放大電路參數對靜態工作點影響及仿真測試

蔡文君（西安鐵路職業技術學院,西安 710014）

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放大電路參數對靜態工作點影響及仿真測試

蔡文君
（西安鐵路職業技術學院,西安 710014）

摘 要：三極管有合適的的靜態工作點Q是保證放大電路正常工作的關鍵。因此，重點分析了三極管放大電路的電路參數對靜態工作點的影響，并對分析結果進行了仿真測試。

關鍵詞：放大電路；電路參數；靜態工作點

單管放大電路是構成各類放大器和多級放大器的基本單元電路。放大電路性能指標由靜態性能指標和動態性能指標構成。放大電路輸入端未加交流信號時，電路的工作狀態稱為直流狀態，簡稱靜態。靜態性能指標IBQ，ICQ，UBEQ，UCEQ，稱為放大電路的靜態工作點Q，與電路參數UCC，Rc,Rb,β確定聯系緊密。當放大電路輸入信號不為零時，電路的工作狀態稱為動態。此時電路中各極的電壓、電流都是由直流量和交流量疊加而成。當靜態工作點位置適當時，輸出信號將隨輸入信號相應變化，無線性失真。若Q點位置偏高，由于在輸入信號正半周的部分時間內三極管工作于飽和狀態，使輸出電壓出現飽和失真；若Q點位置偏低，由于在輸入信號負半周的部分時間內三極管工作于截止狀態，使輸出電壓出現截止失真[1]。因此，Q點設置的是否合適，將直接影響到動態時輸出信號是否失真。

1 靜態工作點

在圖1（a）的放大電路工作時，估算靜態工作點的電流和電壓。

放大電路輸入端加上信號ui時，三極管的輸出信號uCE和iC，既要滿足三極管的輸出特性，又要滿足uCE=UCC-iCRc方程。將uCE=UCC-iCRc用直流負載線MN表示，其斜率為

，如圖1(b)所示。因此，靜態工作點Q是輸出特性曲線和直流負載線的交點。

2 電路參數對靜態工作點的影響分析

要想輸出信號不失真，電路參數的設置，就要使得信號的整個周期工作在晶體管放大區，即設置Q在放大區中間區域。否則Q點過高或過低都將容易產生非線性失真，電路參數Rb,Rc,Ucc,β對靜態工作點Q影響分析如下：

2.1 Rb對Q的影響

其它電路參數不變，直流負載線MN不變。

當Rb減小增大→ICQ增大→UCEQ=UCC-ICQRC減小，在三極管輸出特性曲線上表現出Q點沿負載線上移，靠近飽和區，易出現飽和失真, 如圖2（a）中的Q”。過大的ICQ會造成三極管的β變小，放大能力下降，因此Rb不能太小，以保證集電極電流ICQ不得超過其最大允許電流ICM。

當Rb增大→減小→ICQ減小→UCEQ=UCC-ICQRC增大，在三極管輸出特性曲線上表現出Q點沿負載線下移，靠近截止區，因此容易出現截止失真，如圖2（a）中的Q’。

2.2 Rc對Q的影響

其它電路參數不變，Rb不變→不變→ICQ不變，直流負載線MN斜率發生變化。

當Rc減小→UCEQ=UCC-ICQRC增大，直流負載線MN變陡，斜率變大，Q點沿輸出特性曲線向右方移動，如圖2（b）中的Q”，使得動態工作范圍增大。但限制了輸入的交流信號的正半周信號的最大幅度（Umi

當Rc增大→UCEQ=UCC-ICQRC減小，負載線MN變平坦，斜率變小，Q點沿輸出特性曲線左移，向飽和區移動，如圖2（b）中的Q’，易產生飽和失真。

2.3 UCC對Q的影響

其它電路參數不變，直流負載線MN斜率不變。

當UCC減小，Rb不變→減小→ICQ減小減小，Q點向左下方移動，如圖2（c）中的Q”，三極管更加安全，但動態工作范圍減小。

當UCC增大，Rb不變→增大→ICQ增大增大，Q點向右上方移動，如圖2（c）中的Q’。使得動態工作范圍增大，此時ICQ,UCEQ同時增大，使得三極管靜態功耗增大較快，因而應防止靜態工作點超出三極管安全工作區的范圍。

2.4 β對Q的影響

其它電路參數不變，直流負載線MN不變。

減小β，三極管輸出特性曲線下移，如虛線所示。此時直流負載線MN不變，IBQ不變，但ICQ=βIBQ減小，UCEQ=UCC-ICQRC增大。故Q點將沿直流負載線下移，如圖2（d）中的Q”，Q”點靠近截止區，易產生截止失真。

增大β，三極管輸出特性曲線上移，如虛線所示。此時直流負載線MN不變，IBQ不變，但ICQ增大，UCEQ=UCC-ICQRC減小。故Q點將沿直流負載線上移，如圖2（d）中的Q’，Q’點靠近飽和區，易產生飽和失真。

3 仿真測試

利用Mulitisim 10 創建仿真電路[2][3]，如圖3(a)

3.1 Rb變化仿真測試

表1　Rb變化仿真測試數據

由仿真實驗驗證，如表1，Rb的取值逐漸增大，三極管工作狀態由飽和→放大→截止。

表2　 Rc變化仿真測試數據

3.2 Rc變化仿真測試

由仿真實驗驗證，如表2，Rc的取值逐漸增大，三極管工作狀態由放大→飽和。

表3　 Ucc變化仿真測試數據

3.3 Ucc變化仿真測試

由仿真實驗驗證，如表3，Ucc的取值逐漸增大時，ICQ，UCEQ同時增大，使得三極管靜態功耗增大較快，因而應防止靜態工作點超出三極管安全工作區的范圍。

3.4 β變化仿真測試數據

溫度升高，β增大。三極管2N2222A工作溫度范圍是-65℃～200℃，利用mulitisim軟件仿真分析方法中的溫度掃描分析，將溫度設置-50℃上升到150℃，，取5個溫度點，分別仿真分析靜態工作點IBQ，ICQ，UCEQ。如圖3(b)所示：

由仿真分析結構可以得出，隨著溫度的上升，ICQ在增大，UCEQ在減小。使靜態工作點Q由截止區→放大區→飽和區移動變化。

4 結論

綜上所述，電路參數設置的不合適，會使得靜態工作點偏離放大區中間區域過多。若Q設置過高，可以采用增大Rb、減小UCC、降低β等措施；若Q設置過低，可減小Rb、增大UCC、提高β等措施；若Q設置靠近飽和區，可減小Rc。實際調試中，主要通過改變電阻Rb來改變靜態工作點。當然也需要將參數綜合考慮，根據失真情況及輸出范圍的要求，合理選擇或調整電路參數確定靜態工作點。同時還可以從電路結構上入手，在發射極串聯電阻，引入串聯電流負反饋，穩定靜態工作點。

參考文獻：

[1]童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2001.

[2]張志友.Multisim在電工電子課程教學中的典型應用[J].實驗技術與管理,2012,29(04).

[3]蔡文君.基于Multisim 對《電工基礎》實驗輔助教學的探究[J].科技信息,2009(19).

作者簡介：蔡文君（1974-），女，陜西西安人，碩士，講師 ，主要從事：電路理論教學研究。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.163