三极管基本放大电路静态及动态参数计算

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#硬件工程 #硬件电路 #三极管

于 2025-08-05 20:44:43 首次发布

文章目录

一、静态工作点的作用
二、直流通路与交流通路
- 1、直流通路
- 2、交流通路
三、静态工作点的稳定性问题

一、静态工作点的作用

在这里插入图片描述
1.确保三极管工作在放大区（线性区），避免截止或饱和失真。
2.信号放大，为交流信号提供合适的直流偏置。在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换为负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。
没有设置合理的静态工作点

二、直流通路与交流通路

1、直流通路

直流通路是在直流电源作用下直流电流（静态电流）流经的通路，用于研究静态工作点（Quiescent Point，简称Q点）。对于直流通路，①电容视为开路；②电感线圈视为短路；③信号源视为短路，但应保留其内阻。
在这里插入图片描述
静态工作点的参数包括基极电流IBQ、集电极电流ICQ、基极-发射极电压UBEQ、集电极-发射极电压UCEQ。

三极管在直流偏置下、无交流信号输入时的工作状态下上图电路各参数表达式
$I_{BQ} = \frac{V_{BB} - U_{BEQ}}{R_b}$
$I_{CQ} = \beta I_{BQ}$
$U_{CEQ} = V_{CC} - I_{CQ}R_{c}$

2、交流通路

交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态参数。对于交流通路，①容量大的电容（如耦合电容）视为短路，②无内阻的直流电源（如Vcc）视为短路。
在这里插入图片描述
引入h参数等效模型（推导复杂，感兴趣可自行查阅资料），可将交流电路等效为

动态参数主要有：
（1）电压放大倍数Au
$A_u = \frac{U_{o}}{U_i} = \frac{-βI_bR_c}{I_{b}{(R_{b}+r_{be})}} = \frac{-βR_c}{{R_{b}+r_{be}}}$
（2）输入电阻Ri
$R_i=\frac{U_{i}}{I_i}=R_b+r_{be}$
（3）输出电阻Ro
$R_o = R_c$

注意：放大电路的输入电阻与信号源内阻无关，输出电阻与负载无关。

三、静态工作点的稳定性问题

在这里插入图片描述
实线为晶体管在20℃时输出特性曲线，虚线为40℃时输出特性曲线。
当环境温度升高时，晶体管的电流放大系数β增大，穿透电流ICEO增大，即ICQ增大，共射电路UCEQ将减小，Q点沿直流负载线上移到Q’，向饱和区变化；使之回到原来位置，必须减小基极电流IBQ。当温度降低时，Q点将沿直流负载线下移，向截止区变化，要使之基本不变，必须增大IBQ。

所谓稳定Q点，通常是指环境温度变化时静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变，即Q点在晶体管输出特性坐标平面中的位置基本不变，必须依靠IBQ的变化来抵消ICQ和UCEQ的变化。常引入直流负反馈或温度补偿的方法使IBQ在温度变化时产生与ICQ相反的变化。

1、分压式偏置电路+发射极电阻Re（负反馈）

在这里插入图片描述
左图为抑制温漂的电路，右图为其直流通路

满足Q点稳定，使

I 1>>I BQ 故B点电位

$U_{BQ} = \frac{R_{b1}}{R_{b1} + R_{b2}}V_{cc}$
基极电位几乎由Rb1和Rb2对Vcc分压，与环境温度无关。

当温度升高时，参数变化如下：
T(℃)↑ → IC↑(IE)↑ → UE↑(UBQ基本不变) → UBE↓ → IB↓ → IC↓

Q点稳定的原理：
（1）Re的直流负反馈作用
（2）在I1>>IBQ的情况下，UBQ= $\frac{R_{b1}}{R_{b1}+R_{b2}}V_{cc}$ 在温度变化时基本不变

2、静态工作点的估算

在这里插入图片描述
$U_{BQ} = \frac{R_{b1}}{R_{b1} + R_{b2}} V_{cc}$
$I_{EQ} = \frac{U_{BQ} - U_{BEQ}}{R_e}$
$U_{\text{CEQ}} = V_{\text{CC}} - I_{\text{CQ}}(R_{\text{c}} + R_{\text{e}})$
$I_{BQ}=\frac{I_{EQ}}{1+β}$

3、动态参数估算

在这里插入图片描述 $A_u = \frac{U_{o}}{U_i} = \frac{-βR'_L}{{r_{be}}} (R'_L=R_c//R_L)$
$R_i=\frac{U_{i}}{I_i}=R_b//r_{be}=R_{b1}//R_{b2}//r_{be}$
$R_o = R_c$

在这里插入图片描述
假设去掉旁路电容Ce
$A_u = \frac{U_{o}}{U_i} = \frac{-βR'_L}{{r_{be}+(1+β)R_e}} (R'_L=R_c//R_L)$
$R_i=\frac{U_{i}}{I_i}=R_{b1}//R_{b2}//[{{r_{be}+(1+β)R_e}}]$
$R_o = R_c$
若(1+β)Re>>rbe，且β>>1，则
$A_u = \frac{U_{o}}{U_i} ≈-\frac{R'_L}{R_e} (R'_L=R_c//R_L)$
实际使用过程中，基本上不会用到β，β也会受温度影响并不可靠。Au仅决定于电阻取值，不受环境温度影响，温度稳定性好。