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晶體三極管放大電路靜態工作點的穩定

fcsde-sh ? 來源:張飛實戰電子 ? 作者:郭嘉老師 ? 2021-11-17 17:16 ? 次閱讀
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db6958c2-44c2-11ec-b939-dac502259ad0.jpg靜態工作點一般在三極管放大電路中,三極管靜態工作點是指交流信號為0時,三極管處于直流放大狀態,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“靜態工作點Q” 。工程師設置靜態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。

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靜態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,都會造成靜態工作點的不穩定,從而使動態參數不穩定,有時電路無法正常工作。在引起Q點諸多不穩定因素當中,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’,向飽和區變化,而要想使之回到原來位置,必須要減小基極電流Ibq。可以想想,當溫度降低時,Q點將沿直流負載線下移,向截止區變化,要想使之基本不變,則必須增大Ibq。

由此可見,所謂的穩定的Q點,通常是指在環境溫度變化時靜態工作集電極電流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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上圖是典型的靜態工作點穩定電路,1、電路組成和Q點穩定電路的原理,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,節點B的電流方程為,I2=I1+Ibq,為了穩定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。可將上述過程簡寫為: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。

靜態工作點的估算:

Ii》》Ibq, Ubq=VCC*Rb1/(Rb1+Rb2),

發射極電流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工作點穩定的重要性2

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