靜態工作點穩定性對射極輸出器動態性能的影響

摘 要：鑒于電子技術教材的阻容耦合射極輸出器都是靜態工作點不穩定的電路形式,都沒有分析靜態工作點的穩定性對電路動態性能影響的問題,因而有射極輸出器是否需要穩定的靜態工作點的疑點問題。針對疑點問題,研究了射極輸出器的電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等三大動態性能指標的數值范圍及與靜態工作點的關系,得出射極輸出器靜態工作點的穩定性對電路動態性能影響很小、射極輸出器的偏置電路可采用簡單構成形式的結論。

關鍵詞：電壓放大倍數；輸入電阻；輸出電阻；靜態工作點

中圖分類號：TN701 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2009)01-076-02

Influence of Quiescent Point′s Stability on Dynamic Performance of Emitter Follower

REN Junyuan

(Bohai University,Jinzhou,121000,China)

Abstract：In a variety of electronics textbooks,RC coupling emitter follower adopts the form that quiescent point is not stable.The effect of quiescent point′s stability on circuit has not been researched.Thus,if emitter follower needs stable quiescent point remains a question.Index of emitter follower′s dynamic performance,such as voltage amplification,input resistance,output resistance and its relationship with quiescent point are studied.It′s found that quiescent point′s stability has slight effect on dynamic performance.As a consequence,emitter follower bias circuit has a simple structure.

Keywords：voltage amplification；input resistance；output resistance；quiescent point

0 引 言

圖1為見于一般教材的阻容耦合射極輸出器的典型電路,其直流通路如圖2 所示。

圖1 射極輸出器的典型電路

觀察圖2所示的直流通路可看出,基極電阻Rb、發射極電阻Re構成決定靜態工作點的偏置電路,依KVL及晶體管的電流分配關系,可寫出基極直流電位U BQ,發射極靜態電流 I EQ的表達式為:

U BQ=V CC－I BQRb=

V CC－V CC－U BEQRb+(1+β)Re·Rb

(1)

I EQ=V CC－U BEQRb1+β+Re

(2)

圖2 射極輸出器的直流通路

由圖2及式(1)、式(2),可得出射極輸出器偏置電路的構成特點及靜態工作點的穩定情況：

(1) 晶體管的基極只接有一個基極電阻Rb,沒有采用基極電位穩定的二個電阻分壓式偏置形式,基極直流電位U BQ與電流放大系數β、發射結直流電壓U BEQ等晶體管的參數有關,隨晶體管的參數變化而變化不是穩定的。

(2) 晶體管發射極所接的發射極電阻R e引入了直流負反饋,但因基極直流電位U BQ不穩定而影響靜態工作點的穩定性,發射極靜態電流I EQ與電流放大系數β、發射結直流電壓U BEQ等晶體管的參數有關,靜態工作點隨晶體管的參數變化而變化。

幾乎所有電子技術類的教材［1-10］,在介紹射極輸出器時,所給出的電路均為圖1所示的形式,但都不說明為什么采用基極電位不穩定、靜態工作點不穩定的簡單構成形式的偏置電路,都不強調靜態工作點的設置和穩定問題,都沒有分析靜態工作點的穩定性對射極輸出器動態性能影響的問題。這給射極輸出器的教學帶來幾個疑點問題：射極輸出器不需要穩定的靜態工作點？靜態工作點的穩定性對射極輸出器動態性能有什么影響？

1 射極輸出器動態性能和靜態工作點的關系分析

射極輸出器和其他放大電路一樣,用電壓放大倍數 u反映對輸入信號的放大能力,用輸入電阻Ri反映對信號源的影響程度,用輸出電阻Ro反映帶負載的能力。

利用微變等效電路法［1-10］,求得圖1所示的射極輸出器的電壓放大倍數 u、輸入電阻Ri及輸出電阻Ro三大動態性能指標的計算公式為:

電壓放大倍數:

u=(1+β)

R′Lr be+(1+β)R′L

(3)

輸入電阻:

Ri=Rb∥［r be+(1+β)R′L］

(4)

輸出電阻:

Ro=Re∥R′s+r be1+β

(5)

其中:

R′L=Re∥RL

(6)

R′s=Rs∥Rb

(7)

r be=

r′ bb+(1+β)26(mV)I EQ(mA)

(8)

式(8)中含有靜態工作點的電量I EQ,使得含有晶體管輸入電阻 r be的電壓放大倍數 u、輸入電阻Ri,輸出電阻Ro與I EQ有關,但都可以近似忽略,分析如下：

晶體管的電流放大系數β1,電路一般滿足(1+β)R′L韗 be的關系,因而式(3)、式(4)可近似簡化為：

u=(1+β)R′Lr be+(1+β)R′L(1+β)R′L(1+β)R′L=1

(9)

Ri=Rb∥［r be+(1+β)R′L］霷b∥βR′L

(10)

式(9),式(10)表明,電壓放大倍數 u與靜態工作點的直流電量及靜態工作點的穩定性近似無關；輸入電阻Ri與晶體管的電流放大系數β有關,與靜態工作點的直流電量及靜態工作點的穩定性近似無關。

射極輸出器的輸出端為負載RL其提供信號電壓,可將射極輸出器的輸出端用一個實際電壓源等效,其內阻為射極輸出器的輸出電阻R o,如圖3所示。

由圖3可寫出輸出電壓表達式為:

uo=RLRo+RLu′o

(11)

由于晶體管的電流放大系數β1,使式(5)所表示的輸出電阻Ro很小,電路一般滿足Ro頡L的關系,則式(11)可近似簡化為:

uo=RLRo+RLu′o靧′o

(12)

式(5)、式(12)表明,雖然輸出電阻Ro與靜態工作點的電量有關,但由于輸出電阻Ro很小,射極輸出器的帶負載能力受靜態工作點變化的影響很小可以忽略,負載RL兩端的電壓基本穩定不變。

圖3 輸出端等效電路

2 結 語

以上分析表明,射極輸出器靜態工作點的穩定性對電路動態性能影響很小,可近似忽略。

放大電路直流偏置電路的構成形式,要根據動態性能受到靜態工作點的影響和制約情況等因素而確定。

因此,為簡化電路,射極輸出器一般采用簡單的偏置電路形式,即：

晶體管的基極只用一個電阻R b—— 用于引入晶體管發射結的正偏壓,簡化了電路但基極直流電位不恒定；

晶體管的發射極接有電阻Re—— 因發射極交流電流ie 需經電阻轉換成交流電壓從發射極輸出,發射極必須接有電阻Re,Re又對直流有負反饋作用,有一定穩定靜態工作點的作用。

需要指出的是：

(1) 為滿足β1,(1+β)R′L韗 be及Ro頡L的條件,忽略靜態工作點的穩定性對射極輸出器動態性能的影響,晶體管的電流放大系數β應盡可能大些。

(2) 射極輸出器的靜態工作點仍要設置合適,否則可能產生非線性失真,影響動態輸出范圍。

參考文獻

［1］華成英,童詩白.模擬電子技術基礎［M］.4版.北京：高等教育出版社,2006.

［2］楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程［M］.3版.北京：高等教育出版社,2006.

［3］溫希東.電子技術基礎 ［M］.北京：經濟科學出版社,2006.

［4］胡晏如.模擬電子技術［M］.2版.北京：高等教育出版社,2004.

［5］王佩珠.電路與模擬電子技術 ［M］.南京：南京大學出版社,2001.

［6］付植桐.電子技術 ［M］.北京：高等教育出版社,2000.

［7］康華光,陳大欽.電子技術基礎:模擬部分［M］.4版.北京：高等教育出版社,1999.

［8］楊素行.模擬電子電路 ［M］.北京：中央廣播電視大學出版社,1994.

［9］陳知令.模擬電子技術基礎 ［M］.北京：北京航空航天大學出版社,1993.

［10］梁明理.電子線路 ［M］.北京：高等教育出版社,1993.

作者簡介任駿原 男,遼寧葫蘆島人,副教授。主要從事電子技術的教學與研究工作。