放大电路的静态工作点——模电学习笔记（一）

一.什么是放大电路的静态工作点？

1.“静态工作点”定义

华成英主编《模拟电子技术基础》（第五版）书籍原文给出的定义是——“在放大电路中，当有信号输入时，交流量将输入信号为零、即直流电源单独作用时晶体管的基极电流，集电极电流，b-e间电压，管压降，称为放大电路的静态工作点Q，以上四个物理量记作，，，”。（在场效应管[ Field Effect Transistor，FET ]中，Q点包括漏极电流，栅-源电压，漏-源电压）。

2.“静态工作”理解

静态工作，即此时晶体管各极的物理量视作仅包含恒定不变的直流成分（实际工作中，放大电路的直流量和交流量是共存的），瞬时值静态不变，工作状态表现为静态。

3.“放大”概念的认知

放大电路中负载所获得的能量不是来源于信号源（可以是生物电信号、声音信号、光信号等，在课堂学习常用正弦波代替），而是来自为电路供电的直流电源。放大的对象是变化量（例如、），本质是能量的转换和控制，特征是功率放大。

晶体管放大主打一个“搏一搏，单车变摩托”“小阀门控制大水流”——以基极小电流控制集电极大电流。

发射结加正向电压(正偏)，扩散运动形成射极电流；扩散到基极的自由电子和空穴的复合运动形成基极电流；集电极加反向电压（反偏），漂移运动形成集电极。

二.静态分析？

1.估算法

华成英主编《模拟电子技术基础》（第五版）书籍原文给出的内容是——“在近似估算中，硅管取为0.6～0.8V中某值，如0.7V，锗管取为0.1～0.3V中某值，如0.2V；而且认为穿透电流，”。（ ，指基极开路，集电极与发射极之间的穿透电流；，指发射极开路时，集电极的反向饱和电流 [  越小，管子性能越好  ] ， ）

2.图解法

以共射放大电路为例

三.为什么要设置静态工作点？（从晶体管与场效应管的输出特性曲线考虑）

1.防止信号失真

（1）设置了静态工作点，信号会怎样？

可以使晶体管工作在放大区/场效应管工作在恒流区，此时经放大后，输出电压才不会失真。

（2）没设置静态工作点，信号会怎样？

①产生截止失真

原因：Q点设置过低，在输入信号的负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压小于其开启电压，导致晶体管截止。

表现：在NPN型三极管共射极放大电路中，截止失真的表现是输出电压的顶部出现削波。而在PNP型三极管的共射放大电路中，截止失真是底部失真。

我们下面结合晶体管的输出特性曲线，用基本共射放大电路来分析一下：

列条件：首先我们观照图1.3.6，列出晶体管在各个工作状态的条件

①截止(发射结、集电极反偏)： ≤ ， > ，此时 = 0，集电极电流  ≤ （穿透电流）

②放大(发射结正偏，集电极反偏)： > ， ≥ ，此时 ， 

③饱和(发射结、集电极正偏)： > ， < 

                      

分析：

       我们可以看到，相比于图2.2.1，图2.2.2去掉了基极电源（或使很小），使得=0（很小），=0（很小），≈。

       若我们此时输入交流信号，其电压在正半周峰值大于开启电压，晶体管导通工作在放大区，信号能正常输出。而在负半周峰值小于开启电压，晶体管工作在截止区，不产生变化（没有变化），输出电压为0，因此，信号就失真了。

       所以信号放大实际是把交流信号驮载在直流分量之上再进行放大，使输入信号的整个周期都在晶体管的放大工作区域内，保证不出现非线性失真。

解决方法：知道了截止失真的原因，那么解决方法就是可以通过增大基极电源，使晶体管重新进入工作区。

②产生饱和失真

原因：Q点设置过高，在输入信号正半周靠近峰值的某段时间内，晶体管进入饱和区，导致集电极动态电流产生顶部失真，集电极电阻上的电压波形随之产生同样的失真。（分析与截止失真类似）

我们在这里附上场效应管的输出特性曲线：

2.保障稳定放大

晶体管设置一个合适的静态工作点，即使在无信号输入时处于导通状态，也能保证在信号输入时，无论是正半周还是负半周，都能进行有效的放大。

3.提高放大效率

晶体管处于最佳工作状态时，其功率增益最高，从而提高放大电路的效率。

4.方便电路调试

通过调整静态工作点，可以改变晶体管的放大倍数。

5.减小热噪声

晶体管处于导通状态时，其热噪声较小，有利于提高放大电路的信噪比。

四.声明

1.本篇博客所用图片及定义引用均来自于华成英主编《模拟电子技术基础》（第五版），仅作学习分享，若有侵权行为，请联系博主删除此文。

2.博客存在个人理解内容，若存在错误，有误导行为，敬请指出，博主会及时修改。

3.大家有任何问题可以私信博主，或者在评论区留言，共同交流。