静态工作点及其稳定

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1、电子技术基础与技能 三极管基本放大电路 静态工作点 提问 该电路有什么特点 一 旧知回顾 3分钟 1 基本共射放大电路 1只有一个三极管作为放大元件2输入回路和输出回路的公共端是发射极 一 旧知回顾 直流通路和交流通路 直流通路 指静态时放大电路直流电流通过的路径 画直流通路原则 将电容视为开路 交流通路 指输入交流信号时放大电路交流信号流通的路径 画交流通路的原则 直流电源 电容视作短路 直流通路 IBQ Rb 交流通路 练习 例2 5 画出下面图放大电路的直流通路和交流通路 a 放大电路 解析 解析 画直流通路的原则是交流信号视为零 电容视作开路 画交流通路的原则是直流电源电源 电容视作短

2、路 画法如图所示 b 直流通路 c 交流通路 二 新授课 1 放大器的静态工作点 静态是指放大器没有交流输入信号时放大电路的直流工作状态 动态是指放大器有交流信号输入时放大电路的工作状态 静态工作点是指在静态情况下 放大器输入端的电流IBQ和电压UBEQ及输出端的电流ICQ和电压UCEQ在三极管输入输出特性曲线族上所确定的点 用 表示 如下图所示 二 新授课 二 新授课 2 设置合适静态工作点的必要性 放大器只有当静态工作点在放大区时 三极管才能不失真地对信号进行放大 放大器的 点设置不合适 将导致放大输出的信号产生失真 例如 在音频放大中表现为声音失真 在电视扫描放大电路中将表现为图像比例失

3、真 由 点设置不合适引起的失真主要有截止失真和饱和失真两类 一般来说 点总是设在三极管输出特性曲线放大区的中央 点过高或过低都将造成输出信号产生失真 可以通过调节电阻Rb来解决 如下表所示 二 新授课 二 新授课 注意 当输入信号幅度过大时 即使设置了合适静态工作点 输出波形仍然会产生失真 因此共发射极放大电路一般在小信号下工作 二 新授课 2 静态工作点的近似计算 静态时 放大电路中各处的电压 电流均为直流量 对直流通路作电路分析 求解输入 输出电路的电流 电压即放大电路的静态分析 从而确定出静态工作点Q 二 新授课 以单管共射放大电路为例 其直流通路如右下图所示 设电路参数VCC Rb R

4、C和三极管放大倍数 已知 忽略三极管的UBEQ 硅管UBEQ 0 7V 锗管UBEQ 0 3V 可以推导得 二 新授课 ICQ IBQUCEQ VCC ICQRC 由上述公式求得的IB IC和UCE值即是静态工作点Q 案例分析 例2 5 用估算法计算静态工作点 已知 VCC 12V RC 4k Rb 300k 37 5 忽略UBEQ 解析 放大器的工作原理 在单管共射放大电路中 如下图所示 输入弱小的交流信号ui通过电容Cl的耦合送到三极管的基极和发射极 相当于基 射极间电压uBE发生了变化 于是引起iB iC uCE随之发生变化 uCE通过电容C 隔离了直流成分 输出的只是放大信号的交流成分

5、uo 而且uo与ui反相 放大器的工作原理 放大器的工作原理 归纳 在单管共射放大电路中 输出信号电压与输入信号电压频率相同 相位相反 幅度被放大 所有这种电路除了有电压放大作用还有电压倒相作用 放大器静态工作点的稳定 在前面学到 放大电路要想实现放大不失真 必须设置合理的静态工作点Q 在共发射极基本放大电路中 可以通过VCC Rb Rc等参数来确定静态工作点 但是由于这种电路的基极电流是基本固定的 当环境温度变化 或更换管子 引起管子参数变化时 会造成静态工作点不稳定 从而引起放大信号失真 放大器静态工作点的稳定 由于温度的变化是影响静态工作点稳定的主要因素 下面我们就来讨论温度对静态工作点

6、的影响 1 温度对静态工作点的影响 实验表明 温度升高会造成三极管的特性参数的变化 主要会引起ICQ增大 造成静态工作点不稳定 温度对静态工作点的影响 如右下图所示 具体过程 1 温度升高 特性参数ICBO增大 使ICQ增大 2 温度升高 特性参数值增大 即使IB不变 由于IC IB 则ICQ增大 3 温度升高 特性参数UBEQ下降 由于 则ICQ增大 小结 可见 共发射极基本放大电路受温度影响极易造成静态工作点不稳定 因此 在实际应用中很少采用 为了能自动稳定静态工作点 常用的偏置电路包括分压式偏置电路 集电极 基极偏置电路等 集电极 基极偏置电路能够克服三极管的ICBO和UBE的温度特性对

7、ICQ的影响 但不利于克服 变化对ICQ的影响 分压式偏置放大电路 分压式偏置放大电路及实物图如下 其中 基极下偏置电阻Rb2可以使电源电压Vcc经Rb1与Rb2串联分压后为基极提供稳定电压UBQ 发射极电阻Re的作用是稳定静态电流IEQ ICQ 发射极旁路电容CE的作用是提供交流信号的通道 减少信号的损耗 使放大器放大能力不会因为RE而降低 分压式偏置放大电路 稳定静态工作点的原理 稳定静态工作点的原理 1 温度升高 则引起ICQ增大 则IEQ流经Re产生的电压UEQ也随之增大 2 而UEQ UBQ UBEQ 因为UBQ是电源电压Vcc经Rb1 Rb2串联分压后得到的稳定值 所以UBEQ将减

8、小 此时 IBQ减小 ICQ也将减小 上述过程可表示为 稳定静态工作点的原理 所以 分压式偏置放大电路具有自动调整功能 当ICQ要增加时 电路不让其增加 当ICQ要减小时 电路不让其减小 从而迫使ICQ稳定 所以该电路具有稳定静态工作点的作用 稳定条件 IRb2 IBQ 静态工作点的估算 计算静态工作点时 固定偏置电路是先计算IBQ 再算ICQ 最后计算UCEQ 分压式偏置电路则是先计算ICQ 再计算IBQ 最后计算UCEQ 根据得到 静态工作点的估算 小结 温度对稳定静态工作点有何影响 分压式偏置电路的特点 它是如何对静态工作点进行动态稳定的 作业 1 画出分压式偏置电路以及其直流通路2 对分压式偏置电路静态工作点进行估算