從三極管輸入特性曲線角度理解靜態(tài)工作點自穩(wěn)定放大電路

袁一鳴 徐曉光

（安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

0 前言

我們知道，溫度變化會引起單管放大電路靜態(tài)工作點的變化，從而會導(dǎo)致放大信號的失真，共射放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定是教學(xué)上的一個難點，有的教材從純理論角度推導(dǎo)[1]，有的教材從輸出特性曲線和理論分析角度[2]我在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)對于這兩種方式的闡述，有時候?qū)W生理解起來覺得有點兒困難。經(jīng)過幾年教學(xué)的總結(jié)反思，發(fā)現(xiàn)如果從輸入特性曲線和理論相結(jié)合的角度來分析這個單管放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定，學(xué)生比較容易接受和理解。

1 基本共射極放大電路直流通路以及靜態(tài)工作點確定

靜態(tài)分析是在直流通路中進(jìn)行，基本共射極放大電路直流通路如圖1 所示，其靜態(tài)工作點：

圖1 基本共射極放大電路直流通路

2 三極管的輸入特性曲線

輸入特性曲線是描述三極管在管壓降uCE保持不變的前提下，基極電流iB和發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系。而該輸入特性曲線會隨著溫度的升高左移，如下圖所示是NPN 三極管在20℃和50℃的輸入特性曲線。從這個特性曲線上來看，當(dāng)溫度升高時，uBE是減小的，一般溫度每升高1℃，uBE約下將2mV-2.5mV[3-4]，根據(jù)公式（1），當(dāng)uBE下降時，IB會增大。從另一個角度看，溫度升高，晶體管放大系數(shù)β 也會增大，這樣一來，由公式（2）IC勢必會增大，整個晶體管靜態(tài)工作點就發(fā)生變化。現(xiàn)在就想辦法改進(jìn)電路，讓靜態(tài)工作點降下來，即讓IB、IC變小，這個時候討論讓IB變小需要在輸入特性曲線溫度改變后（比如50℃曲線）上進(jìn)行討論，從B 點降到C 點，讓IB變小，意味著uBE也需要減小，這個時候需要改進(jìn)基本放大電路，使IB降下來。

3 靜態(tài)工作點自穩(wěn)定放大電路的設(shè)計

倘若我們的基本共射極放大電路直流通路改進(jìn)成圖3 所示，在選擇元器件時，使得I1≈I2，這個時候，基極電位

從（3）可以看出，基極電位幾乎僅僅取決于RB1和RB2對UCC的分壓，而與溫度無關(guān)，假設(shè)溫度從20℃上升到50℃，IB、IC增加，IE也隨之增加，射極電位UE升高，由于UBE=UB-UE，UB幾乎處于穩(wěn)定，則UBE減小。這個時候回到圖2 看溫度50℃時候輸入特性曲線，uBE下降了，IB也降下來了，則IC也會隨之下降，從定性的角度來分析，靜態(tài)工作點相對的自動穩(wěn)定了。

圖2 三極管輸入特性曲線

圖3 基本共射極放大電路直流通路

4 注意事項

在教學(xué)的過程中，我們求解靜態(tài)自穩(wěn)定放大電路靜態(tài)工作點中的IC往往使用的是如下公式：

這個時候有的同學(xué)就根據(jù)公式（4）理解成，UBE減小，則IC會增大呀，跟前面分析的會有矛盾啊，實際上出現(xiàn)這種理解的偏差還是因為對三極管輸入特性曲線了解不夠透徹，我們再回到圖2，我們可以假設(shè)這樣一個過程，一開始在溫度升高之前，工作點是在A 點，當(dāng)溫度升高后，由于曲線左移，工作點移到B 點，這個時候如果電路不加以改進(jìn)，IB是升高的，改進(jìn)電路后，則工作點移到了C 點，得到的結(jié)果就是IB降下來了，也就達(dá)到整個靜態(tài)工作點穩(wěn)定的目的，公式（4）僅僅是我們計算IC的一種方法，它并不能反應(yīng)整個工作點自穩(wěn)定的本質(zhì)過程。

5 小結(jié)

在模擬電路的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生經(jīng)常會覺得難以掌握，在教學(xué)過程中可以結(jié)合最原始、最本質(zhì)的特性曲線，采用圖解和理論相結(jié)合的方式，直觀、全面地對這些知識點加以闡述，做深入透徹的解析，提高模擬電路教學(xué)質(zhì)量。

［1］秦增煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.

［2］華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

［3］陳星弼，張慶中.晶體管原理與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［4］Richard R.Spencer，Mohammed S.Ghausi，電子電路設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社.