放大电路静态工作点设置的讨论.doc

放大电路静态工作点设置的讨论摘要：在晶体管放大电路中，静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用，直接关系到放大电路能否正常可靠地工作。本文主要是对静态工作点的设置及调整做了总结性的阐述。关键字：静态工作点，放大电路，失真，耦合图书分类号： 文献标识码：A （一）静态工作点的概念典型的单管交流放大电路如图在无交流信号输入时的状态称为静态。在未加信号时放大电路各处的电压、电流值分别用IBQ, ICQ, UBEQ, UEE。来表示，由于这一组数值代表着输入和输出特性上的一个点，所以习惯上就称为静态工作点。图a为放大电路在零偏置时的情况。可以看出，由于输入特性中死区内曲线严重地非线性，当我们在输入端加上一个正弦交流信号时，由于静态IB= 0, IC = 0,基极与发射极只能单向导通，且只有在U BE大于0. 7 V(锗管0. 3 V)时，晶体管才导通，这就使得iB不能按比例随着输入电压的大小而变化。结果，iB,iC的波形就不是正弦波，而产生了严重的失真如图b 在放大电路中设置静态工作点，其目的是提高晶体管基极和集电极的电压和电流，避开死区，而且使三极管在输入电压负半周时仍处于放大状态，从而能不失真地放大交流信号大多数晶体管放大电路的静态工作点Q一般都选取在负载线的中央，使静态UCE大致等于电源电压EC的一半。这样可使交流信号输入时，工作点Q可向上或向下移动较大范围，使得输出电压的动态范围大致在 2UCE范围内变化，从而获得较大的输出电压幅度，而波形上下比较对称。实际工作中调节基极偏置电阻大小，观察输出波形变化。当输入电压逐渐增大时，若输出波形正、负向同时出现削波现象，即表明此时放大电路的静点选择合适，此时放大电路动态范围最大。（二）静态工作点改变对放大电路的影响如果静态值设置不当，即静态工作点位置不合适，将出现严重的非线性失真。在图中，设正常情况下静态工作点位于Q点，可以得到失真很小的iC和uCE波形。当调节Rb，使静态工作点设置在Q1点或Q2点时，输出波形将产生严重失真。 1.饱和失真静态工作点设置在Q1点，这时虽然iB正常，但iC的正半周和uCE的负半周出现失真。这种失真是由于Q点过高，使其动态工作进入饱和区而引起的失真，因而称作“饱和失真”。 2.截止失真 当静态工作点设置在Q2点时，iB严重失真，使iC的负半周和uCE的正半周进入截止区而造成失真，因此称作“截止失真”。饱和失真和截止失真都是由于晶体管工作在特性曲线的非线性区所引起的，因而叫作非线性失真。适当调整电路参数使Q点合适，可降低非线性失真程度。 我们知道，静态工作点是否合适，关系到放大电路能否正常可靠地工作。但在实际工作中有许多因素影响到静态工作点的稳定，这些因素主要有:晶体管特性曲线的分散性即使是同一型号的晶体管，它们的输出特性差别也很大。若电路中由于维修的原因，更换上了同型号的另一晶体管，如图A虚线即新更换晶体管的输出特性，由于电路中其它参数均未变化，直流负载线也不变，但静点却从Q移到负载线上方Q1处，接近饱和区，在交流信号输入时就会形成输出波形上下不对称，即出现失真。另外，晶体管老化也会使其特性曲线变化，从而引起失真。 图A 图B 图C温度变化影响晶体管输出特性曲线电阻和电容量值虽然也会随温度变化而略有变化，但与温度对晶体管输出特性的影响相比就微乎其微了。随着温度的升高，晶体管的ICBO和等参数随之增大，都会导致IC增大，晶体管的整个输出特性会向上移动。但由于直流负载线位置不变，因此，静点就从Q移到Ql，接近饱和区如图C。当输入信号略有增大时，就会出现饱和失真，严重时放大电路将无法正常工作。几种因素中，温度变化是影响静点稳定的最主要因素。（三）如何设置稳定的静态工作点尽管造成静态工作点的漂移有许多因素，但引起的后果是相同的，就是使集电极电流IC和静态电压UCE发生变化。为了克服这种变化，一般都采用反馈控制的方法，即将集电极电流和电压反过来作用到输入回路，影响基极电流的大小，以平衡集电极电流和电压的变化。只要电路参数安排得当，就可以使外界因素(如温度变化)对集电极电流IC影响很小，从而达到稳定静态工作点的目的。 反馈分以下几种： 我们来简单分析一下最后一种分压式偏置放大电路对静态工作点的稳定起到什么作用：温度上升IC上升IE上升IERE(UE) 上升UBE下降IB下降-IC下降，即:当温度升高使IC和IE增大时，UE = IERE也增大。由于UB为RB1RB2的分压电路所固定，故UBE减小，从而引起IB减小而使IC自动下降，静态工作点大致恢复到原来的位置。可见，此电路能稳定静态工作点的实质，是由于输出电流IC的变化通过发射极电阻RE上电压降的变化反映出来，而后反馈到输入电路，与UB比较，使UBE发生变化来牵制IC的变化。RE越大，稳定性能越好，但是RE太大会减小输出电压的幅值。另外，为减小RE对交流分量的影响，可在RE两端并联上一个交流旁路电容CE，其值一般为几十微法到几百微法。除利用负反馈电路稳定Q点外，还可利用二极管对温度的敏感性来稳定Q点利用二极管反向特性 T上升IB上升 IBQ 下降= IRbID上升 IB下降IC下降 （ IC上升）利用二极管的正向特性 T上升IB上升 UB-UE上升=UBE下降IB下降IC下降 （IC上升）（三）多级放大电路中的静态工作点设置 多级放大器中的静态工作点的设置直接影响放大器的性能，如放大倍数、频率特性、稳定性、放大器的非线性失真和最大不失真输出幅度等.可根据多级放大器中各级放大器所处的位置所起的作用来确定其静态工作点.输入级:输入信号的幅度一般很小为了使信号不被噪声淹没，要求输入级的噪声系数(NF)要小，而(NF)与静态工作点有关，一般是静态电流小(NF)小，但静态电流不能太小，太小了放大倍数太低，电流太小又会使晶体管工作在特性的弯曲部分，会引起非线性失真，一般应该选ICQ=0.11mA(锗管)或ICQ=0. 22mA硅管.VCEQ=13V. 中间级：中间级的主要作用是放大，因此静态工作点选择要保证晶体管有高的稳定的值.静态电流一般取1-3mA, 中间级的最后一级静态工作点要选得高一些以满足输出级激励电流的要求，一般取 ICQ=13mA；VCEQ=23V.输出级:输出级要向负载提供足够的功率，不仅要求有较高的电压输出，而且要有较大的电流输出.甲类电路工作时静态工作点应先在交流负载线动态范围的中点;乙类电路工作时，在克服交越失真的情况下尽量降低工作点，小功率管为几个毫安，大功率管为几十毫安(四).多级放大器因耦合方式影响静态工作点利用电容作为耦合和隔直流元件的电路的容耦合和利用器将前级的输出端与后级的输入端连接起来的变压器耦合,前级与后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工作点都相互独立.所以在静态工作点的设置方面没什么特殊的要求. 静态工作点的设置只要求各个级放大电路能工作在稳定的状态,输出最大功率.直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合，由于失去隔离作用，使前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零点漂移现象。（1） 静态工作点相互牵制。如图所示，不论V1管集电极电位在耦合前有多高，接入第二级后，被V2管的基极钳制在0.7V左右，致使V2管处于临界饱和状态，导致整个电路无法正常工作。 图给出了两个直接耦合的例子。图（a）中，由于Re2提高了V2发射极电位，保证了V1的集电极得到较高的静态电位。所以V1不致于工作在饱和区。 图（b）中，用负电源UBB，既降低了V2基极电位，又与R1、R2配合，使V1集电极得到较高的静态电位 (2)零点漂移现象。由于温度变化等原因，使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零的现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的。因而，零点漂移的大小主要由温度所决定。因为是温度的影响,所以可以用我们前面提到的负反馈和二极管的正反向特性来解决零点漂移和温度的影响.参考文献：(1)杨素行主编。模拟电子技术基础简明教程。北京：高教出版社(2)廖先芸主编电子技术施加思念与训练 北京：高教出版社(3)邓汉馨主编模拟电子技术基本教程 北京：高教出版社Enlarge the discussion that the electric circuit static state work orders the constitutionZhang Zaichun (200212815) Guide teacher Duan Guojun（College of physics and electronic information, Inner Mongolia normal University, Huhhot 010022）Abstract: Imitate in the electronics technique, the transistor low frequency enlarges the very important position of the electric circuit occupancy. In the transistor low frequency enlarge electric circuit, the choice and stabilities that the static state work order have the prominent function, relate to enlarge the electric circuit and can work normally and dependabili