电路与电子学5.5

1、5.5稳稳定工作点的放大电路定工作点的放大电路 l 放大器要求放大器要求Q点稳定点稳定 放大器正常工作时，需要有一个合适的静态工作点，放大器正常工作时，需要有一个合适的静态工作点，如在运行时，工作点不稳定，则放大器的性能就不如在运行时，工作点不稳定，则放大器的性能就不会稳定。会稳定。l放大器静态工作点不稳定的原因放大器静态工作点不稳定的原因l 环境温度的变化环境温度的变化(主要原因主要原因)l 晶体管的更换晶体管的更换l 电路元件的老化电路元件的老化l 电源的波动电源的波动变化对变化对Q点的影响点的影响l 当温度升高时当温度升高时值增大，在输出特性上表现为特性曲值增大，在输出特性上表现为特性曲

2、线的间隔增宽。线的间隔增宽。uCE (V)(a) 变化对Q点的影响iC (mA)80604020iB = 0A0VCCRCVCCl在温度升高后，在温度升高后，ICQ增增大，大，UCEQ减小减小。静态工。静态工作点向饱和区移动。作点向饱和区移动。 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响QICQICQ1Q1804020iB = 0A600uCE (V)4020iB = 0A6080iCVCCRC(b) ICBO变化的影响l温度升高，温度升高，ICQ增大，增大，UCEQ减小，减小，工作点向饱工作点向饱和区移动。和区移动。 ICBO的变化对的变化对Q点的影响点的影响Q2QCBCBO(1)IiiQ

3、3IBQ0.675iBuBEIBQ0.7Q25(c) UBE变化的影响l在外电路参数不变时，温度在外电路参数不变时，温度增加，增加，uBE将减少，将减少，Q点移到点移到Q3点点，IBQ将增加到将增加到IBQ的，的，显然也要使显然也要使ICQ增加。增加。 UBE变化对变化对Q点的影响点的影响l结论：结论：l 综上所述，综上所述，温度升高之后晶体管参数温度升高之后晶体管参数、ICBO、UBE的的变化都使变化都使ICQ增大增大，静态工作点向饱和区移动。，静态工作点向饱和区移动。l 如果温度降低，则将使如果温度降低，则将使ICQ减小，静态工作点向截止区减小，静态工作点向截止区移动。移动。采取措施采取措

4、施l 为了稳定静态工作点，通常可以采取以下三种措施。为了稳定静态工作点，通常可以采取以下三种措施。q还有一种是在偏置电路中采取还有一种是在偏置电路中采取温度补偿措施温度补偿措施。q一种是一种是将放大器置于恒温装置将放大器置于恒温装置中但造价太高。中但造价太高。q另一种是在直流偏置电路中另一种是在直流偏置电路中引入负反馈引入负反馈来稳定静态工来稳定静态工作点。作点。 分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l 分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路在设计时在设计时，

5、适当选择电阻适当选择电阻Rb1和和Rb2的阻值，使之满足下面两个条件的阻值，使之满足下面两个条件。UBQ UBEQ (Rb1和Rb2近似串联) bRBQIIUBQ不变不变TICQ(IEQ) (IEQRe) UBEQ IBQICQCCb2b1b2BQVRRRUUBEQ=UBQ-UEQ +VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQl 这种偏置电路称为分压式这种偏置电路称为分压式电流负反馈电流负反馈偏置电路。偏置电路。 工作原理工作原理 分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路Rb=Rb1/Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQe

6、cb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQb2BCCb1b2RUVRR由戴维南定理由戴维南定理l 根据图根据图 (a)的直流偏置电路可得：的直流偏置电路可得： eBEQBQEQRUUI电路满足式电路满足式 UBQ UBEQ的条件下的条件下eBQEQRUI在电路同时满足式在电路同时满足式 ，UBQ UBEQ的条件下的条件下,那么那么BQRbIIeBQEQRUICCb2b1b2BQVRRRU+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQl 静态电流静态电流IEQ将主要由外电

7、路的参数将主要由外电路的参数VCC、Rb1、Rb2、Re来确定，来确定，而与晶体管参数而与晶体管参数、ICBO、UBE几乎无关几乎无关。因。因而大大提高了静态工作点的稳定性。而大大提高了静态工作点的稳定性。l 为了兼顾放大电路几方面的性能，通常采用下列为了兼顾放大电路几方面的性能，通常采用下列经验经验数据数据来选择电路参数。来选择电路参数。（锗管）（硅管）（BQBQR2010105bIII（锗管）（硅管）VVU3153BQ射极偏置电路的分析计算射极偏置电路的分析计算l 在图在图(a)的射极偏置电路中，如果电路参数满足稳定条的射极偏置电路中，如果电路参数满足稳定条件时可以近似估算。因而可以列出件

8、时可以近似估算。因而可以列出CCb2b1b2BQVRRRUBQCQEQBQ1IIII，UCEQ = VCCICQRcIEQRe = VCCICQ(Rc+Re)BQBEQBQEQeeUUUIRR+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ静态分析静态分析 稳定工作点的共射极放大电路稳定工作点的共射极放大电路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路射极偏置的共射极放大电路UiUoIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a) 微变等效电路rbe+_+_动态分析动态分析画出微变电路

9、图画出微变电路图 电压放大倍数电压放大倍数 l 从图从图 (a)所示的微变等效电路可得所示的微变等效电路可得)1 (ebebeebebiRrIRIrIULbLcbo)/(RIRRIURL=Rc / RL ebeLiou)1 (RrRUUAIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a) 微变等效电路rbe+_+_l 对于无旁路电容对于无旁路电容Ce的情况，从微变等效电路可得：的情况，从微变等效电路可得： eebebb2Rb1Rib2b1RIrIRIRIURi = Rb1 / Rb2 / rbe + (1+)Re IiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1R

10、b2ReRcRLRiRoIb(a) 微变等效电路rbe+_+_ 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 b1b2iiiiRRbb1b2bee1111(1)UURIIIIRRrRb1b2iRRbiiib1b2bee(1)IIIIUUURRrRl 在计算输出电阻在计算输出电阻Ro时，时，如果不考虑晶体管的如果不考虑晶体管的rce（即认（即认为为rce），），那么那么Ro = Rc。 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 RsIbIcUoIRCrbeRb1Rb2ReRcRbRoIb计算输出电阻的等效电路计算输出电阻的等效电路IoUcemax = minUCEQUCES，ICQRL) -1/RL用图解法

11、求UomaxuCEURIBQQUFiCICQ0VCC1/(Rc+Re)VCCRc+ReceoUU 最大输出电压幅值最大输出电压幅值Uomaxl 固定偏置电路的电压放大倍数比电路接成的共射极固定偏置电路的电压放大倍数比电路接成的共射极放放大电路的大电路的电压放大倍数小电压放大倍数小得多。得多。l 输入信号中有相当一部分降落到输入信号中有相当一部分降落到Re上上。仅有一部分加。仅有一部分加在基在基-射极转换成和输出。射极电阻射极转换成和输出。射极电阻Re越大，稳定工作越大，稳定工作点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。点的作用就强，放大倍数的下降也就越多。l 解决方法：解决方法：通常在通常在Re的

12、两端并联上一个大容量电容的两端并联上一个大容量电容（约为几十到几百微法）。（约为几十到几百微法）。l 电容电容Ce称为射极旁路电容称为射极旁路电容。ebeLiou)1 (RrRUUA电路在在的问题：电路在在的问题： bebLiourRRUUA +VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射极偏置的共射极放大电路 UiUoCe解决电压放大倍数降低的方法解决电压放大倍数降低的方法：通常在通常在R Re e的两端并联上的两端并联上一个大容量一个大容量旁路电容旁路电容电容（约为几十到几百微法）。电容（约为几十到几百微法）。beLurRA 电压放大倍数电压放大倍数 IiIbIcUorbeUiRb1R

13、b2RcRLRiRoIb(b) 有Ce时电路的微变等效电路+_+ 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 l 对于有旁路电容对于有旁路电容Ce的情况，的情况，从微变等效电路可得从微变等效电路可得 在Rb1 /Rb2 rbe时 Ri = Rb1 / Rb2 / rbe Ri rbe l用直接观察用直接观察的方法可知输的方法可知输出电阻出电阻 Ro = Rc IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb(b) 有Ce时电路的微变等效电路+_+例例电路如图电路如图 (a)所示。晶体管所示。晶体管T的的UBE=0.7V，=50。求：静态工作点；电压放大倍数求：静态工作点；电压放大倍数 ；最

14、大；最大输出电压幅值；不接电容输出电压幅值；不接电容Ce时的时的 。若选用。若选用=100的晶体管，重新估算、两项。的晶体管，重新估算、两项。uAuA+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_R eUiUo20k2k4k2k10k30F30F100FC2(a) 放大电路放大电路解： )V(410201210b2b1CCb2BQRRVRU)mA(65. 127 . 04eBEBQEQRUUI)A( 3 .325165. 11EQBQII+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_R eUiUo20k2k4k2k10k30F30F100FC2(a) 放大电路放大电路静态工作点；静态工作点；ICQ

15、 =IBQ=500.0323=1.62(mA)UCEQVCCICQ ( Rc + Re) = 121.624 = 5.5(V) )( 1 . 165. 1265130026)1 (EQbekIrrbb6 .601 . 1)4/2(50beLurRArbeRb1Rb2RcRLRiRoIb(b) 微变等效电路微变等效电路+_+IiIbIcUoUi 电压放大倍数电压放大倍数 UR =UCEQUCES = 5.51 = 4.5(V) UF = ICQRL = 1.62( 2 / 4 ) = 2.16(V) 故 Uomax = minUR，UF= 2.16 (V) 当不接当不接Ce时时65. 02511 . 133. 150)1 (ebeLuRrRA可见，在不接旁路电容Ce时 很小。 uAUcemax = minUCEQUCES，ICQRL) 若换一个若换一个=100的晶体管，则的晶体管，则)V(410201210b2b1CCb2BQRRVRU)mA(65. 127 . 04eBEBQEQRUUI)A(3 .1610165. 11EQBQIIICQ =IBQ =1010.0163 = 1.63(mA) UCEQVCCICQ ( Rc + Re) = 121.634 = 5.46(V)l