共射放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性分析

李新

摘 要 闡述了放大電路的靜態(tài)工作點及對電路的影響，并對幾種共射放大電路的穩(wěn)定性進行了分析。

關鍵詞 共射放大電路；靜態(tài)工作點；穩(wěn)定性；分析

中圖分類號：TN721 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0051-02

放大電路的很多技術指標都與靜態(tài)工作點相關，靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且也影響電壓增益。所以要想使放大電路工作在放大區(qū)，且具有較好的性能，必須設置合適的靜態(tài)工作點。但不同的偏置電路，靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性不同，因此要根據具體情況選擇合適的電路。

1 放大電路的靜態(tài)工作點及對電路的影響

1.1 放大電路的靜態(tài)工作點

放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。[1]靜態(tài)時，在直流電源的作用下，基極回路和集電極回路會存在一組直流量：IB、IC、UBE、UCE，這些直流量分別在三極管的輸入、輸出特性曲線上對應一個點，稱為靜態(tài)工作點。靜態(tài)工作點對應的各量分別用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示。

1.2 靜態(tài)工作點對電路的影響

靜態(tài)工作點的位置合適時，放大電路工作在正常放大狀態(tài)；如果靜態(tài)工作點過低，在輸入信號的負半周，靜態(tài)工作點容易進入截止區(qū)，出現(xiàn)截止失真；如果靜態(tài)工作點過高，在輸入信號的正半周，靜態(tài)工作點容易進入飽和區(qū)，產生飽和失真。靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且對電路的放大倍數也有很大影響。

影響放大電路靜態(tài)工作點的因素很多，如電源波動、偏置電阻的變化、管子的更換、元件的老化等，[2]三極管對溫度非常敏感，因此在所有因素中，溫度對靜態(tài)工作點的影響最大。

要想使放大電路工作在正常放大狀態(tài)，不出現(xiàn)失真，且具有較好的性能，電路必須有合適的穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。

2 幾種共射放大電路穩(wěn)定性分析

2.1 固定偏置放大電路

1）基本固定偏置放大電路。基本固定偏置放大電路如圖1所示。該電路中C1、C2為耦合電容，Rb為基極偏置電阻，電源UCC同時給發(fā)射結和集電結提供合適的偏置電壓，當UCC和Rb固定時，晶體管的靜態(tài)工作點就固定，故這種電路稱為固定偏置電路。

該電路結構簡單，通過設置合適的電源電壓和電阻可得到較為合適的靜態(tài)工作點。但當環(huán)境溫度升高時，三極管的特性參數ICBO、UBE和β隨溫度的升高都會對靜態(tài)工作點產生影響，最終導致集電極電流Ic增大，從而使放大電路的靜態(tài)工作點移動到不合適的位置而無法正常工作，所以基本固定偏置放大電路最大的缺點是靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，只能用在環(huán)境溫度變化不大，穩(wěn)定性要求不高的場合。

圖1 基本固定偏置放大電路 圖2 電壓負反饋固定偏置電路

2）電壓負反饋偏置電路。如果基極電阻不直接接電源，而接到集電極上，如圖2所示，基極電阻就能把集電極電壓的變化量反饋到輸入端，故該電路稱為電壓負反饋電路，它能穩(wěn)定直流工作點。當溫度升高時，ICQ增大引起UBEQ和IBQ減小，最終使ICQ的增加受到一定的制約，從而靜態(tài)工作點基本穩(wěn)定。

該電路結構也比較簡單，和基本固定偏置放大電路相比，穩(wěn)定性有所改善，但由于負反饋的存在，放大倍數有所降低。當用變壓器耦合或RC很小時，穩(wěn)定性比較差。故該電路適用于要求不高的場合。

3）電流負反饋偏置電路。電流負反饋偏置電路如圖3所示。該電路的組成是在基本固定偏置放大電路的基礎上，在發(fā)射極串入電阻Re。射極電阻Re起電流負反饋作用。該電路結構也比較簡單，與基本固定偏置放大電路相比，靜態(tài)工作點也比較穩(wěn)定，但由于負反饋的存在，放大倍數也有所降低。

圖3 電流負反饋固定偏置電路

2.2 分壓式偏置放大電路

把基本固定偏置放大電路中的基極偏置電阻Rb，用Rb1和Rb2代替，在發(fā)射極上接入發(fā)射極電阻Re ，由于三極管的基極偏置電壓UB由電阻Rb1和Rb2分壓提供，因此叫分壓式偏置放大電路，如圖4（a）所示。

（a） （b）

圖4 分壓式偏置放大電路

實際應用中，為保證Q點的穩(wěn)定，要求I1>>IBQ，一般對于硅三極管：I1=（5～10）IBQ。

靜態(tài)時，有

由UB的計算式可知，UB由Rb1、Rb2的分壓而固定，與溫度無關。這樣當溫度上升時，由于ICQ（IEQ）的增加，在Re上產生的壓降IEQRe也要增加，因UBEQ=UB-IEQRe，由于UB固定，UBEQ隨之減小，迫使IBQ減小，從而牽制了ICQ （IEQ）的增加，使ICQ基本維持恒定。[3]這種自動調節(jié)過程為電流負反饋。Re越大，直流負反饋的作用就越強，靜態(tài)工作點穩(wěn)定性越好。

該電路的好處是靜態(tài)工作點穩(wěn)定，Re越大，越穩(wěn)定。但由于發(fā)射極電阻Re的接入，使電壓放大倍數下降了很多，而且Re越大，電壓放大倍數下降越多。為了解決這一矛盾，通常在電阻Re上并聯(lián)一個大電容Ce ，如圖4（b）所示。由于Ce“隔直通交”的作用，Re能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，而且電路的電壓放大倍數不會下降。

2.3 溫度補償偏置電路

溫度補償偏置電路是利用熱敏元件的溫度特性來補償放大器件的溫度特性，減小放大電路靜態(tài)工作點的溫漂，達到穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。包括熱敏電阻補償電路和二極管補償電路等。

對于熱敏電阻補償電路，因熱敏電阻具有負溫度系數，其阻值隨溫度的升高而減小，適當選擇電阻值及溫度系數，即可穩(wěn)定靜態(tài)工作點。

通常情況下，硅管的發(fā)射結電壓受溫度影響比較大，而鍺管的反向穿透電流受溫度影響比較大。所以，對于硅管組成的放大電路，可在硅三極管的基極下偏流電阻支路上串聯(lián)一只正偏二極管，當二極管與三極管的類型和溫度特性相同時，工作點可以基本穩(wěn)定。對于鍺管組成的放大電路，可在鍺三極管的基極下偏流支路上串聯(lián)一只反偏二極管，當二極管與三極管的類型和溫度特性相同時，工作點可以基本穩(wěn)定。

溫度補償偏置電路如果參數選配合適，穩(wěn)定性很高。但要得到合適的參數，需要對二極管和熱敏電阻逐個進行嚴格的挑選和實驗，所用元件也比較多，沒有負反饋電路簡單。因此，一般用在穩(wěn)定性要求較高的場合。

3 結束語

靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且影響放大電路的性能，而不同的偏置電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性不同，各有特點，因此，在實際中要根據具體情況，選擇最佳的偏置電路。

參考文獻

[1]李仁華，馮赟.電子技術[M].北京：北京理工大學出版社，2010：31.

[2]蘇士美.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2007：53.

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

摘 要 闡述了放大電路的靜態(tài)工作點及對電路的影響，并對幾種共射放大電路的穩(wěn)定性進行了分析。

關鍵詞 共射放大電路；靜態(tài)工作點；穩(wěn)定性；分析

中圖分類號：TN721 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0051-02

放大電路的很多技術指標都與靜態(tài)工作點相關，靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且也影響電壓增益。所以要想使放大電路工作在放大區(qū)，且具有較好的性能，必須設置合適的靜態(tài)工作點。但不同的偏置電路，靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性不同，因此要根據具體情況選擇合適的電路。

1 放大電路的靜態(tài)工作點及對電路的影響

1.1 放大電路的靜態(tài)工作點

放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。[1]靜態(tài)時，在直流電源的作用下，基極回路和集電極回路會存在一組直流量：IB、IC、UBE、UCE，這些直流量分別在三極管的輸入、輸出特性曲線上對應一個點，稱為靜態(tài)工作點。靜態(tài)工作點對應的各量分別用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示。

1.2 靜態(tài)工作點對電路的影響

靜態(tài)工作點的位置合適時，放大電路工作在正常放大狀態(tài)；如果靜態(tài)工作點過低，在輸入信號的負半周，靜態(tài)工作點容易進入截止區(qū)，出現(xiàn)截止失真；如果靜態(tài)工作點過高，在輸入信號的正半周，靜態(tài)工作點容易進入飽和區(qū)，產生飽和失真。靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且對電路的放大倍數也有很大影響。

影響放大電路靜態(tài)工作點的因素很多，如電源波動、偏置電阻的變化、管子的更換、元件的老化等，[2]三極管對溫度非常敏感，因此在所有因素中，溫度對靜態(tài)工作點的影響最大。

要想使放大電路工作在正常放大狀態(tài)，不出現(xiàn)失真，且具有較好的性能，電路必須有合適的穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。

2 幾種共射放大電路穩(wěn)定性分析

2.1 固定偏置放大電路

1）基本固定偏置放大電路。基本固定偏置放大電路如圖1所示。該電路中C1、C2為耦合電容，Rb為基極偏置電阻，電源UCC同時給發(fā)射結和集電結提供合適的偏置電壓，當UCC和Rb固定時，晶體管的靜態(tài)工作點就固定，故這種電路稱為固定偏置電路。

該電路結構簡單，通過設置合適的電源電壓和電阻可得到較為合適的靜態(tài)工作點。但當環(huán)境溫度升高時，三極管的特性參數ICBO、UBE和β隨溫度的升高都會對靜態(tài)工作點產生影響，最終導致集電極電流Ic增大，從而使放大電路的靜態(tài)工作點移動到不合適的位置而無法正常工作，所以基本固定偏置放大電路最大的缺點是靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，只能用在環(huán)境溫度變化不大，穩(wěn)定性要求不高的場合。

圖1 基本固定偏置放大電路 圖2 電壓負反饋固定偏置電路

2）電壓負反饋偏置電路。如果基極電阻不直接接電源，而接到集電極上，如圖2所示，基極電阻就能把集電極電壓的變化量反饋到輸入端，故該電路稱為電壓負反饋電路，它能穩(wěn)定直流工作點。當溫度升高時，ICQ增大引起UBEQ和IBQ減小，最終使ICQ的增加受到一定的制約，從而靜態(tài)工作點基本穩(wěn)定。

該電路結構也比較簡單，和基本固定偏置放大電路相比，穩(wěn)定性有所改善，但由于負反饋的存在，放大倍數有所降低。當用變壓器耦合或RC很小時，穩(wěn)定性比較差。故該電路適用于要求不高的場合。

3）電流負反饋偏置電路。電流負反饋偏置電路如圖3所示。該電路的組成是在基本固定偏置放大電路的基礎上，在發(fā)射極串入電阻Re。射極電阻Re起電流負反饋作用。該電路結構也比較簡單，與基本固定偏置放大電路相比，靜態(tài)工作點也比較穩(wěn)定，但由于負反饋的存在，放大倍數也有所降低。

圖3 電流負反饋固定偏置電路

2.2 分壓式偏置放大電路

把基本固定偏置放大電路中的基極偏置電阻Rb，用Rb1和Rb2代替，在發(fā)射極上接入發(fā)射極電阻Re ，由于三極管的基極偏置電壓UB由電阻Rb1和Rb2分壓提供，因此叫分壓式偏置放大電路，如圖4（a）所示。

（a） （b）

圖4 分壓式偏置放大電路

實際應用中，為保證Q點的穩(wěn)定，要求I1>>IBQ，一般對于硅三極管：I1=（5～10）IBQ。

靜態(tài)時，有

由UB的計算式可知，UB由Rb1、Rb2的分壓而固定，與溫度無關。這樣當溫度上升時，由于ICQ（IEQ）的增加，在Re上產生的壓降IEQRe也要增加，因UBEQ=UB-IEQRe，由于UB固定，UBEQ隨之減小，迫使IBQ減小，從而牽制了ICQ （IEQ）的增加，使ICQ基本維持恒定。[3]這種自動調節(jié)過程為電流負反饋。Re越大，直流負反饋的作用就越強，靜態(tài)工作點穩(wěn)定性越好。

該電路的好處是靜態(tài)工作點穩(wěn)定，Re越大，越穩(wěn)定。但由于發(fā)射極電阻Re的接入，使電壓放大倍數下降了很多，而且Re越大，電壓放大倍數下降越多。為了解決這一矛盾，通常在電阻Re上并聯(lián)一個大電容Ce ，如圖4（b）所示。由于Ce“隔直通交”的作用，Re能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，而且電路的電壓放大倍數不會下降。

2.3 溫度補償偏置電路

溫度補償偏置電路是利用熱敏元件的溫度特性來補償放大器件的溫度特性，減小放大電路靜態(tài)工作點的溫漂，達到穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。包括熱敏電阻補償電路和二極管補償電路等。

對于熱敏電阻補償電路，因熱敏電阻具有負溫度系數，其阻值隨溫度的升高而減小，適當選擇電阻值及溫度系數，即可穩(wěn)定靜態(tài)工作點。

通常情況下，硅管的發(fā)射結電壓受溫度影響比較大，而鍺管的反向穿透電流受溫度影響比較大。所以，對于硅管組成的放大電路，可在硅三極管的基極下偏流電阻支路上串聯(lián)一只正偏二極管，當二極管與三極管的類型和溫度特性相同時，工作點可以基本穩(wěn)定。對于鍺管組成的放大電路，可在鍺三極管的基極下偏流支路上串聯(lián)一只反偏二極管，當二極管與三極管的類型和溫度特性相同時，工作點可以基本穩(wěn)定。

溫度補償偏置電路如果參數選配合適，穩(wěn)定性很高。但要得到合適的參數，需要對二極管和熱敏電阻逐個進行嚴格的挑選和實驗，所用元件也比較多，沒有負反饋電路簡單。因此，一般用在穩(wěn)定性要求較高的場合。

3 結束語

靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且影響放大電路的性能，而不同的偏置電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性不同，各有特點，因此，在實際中要根據具體情況，選擇最佳的偏置電路。

參考文獻

[1]李仁華，馮赟.電子技術[M].北京：北京理工大學出版社，2010：31.

[2]蘇士美.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2007：53.

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

摘 要 闡述了放大電路的靜態(tài)工作點及對電路的影響，并對幾種共射放大電路的穩(wěn)定性進行了分析。

關鍵詞 共射放大電路；靜態(tài)工作點；穩(wěn)定性；分析

中圖分類號：TN721 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0051-02

放大電路的很多技術指標都與靜態(tài)工作點相關，靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且也影響電壓增益。所以要想使放大電路工作在放大區(qū)，且具有較好的性能，必須設置合適的靜態(tài)工作點。但不同的偏置電路，靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性不同，因此要根據具體情況選擇合適的電路。

1 放大電路的靜態(tài)工作點及對電路的影響

1.1 放大電路的靜態(tài)工作點

放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。[1]靜態(tài)時，在直流電源的作用下，基極回路和集電極回路會存在一組直流量：IB、IC、UBE、UCE，這些直流量分別在三極管的輸入、輸出特性曲線上對應一個點，稱為靜態(tài)工作點。靜態(tài)工作點對應的各量分別用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示。

1.2 靜態(tài)工作點對電路的影響

靜態(tài)工作點的位置合適時，放大電路工作在正常放大狀態(tài)；如果靜態(tài)工作點過低，在輸入信號的負半周，靜態(tài)工作點容易進入截止區(qū)，出現(xiàn)截止失真；如果靜態(tài)工作點過高，在輸入信號的正半周，靜態(tài)工作點容易進入飽和區(qū)，產生飽和失真。靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且對電路的放大倍數也有很大影響。

影響放大電路靜態(tài)工作點的因素很多，如電源波動、偏置電阻的變化、管子的更換、元件的老化等，[2]三極管對溫度非常敏感，因此在所有因素中，溫度對靜態(tài)工作點的影響最大。

要想使放大電路工作在正常放大狀態(tài)，不出現(xiàn)失真，且具有較好的性能，電路必須有合適的穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。

2 幾種共射放大電路穩(wěn)定性分析

2.1 固定偏置放大電路

1）基本固定偏置放大電路。基本固定偏置放大電路如圖1所示。該電路中C1、C2為耦合電容，Rb為基極偏置電阻，電源UCC同時給發(fā)射結和集電結提供合適的偏置電壓，當UCC和Rb固定時，晶體管的靜態(tài)工作點就固定，故這種電路稱為固定偏置電路。

該電路結構簡單，通過設置合適的電源電壓和電阻可得到較為合適的靜態(tài)工作點。但當環(huán)境溫度升高時，三極管的特性參數ICBO、UBE和β隨溫度的升高都會對靜態(tài)工作點產生影響，最終導致集電極電流Ic增大，從而使放大電路的靜態(tài)工作點移動到不合適的位置而無法正常工作，所以基本固定偏置放大電路最大的缺點是靜態(tài)工作點不穩(wěn)定，只能用在環(huán)境溫度變化不大，穩(wěn)定性要求不高的場合。

圖1 基本固定偏置放大電路 圖2 電壓負反饋固定偏置電路

2）電壓負反饋偏置電路。如果基極電阻不直接接電源，而接到集電極上，如圖2所示，基極電阻就能把集電極電壓的變化量反饋到輸入端，故該電路稱為電壓負反饋電路，它能穩(wěn)定直流工作點。當溫度升高時，ICQ增大引起UBEQ和IBQ減小，最終使ICQ的增加受到一定的制約，從而靜態(tài)工作點基本穩(wěn)定。

該電路結構也比較簡單，和基本固定偏置放大電路相比，穩(wěn)定性有所改善，但由于負反饋的存在，放大倍數有所降低。當用變壓器耦合或RC很小時，穩(wěn)定性比較差。故該電路適用于要求不高的場合。

3）電流負反饋偏置電路。電流負反饋偏置電路如圖3所示。該電路的組成是在基本固定偏置放大電路的基礎上，在發(fā)射極串入電阻Re。射極電阻Re起電流負反饋作用。該電路結構也比較簡單，與基本固定偏置放大電路相比，靜態(tài)工作點也比較穩(wěn)定，但由于負反饋的存在，放大倍數也有所降低。

圖3 電流負反饋固定偏置電路

2.2 分壓式偏置放大電路

把基本固定偏置放大電路中的基極偏置電阻Rb，用Rb1和Rb2代替，在發(fā)射極上接入發(fā)射極電阻Re ，由于三極管的基極偏置電壓UB由電阻Rb1和Rb2分壓提供，因此叫分壓式偏置放大電路，如圖4（a）所示。

（a） （b）

圖4 分壓式偏置放大電路

實際應用中，為保證Q點的穩(wěn)定，要求I1>>IBQ，一般對于硅三極管：I1=（5～10）IBQ。

靜態(tài)時，有

由UB的計算式可知，UB由Rb1、Rb2的分壓而固定，與溫度無關。這樣當溫度上升時，由于ICQ（IEQ）的增加，在Re上產生的壓降IEQRe也要增加，因UBEQ=UB-IEQRe，由于UB固定，UBEQ隨之減小，迫使IBQ減小，從而牽制了ICQ （IEQ）的增加，使ICQ基本維持恒定。[3]這種自動調節(jié)過程為電流負反饋。Re越大，直流負反饋的作用就越強，靜態(tài)工作點穩(wěn)定性越好。

該電路的好處是靜態(tài)工作點穩(wěn)定，Re越大，越穩(wěn)定。但由于發(fā)射極電阻Re的接入，使電壓放大倍數下降了很多，而且Re越大，電壓放大倍數下降越多。為了解決這一矛盾，通常在電阻Re上并聯(lián)一個大電容Ce ，如圖4（b）所示。由于Ce“隔直通交”的作用，Re能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，而且電路的電壓放大倍數不會下降。

2.3 溫度補償偏置電路

溫度補償偏置電路是利用熱敏元件的溫度特性來補償放大器件的溫度特性，減小放大電路靜態(tài)工作點的溫漂，達到穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。包括熱敏電阻補償電路和二極管補償電路等。

對于熱敏電阻補償電路，因熱敏電阻具有負溫度系數，其阻值隨溫度的升高而減小，適當選擇電阻值及溫度系數，即可穩(wěn)定靜態(tài)工作點。

通常情況下，硅管的發(fā)射結電壓受溫度影響比較大，而鍺管的反向穿透電流受溫度影響比較大。所以，對于硅管組成的放大電路，可在硅三極管的基極下偏流電阻支路上串聯(lián)一只正偏二極管，當二極管與三極管的類型和溫度特性相同時，工作點可以基本穩(wěn)定。對于鍺管組成的放大電路，可在鍺三極管的基極下偏流支路上串聯(lián)一只反偏二極管，當二極管與三極管的類型和溫度特性相同時，工作點可以基本穩(wěn)定。

溫度補償偏置電路如果參數選配合適，穩(wěn)定性很高。但要得到合適的參數，需要對二極管和熱敏電阻逐個進行嚴格的挑選和實驗，所用元件也比較多，沒有負反饋電路簡單。因此，一般用在穩(wěn)定性要求較高的場合。

3 結束語

靜態(tài)工作點不僅影響波形失真，而且影響放大電路的性能，而不同的偏置電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性不同，各有特點，因此，在實際中要根據具體情況，選擇最佳的偏置電路。

參考文獻

[1]李仁華，馮赟.電子技術[M].北京：北京理工大學出版社，2010：31.

[2]蘇士美.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2007：53.

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