放大电路静态工作点的稳定

本文探讨了温度如何影响晶体管的静态工作点,指出温度升高会导致电流放大系数增大,静态集电极电流和管压降变化。为了稳定静态工作点,通常采用直流负反馈或温度补偿技术。文中列举了典型的工作点稳定电路,并通过电路分析解释了如何通过电阻分压保持基极电位稳定,从而实现Q点的温度独立性。

1.温度对静态工作点的影响

上图所示,实线为晶体管在20摄氏度时的输出特性曲线,虚线为晶体管在40摄氏度的输出特性曲线。从图可知,当温度升高时,晶体管的电流放大系数将增大。Q点沿直流负载线上移。反之亦然。

   所谓稳定Q点,通常是指在环境温度变化时静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。常用引入直流负反馈或温度补偿的方法。

2.典型的静态工作点稳定电路

图(a):直接耦合电路 图(b):阻容耦合电路 图(c):相同的直流通路

 

为了稳定Q点,通常使参数的选取满足

### 原理 静态工作点稳定的共基放大电路的原理主要基于保持静态工作点(Q 点)的稳定静态工作点稳定性至关重要,因为电源电压的波动、元件的老化,以及环境度变化导致的晶体管参数变化,都可能使得 Q 点发生偏移,从而影响到整个电路的性能,有甚至导致电路无法正常工作 [^3]。 为了稳定 Q 点,通常采用分压式偏置电路。通过两个电阻对电源电压进行分压,为晶体管的基极提供一个相对稳定的电位。同,发射极接入一个电阻,利用电流负反馈的原理来稳定静态工作点。当度升高使晶体管的集电极电流增大,发射极电流也随之增大,发射极电阻上的电压降增大,而基极电位基本不变,这就使得发射结电压减小,基极电流减小,从而抑制了集电极电流的增大,反之亦然。 ### 特点 - **输入输出特性**:共基放大电路的输入电阻较小,输出电阻较大。较小的输入电阻使得它对信号源的要求较低,能较好地匹配低内阻的信号源;较大的输出电阻则使得它具有较强的带负载能力。 - **电压放大能力**:具有较高的电压放大倍数,其电压放大倍数与共射放大电路相当,但输出电压与输入电压同相。 - **稳定性**:由于采用了稳定静态工作点的措施,它对度等外界因素的变化不敏感,能在较宽的度范围内保持稳定的性能。 ### 设计 - **确定静态工作点**:静态工作点晶体管放大电路的核心参数,其合理设置需兼顾放大能力、失真控制与稳定性。设计需通过图解法或估算法确定初始 Q 点。例如,根据晶体管的特性曲线电路参数,通过计算确定基极电流、集电极电流和集 - 射极电压的合适值 [^2]。 - **选择电路元件参数**: - **分压电阻**:根据所需的基极电位选择合适的分压电阻值,使得基极电位稳定在合适的范围内。 - **发射极电阻**:发射极电阻的大小会影响电流负反馈的强度,需要根据电路稳定性要求进行选择。 - **集电极电阻**:集电极电阻用于将集电极电流的变化转换为电压变化,其值的选择要考虑到电压放大倍数和输出动态范围的要求。 - **仿真与调试**:实际电路中,Q 点的调试往往需要结合仿真工具(如 Multisim、LTspice)与实验测量,以实现最佳性能 [^2]。 ```python # 以下为简单的伪代码示例,用于说明设计过程中的部分计算 # 假设已知电源电压 Vcc,要计算分压电阻 Rb1 和 Rb2 Vcc = 12 # 假设确定基极电位 Vb Vb = 3 # 假设确定基极电流 Ib Ib = 0.01 # 假设确定发射极电流 Ie Ie = 1 # 计算发射极电阻 Re Re = Vb / Ie # 假设分压电阻上的电流 I_Rb 为基极电流的 10 倍 I_Rb = 10 * Ib # 计算 Rb2 Rb2 = Vb / I_Rb # 计算 Rb1 Rb1 = (Vcc - Vb) / I_Rb print(f"Rb1: {Rb1} 欧姆, Rb2: {Rb2} 欧姆, Re: {Re} 欧姆") ```
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