電路與電子學(xué)5.5

1、5.5穩(wěn)穩(wěn)定工作點(diǎn)的放大電路定工作點(diǎn)的放大電路 l 放大器要求放大器要求Q點(diǎn)穩(wěn)定點(diǎn)穩(wěn)定 放大器正常工作時(shí)，需要有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，放大器正常工作時(shí)，需要有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，如在運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)不穩(wěn)定，則放大器的性能就不如在運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)不穩(wěn)定，則放大器的性能就不會(huì)穩(wěn)定。會(huì)穩(wěn)定。l放大器靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因放大器靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因l 環(huán)境溫度的變化環(huán)境溫度的變化(主要原因主要原因)l 晶體管的更換晶體管的更換l 電路元件的老化電路元件的老化l 電源的波動(dòng)電源的波動(dòng)變化對(duì)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響l 當(dāng)溫度升高時(shí)當(dāng)溫度升高時(shí)值增大，在輸出特性上表現(xiàn)為特性曲值增大，在輸出特性上表現(xiàn)為特性曲

2、線的間隔增寬。線的間隔增寬。uCE (V)(a) 變化對(duì)Q點(diǎn)的影響iC (mA)80604020iB = 0A0VCCRCVCCl在溫度升高后，在溫度升高后，ICQ增增大，大，UCEQ減小減小。靜態(tài)工。靜態(tài)工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響QICQICQ1Q1804020iB = 0A600uCE (V)4020iB = 0A6080iCVCCRC(b) ICBO變化的影響l溫度升高，溫度升高，ICQ增大，增大，UCEQ減小，減小，工作點(diǎn)向飽工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。和區(qū)移動(dòng)。 ICBO的變化對(duì)的變化對(duì)Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響Q2QCBCBO(1)IiiQ

3、3IBQ0.675iBuBEIBQ0.7Q25(c) UBE變化的影響l在外電路參數(shù)不變時(shí)，溫度在外電路參數(shù)不變時(shí)，溫度增加，增加，uBE將減少，將減少，Q點(diǎn)移到點(diǎn)移到Q3點(diǎn)點(diǎn)，IBQ將增加到將增加到IBQ的，的，顯然也要使顯然也要使ICQ增加。增加。 UBE變化對(duì)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響l結(jié)論：結(jié)論：l 綜上所述，綜上所述，溫度升高之后晶體管參數(shù)溫度升高之后晶體管參數(shù)、ICBO、UBE的的變化都使變化都使ICQ增大增大，靜態(tài)工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。，靜態(tài)工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。l 如果溫度降低，則將使如果溫度降低，則將使ICQ減小，靜態(tài)工作點(diǎn)向截止區(qū)減小，靜態(tài)工作點(diǎn)向截止區(qū)移動(dòng)。移動(dòng)。采取措施采取措

4、施l 為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，通常可以采取以下三種措施。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，通?？梢圆扇∫韵氯N措施。q還有一種是在偏置電路中采取還有一種是在偏置電路中采取溫度補(bǔ)償措施溫度補(bǔ)償措施。q一種是一種是將放大器置于恒溫裝置將放大器置于恒溫裝置中但造價(jià)太高。中但造價(jià)太高。q另一種是在直流偏置電路中另一種是在直流偏置電路中引入負(fù)反饋引入負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。作點(diǎn)。 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路分壓式電流負(fù)反饋偏置電路+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ 工作原理工作原理l 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路分壓式電流負(fù)反饋偏置電路在設(shè)計(jì)時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)，

5、適當(dāng)選擇電阻適當(dāng)選擇電阻Rb1和和Rb2的阻值，使之滿足下面兩個(gè)條件的阻值，使之滿足下面兩個(gè)條件。UBQ UBEQ (Rb1和Rb2近似串聯(lián)) bRBQIIUBQ不變不變TICQ(IEQ) (IEQRe) UBEQ IBQICQCCb2b1b2BQVRRRUUBEQ=UBQ-UEQ +VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQl 這種偏置電路稱(chēng)為分壓式這種偏置電路稱(chēng)為分壓式電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋偏置電路。偏置電路。 工作原理工作原理 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路分壓式電流負(fù)反饋偏置電路Rb=Rb1/Rb2+VCCRcICQIEQUCEQRbIBQe

6、cb+_(b)UBRe+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQb2BCCb1b2RUVRR由戴維南定理由戴維南定理l 根據(jù)圖根據(jù)圖 (a)的直流偏置電路可得：的直流偏置電路可得： eBEQBQEQRUUI電路滿足式電路滿足式 UBQ UBEQ的條件下的條件下eBQEQRUI在電路同時(shí)滿足式在電路同時(shí)滿足式 ，UBQ UBEQ的條件下的條件下,那么那么BQRbIIeBQEQRUICCb2b1b2BQVRRRU+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQl 靜態(tài)電流靜態(tài)電流IEQ將主要由外電

7、路的參數(shù)將主要由外電路的參數(shù)VCC、Rb1、Rb2、Re來(lái)確定，來(lái)確定，而與晶體管參數(shù)而與晶體管參數(shù)、ICBO、UBE幾乎無(wú)關(guān)幾乎無(wú)關(guān)。因。因而大大提高了靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。而大大提高了靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。l 為了兼顧放大電路幾方面的性能，通常采用下列為了兼顧放大電路幾方面的性能，通常采用下列經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)選擇電路參數(shù)。來(lái)選擇電路參數(shù)。（鍺管）（硅管）（BQBQR2010105bIII（鍺管）（硅管）VVU3153BQ射極偏置電路的分析計(jì)算射極偏置電路的分析計(jì)算l 在圖在圖(a)的射極偏置電路中，如果電路參數(shù)滿足穩(wěn)定條的射極偏置電路中，如果電路參數(shù)滿足穩(wěn)定條件時(shí)可以近似估算。因而可以列出件

8、時(shí)可以近似估算。因而可以列出CCb2b1b2BQVRRRUBQCQEQBQ1IIII，UCEQ = VCCICQRcIEQRe = VCCICQ(Rc+Re)BQBEQBQEQeeUUUIRR+VCCRcICQIEQUCEQ Rb1Rb2IRbIBQUBEQecb+_+_Re(a)UBQ靜態(tài)分析靜態(tài)分析 穩(wěn)定工作點(diǎn)的共射極放大電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的共射極放大電路+VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射極偏置的共射極放大電路射極偏置的共射極放大電路UiUoIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a) 微變等效電路rbe+_+_動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析畫(huà)出微變電路

9、圖畫(huà)出微變電路圖 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) l 從圖從圖 (a)所示的微變等效電路可得所示的微變等效電路可得)1 (ebebeebebiRrIRIrIULbLcbo)/(RIRRIURL=Rc / RL ebeLiou)1 (RrRUUAIiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1Rb2ReRcRLRiRoIb(a) 微變等效電路rbe+_+_l 對(duì)于無(wú)旁路電容對(duì)于無(wú)旁路電容Ce的情況，從微變等效電路可得：的情況，從微變等效電路可得： eebebb2Rb1Rib2b1RIrIRIRIURi = Rb1 / Rb2 / rbe + (1+)Re IiIbIcUoIeIRb1IRb2UiRb1R

10、b2ReRcRLRiRoIb(a) 微變等效電路rbe+_+_ 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 b1b2iiiiRRbb1b2bee1111(1)UURIIIIRRrRb1b2iRRbiiib1b2bee(1)IIIIUUURRrRl 在計(jì)算輸出電阻在計(jì)算輸出電阻Ro時(shí)，時(shí)，如果不考慮晶體管的如果不考慮晶體管的rce（即認(rèn)（即認(rèn)為為rce），），那么那么Ro = Rc。 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 RsIbIcUoIRCrbeRb1Rb2ReRcRbRoIb計(jì)算輸出電阻的等效電路計(jì)算輸出電阻的等效電路IoUcemax = minUCEQUCES，ICQRL) -1/RL用圖解法

11、求UomaxuCEURIBQQUFiCICQ0VCC1/(Rc+Re)VCCRc+ReceoUU 最大輸出電壓幅值最大輸出電壓幅值Uomaxl 固定偏置電路的電壓放大倍數(shù)比電路接成的共射極固定偏置電路的電壓放大倍數(shù)比電路接成的共射極放放大電路的大電路的電壓放大倍數(shù)小電壓放大倍數(shù)小得多。得多。l 輸入信號(hào)中有相當(dāng)一部分降落到輸入信號(hào)中有相當(dāng)一部分降落到Re上上。僅有一部分加。僅有一部分加在基在基-射極轉(zhuǎn)換成和輸出。射極電阻射極轉(zhuǎn)換成和輸出。射極電阻Re越大，穩(wěn)定工作越大，穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用就強(qiáng)，放大倍數(shù)的下降也就越多。點(diǎn)的作用就強(qiáng)，放大倍數(shù)的下降也就越多。l 解決方法：解決方法：通常在通常在Re的

12、兩端并聯(lián)上一個(gè)大容量電容的兩端并聯(lián)上一個(gè)大容量電容（約為幾十到幾百微法）。（約為幾十到幾百微法）。l 電容電容Ce稱(chēng)為射極旁路電容稱(chēng)為射極旁路電容。ebeLiou)1 (RrRUUA電路在在的問(wèn)題：電路在在的問(wèn)題： bebLiourRRUUA +VCCRcRLRb1Rb2C1C2+_+_Re射極偏置的共射極放大電路 UiUoCe解決電壓放大倍數(shù)降低的方法解決電壓放大倍數(shù)降低的方法：通常在通常在R Re e的兩端并聯(lián)上的兩端并聯(lián)上一個(gè)大容量一個(gè)大容量旁路電容旁路電容電容（約為幾十到幾百微法）。電容（約為幾十到幾百微法）。beLurRA 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) IiIbIcUorbeUiRb1R

13、b2RcRLRiRoIb(b) 有Ce時(shí)電路的微變等效電路+_+ 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 l 對(duì)于有旁路電容對(duì)于有旁路電容Ce的情況，的情況，從微變等效電路可得從微變等效電路可得 在Rb1 /Rb2 rbe時(shí) Ri = Rb1 / Rb2 / rbe Ri rbe l用直接觀察用直接觀察的方法可知輸?shù)姆椒芍敵鲭娮璩鲭娮?Ro = Rc IiIbIcUorbeUiRb1Rb2RcRLRiRoIb(b) 有Ce時(shí)電路的微變等效電路+_+例例電路如圖電路如圖 (a)所示。晶體管所示。晶體管T的的UBE=0.7V，=50。求：靜態(tài)工作點(diǎn)；電壓放大倍數(shù)求：靜態(tài)工作點(diǎn)；電壓放大倍數(shù) ；最

14、大；最大輸出電壓幅值；不接電容輸出電壓幅值；不接電容Ce時(shí)的時(shí)的 。若選用。若選用=100的晶體管，重新估算、兩項(xiàng)。的晶體管，重新估算、兩項(xiàng)。uAuA+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_R eUiUo20k2k4k2k10k30F30F100FC2(a) 放大電路放大電路解： )V(410201210b2b1CCb2BQRRVRU)mA(65. 127 . 04eBEBQEQRUUI)A( 3 .325165. 11EQBQII+VCCRcCeRLRb1Rb2C1+_+_R eUiUo20k2k4k2k10k30F30F100FC2(a) 放大電路放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)；靜態(tài)工作點(diǎn)；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) 微變等效電路微變等效電路+_+IiIbIcUoUi 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) UR =UCEQUCES = 5.51 = 4.5(V) UF = ICQRL = 1.62( 2 / 4 ) = 2.16(V) 故 Uomax = minUR，UF= 2.16 (V) 當(dāng)不接當(dāng)不接Ce時(shí)時(shí)65. 02511 . 133. 150)1 (ebeLuRrRA可見(jiàn)，在不接旁路電容Ce時(shí) 很小。 uAUcemax = minUCEQUCES，ICQRL) 若換一個(gè)若換一個(gè)=100的晶體管，則的晶體管，則)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