靜態(tài)工作點分析報告

1、17/17141414設(shè)計單級共基極放大電路靜態(tài)工作點分析1緒論本課程設(shè)計的基本要對靜態(tài)工作點分析（白冰）；輸入信號的變化對放大電路輸出的影響（師曉輝）；測量放大電路的放大倍數(shù)（閆斌）；輸入電阻（特）；輸出電阻（齊帥）。本論文針對靜態(tài)工作點的分析，靜態(tài)工作點是在分析放大電路時提出來的，它是放大電路正常工作的重要條件。當(dāng)把放大器的輸入信號短路，把IN直接接地，則放大器處于無信號輸入狀態(tài)，稱為靜態(tài)。如果靜態(tài)工作點選擇不合適，則輸出波形會失真，因此設(shè)置合適靜態(tài)工作點是放大電路正常工作的前提。靜態(tài)分析就是求解靜態(tài)工作點Q,再輸入信號為零時,晶體管和場效應(yīng)管各電極間的電流和電壓就是Q點?？捎霉浪惴ê蛨D解

2、法求解。Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件。作為Windows下運行的個人桌面電子設(shè)計工具，Multisim是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。它具有直觀的圖形界面,豐富的元器件，強大的仿真能力，豐富的測試儀器，完備的分析手段，獨特的射頻模塊，強大的MCU模塊，完善的后處理，詳細的報告，兼容性好的信息轉(zhuǎn)換特點。所以NIMultisim軟件電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。1

3、1414142設(shè)計任務(wù)（一）目的：1.了解單極共基極放大電路的基本工作原理；2.學(xué)會運用軟件模擬設(shè)計電路、應(yīng)用各種儀器。了解電路在不同狀態(tài)下的變化特點，學(xué)會對電路的變化分析；3.了解設(shè)置靜態(tài)工作點分析的必要性4.熟悉靜態(tài)工作點與動態(tài)參數(shù)的估算5.了解穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施（二）原理：1.共基極放大電路中，輸入信號是由三極管的發(fā)射極與基極兩端輸入的，再由三極管的集電極與基極兩端獲得輸出信號因為基極是共同接地端，所以稱為共基極放大電路。2.共基極放大電路具有以下特性：（1）、輸入信號與輸出信號同相；(2）、電壓增益高；（3)、電流增益低（1）；(4)、功率增益高；(5)、適用于高頻電路。共基極放大電

4、路的最大優(yōu)點是頻帶寬，因而常用于無線電通信方面。3設(shè)計電路（一）單級共基極放大電路圖2141414圖31單級共基極放大電路圖（二）放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調(diào)試技術(shù)術(shù)在技術(shù)前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計和轉(zhuǎn)被以后，還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點和各項性能指標(biāo)。一個優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計和實驗調(diào)試相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)會放大器的理論知識和設(shè)計方法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)。放大器的測量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點的測量與調(diào)試，消除干擾與自激震蕩與放大器各項動態(tài)參

5、數(shù)的測量與調(diào)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(yīng)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以與各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗3141414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算出IC（也可根據(jù)IC=(UCC-UC)/RC,由UC確定IC）同時也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。為了減小誤差，提高測量精度，應(yīng)選用阻較高的直流電壓表。2.靜態(tài)工作點的調(diào)試放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試是指對管子集電極電流IC（或U

6、CE）的調(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(diào)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(yīng)調(diào)試工作點的位置。4141414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(diào)節(jié)偏電阻RB2的方法

7、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(yīng)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(chǎn)生波形失真是信號幅度與靜態(tài)工作點設(shè)置配合不當(dāng)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）單級共基靜態(tài)工作點的分析過程1.測量IBQ:5141414圖342.測量ICQ圖353.測量IEQ6141414圖364.測量UBEQ：圖375.測量UCEQ：7141414圖38上圖為基本共基放大電路，令UI=0，發(fā)射極電位UEQ=UBQ，集電極電位UCQ

8、VCCICQRC，便可得出靜態(tài)工作點.IEQVBBUBEQREIBQIEQ1UCEQUCQUEQVCCICQRCUBEQ用晶體管的h參數(shù)等效模型取代所示電路中的晶體管，便可得到基本共基放大電路的交流等效電路。4結(jié)論總結(jié)本次課程設(shè)計是以實驗為基礎(chǔ)，以Multisim為模擬輔助進行的。從分析可以總結(jié)出，靜態(tài)工作點不但決定了電路是否會產(chǎn)生失真，而且還影響著電壓放大倍數(shù)、輸入電阻等動態(tài)參數(shù)。實際上電源電壓的的波動、元件的老化以與因溫度變化所引起晶體管參數(shù)的變化，都會造成靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的諸多因素，溫度對晶體管參數(shù)的影響是最為主要的。8141414（一）靜態(tài)工作點Q的設(shè)置1.設(shè)置Q點的作用：放大電路在處

9、于動態(tài)時（Vi0），電路中既有交流，又有直流。直流是偏置為放大信號建立條件、搭建平臺。若電路中沒有直流量，交流放大無法實現(xiàn)。這猶如收音機沒有電池供電，肯定收聽不到電臺信號一樣的道理。2.設(shè)置Q點的原則：一般來說，Q點應(yīng)在交流負載線AB的中央位置處，這樣可獲得最大的不失真輸出，亦即可得到最大的動態(tài)工作圍。3.合理地設(shè)置Q點對交流輸出的影響:（1）若Q點設(shè)置合理，輸出波形失真會盡可能小。但當(dāng)Q點位置選擇不當(dāng)時，會出現(xiàn)嚴重的非線性失真。圖41分析圖41共射放大電路（倒相作用）。對于晶體管它有三個工作區(qū)，即放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)，如圖42。Q點設(shè)置合理，那么交流小信號Vi在輸入的整個周期，都被放大電路

10、放大，然后輸出一個完整的正弦波形供給負載RL。9141414為RL，RLRC/RL的直線）。若M點“誤入”非線性區(qū)域，那么就會出現(xiàn)波形圖42（2）若Q點設(shè)置過高或過低，在Vi信號作用下，晶體管一段時間工作在飽和區(qū)或截止區(qū)、一段時間工作在放大區(qū)，這樣放大電路輸出波形就出現(xiàn)失真。因在動態(tài)時（Vi0），電路中的電流、電壓為直流分量和交流分量的疊加，都是一個變動值。電路中電壓、電流是隨時在變，如輸出回路中集電極電流IC、集射電壓VCE。由這兩個量所確定的點M在交流負載線上AB上移動（過Q點，斜率1失真，如圖43（a）（飽和失真），如圖43（b）（截止失真）。（a）（b）圖43（二）基極輸出器靜態(tài)工作點

11、10141414基極輸出器靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性對電路動態(tài)性能影響很小，可近似忽略。放大電路直流偏置電路的構(gòu)成形式，要根據(jù)動態(tài)性能受到靜態(tài)工作點的影響和制約情況等因素而確定。因此，為簡化電路，基極輸出器一般采用簡單的偏置電路形式，即:晶體管的基極只用一個電阻RB用于引入晶體管發(fā)射結(jié)的正偏壓，簡化了電路但基極直流電位不恒定；晶體管的發(fā)射極接有電阻RE因發(fā)射極交流電流IE需經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成交流電壓從發(fā)射極輸出，發(fā)射極必須接有電阻RE，RE又對直流有負反饋作用，有一定穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。需要指出的是：（1)為滿足1，(1+)RBE與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

12、電流放大系數(shù)盧應(yīng)盡可能大些。(2)基極輸出器的靜態(tài)工作點仍要設(shè)置合適，否則可能產(chǎn)生非線性失真，影響動態(tài)輸出圍。(三)穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路中利用負反饋穩(wěn)定Q點，而圖39（a）中則采用溫度補償?shù)姆椒▉矸€(wěn)定Q點。使用溫度補償方法穩(wěn)定靜態(tài)工作點時，必須在電路中采用對溫度敏感的器件，如二極管、熱敏電阻等。在圖39（a）所示電路中，電源電壓VCC遠大于晶體管be間導(dǎo)通電壓UBEQ，因此Rb中靜態(tài)電流IRbVCCUBEQRbVCCRb11141414節(jié)點B的電流方程為IRbIRIBQ圖39穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施（a）利用二極管的反向特性進行穩(wěn)步補償（b）利用二極管的正向特性進行溫度補償

13、IR為二極管的反向電流，IBQ為晶體管基極靜態(tài)電流。當(dāng)溫度升高時，一方面IC增大，另一方面由于IR增大導(dǎo)致IB減小，從而IC隨之減小。當(dāng)參數(shù)合適時，IC可基本不變。其過程簡述如下：T（）ICIRIBIC從這個過程的分析可知，溫度補償方法的考溫度敏感器件直接對基極電流IB產(chǎn)生影響，使之產(chǎn)生與IC相反方向的變化。圖39（b）所示電路同時使用引入直流負反饋和溫度補償兩種方法來穩(wěn)12141414定Q點。設(shè)溫度升高時二極管電流基本不變，因此其壓降UD必然減小，穩(wěn)定過程簡述如下：T（）ICUEUDUBUBEIC當(dāng)溫度降低時，各物理量想相反方向變化。對于放大電路中的最基本要求，一是不失真，二是能夠放大。如果

14、輸出的波形嚴重失真，所謂“放大”毫無意義，因此，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，以保證放大電路不產(chǎn)生失真是非常必要的5收獲心得本次模擬電子線路課程設(shè)計過程，我學(xué)到了很多東西，通過靜態(tài)工作點的分析，不僅掌握了共基極放大電路的分析思路，全面了解到晶體管單管放大電路的三種基本揭發(fā)的特點。更是對一學(xué)期以來所學(xué)的電子方面的知識也重新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)了一遍，也對自己在模擬電子方面的能力有了更客觀的認識和評價。在這次設(shè)計過程中，從最基本的查原件，找資料做起，了解了完整的電子設(shè)計的一般步驟，也和同學(xué)們共同探討，學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，也遇到了各種各樣從沒有想到的問題，通過請教老師，和同學(xué)交流，搜索資料等各種方面解決它們，可以說是為我們以后再電子領(lǐng)域的發(fā)展做了一些有意的嘗試，同時也使我增加了對電子方面知識的興趣，也從中發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足的地方，以后會多多改進。最后，在這里也非常感指導(dǎo)老師，感你們的耐心指導(dǎo)，!6參考文獻1華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室，康華光主編，電子基礎(chǔ)基礎(chǔ)（模擬部分）.第四版.: