2.4 放大电路静态工作点的稳定_模拟电子技术-QQ阅读男生玄幻网

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2.4 放大电路静态工作点的稳定

2.4.1 静态工作点稳定的必要性

由前面的讨论可知，静态工作点不仅决定输出波形是否失真，而且还影响电压放大倍数及输入电阻等动态参数，所以在设计和调试放大电路时，必须设置一个合适的静态工作点Q。影响工作点不稳定的原因很多，例如电源电压变化、电路参数变化、管子老化等等，但是最主要的原因是由于晶体管的参数（I_CBO、U_BE、β等）随温度的变化而造成静态工作点的不稳定。例如温度升高时，晶体管少子形成的反向饱和电流I_CBO要增大，温度每升高10℃，I_CBO增大一倍，而晶体管的穿透电流I_CEO=（1+β）I_CBO增大的幅度更大。同时，温度升高导致晶体管载流子运动加速，在基区电子和空穴复合的机会减少，使β增大。根据实验结果，温度每升高1℃，β增加0.5%~1.0%，U_BE减小2~2.5mV。

前面所讨论的共射基本放大电路中，当电源电压U_CC和集电极电阻R_c确定后，放大电路的Q点就由基极电流I_B决定，这个电流称为偏流，而获得偏流的电路称为偏置电路。又由于当R_b数值确定后，基极电流I_B就固定了，所以它又称为固定偏置的放大电路。

图2-31 静态工作点受温度影响而移动

在固定偏置的放大电路中，静态工作点Q是由基极偏流I_BQ和直流负载线共同决定的，如图2-31所示的Q点。虽然I_BQ（I_BQ≈V_CC/R_b）和直流负载线斜率（-1/R_c）不随温度变化，但是当温度升高时，β增大，I_C随之增大，输出特性曲线上移，例如由Q点移到Q₁点而接近于饱和区了。当输入信号较大时，必将出现饱和失真。反之，当温度降低时，Q点将沿直流负载线下移，靠近截止区，易出现截止失真。

2.4.2 稳定静态工作点的措施

1.Q点稳定的分压式偏置电路

在实际使用的放大电路中，除了选用温度影响比较小的硅晶体管和改善工作环境温度外，最主要的是找出一种能够自动调节Q点位置的偏置电路，使Q点能够稳定在合适的位置上。

静态工作点Q稳定电路如图2-32所示，图2-32a为直接耦合方式，图2-32b为阻容耦合方式，它们具有相同的直流通路，如图2-32c所示。

在图2-32c所示的电路中，B点的电流方程为

I ₂=I₁+I_BQ

为了稳定Q点，通常情况下，参数的选取应满足

图2-32 静态工作点稳定电路

a）直接耦合电路 b）阻容耦合电路 c）直流通路

因此，I₂≈I₁，则B点的电位

上式表明基极电位只取决于直流电压源和基极电阻值，而与晶体管参数无关，即不受环境温度的影响。

如果温度升高引起集电极电流I_CQ增大，那么，发射极电流I_EQ也相应增大，发射极电阻R_e上的电压U_EQ=I_EQR_e也随之增大；由于U_BQ基本不变，所以当U_EQ增大时，U_BEQ=（U_BQ-U_EQ）减小。根据晶体管的输入特性，基极电流I_BQ减小，I_CQ也随之减小。这样由于发射极电阻的作用，牵制了I_CQ的增大，最终使Q点趋于稳定。上述变化过程可表示为

可以看出这种自动调节过程实际上是将输出电流I_CQ通过发射极电阻R_e引到输入端，使输入电压U_BEQ减小，从而达到稳定工作点的目的。显然，R_e越大，R_e上的电压降越大，自动调节能力越强，电路稳定性越好。但是，R_e太大，会使电压放大倍数下降，所以R_e应适当取值。

如果电路满足U_BQ>>U_BEQ，则U_BQ≈U_EQ=I_EQR_e，这时

综上所述，只要电路满足I₁>>I_BQ，U_BQ>>U_BEQ着两个条件，那么，就可以认为I_CQ主要由外电路参数U_CC、R_b1、R_b2和R_e决定，与晶体管的参数几乎无关。这不仅提高了静态工作点的稳定性，并且在更换晶体管时，不必重新调整工作点，给批量生产带来了很大方便。在兼顾其他指标的情况下，通常选用I₁=（5~10）I_BQ，U_BQ=（5~10）U_BEQ。