功率放大器的静态工作点的计算与测量

1、功率放大器的静态工作点的计算与测量/ / / /-标）隹化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII TOC o 1-5 h z 摘要1Abstract1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1绪论1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 2三种典型的稳定静态工作点的电路2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3三种典型晶体管放大器电路的静态工作点的分析33.1图1的戴维南等效电路及分析43.2图2的戴维南等

2、效电路及分析43.3图3的戴维南等效电路及分析5 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 4放大率B对静态工作点的影响6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 5电压VBE随温度的变化对静态工作点的影响6 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 6结束语7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 参考文献:7晶体管放大器静态工作点的分析姓名：刘延勇学号：20095042008学院：物理电子工程学院 班级：09电信指导教

3、师：周胜海职称：副教授摘要：在基本放大电路中，只有在信号的任意时刻晶体管都工作放大区或 场效应管都工作在恒流区，输出才不会失真，为此放大电路必须设置合适的静态 工作点Q。面对在几个稳定静态工作点的电路中选择时，如何迅速判定各电路静 态工作点稳定性能的优劣，是一个值得弄清的重要问题。本文给出了求出典型放 大器偏置电路的静态工作点的戴维南等效电路，依此等效电路可直接看清电路工 作时的物理意义,进一步判定各个放大电路静态工作点稳定性能的优劣。关键词：晶体管；放大器；等效电路;静态工作点The Method to Fast Value the Performance of Static State S

4、tability for Transistor AmplifiersAbstract： While for selecting best one from several circuits for DC stability, it is an important problem which deserves to understand that how to fast value the performance of static state stability for transistor amplifiers. In this paper, The venin equivalent net

5、works of representative bias configuration for transistor amplifiers are derived in detail. The physical performance can be understood explicitly in the equivalent networks, and the judgement of stability functions of every bias circuit could be simply gained.Key Words : amplifier; bias circuit; tra

6、nsistor; equivalent network1绪论所谓静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些直流 电流、电压的数值在三极管特性曲线上表示为一个确定的点，设置静态工作点 的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周 都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态。可以通过改变 电路参数来改变静态工作点，这就可以设置静态工作点。若静态工作点设置的 不合适，在对交流信号放大时就可能会出现饱和失真（静态工作点偏高）或截 止失真（静态工作点偏低）。在基本放大电路中，只有在信号的任意时刻晶体管 都工作放大区或场效应管都工作在恒流区，输出才不会失真

7、，为此放大电路必须 设置合适的静态工作点Q。晶体管放大器必须具有稳定的静态工作点，才能正确 地放大被测信号。本文给出了求出典型放大器偏置电路的静态工作点的戴维南 等效电路，依此等效电路可直接看清电路工作时的物理意义，进一步判定各个放 大电路静态工作点稳定性能的优劣1-。2三种典型的稳定静态工作点的电路稳定静态工作点的电路有很多种，通常可分为电流负反馈型（图1）、电压负 反馈型（又称自偏置）或者二者兼而有之（图2）,以及分压偏置电路（图3）1-3。虽然 三种类型偏置电路的稳定性能已经早有结论4，但是国内教科书上一般仅作定性 分析。对于图1所示的电路，当晶体管放大倍数6上升时，则集电极电流IC也会

8、上 升。IE相应上升致使射极电位VE上升,导致基极一射极电压VBE下降，导致IB下 降,会抑制IC的增大，达到了稳定的目的。对于图2所示电路，6上升会使VB下降， 因为VB= vcc-icrc-ibrb。相对于图1电路,vbe下降得更大，使静态电流IC更趋向 于稳定。对于图3所示电路,当选择合适参数使得I1 =IB时，基极电位VB基本上 不受6变化的影响，致使ic和IE也基本保持不变。通过这种静态工作点稳定性能 定性分析,认为图2与图3优于图1,却很难区分图2与图3稳定性能的优劣。许 多教材都对静态工作点稳定性能进行了有益讨论。例如:定义指数S（。）=AIc/A。 进行评价%,或以稳定系数K评

9、定三种偏置电路的稳定性能囹图I电流负兵制偏置电路图2电压及电蒲务反铀偏置电路图3分氏式仇R卸偏时电船笔者认为以S(P)或 K来评定，无疑是个好办法，却不能够直接以电路的物理性 质迅速做出判断。为此，本文将以戴维南定理为基础，给出典型放大器偏置电路 的戴维南等效电路,以得到电路的稳定性能快速判定。3三种典型晶体管放大器电路的静态工作点的分析戴维南等效电路的应用十分广泛，因此可采用戴维南等效的方法简化三个 电路，然后进行分析。现以偏置电路中Re两端向外看为考察对象，得到的戴维 南等效电路如图4所示。其中E为等效电源电压,r为等效电源内阻。则可得通过Re的电流为：IE=E/(r+ Re)若以稳定系数

10、K来评定，因IE= (1+1/P)IC,有下面关系：K =(AIC/IC)/(AP/P)=(AIE/IE)/(AP/P)针对前面图1至图3所示的放大器偏置电路,下面分别讨论对应的戴维南等效电 路。图4戴维南电路原理图3.1图1的戴维南等效电路及分析现分别将图1发射极开路与短路时，根据戴维南定理求得开路电势E和短路电 流IS： TOC o 1-5 h z E = Vcc%Is=(Vcc-Vbe)(6+D/Rb =E/Rb/(P+1)(4)变换后有：r = E/Is= Rb/(P+1)(5)将上式代入式(1),可得图1中的射极电流IE：Ie=E/Re+Rb/(P+1)(6)3.2图2的戴维南等效电

11、路及分析将图2的发射极开路，可得到与式(3)相同的开 路电势：E = VCC-EBE如将图2发射极短路(图5),有Vcc= (Ib+Ic)Rc+IbRb= IsRc+IsP+1Rb+Ebe 则可得：Is=E/RC+Rb/(P+1)(8)因此，r = E/Is= Rc+Rb/(P+1)可得图2中的射极电流为：IE=E/(r+RE)=E/Rc+RB/(p+1)+RE(10)图5图等效也略的址路电流3.3图3的戴维南等效电路及分析先将对基极偏置电路进行戴维南变换(图6)。图中： TOC o 1-5 h z E=VccRbJ(RB1+RB2)(11)RB=RB1 RB2=RBRbJ(RB1+RB2)(

12、 12)然后,再计算在射极处的开路电压E与短路电流IS如下：E = E-Ebe(13)IS= =E(P+1) /RB(14)此时，r = RB/(P+1)(15)可得图3的射极电流为Ie=E/(i+Re)=E-EBe/RB/(P+1)+Re(16)图h图i幻基版:处的戴维南等联电路4放大率8对静态工作点的影响由以上讨论可知,对于图1,射极端看到的内阻r = Rb/(6+1)；对于图2,Rb流过 的是IB，而Rc流过电流IE= (IB+IC)，因而其内阻r= Rb/(P+1)+Rc;对图3,经过一次 戴维南等效后(图6),Rb流过的是IB,所以其内阻r = Rb/(6+1)。有了图1至图3 的三

13、个戴维南等效电路，就很容易进行比较了。实际上就是比较这三个电路中的 IE,如式(6)、(10)、(15);或者比较三电路中的等效内阻r,如式(5),式及式(11),即 比较IE或r对放大率6的依赖程度。7通常Rc、Re为几kQ,为便于比较，不妨假定图13中的VCC、Rc、Re、都相 同。为保证IB为稳定于几十RA数量级，图1中的Rb为几百kQ至mQ数量级。 图2中Rb小得多，因为流过Rc的电流为(6+1)Ib,即相对于基极,Rc的等效电阻为 (6+1)Rc，所以图2中Rb可以比图1中的Rb小一半以上,甚至小56倍(取决于放 大率6的值)。因此，式比式(5)关于6的权重电阻Rb要小得多,加之式(

14、9)又有与6 无关的RC，也就是说图2稳定性能比图1好得多。图3的内阻为r=RB/(6+1)(式 14)。若不考虑其它因素(如功耗等)，总是可以选择很小的Rb值，甚至可使Rb为十 几kQ。可见它比图2中Rb又小得多,因而图3的静态稳定性能有可能做得比图 2还要好一些。5电压VBE随温度的变化对静态工作点的影响除了晶体管放大倍数6受温度变化的影响以外，基极与射极之间的电压vbe 温度变化的影响,对静态工作点的稳定性也有不可忽视的影响。对于普遍使用的硅管,vbe随温度的变化规律是1:在室温附近，温度每升高 1C。,正向压降减少22.5mV，但其伏安特性曲线的形状基本没变，这意味着,只是基 -射极的

15、开启电压随着温度发生了变化，而其动态等效电阻没有变。所以，在前面 的推导结果中,VBE随温度变化的影响等价于基极与射极间的导通电压ebe随温 度而变，即 EBE=AVBEO因为，对于电路图1和图2,有E=VCC-EBE;而对于电路图3, E= E-EBE，且Ev VCC。所以，仅就关于VBE的稳定而言,电路图1和图2的性能一 样，且都优于电路图3。这里大致估计一下Ie/Ie的数量级，在实用的电路图3中， 一般取E=(510)Vbe=(510)x0.7V。而VBE的最大值为0.1V。所以，此时的 Ie/Ie最大值为Ie/Ie=0.036，即在电路图3中仅由VBE的变化而引起的最坏情况是 集电极或

16、射极电流偏差了 3.6%洞理可知，当电路图1和图2处于典型情况 VCC=20V时，它们的仅由VBE的变化而导致的射极电流偏差为 Ie/Ie=0.0052。9,106结束语在基本放大电路中，只有在信号的任意时刻晶体管都工作放大区或场效应管 都工作在恒流区，输出才不会失真，为此放大电路必须设置合适的静态工作点 Q。晶体管放大器必须具有稳定的静态工作点，才能正确地放大被测信号。为使 放大器静态工作点的稳定而设计的不同的电路,有着不同的稳定性能。其性能差 异主要是由从射极看出去的等效内阻对放大倍数6的依赖程度不同所造成的，依 赖越小则稳定性能越好。若需定量评价，则只要利用射极静态电流IE的表达式。 除

17、了晶体管放大倍数6受温度变化的影响以外，基极与射极之间的电压vbe温度 变化的影响,对静态工作点的稳定性也有不可忽视的影响。参考文献：1童诗白.模拟电子技术基础（第二版）M.北京:高等教育出版社，1988 : 245270 康华光.电子技术基础（上册）M.北京:高等教育出版社，1979:210-242Robert Boylestad，Louis Nashelsky , Electronic Devices and Circuit TheoryM. USA: Prentice Hall Career & Technolo-gy，1992:350-373砂泽学编.放大电路M（商福昆译，白玉林校）.北京:科学出版社，OHM社，2000:286-322Donald A.Neamen, Microelectronics Circuit Analysis and Design（Third Edition）M.USA :Prentice Hall Career & Technolo-gy，2007 ： 310-323万嘉若.电子线路基础（上、下册）M.北京:高等教育出版社，19