目 錄摘要1Abstract11 緒論12 三種典型的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電路23 三種典型晶體管放大器電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的分析33.1圖1的戴維南等效電路及分析43.2圖2的戴維南等效電路及分析43.3圖3的戴維南等效電路及分析54 放大率對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響65電壓VBE隨溫度的變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響66 結(jié)束語(yǔ)7參考文獻(xiàn):7晶體管放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的分析 姓名：劉延勇 學(xué)號(hào)：20095042008 學(xué)院：物理電子工程學(xué)院 班級(jí)：09電信指導(dǎo)教師：周勝海 職稱：副教授 摘要: 在基本放大電路中,只有在信號(hào)的任意時(shí)刻晶體管都工作放大區(qū)或場(chǎng)效應(yīng)管都工作在恒流區(qū),輸出才不會(huì)失真，為此放大電路必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。面對(duì)在幾個(gè)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電路中選擇時(shí),如何迅速判定各電路靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性能的優(yōu)劣,是一個(gè)值得弄清的重要問(wèn)題。本文給出了求出典型放大器偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的戴維南等效電路,依此等效電路可直接看清電路工作時(shí)的物理意義,進(jìn)一步判定各個(gè)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性能的優(yōu)劣。關(guān)鍵詞: 晶體管;放大器;等效電路;靜態(tài)工作點(diǎn)The Method to Fast Value the Performance of Static State Stability for Transistor Amplifiers Abstract: While for selecting best one from several circuits for DC stability, it is an important problem which deserves to understand that how to fast value the performance of static state stability for transistor amplifiers. In this paper, The venin equivalent networks of representative bias configuration for transistor amplifiers are derived in detail. The physical performance can be understood explicitly in the equivalent networks, and the judgement of stability functions of every bias circuit could be simply gained. Key Words : amplifier; bias circuit; transistor; equivalent network1 緒論所謂靜態(tài)工作點(diǎn)就是輸入信號(hào)為零時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，這些直流電流、電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就是要保證在被放大的交流信號(hào)加入電路時(shí)，不論是正半周還是負(fù)半周都能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置的三極管放大狀態(tài)。可以通過(guò)改變電路參數(shù)來(lái)改變靜態(tài)工作點(diǎn)，這就可以設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不合適，在對(duì)交流信號(hào)放大時(shí)就可能會(huì)出現(xiàn)飽和失真（靜態(tài)工作點(diǎn)偏高）或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)偏低）。在基本放大電路中,只有在信號(hào)的任意時(shí)刻晶體管都工作放大區(qū)或場(chǎng)效應(yīng)管都工作在恒流區(qū),輸出才不會(huì)失真，為此放大電路必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。晶體管放大器必須具有穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn),才能正確地放大被測(cè)信號(hào)。本文給出了求出典型放大器偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的戴維南等效電路,依此等效電路可直接看清電路工作時(shí)的物理意義,進(jìn)一步判定各個(gè)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性能的優(yōu)劣1-3。2 三種典型的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電路有很多種,通?？煞譃殡娏髫?fù)反饋型(圖1)、電壓負(fù)反饋型(又稱自偏置)或者二者兼而有之(圖2),以及分壓偏置電路(圖3)1-3。雖然三種類型偏置電路的穩(wěn)定性能已經(jīng)早有結(jié)論4,但是國(guó)內(nèi)教科書(shū)上一般僅作定性分析。對(duì)于圖1所示的電路,當(dāng)晶體管放大倍數(shù)上升時(shí),則集電極電流IC也會(huì)上升。IE相應(yīng)上升致使射極電位VE上升,導(dǎo)致基極射極電壓VBE下降,導(dǎo)致IB下降,會(huì)抑制IC的增大,達(dá)到了穩(wěn)定的目的。對(duì)于圖2所示電路,上升會(huì)使VB下降,因?yàn)閂B= VCC-ICRC-IBRB。相對(duì)于圖1電路,VBE下降得更大,使靜態(tài)電流IC更趨向于穩(wěn)定。對(duì)于圖3所示電路,當(dāng)選擇合適參數(shù)使得I1 =IB時(shí),基極電位VB基本上不受變化的影響,致使IC和IE也基本保持不變。通過(guò)這種靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性能定性分析,認(rèn)為圖2與圖3優(yōu)于圖1,卻很難區(qū)分圖2與圖3穩(wěn)定性能的優(yōu)劣。許多教材都對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性能進(jìn)行了有益討論。例如:定義指數(shù)S() =Ic/進(jìn)行評(píng)價(jià)3,或以穩(wěn)定系數(shù)K評(píng)定三種偏置電路的穩(wěn)定性能4 筆者認(rèn)為以S()或K來(lái)評(píng)定,無(wú)疑是個(gè)好辦法,卻不能夠直接以電路的物理性質(zhì)迅速做出判斷。為此,本文將以戴維南定理為基礎(chǔ),給出典型放大器偏置電路的戴維南等效電路,以得到電路的穩(wěn)定性能快速判定。53 三種典型晶體管放大器電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的分析戴維南等效電路的應(yīng)用十分廣泛，因此可采用戴維南等效的方法簡(jiǎn)化三個(gè)電路，然后進(jìn)行分析。現(xiàn)以偏置電路中RE兩端向外看為考察對(duì)象,得到的戴維南等效電路如圖4所示。其中E為等效電源電壓,r為等效電源內(nèi)阻。則可得通過(guò)RE的電流為:IE=E/(r+ RE) (1)若以穩(wěn)定系數(shù)K來(lái)評(píng)定,因IE= (1+1/)IC,有下面關(guān)系: K =(IC/IC)/(/)=(IE/IE)/(/) (2)針對(duì)前面圖1至圖3所示的放大器偏置電路,下面分別討論對(duì)應(yīng)的戴維南等效電路。6圖4 戴維南電路原理圖3.1圖1的戴維南等效電路及分析 現(xiàn)分別將圖1發(fā)射極開(kāi)路與短路時(shí),根據(jù)戴維南定理求得開(kāi)路電勢(shì)E和短路電流IS:E = VCC-EBE (3)IS=(VCC-VBE) (+1)/RB =E/RB/(+1) (4)變換后有：r = E/IS= RB/(+1) (5)將上式代入式(1),可得圖1中的射極電流IE:IE=E/RE+RB/(+1) (6)3.2圖2的戴維南等效電路及分析 將圖2的發(fā)射極開(kāi)路,可得到與式(3)相同的開(kāi)路電勢(shì)：E = VCC-EBE (7)如將圖2發(fā)射極短路(圖5),有VCC= (IB+IC)RC+IBRB= ISRC+IS+1RB+EBE則可得：IS=E/RC+RB/(+1) (8)因此, r = E/IS= RC+RB/(+1) (9)可得圖2中的射極電流為:IE=E/(r+RE)=E/RC+RB/(+1)+RE (10)3.3圖3的戴維南等效電路及分析 先將對(duì)基極偏置電路進(jìn)行戴維南變換(圖6)。圖中：E=VCCRB2/(RB1+RB2) (11) RB=RB1RB2=RB1RB2/ (RB1+RB2) ( 12)然后,再計(jì)算在射極處的開(kāi)路電壓E與短路電流IS如下:E = E-EBE (13)IS= =E(+1) /RB (14)此時(shí),r = RB/(+1) (15)可得圖3的射極電流為IE=E/(r+RE)=E-EBE/RB/(+1)+RE (16)4 放大率對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響由以上討論可知,對(duì)于圖1,射極端看到的內(nèi)阻r = RB/(+1);對(duì)于圖2,RB流過(guò)的是IB,而RC流過(guò)電流IE= (IB+IC),因而其內(nèi)阻r= RB/(+1)+RC;對(duì)圖3,經(jīng)過(guò)一次戴維南等效后(圖6),RB流過(guò)的是IB,所以其內(nèi)阻r = RB/(+1)。有了圖1至圖3的三個(gè)戴維南等效電路,就很容易進(jìn)行比較了。實(shí)際上就是比較這三個(gè)電路中的IE,如式(6)、(10)、(15);或者比較三電路中的等效內(nèi)阻r,如式(5),式(9)及式(11),即比較IE或r對(duì)放大率的依賴程度。7通常RC、RE為幾k,為便于比較,不妨假定圖13中的VCC、RC、RE、都相同。為保證IB為穩(wěn)定于幾十A數(shù)量級(jí),圖1中的RB為幾百k至m數(shù)量級(jí)。圖2中RB小得多,因?yàn)榱鬟^(guò)RC的電流為(+1)IB,即相對(duì)于基極,RC的等效電阻為(+1)RC,所以圖2中RB可以比圖1中的RB小一半以上,甚至小56倍(取決于放大率的值)。因此,式(9)比式(5)關(guān)于的權(quán)重電阻RB要小得多,加之式(9)又有與無(wú)關(guān)的RC,也就是說(shuō)圖2穩(wěn)定性能比圖1好得多。圖3的內(nèi)阻為r=RB/(+1)(式14)。若不考慮其它因素(如功耗等),總是可以選擇很小的RB值,甚至可使RB為十幾k?？梢?jiàn)它比圖2中RB又小得多,因而圖3的靜態(tài)穩(wěn)定性能有可能做得比圖2還要好一些8。5電壓VBE隨溫度的變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響除了晶體管放大倍數(shù)受溫度變化的影響以外,基極與射極之間的電壓VBE溫度變化的影響,對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性也有不可忽視的影響。對(duì)于普遍使用的硅管,VBE隨溫度的變化規(guī)律是1:在室溫附近,溫度每升高1,正向壓降減少22.5mV,但其伏安特性曲線的形狀基本沒(méi)變,這意味著,只是基-射極的開(kāi)啟電壓隨著溫度發(fā)生了變化,而其動(dòng)態(tài)等效電阻沒(méi)有變。所以,在前面的推導(dǎo)結(jié)果中,VBE隨溫度變化的影響等價(jià)于基極與射極間的導(dǎo)通電壓EBE隨溫度而變,即EBE=VBE。因?yàn)?對(duì)于電路圖1和圖2,有E=VCC-EBE;而對(duì)于電路圖3,E= E-EBE,且E VCC。所以,僅就關(guān)于VBE的穩(wěn)定而言,電路圖1和圖2的性能一樣,且都優(yōu)于電路圖3。這里大致估計(jì)一下IE/IE的數(shù)量級(jí),在實(shí)用的電路圖3中,一般取E=(510)VBE=(510)0.7V。而VBE的最大值為0.1V。所以,此時(shí)的IE/IE最大值為,IE/IE=0.036,即在電路圖3中僅由VBE的變化而引起的最壞情況是集電極或射極電流偏差了3.6%;同理可知,當(dāng)電路圖1和圖2處于典型情況VCC=20V時(shí),它們的僅由VBE的變化而導(dǎo)致的射極電流偏差為IE/IE=0.0052。9,106 結(jié)束語(yǔ)在基本放大電路中,只有在信號(hào)的任意時(shí)刻晶體管都工作放大區(qū)或場(chǎng)效應(yīng)管都工作在恒流區(qū),輸出才不會(huì)失真，為此放大電路必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。晶體管放大器必須具有穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn),才能正確地放大被測(cè)信號(hào)。為使放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的不同的電路,有著不同的穩(wěn)定性能。其性能差異主要是由從射極看出去的等效內(nèi)阻對(duì)放大倍數(shù)的依賴程度不同所造成的,依賴越小則穩(wěn)定性能越好。若需定量評(píng)價(jià),則只要利用射極靜態(tài)電流IE的表達(dá)式。除了晶體管放大倍數(shù)受溫度變化的影響以外,基極與射極之間的電壓VBE溫度變化的影響,對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性也有不可忽視的影響。參考文獻(xiàn):1童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)M.北京:高等教育出版社,1988：245-2702康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(上冊(cè))M.北京:高等教育出版社,1979:210-2423Robert Boylestad , Louis Nashelsky ， Electronic Devices and Circuit TheoryM. 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