單管共射放大電路性能分析

摘 要：在單管放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定與否，不僅影響輸出波形是否失真，而且對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生重大影響。文章分析了基本固定偏置放大電路和分壓式偏置放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)性能。只有弄清不同電路的特點(diǎn)，才能在實(shí)際中兼顧靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)性能，從而達(dá)到最好的效果。

關(guān)鍵詞：共射放大電路；性能；分析

引言

在單管放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定與否，不僅影響輸出波形是否失真，而且對(duì)放大電路的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生重大影響。基本固定偏置放大電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性差；分壓式偏置放大電路因其能自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，但不同的分壓式偏置放大電路動(dòng)態(tài)性能不盡相同，只有弄清不同電路的特點(diǎn)，才能兼顧靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)性能，以達(dá)到最好的效果。

1 基本固定偏置放大電路

1.1 電路組成

該電路由晶體管、直流電源、基極偏置電阻、集電極電阻和耦合電容組成，如圖1所示。當(dāng)直流電源和基極偏置電阻固定時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)就固定，固定式偏置電路因此得名。

1.2 靜態(tài)工作點(diǎn)

該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)設(shè)置合適的電源電壓和偏置電阻可得到較為合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。但當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，集電極電流會(huì)增大，放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)就會(huì)移動(dòng)飽和區(qū)，這樣放大電路就不能正常工作。所以基本固定偏置放大電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，因此只能用在環(huán)境溫度變化不大，穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。

當(dāng)溫度變化時(shí)，想自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，常用的是分壓式偏置放大電路。

2 分壓式偏置放大電路

2.1 電路組成

偏置電路由RB1、RB2和RE組成，其中RB1為上偏置電阻，提供基極偏流IBQ，RB2為下偏置電阻，RE為發(fā)射極電阻，起電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫驗(yàn)槿龢O管的基極偏置電壓UB由電阻RB1和RB2分壓提供，因此叫分壓式偏置放大電路。電路如圖2所示。

2.2 穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)原理

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，為保證靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定，要求I1>>IBQ，對(duì)于硅三極管，一般I1=（5～10）IBQ。由電路分析可得I1≈I2，發(fā)射結(jié)的正偏電壓UBEQ=UB-IEQRE，基極電位UBUCC，當(dāng)溫度上升時(shí)，由于ICQ（IEQ）的增加，在RE上產(chǎn)生的壓降IEQRE也要增加，[1]由UB的計(jì)算式可知，UB固定不變，因此發(fā)射結(jié)的正偏電壓UBEQ減小，IBQ隨之減小，從而牽制ICQ的增大，這樣通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程就穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。RE越大，靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定性就越好。

2.3 動(dòng)態(tài)性能

研究放大電路，除了要保證放大電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)外，更重要的是還要研究其放大性能。[2]根據(jù)放大電路的微變等效電路可得分壓式偏置放大電路的電壓放大倍數(shù)為Au=-，輸入電阻ri=RB1//RB2//[rbe+（1+β）RE]，輸出電阻ro=RC。

而基本固定式偏置放大電路的電壓放大倍數(shù)為Au=-，輸入電阻ri=RB//rbe，輸出電阻ro=RC。

與基本固定式放大電路相比，分壓式偏置放大電路的電壓放大倍數(shù)降低了，但輸入電阻增大了，輸出電阻不變。

為了解決穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)下降這一矛盾，通常在電阻RE上并聯(lián)一個(gè)大電容CE，如圖3所示。因?yàn)殡娙萦懈糁绷魍ń涣鞯淖饔茫圆⒙?lián)電容CE后，電路不僅能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而且電壓放大倍數(shù)比并聯(lián)電容前提高了，電壓放大倍數(shù)的公式和基本固定式偏置放大電路一樣。但是并聯(lián)電容CE后，輸入電阻的公式變?yōu)閞i=RB1//RB2//rbe，與并聯(lián)電容前相比，輸入電阻減小了。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們既想得到穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，又想得到較高的電壓放大倍數(shù)和輸入電阻，為此可把分壓式偏置電路中的發(fā)射極電阻RE用兩個(gè)電阻RE1和RE2串聯(lián)代替，并且只讓RE2與電容CE并聯(lián)。另外讓RE1取值幾十至幾百歐姆，RE2取值幾千歐以上，這樣在靜態(tài)分析時(shí)，發(fā)射極電阻等于兩個(gè)電阻之和，而在動(dòng)態(tài)分析時(shí)，發(fā)射極電阻只等于RE1，電壓放大倍數(shù)的公式變?yōu)椋篈u=-， 輸入電阻的公式變?yōu)椋簉i=RB1//RB2//[rbe+（1+β）RE1]，由上述分析可以看出，雖然電壓放大倍數(shù)有少量降低，但是輸入電阻卻提高了不少。[3]

綜上所述，與基本固定式偏置放大電路相比，改進(jìn)后的分壓式偏置放大電路不僅靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定，而且動(dòng)態(tài)性能又好，因此分壓式偏置放大電路得到了更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]袁明文，謝廣坤.電子技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013：39.

[2]黃冬梅.電子技術(shù)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2011：32.

[3]張健.淺談單管共射放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題[J].科技信息，2009（32）：97.

作者簡(jiǎn)介：李新（1966，8-），女，河南省社旗縣人，河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，高級(jí)講師，碩士學(xué)位，主要研究方向：電工電子。