放大電路的工作穩(wěn)定問題

放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算，可以用估算法估算，也可用圖解法求解。

一、估算法

估算法的一般步驟如下：

1、畫出放大電路的直流通路

2、根據(jù)基極回路求IB

3、由BJT的電流分配關(guān)系求IC

4、由集電極回路求VCE

下面以共射放大電路為例說明

圖(a) 圖(b)

1、畫出圖(a)所示放大電路的直流通路：

將如圖所示共射放大電路中的電容開路， 可畫出其直流通路如圖(b)所示。

2、根據(jù)基極回路求IB：

在圖(b)所示的直流通路中有

當(dāng) 時(shí)，

3、由BJT的電流分配關(guān)系求IC：

4、由集電極回路求VCE：

二、圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)

圖解法是依據(jù)BJT的輸入特性、輸出特性曲線，在已知電路各參數(shù)的情況下，通過作圖來分析放大電路工作情況的一種工程處理方法。用圖解法確定放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的步驟如下：

（1）將圖(a)所示放大電路分成線性和非線性兩部分

非線性部分包括非線性器件--BJT和確定其偏流的VBB和Rb，線性電路部分包括VCC和Rc的串聯(lián)電路。

圖a

圖b

（2）作出電路非線性部分的V-I 特性--BJT的輸出特性

由于在本電路中BJT的偏流已由VBB及Rb所確定，即IB=VBB/Rb=12V/300kW=40mA，所以vCE和iC的關(guān)系就是對(duì)應(yīng)于BJT輸出特性上iB=IB=40mA的一條曲線即

（1）

（3）作出線性部分的V-I 特性----直流負(fù)載線

線性部分的電壓、電流關(guān)系由下列方程所確定：

（2）

式（2）直線方程在輸出特性中與橫軸和縱軸分別相交于M（12V，0mA）和 N（0V，3mA）兩點(diǎn)，其斜率為-1/Rc。直線MN稱為直流負(fù)載線。

（4）由電路的線性與非線性兩部分V-I 特性的交點(diǎn)確定Q點(diǎn)

電路的線性與非線性兩部分構(gòu)成一個(gè)電路整體，所以在圖(b)中，只有直流負(fù)載線與V-I 特性的交點(diǎn)Q所對(duì)應(yīng)的電流電壓值，才能同時(shí)滿足式（1）及式（2）。由圖（b)可讀出：IB=40mA，IC=1.5mA，VCE=6V　

3.3.2 圖解法分析動(dòng)態(tài)

一、加正弦信號(hào)的情況

動(dòng)態(tài)分析步驟如下：

（1）根據(jù)vi的波形在三極管輸入特性曲線上求iB

（2）畫出放大電路的交流能路，確定交流負(fù)載電阻。

（3）在輸出特性曲線上作交流負(fù)載線，求iC及vCE的波形

（4）動(dòng)態(tài)分析，確定動(dòng)態(tài)輸出電壓范圍。

下面以圖1所示放大電路為例說明

（1）設(shè)放大電路輸入一個(gè)正弦交流信號(hào)vi=Vimsinwt（VimVBE）。vi輸入后，vBE=VBE+vi，iB= IB+ib。根據(jù)已求得的IB在輸入特性曲線上找到Q點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)畫出vBE和iB的波形圖，如圖3所示。

（2） 畫出圖1交流通路如圖2所示。交流負(fù)載電阻是Rc和RL的并聯(lián)值，用R￠L(zhǎng)表示，即

（3）在輸出特性曲線上作交流負(fù)載線，求iC及vCE的波形

在圖2的輸出回路中，交流信號(hào)電壓、電流的關(guān)系為vce= –iCR￠L(zhǎng)，這是一條直線，斜率為–1/R￠L(zhǎng)，稱為交流負(fù)載線。交流負(fù)載線必然通過靜態(tài)工作點(diǎn)Q。這樣，在輸出特性曲線上作出交流負(fù)載線，并可畫出對(duì)應(yīng)的iC和vCE的波形如圖4所示。

（4）根據(jù)所畫的iC和vCE的波形可確定動(dòng)態(tài)輸出電壓范圍如圖4所示。

二、分析非線性失真

（一）、靜態(tài)工作點(diǎn)不同的設(shè)置對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)工作的影響

在共射基本放大電路中，設(shè)負(fù)載電阻開路，當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)如：

1、工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置合適能實(shí)現(xiàn)線性放大 ；

2、工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置偏高會(huì)產(chǎn)生飽和失真 ；

3、工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置偏低會(huì)產(chǎn)生截止失真 。

（二）、輸出電壓最大不失真動(dòng)態(tài)范圍的確定

一、靜態(tài)工作點(diǎn)不同的設(shè)置對(duì)放大電路動(dòng)態(tài)工作的影響：

1、工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置合適能實(shí)現(xiàn)線性放大 ；

共射基本放大電路中，設(shè)負(fù)載電阻開路，當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)，如工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置合適,在輸入信號(hào)幅值較小時(shí)，基極動(dòng)態(tài)電流也為正弦波。iC與vCE將沿交流負(fù)載線變化。當(dāng)iC增大時(shí)，vCE下降；當(dāng)iC下降時(shí)，vCE上升。

2、工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置偏高會(huì)產(chǎn)生飽和失真

若工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置偏高，雖然基極動(dòng)態(tài)電流ib為不失真的正弦波，但是由于在輸入信號(hào)正半周，靠近峰值的某段時(shí)間內(nèi)晶體管進(jìn)入了飽和區(qū)，導(dǎo)致集電極動(dòng)態(tài)電流iC產(chǎn)生頂部失真，集電極電阻Rc上的電壓波形必然隨之產(chǎn)生同樣的失真。由于輸出電壓vo與Rc上電壓的變化相位相反，從而導(dǎo)致vo波形產(chǎn)生底部失真，此種由于晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作而產(chǎn)生的失真現(xiàn)象稱為飽和失真。

3、工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置偏低會(huì)產(chǎn)生截止失真 。

若工作點(diǎn)Q點(diǎn)設(shè)置偏低，在輸入信號(hào)負(fù)半周靠近峰值的某段時(shí)間內(nèi)，晶體管b-e間電壓總量vBE小于其導(dǎo)通電壓（開啟電壓），BJT截止。因此基極電流ib將產(chǎn)生底部失真。集電極電流iC和集電極電阻Rc上電壓的波形必然會(huì)隨之產(chǎn)生同樣的失真，從而導(dǎo)致vo波形產(chǎn)生頂部失真。這種由于BJT進(jìn)入截止區(qū)工作而產(chǎn)生的失真稱為截止失真。

二、輸出電壓最大不失真動(dòng)態(tài)范圍的確定

應(yīng)當(dāng)指出，截止失真和飽和失真都是比較極端的情況。實(shí)際上，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，即使晶體管始終工作在放大區(qū)域，也會(huì)因?yàn)檩斎胩匦院洼敵鎏匦缘姆蔷€性而使輸出波形產(chǎn)生失真，只不過當(dāng)輸入信號(hào)幅值較小時(shí)，這種失真非常小，可忽略不計(jì)而已。

如果將晶體管的特性理想化，即認(rèn)為在管壓降總量vCE最小值大于飽和管壓降VCES（即管子不飽和），且基極電流總量iB的最小值大于0（即管子不截止）的情況下，非線性失真可忽略不計(jì)，那么就可以得出放大電路的最大不失真輸出電壓。對(duì)于共射極基本放大電路，從圖解分析可得最大不失真輸出電壓的峰值，其方法是以VCE為中心，取"VCC--VCE"和"VCE--VCES"這兩段距離中較小的數(shù)值。通常，最大不失真輸出電壓用有效值表示。為了使不失真輸出電壓盡可能大，應(yīng)將Q點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)內(nèi)交流負(fù)載線的中間部位。