对放大电路静态工作点测量的分析_应用电子技术_杨建伟

甘肃联合大学学生毕业论文题目：对放大电路静态工作点测量的分析作者：杨建伟___指导老师：阎爱玲电子信息工程学院电信系应用电子技术专业08级三年制二班2011年5月15日2主要内容简介：本文以晶体管共射极单极放大器为例，主要介绍晶体管共射极单极放大器的实验原理以及估算公式，以及放大器静态工作点的测量和调试方法；还讨论了静态工作点稳定性对射极输出器动态性能的影响；分析了温度对静态工作点的影响。3对放大电路静态工作点测量的分析—晶体管共射极单极放大器杨建伟（甘肃联合大学电子信息工程学院，甘肃兰州730000）摘要：本文主要介绍了晶体管共射极单极放大器的实验原理以及估算公式，还有就是对其静态工作点的一些研究，重点是静态工作点的测量和调试，以及其稳定性对动态性能的影响。关键字：静态工作点、共射极放大器引言1.介绍晶体管共射极单极放大器的实验原理以及估算公式。2.介绍放大器静态工作点的测量和调试方法。3.静态工作点稳定性对射极输出器动态性能的影响。4.分析温度对静态工作点的影响。一、实验原理以及估算公式1、图3—1为电阻分压试工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用Rb1Rb2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻Re，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输出端加入输入信号Ui后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号Uo，从而实现了电压放大。在图3—1电路中，当流过偏置电阻Rb1和Rb2的电流远大于晶体管T的基极电流Ib时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式估算4112eeR(R)bccbbbbbeecceccccRUURRUUIIUUIR（1）电压放大倍数OvIVA=V26llbeRIeR（2）式中//cLlCLCLRRRRRRR（3）输入电阻12////ibbbeRRRR（4）输出电阻ocRR（5）二、放大器静态工作点的测量与调试由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术术在技术前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和转被以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计和实验调试相结合的产物。因此，除了学会放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激震荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。1.静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器的输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流Ic以及各电极对地的电位Ub、Uc和Ue。一般实验中，为了避免短开集电极，所以采用测量电压，然后算出Ic的方法，例如，只要测出Ue，即可用Ic≈Ie=Ue/Re算出Ic（也可根据Ic=(Ucc-Uc)/Rc,由Uc确定IC）同时也能算出Ube=Ub-Ue，Uce=Uc-Ue。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。2.静态工作点的调试放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic（或Uce）的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时Uo的负半周将被削低，如图3—1（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图3—2（b）所示。这写情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的Ui，接茬输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调试工作点的位置。5改变电路参数Ucc、Rc、Rb(Rb1、Rb2)都会引起静态工作点的变化，如图3—3所示。但通常多采用调节偏电阻Rb2的方法来改变静态工作点，如减小Rb2，则可使静态工作点提高等。最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。三、静态工作点稳定性对射极输出器动态性能的影响图1为见于一般教材的阻容耦合射极输出器的典型电路，其直流通路如图2所示。观察图2所示的直流通路可看出，基极电阻Rb、发射极电阻Re构成决定静态工作点的偏置电路，依KVL及晶体管的电流分配关系，可写出基极直流电位UBQ，发射极静态电流IEQ的表达式为：6e(1)RccbeqbqccbqbccbbVUUVIRVRR（1）eR1ccbeqeqbVUIR（2）由图2及式(1)、式(2)，可得出射极输出器偏置电路的构成特点及静态工作点的稳定情况：(1)晶体管的基极只接有一个基极电阻Rb，没有采用基极电位稳定的二个电阻分压式偏置形式，基极直流电位UBQ与电流放大系数卢、发射结直流电压UBEQ等晶体管的参数有关，随晶体管的参数变化而变化不是稳定的。(2)晶体管发射极所接的发射极电阻Re引入了直流负反馈，但因基极直流电位UBQ不稳定而影响静态工作点的稳定性，发射极静态电流IEQ与电流放大系数β、发射结直流电压UBEQ等晶体管的参数有关，静态工作点随晶体管的参数变化而变化。几乎所有电子技术类的教材，在介绍射极输出器时，所给出的电路均为图1所示的形式，但都不说明为什么采用基极电位不稳定、静态工作点不稳定的简单构成形式的偏置电路，都不强调静态工作点的设置和稳定问题，都没有分析静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能影响的问题。这给射极输出器的教学带来几个疑点问题：射极输出器不需要稳定的静态工作点?静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能有什么影响?1.射极输出器动态性能和静态工作点的关系分析射极输出器和其他放大电路一样，用电压放大倍数Au反映对输入信号的放大能力，用输入电阻Ri反映对信号源的影响程度，用输出电阻Ro反映带负载的能力。利用微变等效电路法，求得图1所示的射极输出器的电压放大倍数Au、输入电阻Ri及输出电阻Ro三大动态性能指标的计算公式为：电压放大倍数：ll1R(1)RbeAu（）（3）输入电阻：l//[(1)R]ibbeRR（4）输出电阻：socR+R=R//1be（5）7其中：R//lclRR（6）ssbR=R//R（7）26()=(1)()bebbeqmVImA（8）式(8)中含有静态工作点的电量IEQ，使得含有晶体管输入电阻rbe的电压放大倍数Au、输入电阻Ri，输出电阻Ri与IEQ有关，但都可以近似忽略，分析如下：晶体管的电流放大系数β1，电路一般满足(1+β)RL’rbe的关系，因而式(3)、式(4)可近似简化为：llll1R1R1(1)R(1)RbeAu（）（）（9）lbl//[(1)R]R//RibbeRR（10）式(9)，式(10)表明，电压放大倍数Au与静态工作点的直流电量及静态工作点的稳定性近似无关；输入电阻Ri与晶体管的电流放大系数β有关，与静态工作点的直流电量及静态工作点的稳定性近似无关。射极输出器的输出端为负载RL其提供信号电压，可将射极输出器的输出端用一个实际电压源等效，其内阻为射极输出器的输出电阻Ro，如图3所示。由图3可写出输出电压表达式为：loolRU=R+RoU（11）由于晶体管_的电流放大系数β1，使式(5)所表示的输出电阻Ro很小，电路一般满足RoRL的关系，则式(11)可近似简化为：loolRU=R+RooUU（12）式(5)、式(12)表明，虽然输出电阻Ro与静态工作点的电量有关，但由于输出电阻Ro很小，射极输出器的带负载能力受静态工作点变化的影响很小可以忽略，负载RL两端的电压基本稳定不变。2.结论以上分析表明，射极输出器静态工作点的稳定性对电路动态性能影响很小，可近似忽略。放大电路直流偏置电路的构成形式，要根据动态性能受到静态工作点的影响和制约情况等因素而确定。因此，为简化电路，射极输出器一般采用简单的偏置电路形式，即:8晶体管的基极只用一个电阻Rb——用于引入晶体管发射结的正偏压，简化了电路但基极直流电位不恒定；晶体管的发射极接有电阻Re——因发射极交流电流ie需经电阻转换成交流电压从发射极输出，发射极必须接有电阻Re，Re又对直流有负反馈作用，有一定稳定静态工作点的作用。需要指出的是：(1)为满足β1，(1+β)rbe及RoRL的条件，忽略静态工作点的稳定性对射极输出器动态性能的影响，晶体管的电流放大系数卢应尽可能大些。(2)射极输出器的静态工作点仍要设置合适，否则可能产生非线性失真，影响动态输出范围。四、温度对静态工作点的影响温度，输入特性曲线温度，输出特性曲线，输出特性曲线间距增大。1.温度对ICEO的影响温度每升高10C，ICBO约增大1倍。2.温度对的影响温度每升高1C，UBE(22.5)mV3.温度对UBE的影响温度每升高1C，(0.51)%。参考文献：[1]傅恩锡《电路分析简明教程》[M]北京：高等教育出版社[2]周华《电路分析基础》[M]武汉：武汉理工大学出版社[3]夏承铨《电路分析》[M]武汉：武汉理工大学出版社[4]上官右黎《电路分析基础》[M]北京：北京邮电大学出版社QuiescentOperatingPointofTheamplifierCircuitofTheMeasurementYANGJian-wei(InstituteofElectronicandInformationEngineering,GansuLianheUniversity,Lanzhou730000,China)Abstract:Thispaperdescribesthecommonemittertransistoramplifierpoletheoryandtheexperimentalformulaforcalculatingthestaticoperatingpointthereissomeresearch,focusingonthequiescentpointofmeasurementandtesting,aswellasthestabilityofthedynamicperformanceimpact.Keywords:staticoperatingpoint,commonemitteramplifier9指导老师姓名职称论文评语成绩指导老师签名总评意见：评审人：年月日注：1.评语、成绩由指导老师填写。2.评语及总评意见应包括学术价值、实际意义、达到水平、学术观点和论证有无错误。10