對(duì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量的分析應(yīng)用 10環(huán)境工程黃長(zhǎng)春

1、對(duì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量的分析晶體管共射極單極放大器黃長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)原理以及估算公式，還有就是對(duì)其靜態(tài)工作點(diǎn)的一些研究，重點(diǎn)是靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量和調(diào)試，以及其穩(wěn)定性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響。關(guān)鍵字：靜態(tài)工作點(diǎn)、共射極放大器引言1.介紹晶體管共射極單極放大器的實(shí)驗(yàn)原理以及估算公式。2.介紹放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量和調(diào)試方法。3.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能的影響。4.分析溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。一、實(shí)驗(yàn)原理以及估算公式1、 圖31為電阻分壓試工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。 當(dāng)在放大器的輸出端加入輸入信號(hào)Ui后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與Ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)Uo，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。 在圖31電路中，當(dāng)流過(guò)偏置電阻Rb1和Rb2的電流遠(yuǎn)大于晶體管T的基極電流Ib時(shí)（一般510倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)的測(cè)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(jì)和制作晶體管放大電路時(shí)，離不開(kāi)測(cè)量和調(diào)試技術(shù)術(shù)在技術(shù)前應(yīng)測(cè)量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)被以后，還必須測(cè)量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作

3、點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)會(huì)放大器的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法外，還必須掌握必要的測(cè)量和調(diào)試技術(shù)。 放大器的測(cè)量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)試，消除干擾與自激震蕩及放大器各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量與調(diào)試等。1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量測(cè)量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)Ui=0的情況下進(jìn)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(cè)量晶體管的集電極電流Ic以及各電極對(duì)地的電位Ub、Uc和Ue。一般實(shí)驗(yàn)中，為了避免短開(kāi)集電極，所以采用測(cè)量電壓，然后算出Ic的方法，例如，只要測(cè)出Ue，即可用IcIe=Ue/Re算

4、出Ic（也可根據(jù)Ic=(Ucc-Uc)/Rc,由Uc確定IC） 同時(shí)也能算出Ube=Ub-Ue，Uce=Uc-Ue。為了減小誤差，提高測(cè)量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表。2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試 放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流Ic（或Uce）的調(diào)整與測(cè)試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)Uo的負(fù)半周將被削低，如圖31（a）所示；如工作點(diǎn)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(xiě)情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)

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(mǎn)足要求。如不滿(mǎn)足，則應(yīng)調(diào)試工作點(diǎn)的位置。 改變電路參數(shù)Ucc、Rc、Rb(Rb1、Rb2)都會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，如圖33所示。但通常多采用調(diào)節(jié)偏電阻Rb2的方法來(lái)改變靜態(tài)工作點(diǎn)，如減小Rb2，則可使靜態(tài)工作點(diǎn)提高等。最后還要說(shuō)明的是，上面所說(shuō)的工作點(diǎn)“偏高”或“偏低”不是絕對(duì)的，應(yīng)該是相對(duì)信號(hào)的幅度而言，如信號(hào)幅度很小，即使工作點(diǎn)較高或較低也不一定會(huì)出現(xiàn)失真。所以確切地說(shuō)，產(chǎn)生波形失真是信號(hào)幅度與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置配合不當(dāng)所致。如需滿(mǎn)足較大信號(hào)幅度的要求，靜態(tài)工作點(diǎn)最好盡量靠近交流負(fù)載線的中點(diǎn)。三、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性對(duì)射極輸

6、出器動(dòng)態(tài)性能的影響 圖1為見(jiàn)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(gòu)成決定靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路，依KVL及晶體管的電流分配關(guān)系，可寫(xiě)出基極直流電位UBQ，發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ的表達(dá)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(gòu)成特點(diǎn)及靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定情況：(1)晶體管的基極只接有一個(gè)基極電阻Rb，沒(méi)有采用基極電位穩(wěn)定的二個(gè)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(jié)直流電壓UBEQ等晶體管的參數(shù)有關(guān)，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(fù)反饋，但因基極直流電位UBQ不穩(wěn)定而影響靜態(tài)工作點(diǎn)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(jié)直流電壓UBEQ等晶體管的參數(shù)有關(guān)，靜態(tài)工作點(diǎn)隨晶體管的參數(shù)變化而變化。 幾乎所有電子技術(shù)類(lèi)的教材，在介紹射極輸出器時(shí)，所給出的電路均為圖1所示的形式，但都不說(shuō)明為什么采用基極電位不穩(wěn)定、靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的簡(jiǎn)單構(gòu)成形式的偏置電路，都不強(qiáng)調(diào)靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置和穩(wěn)定問(wèn)題，都沒(méi)有分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能影響的問(wèn)題。這給射極輸出器的教學(xué)帶來(lái)幾個(gè)疑點(diǎn)問(wèn)題：射極輸出器不需要穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)?靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能有什么影響?1. 射極輸出器動(dòng)態(tài)性能

8、和靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)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(duì)輸入信號(hào)的放大能力，用輸入電阻Ri反映對(duì)信號(hào)源的影響程度，用輸出電阻Ro反映帶負(fù)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(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)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(diǎn)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(guān)，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(mǎn)足(1+)RLrbe的關(guān)系，因而式

9、(3)、式(4)可近似簡(jiǎn)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(diǎn)的直流電量及靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性近似無(wú)關(guān)；輸入電阻Ri與晶體管的電流放大系數(shù)有關(guān)，與靜態(tài)工作點(diǎn)的直流電量及靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性近似無(wú)關(guān)。 射極輸出器的輸出端為負(fù)載RL其提供信號(hào)電壓，可將射極輸出器的輸出端用一個(gè)實(shí)際電壓源等效，其內(nèi)阻為射極輸出器的輸出電阻Ro，如圖3所示。 由圖3可寫(xiě)出輸出電壓表達(dá)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(mǎn)足Ro1，(1+)rbe及RoRL的條件，忽略靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)射極輸出器動(dòng)態(tài)性能的影響，晶體管的電流放大系數(shù)盧應(yīng)盡可能大些。 (2)射極輸出器的靜態(tài)工作點(diǎn)仍要設(shè)置合適，否則可能產(chǎn)生非線性失真，影響動(dòng)態(tài)輸出范圍。四、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)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(duì)ICEO 的影響 溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。2. 溫度對(duì) b 的影響 溫度每升高 1C，UBE (2