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晶體三極管放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

fcsde-sh ? 來源:張飛實戰(zhàn)電子 ? 作者:郭嘉老師 ? 2021-11-17 17:16 ? 次閱讀
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db6958c2-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg靜態(tài)工作點一般在三極管放大電路中,三極管靜態(tài)工作點是指交流信號為0時,三極管處于直流放大狀態(tài),得到的電流、電壓的數值可用晶體管特性曲線上一個確定的點表示,這個點習慣上稱為“靜態(tài)工作點Q” 。工程師設置靜態(tài)工作點的目的就是讓放大的交流信號加入到這個放大電路中時,無論是上半周還是下半周都能滿足三極管be的正偏電壓。Ce反向偏置的三極管放大狀態(tài)。

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靜態(tài)工作點不但決定了電路是否會產生失真,而且還影響其電流放大倍數、輸入電阻等動態(tài)參數。實際上,電源電壓的波動、元件的老化以及因溫度變化引起的晶體三極管參數的變化,都會造成靜態(tài)工作點的不穩(wěn)定,從而使動態(tài)參數不穩(wěn)定,有時電路無法正常工作。在引起Q點諸多不穩(wěn)定因素當中,溫度對晶體管的參數的影響是最為重要的。

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綠線是20℃時的輸出特性曲線,藍線為40℃時的輸出特性曲線,從圖可知,當環(huán)境溫度升高時,晶體管的電流放大倍數β增大,穿透電流Iceo也會隨之增大。這一現象集中表現為Icq明顯增大,共射電路中晶體管的壓降Uce將減小,Q點會沿著直流負載線上移動到Q’,向飽和區(qū)變化,而要想使之回到原來位置,必須要減小基極電流Ibq??梢韵胂耄敎囟冉档蜁r,Q點將沿直流負載線下移,向截止區(qū)變化,要想使之基本不變,則必須增大Ibq。

由此可見,所謂的穩(wěn)定的Q點,通常是指在環(huán)境溫度變化時靜態(tài)工作集電極電流Icq和管壓降Uceq基本不變,即Q點在晶體管輸出特性坐標平面中的位置基本不變,而且必須依靠Ibq的變化來抵消Icq和Uceq的變化。常用引入直流負反饋或溫度補償的方法使Ibq在溫度變化時產生與Icq相反的變化。

dc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpgdc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg

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上圖是典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路,1、電路組成和Q點穩(wěn)定電路的原理,圖(1)為直接耦合電路;圖(2):圖(1)和圖(3)有相同的直流通路;圖(3)阻容耦合方式

在圖(2)所示的電路中,節(jié)點B的電流方程為,I2=I1+Ibq,為了穩(wěn)定Q點,通常使參數的選取滿足I1》Ibq,因此I2≈I1,B點電位為Ubq≈Rb1*VCC/(Rb1+Rb2),從這個世子可以看出,基極的電位幾乎僅決定Rb1與Rb2對VCC的分壓,而與環(huán)境溫度無關,即當溫度變化時Ubq基本不變。

當溫度升高時,集電極Ic電流增大,必然Ie電流也會相應的增大,因而三極管發(fā)射極的負反饋電阻Re上的電壓Ue也會隨之增大。Q3三極管的be兩端壓降減小,即Vbe減小,Ib減小,Ic必然也會相應的減小,這樣就實現了負反饋,因此Ubq基本不變。而Ube=Ub-Ue,所以Ube必然減小,導致Ib基極電流減小,Ic也會隨之相應的減小。結果就是,Ic隨著溫度升高而增加的部分幾乎被由于Ib減小的部分相抵消了,Ic基本不變,Uce也將基本不變,從而Q點在三極管的輸出特性坐標平面上基本保持不變??蓪⑸鲜鲞^程簡寫為:T(℃)dc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpgde69d77c-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.png

——Ic(Ie)de69d77c-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.pngdc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg——Uedc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpgde69d77c-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.png(Ubq基本保持不變)——Ubedfaac394-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.pngdc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg——Ibdfaac394-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.pngdc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg——Icdfaac394-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.pngdc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg。

當溫度降低時,各物理量向相反方向變化,Ic和Uce基本不變。不難看出,在反饋過程中,負反饋電阻Re,起到至關重要的作用。當晶體三極管的輸出回路電流Ic變化時,通過Re兩端的壓降變化來影響b-e間的電壓,從而使Ib向相反方向變化,達到穩(wěn)定Q點的目的。這種講輸出量Ic通過一定的方式,利用Re將Ic的變化轉換成電壓的方式,引回到輸入回路影響輸入量Ube的措施就叫反饋。由于反饋的結果對輸出量的變化減小,顧稱作負反饋。又由于反饋出現在直流通路中,故稱為直流負反饋。Re為直流負反饋電阻。

靜態(tài)工作點的估算:

Ii》》Ibq, Ubq=VCC*Rb1/(Rb1+Rb2),

發(fā)射極電流Ibq=(Ubq-Ubeq)/Re

由于Icq=Ieq,管壓降Uceq≈VCC-Icq(Rc+Re)

基極電流 Ibq=Ieq/(1+β)

此時應當指出,不管電路參數是否滿足Ii》》Ibq,Re的負反饋作用都是存在的。

利用戴維南定理可知, dc0a18e8-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg

e14014d4-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.png

Vbb=VCC*Rb1/(Rb1+Rb2),Rb=Rb1//Rb2,列輸入回路方程,Vbb=Ibq*Rb+Ubeq+IeqRe,可得Ieq=(Vbb-Ube)/(Rb/(1+β)+Re),當Re》》Rb/(1+β),即(1+β)Re》》Rb時,Ieq的表達式與(1+β)Re與Rb1和Rb2的大小關系來判斷Ii》》Ibq。

責任編輯:haq

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原文標題:晶體三極管放大電路靜態(tài)工作點穩(wěn)定的重要性2

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