§2．3放大器工作點(diǎn)的穩(wěn)定

Q點(diǎn)易受外界因素的影響而產(chǎn)生變動，變動較大時會導(dǎo)致電路無法正常工作。特別是溫度的影響尤為明顯。

晶體管工作于放大狀態(tài)的必要條件是設(shè)置合適的、穩(wěn)定的基極偏置電流。環(huán)境溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響是通過：hfe、VBE(th)、ICBO三個對溫度敏感的晶體管參數(shù)變化而產(chǎn)生的。

放大電路穩(wěn)定Q點(diǎn)設(shè)置的必要性是從失真問題引起的。但Q點(diǎn)不但決定電路是否會產(chǎn)生失真，而且?guī)缀跤绊懼糯箅娐返乃袆討B(tài)參數(shù)。因此，只有靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定了，放大電路才能有穩(wěn)定的動態(tài)性能。1、溫度變化對工作點(diǎn)的影響

一、固定偏置電路（如圖2.3.1所示）RBC1+VCC圖2.3.1固定偏置電路RCTVOVIRLC2Q點(diǎn)的電流：

Q點(diǎn)的電壓：當(dāng)電路的RC、VCC確定后，改變RB的大小就可以改變Q點(diǎn)的位置。二、溫度變化對工作點(diǎn)的影響

理論和實(shí)踐均證明，溫度變化時晶體管的以下幾個參數(shù)會發(fā)生變化：電流放大系數(shù)：hfe；開啟電壓：VBE(th)；反向飽和電流：ICBO。圖2.3.2中為晶體管在200C~400C變化的特性曲線，由于溫度升高，靜態(tài)工作點(diǎn)Q上移到了Q’。

Q’IBQIBQ+ΔIBiCvCE(V)圖2.3.2不同環(huán)境溫度變化下的輸出特性曲線VCCVCC/RC

QVCEQICQ0IBQ-ΔIB要想使Q重新回到原來位置，只要在溫度升高時適當(dāng)?shù)臏p小基極電流IB即可。

所謂穩(wěn)定Q點(diǎn)，是指在環(huán)境溫度變化時靜態(tài)集電極電流IC和管壓降VBE基本不變，即Q點(diǎn)的位置基本不變。因此，必然依靠IBQ的變化來抵消ICQ和VCEQ的變化。

為穩(wěn)定Q點(diǎn)常采用的方式是引入直流負(fù)反饋或溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ笽BQ在溫度變化時產(chǎn)生與ICQ相反的變化。

典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路如圖2.3.3所示。

圖（1）直接耦合方式；圖（2）阻容耦合方式；圖（3）直流通路

RB2RB1+VCC（1）RCTVOviRERB2RERCRB1I2IBQ+VCCI1ICQIEQVEQVBQ（3）RB2C1+VCC（2）RCTVOviRLC2CERB1分壓式偏置電路是一種高穩(wěn)定性的偏置電路。

RB2與RB1分別稱為上偏置和下偏置電阻，它們構(gòu)成VCC的分壓電路，在晶體管基極產(chǎn)生靜態(tài)電壓VBQ

RC為直流負(fù)載電阻，VCC通過RC為集電極提供偏置電壓。

RE為發(fā)射極偏置電阻，流過發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ在其上產(chǎn)生靜態(tài)電壓VEQ。2、分壓式偏置電路RE的作用是：RE對ICQ的自動調(diào)節(jié)。RB2RERCRB1I2IBQ+VCCI1ICQIEQVEQVBQ分壓偏置電路B在圖（3）所示電路中，B點(diǎn)的電流方程為：I2=I1+IBQ

RB2RERCRB1I2IBQ+VCCI1ICQIEQVEQVBQ（3）B

為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常情況下參數(shù)的選取應(yīng)滿足：I1>>IBQ

∴I2

≈I1∴B點(diǎn)的電位：

上式表明基極電位幾乎僅取決于RB1與RB2對VCC的分壓，而與環(huán)境溫度無關(guān)，即當(dāng)溫度變化時，VBQ基本不變。

在一定條件下，IC和IE基本穩(wěn)定，幾乎與晶體管的參數(shù)無關(guān)。

當(dāng)溫度升高時，IC（IE）將增大，從而使RE上壓降增大，而發(fā)射極電位VE將升高。由于VB基本不變，VBE=VB–VE所以，導(dǎo)致VBE減小，IB必然隨著減小，使IC相應(yīng)減小。

當(dāng)IC隨溫度升高而增大的部分幾乎被因IB減小而減小的部分相抵消時，IC就基本不變。因而，Q點(diǎn)在晶體管輸出特性坐標(biāo)系中的位置也就基本不變，Q點(diǎn)得到穩(wěn)定。RB2RERCRB1I2IBQ+VCCI1ICQIEQVEQVBQ（3）BRB2RERCRB1I2IBQ+VCCI1ICQIEQVEQVBQ分壓偏置電路B簡述以上過程IBQICQICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)若ICQ

減小：IBQICQICQIEQVEQVBEQ如果ICQ升高：VBEQ=(VBQ-VEQ)穩(wěn)定條件：

I2=(5~10)IBQ

VB=(5~10)VBE同一個晶體管由于要分析的問題不同，或用于不同的場合，其等效模型是不同的。這是因?yàn)楦鶕?jù)不同的要求，對晶體管的參數(shù)進(jìn)行了不同的取舍和近似的結(jié)果。§2．4放大器的微變等效電路分析法等效電路法就是將晶體管的模型以電路的形式表達(dá)后，用解電路的方法來進(jìn)行分析和計(jì)算的。1、晶體管的h參數(shù)及其等效電路

將晶體管可當(dāng)作一個線性的雙口網(wǎng)絡(luò)，如圖2.4.1所示：

網(wǎng)絡(luò)I1I2V1V2圖2.4.1iBRBvsRsVBBVCC圖2.4.2共發(fā)射極基本放大器RCTiC

voIbRB交流通路RCTIc

V0Rs

以圖2.4.2為例分析各變化量間的關(guān)系。一、晶體管h參數(shù)微變等效電路的導(dǎo)出將以上兩式用全微分形勢表示：

由晶體管輸入回路：vBE=f(iB,vCE

)

由晶體管輸出回路：iC=f(iB,vCE

)

所以：

根據(jù)圖2.4.2電路交流通路所示分析：IbRB交流通路RCTIc

V0Rs由于dvBE代表vBE的變化部分，所以輸入為正弦波即為vbe；

同理：diB

→ib；diC

→ic；dvCE

→vce；

將以上各量用有效值來表示則有：vbe=h11ib+h12vce;

ic=h21

ib+h22vce

（i表示輸入；r表示反向；f表示正向；o表示輸出；）（h11=hie

h12=hreh21=hfeh22=hoe）

所以：

晶體管輸入回路和輸出回路電流變量與電壓變量之間的關(guān)系：ibB圖2.4.3共發(fā)射極接法雙口網(wǎng)絡(luò)CTEvbevceicib圖2.4.4共發(fā)射極h參數(shù)等效電路vbevceichfeibhiehrevce1/hoe二、h參數(shù)的物理意義

由網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的定義，指出四個參數(shù)（

hiehre

hfehoe）和晶體管特性曲線之間的關(guān)系及其物理意義。ΔvBE0VBEQΔiBQvBEIBQiB當(dāng)vCE為固定值時(vCEQ)，vBE對iB的偏導(dǎo)，從輸入特性看就是在某條曲線上(vCE=vCEQ)Q處曲線斜率的倒數(shù)。曲線較平直的部分有：所以用Q點(diǎn)附近的來近似這點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)是可以得。從圖中可知，Q點(diǎn)越高，則hie越小。ΔvBEΔvCE

vBEVBEQQIBQ

iB0當(dāng)iB為固定值時，vCE對vBE的影響的大小。

0ΔiBΔiCvCEiCVCEQICQQ當(dāng)vCE為固定值時(vCEQ)，iB對iC的影響。反映了晶體管對電流的放大能力。從圖中可知，Q點(diǎn)附近曲線間距越大，則hfe越大，反之越小。

當(dāng)iB為固定值時，vCE對iC的影響的。從圖中可知，輸出特性越傾斜，hoe越大。hoe是Q點(diǎn)切線的斜率。

hie輸入電阻，其反映了輸出電壓vCE不變時，輸入電壓vBE對輸入電流iB的影響程度。

hre反向電壓傳輸系數(shù)，其反映了iB不變時輸出電壓vCE對輸入電壓vBE的影響程度。

hfe正向電流傳輸系數(shù)，其反映了晶體管對電流的放大能力。

hoe輸出電導(dǎo)，其反映了iB不變時輸出電壓vCE對輸出電流iC的影響程度。在實(shí)際應(yīng)用中hre很小，而hoe對與它相并聯(lián)的負(fù)載來說很大。因此，它們在電路中可以忽略。因此電路可簡化。ibB圖2.4.3共發(fā)射極接法雙口網(wǎng)絡(luò)CTEvbevceicib圖2.4.4共發(fā)射極h參數(shù)等效電路vbevceichfeibhiehrevce1/hoe三、簡化的h參數(shù)等效電路

BCEib圖2.4.5晶體管簡化的h參數(shù)等效電路vbevceichfeibhie輸入回路中vbe>>hrevce；可忽略hre輸出回路中：1/hoe與RC并聯(lián)，而實(shí)際電路中1/hoe>>

RC

，

?？珊雎詇oe。簡化電路如圖2.4.5所示。實(shí)際應(yīng)用中這樣的簡化并不帶來顯著的誤差。四、晶體管輸入電阻的計(jì)算BCENPrcNrbb’reB’圖2.4.6晶體管的內(nèi)部電阻在低頻運(yùn)用中，rbb’

約為200ΩB+Eicrbb’reB’圖2.4.7晶體管的輸入回路vbe-ib求值，先求iE。由PN結(jié)的伏安特性可得：

（∵vBE>0.1V，∴

）對上式微分：

∵在靜態(tài)時，iE=IE，VT=26mV；∴

B+Eicrbb’reB’圖2.4.7晶體管的輸入回路vbe-ibie2、用h參數(shù)等效電路分析基本放大器

iBRBvsRsVBBVCC圖2.4.8共發(fā)射極基本放大器RCTiC

vo一、畫出放大器的交流等效電路（h參數(shù)等效電路）IbRB圖2.4.9交流通路RCTIc

V0RsBCEib圖2.4.10晶體管的h參數(shù)等效電路vbevceichfeibhie圖2.4.11晶體管的外部電路hfeibhieRCVsRBIbRB交流通路RCTIc

V0Rs（1）畫出晶體管的h參數(shù)等效電路（2）畫出晶體管的外部電路（3）標(biāo)出電壓極性和電流方向IbViVoIo=Ic由（圖2.4.11）可得：二、計(jì)算電壓放大倍數(shù)由上式可見，電壓放大倍數(shù)與RC有關(guān)。但提高受到靜態(tài)工作點(diǎn)的限制。圖2.4.11晶體管的外部電路hfeibhieRCVsRBIbViVoIo=IcRS∴

三、計(jì)算輸入電阻和輸出電阻輸入電阻:輸出電阻:求輸出電阻:令信號電壓源等于零，即：Vs=0；在放大器的輸出端口施加一電壓V，則V與輸出端口的電流之比即為輸出電阻。由圖可知：如果不忽略hoe，則有：∴Io=Ic=hfeIb

=0Ro=RC//1/hoe=RC//rce∴Ro=RC

∵Vs=0時，Ib=0；hfeibhieRCVsRBIbViVoIo=IcRSRiRo圖2.4.12

h參數(shù)等效電路四、計(jì)算源電壓放大倍數(shù)由源電壓放大倍數(shù)的定義可得：

∵

∴

hfeibhieRCVsRBIbViVoIo=IcRSRiRo五、放大器的微變等效電路法的分析步驟：（1）分析靜態(tài)工作點(diǎn)，確定其是否合適。如不合適應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

（2）畫出放大電路的微變等效電路，并根據(jù)公式求出hie。（rbb’

約為200Ω）

（3）根據(jù)要求求出動態(tài)參數(shù)：AV、AVS、Ri、Ro

注意：

1、四個h參數(shù)都是對交流變化量而言的，故只能解決交流分量的計(jì)算問題，不能用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。

2、四個h參數(shù)都是在Q點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)值，故只有在信號比較小或者工作在線性比較好的區(qū)域時，分析計(jì)算的誤差才比較小。

例1：在圖2.4.13所示電路中，已知：VBB=1V，RB=24KΩ，VCC=12V，

RC=5.1KΩ，rbb’=100Ω，hfe=100，VBEQ=0.7V。求解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)Q；（2）動態(tài)參數(shù)：AV、Ri和Ro。iBRBvsVBBVCC圖2.4.13共發(fā)射極基本放大器RCTiC

vo解：（1）靜態(tài)分析：由直流通路可得：（2）動態(tài)分析：可得：由:hfeibhieRCVsRBIbViVoIo=IcRSRiRo例2：在圖2.4.14所示電路中，已知：VCC=12V，RB=510KΩ，RC=3KΩ，

rbb’=150Ω，hfe=80，VBEQ=0.7V，RL=3KΩ。RBC1+VCC圖2.4.14阻容耦合放大器RCTVOVIRLC2求解：（1）動態(tài)參數(shù)：AV、Ri、Ro（2）若所加信號源內(nèi)阻為RS=2KΩ，求出AVS。解：（1）先求出Q點(diǎn)和hie，再求出AV、Ri、RoVCEQ=6.69V，VBEQ=0.7V，即VCEQ>VBEQ，說明Q點(diǎn)在晶體管的放大區(qū)。畫出交流等效電路hfeibhieRLVsRBIbViVoRSRiRoIiRC由圖可知：∴

（2）若所加信號源內(nèi)阻為RS=2KΩ，求出AVS。由AVS定義可知：∵

∴

代入數(shù)據(jù)可得：|AVS|的數(shù)值總是小于|AV|的數(shù)值，輸入電阻愈大，|Vi|愈接近|VS|，|AV|也就愈接近|AVS|。3、帶RE的共發(fā)射極放