的輸出端加入輸入信號Ui后，在放大器的輸出端便可得到一個與Ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號Uo，從而實現(xiàn)了電壓放大。 在圖31電路中，當流過偏置電阻Rb1和Rb2的電流遠大于晶體管T的基極電流Ib時（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點可用下式估算 （1） 電壓放大倍數(shù) （2） 式中 （3）輸入電阻 （4） 輸出電阻 （5）二、放大器靜態(tài)工作點的測量與調試由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調試技術術在技術前應測量所用元器件的參數(shù)，為電路設計提供必要的依據，在完成設計和轉被以后，還必須測量和調試放大器的靜態(tài)工作

3、點和各項性能指標。一個優(yōu)質放大器，必定是理論設計和實驗調試相結合的產物。因此，除了學會放大器的理論知識和設計方法外，還必須掌握必要的測量和調試技術。 放大器的測量和調試一般包括：放大器靜態(tài)工作點的測量與調試，消除干擾與自激震蕩及放大器各項動態(tài)參數(shù)的測量與調試等。1. 靜態(tài)工作點的測量測量放大器的靜態(tài)工作點，應在輸入信號Ui=0的情況下進行，即將放大器的輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流Ic以及各電極對地的電位Ub、Uc和Ue。一般實驗中，為了避免短開集電極，所以采用測量電壓，然后算出Ic的方法，例如，只要測出Ue，即可用IcIe=Ue/Re算

4、出Ic（也可根據Ic=(Ucc-Uc)/Rc,由Uc確定IC） 同時也能算出Ube=Ub-Ue，Uce=Uc-Ue。為了減小誤差，提高測量精度，應選用內阻較高的直流電壓表。2. 靜態(tài)工作點的調試 放大器靜態(tài)工作點的調試是指對管子集電極電流Ic（或Uce）的調整與測試。靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產生飽和失真，此時Uo的負半周將被削低，如圖31（a）所示；如工作點偏低則易產生截止失真，即Uo的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖32（b）所示。這寫情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態(tài)調

5、試，即在放大器的輸入端加入一定的Ui，接茬輸出電壓Uo的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應調試工作點的位置。 改變電路參數(shù)Ucc、Rc、Rb(Rb1、Rb2)都會引起靜態(tài)工作點的變化，如圖33所示。但通常多采用調節(jié)偏電阻Rb2的方法來改變靜態(tài)工作點，如減小Rb2，則可使靜態(tài)工作點提高等。最后還要說明的是，上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應該是相對信號的幅度而言，如信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現(xiàn)失真。所以確切地說，產生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設置配合不當所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態(tài)工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。三、靜態(tài)工作點穩(wěn)定性對射極輸

6、出器動態(tài)性能的影響 圖1為見于一般教材的阻容耦合射極輸出器的典型電路，其直流通路如圖2所示。觀察圖2所示的直流通路可看出，基極電阻Rb、發(fā)射極電阻Re構成決定靜態(tài)工作點的偏置電路，依KVL及晶體管的電流分配關系，可寫出基極直流電位UBQ，發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ的表達式為： （1） （2）由圖2及式(1)、式(2)，可得出射極輸出器偏置電路的構成特點及靜態(tài)工作點的穩(wěn)定情況：(1)晶體管的基極只接有一個基極電阻Rb，沒有采用基極電位穩(wěn)定的二個電阻分壓式偏置形式，基極直流電位UBQ與電流放大系數(shù)盧、發(fā)射結直流電壓UBEQ等晶體管的參數(shù)有關，隨晶體管的參數(shù)變化而變化不是穩(wěn)定的。 (2)晶體管發(fā)射極所接的

7、發(fā)射極電阻Re引入了直流負反饋，但因基極直流電位UBQ不穩(wěn)定而影響靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性，發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ與電流放大系數(shù)、發(fā)射結直流電壓UBEQ等晶體管的參數(shù)有關，靜態(tài)工作點隨晶體管的參數(shù)變化而變化。 幾乎所有電子技術類的教材，在介紹射極輸出器時，所給出的電路均為圖1所示的形式，但都不說明為什么采用基極電位不穩(wěn)定、靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的簡單構成形式的偏置電路，都不強調靜態(tài)工作點的設置和穩(wěn)定問題，都沒有分析靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對射極輸出器動態(tài)性能影響的問題。這給射極輸出器的教學帶來幾個疑點問題：射極輸出器不需要穩(wěn)定的靜態(tài)工作點?靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對射極輸出器動態(tài)性能有什么影響?1. 射極輸出器動態(tài)性能

8、和靜態(tài)工作點的關系分析 射極輸出器和其他放大電路一樣，用電壓放大倍數(shù)Au反映對輸入信號的放大能力，用輸入電阻Ri反映對信號源的影響程度，用輸出電阻Ro反映帶負載的能力。利用微變等效電路法，求得圖1所示的射極輸出器的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri及輸出電阻Ro三大動態(tài)性能指標的計算公式為：電壓放大倍數(shù)： （3）輸入電阻： （4）輸出電阻： （5）其中： （6） （7） （8） 式(8)中含有靜態(tài)工作點的電量IEQ，使得含有晶體管輸入電阻rbe的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri，輸出電阻Ri與IEQ有關，但都可以近似忽略，分析如下：晶體管的電流放大系數(shù)1，電路一般滿足(1+)RLrbe的關系，因而式

9、(3)、式(4)可近似簡化為： （9） （10） 式(9)，式(10)表明，電壓放大倍數(shù)Au與靜態(tài)工作點的直流電量及靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性近似無關；輸入電阻Ri與晶體管的電流放大系數(shù)有關，與靜態(tài)工作點的直流電量及靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性近似無關。 射極輸出器的輸出端為負載RL其提供信號電壓，可將射極輸出器的輸出端用一個實際電壓源等效，其內阻為射極輸出器的輸出電阻Ro，如圖3所示。 由圖3可寫出輸出電壓表達式為： （11） 由于晶體管_的電流放大系數(shù)1，使式(5)所表示的輸出電阻Ro很小，電路一般滿足Ro1，(1+)rbe及RoRL的條件，忽略靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對射極輸出器動態(tài)性能的影響，晶體管的電流放大系數(shù)盧應盡可能大些。 (2)射極輸出器的靜態(tài)工作點仍要設置合適，否則可能產生非線性失真，影響動態(tài)輸出范圍。四、溫度對靜態(tài)工作點的影響溫度，輸入特性曲線 溫度 ，輸出特性曲線，輸出特性曲線間距增大。1. 溫度對ICEO 的影響 溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。2. 溫度對 b 的影響 溫度每升高 1C，UBE (2