功率放大器的静态工作点的计算与测量讲课讲稿

功率放大器的静态工作点的计算与测量
目录
摘要 (1)
Abstract (1)
1绪论 (1)
2 三种典型的稳定静态工作点的电路 (2)
3三种典型晶体管放大器电路的静态工作点的分析 (3)
3.1图1的戴维南等效电路及分析 (4)
3.2图2的戴维南等效电路及分析 (4)
3.3图3的戴维南等效电路及分析 (5)
4放大率B对静态工作点的影响 (6)
5 电压V BE随温度的变化对静态工作点的影响 (6)
6结束语 (7)
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 Stability for Transistor Amplifiers
Abstract: While for selecting best one from several circuits for DC stability, it is an importa nt problem which deserves to un dersta nd that how to fast value the performanee of static state stability for transistor amplifiers. In this paper, The venin equivale nt n etworks of represe ntative bias con figurati on for tran sistor amplifiers are derived in detail. The physical performa nee can be un derstood explicitly in the equivale nt n etworks, and the judgeme nt of stability fun cti ons of every bias circuit could be simply gain ed.
Key Words : amplifier; bias circuit; tran sistor; equivale nt n etwork
1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，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冋0
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B上升时，则集电极电流I C也会上升。

|E相应上升致使射极电位V上升，导致基极一射极电压V BE下降，导致I B下降会抑制I c 的增大，达到了稳定的目的。

对于图2所示电路邙上升会使V B下降，因为V B=V CC-
|C R C-|B R B。

相对于图1电路,V BE下降得更大,使静态电流|C更趋向于稳定。

对于图3所示电路,当选择合适参数使得I1 =I B时，基极电位V B基本上不受B变化的影响,致使I C 和I E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（B ） = △ Ic/ Ap
进行评价［3］,或以稳定系数K评定三种偏置电路的稳定性能［4］
討1 ------------- 0
V
j g rc
J r I
n 1 1 d
\c °
c
L G r
0t J
图3 分压式货反馈偏置电路
笔者认为以S(3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。

[5]
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R E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R E的电流为：
|E=E/(r+ R E)(1) 若以稳定系数K来评定，因I E= (1+1/®l c,有下面关系：
K =( △C/l c)/( AP )=04 E/I E)/( AP y B (2) 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。

⑹
11
jFI1
罔2电斥及电流偵&韻偏怡电路
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I s：
E = V CC-E BE⑶
⑷
|S=(V CC-V BE) ( B +1R B =E/[R B/( B +1)
变换后有：
r = E/I S=R B/(B +1)⑸将上式代入式（1）,可得图1中的射极电流I E:
|E=E/[R E+R B/( B +]1)⑹3.2图2的戴维南等效电路及分析
将图2的发射极开路，可得到与式⑶相同的开路电势：
E = V CC-E BE⑺如将图2发射极短路(图5),有
V CC=(I B+I C)R C+I B R B= I s R c+I s B +1R+E BE则可得：
I S=E/[R C+R B/( B +]1)(8)因此，
r = E/I S=R C+R B/(B +1)(9)可得图2中的射极电流为：
I E=E/(r+R E)=E/[R c+R B/( B +1)+R(10)
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：
E' =V C R B2/(R BI +R B2)
R B=R BI // R B2=R B1 R B2/
(R B1+R B2)
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-'E BE
I S= =E( B +1/R'B
此时,
r = R B/( B +1)
可得图3的射极电流为
I E=E/(叶R E)=E'-E BE/[R'B/( B +1)+R
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
图(J)基极处的離维兩邹败电路
4放大率B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 = R B/(供1);对于图2,R B流过的是I B,而R C流过电流I E=(I B+|C),因而其内阻r= R B/(越1)+R C;对图3,经过一次戴维南等效后(图6),R'B流过的是|B,所以其内阻r = R'B/( B+1)。

有了图1至图3 的三个戴维南等效电路，就很容易进行比较了。

实际上就是比较这三个电路中的I E,如式⑹、(10)、(15);或者比较三电路中的等效内阻r,如式(5),式(9)及式(11),即卩比较I E或r对放大率B的依赖程度。

⑺
通常R c、R E为几k Q,为便于比较，不妨假定图1~3中的V cc、R c、R E、都相同。

为保证I B为稳定于几十卩A数量级，图1中的R B为几百k Q至mi Q数量级。

图2中R B小得多，因为流过R C的电流为(B+1)B即相对于基极,R C的等效电阻为(越1)R c,所以图2中R B可以比图1中的R B小一半以上，甚至小5~6倍(取决于放
大率B的值。

因此，式(9)比式⑸关于B的权重电阻R B要小得多，加之式(9)又有与
B 无关的R c,也就是说图2稳定性能比图1好得多。

图3的内阻为「=R B/(供1)(式
14)。

若不考虑其它因素(如功耗等)，总是可以选择很小的R B值，甚至可使R B为十几k Q。

可见它比图2中R B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⑹。

5电压V BE随温度的变化对静态工作点的影响
除了晶体管放大倍数B受温度变化的影响以外，基极与射极之间的电压V BE 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,V BE随温度的变化规律是⑴:在室温附近，温度每升高1C,正向压降减少2~2.5mV,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,V BE随温度变化的影响等价于基极与射极间的导通电压E BE随温
度而变，即A E BE=^V BE。

因为对于电路图1和图2,有E=V CC-E BE;而对于电路图3, E= E'-E BE，且E'v V CC。

所以，仅就关于V BE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A I E/I E的数量级，在实用的电路图3中，一般取E'=(5~10)V BE=(5~10)X0.7V。

而A V BE的最大值为0.1V。

所以，此时的
A I E/I E最大值为,A I E/I E=0.036,即在电路图3中仅由V BE的变化而引起的最坏情况是
集电极或射极电流偏差了 3.6%;同理可知，当电路图1和图2处于典型情况
V cc=20V时，它们的仅由V BE的变化而导致的射极电流偏差为△ I E/I E=0.0052。

[9,10] 6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B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I E的表达式。

除了晶体管放大倍数B受温度变化的影响以外，基极与射极之间的电压V BE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。

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